Литейные алюминиевые сплавы
Стандарт: ГОСТ1583-93.
Сплавы, обладающие хорошей жидкотекучестью, формозаполняемостью, называют литейными. Помимо этого литейные сплавы должны иметь хорошие механические, антикоррозионные, жаропрочные свойства, поэтому разработка составов решается комплексно и сплавы, в основном, многокомпонентные.
Наиболее высокими литейными свойствами характеризуются AI-Si, Al-Cu, Al-Mg сплавы.
Наша компания осуществляет поставку сплавов с «правильной» структурой. Поставка сплавов наша работа.
Комбинации легирующих элементов безграничны, поэтому при разработке алюминиевых сплавов необходимо знать, как влияет на свойства любой элемент и связанная с ним микроструктура. Сплавы легируют с учетом возможного изменения не только механических, но также литейных, коррозионных и других свойств. Следовательно, основной критерий выбора легирующего компонента - это оценка его влияния на комплекс свойств, необходимый для данной композиции сплавов.
Из сплавов Al-Si отливают изделия сложной конфигурации, не требующие высокой прочности. Положительная характеристика Al-Si сплавов - небольшая линейная усадка, хорошая свариваемость из-за высокой жидкотекучести. Однако обрабатываемость резанием плохая вследствие высокой твердости кремния (быстро срабатывается резец).
Типичный сплав этой системы - АК12 (AJI2). Прочность силуминов повышают модифицированием, введением в расплав натрия - 0,01 %. Изменяется структура сплава: до модифицирования она состоит из α-твердого раствора кремния в алюминии — белое поле, и эвтектического кремния — темные иголки; после модифицирования твердый раствор приобретает дендритообразную форму, эвтектический кремний - шаровидную. Предполагают, что натрий при затвердевании сплава окружает кристаллы эвтектического кремния, препятствует их росту, придавая им шаровидную форму.
Заэвтектический силумин имеет еще более низкие механические свойства. Его структура состоит из α- твердого раствора, эвтектического кремния и грубых крупных пластин - кристаллов первичного кремния. Механические свойства сплавов повышают модифицированием. Применяют фосфор как модификатор, который, образуя в расплаве фосфиды алюминия (AlР), создает дополнительные центры кристаллизации для первичного кремния, измельчая его.
Модифицирования недостаточно для удовлетворения возрастающих требований к механическим свойствам, повышение которых достигается легированием силуминов магнием, медью, марганцем, цинком и др. Упрочнение сплава происходит из-за образования новых фаз и изменения состава твердого раствора с легирующими компонентами.
Особенность алюминиевых сплавов - не образовывать широкую область твердых растворов ни с одним металлом, кроме цинка. В системах Al-Ме в процессе кристаллизации даже при небольших концентрациях второго компонента появляются хрупкие промежуточные избыточные фазы, поэтому упрочнение сплавов за счет введения в состав твердого раствора других компонентов ограниченно и упрочнение осуществляют введением в состав сплава нескольких компонентов твердого раствора в количестве ниже предела насыщения.
Алюминиевые литейные сплавы упрочняют также термической обработкой (закалкой с искусственным старением). Такие добавки, как магний, медь, эффективно способствуют термообрабатываемости алюминиевых сплавов. Мы производим алюминий и его сплавы.
Магний в силуминах образует соединение Mg2Si, которое при нагреве под закалку (обычно 530 °С) входит в твердый раствор, а при искусственном старении (нагрев при 140-150 °С) выпадает из раствора в виде сильно диспергированной фазы, которая не обнаруживается даже при увеличении под микроскопом. Такие изменения в структуре заметно увеличивают прочность.
Двойные Al-Si сплавы легируют магнием не более 0,4 %, поскольку при большем содержании, например 0,5 %, фаза Mg2Si только в течение длительного времени может быть переведена в твердый раствор нагревом при 557 °С. Однако это невыполнимо в производственных условиях. Если сокращать время под закалку, то фаза Mg2Si, не вошедшая в твердый раствор, образует грубые, крупные включения, снижающие пластичность сплавов.
Основные алюминий-кремниевые сплавы с магнием - АК9ч (АЛ4), АК7ч (АЛ9) сплавы на основе алюминия, из которых изготавливают сильно нагруженные детали сложной конфигурации: корпуса, блоки, картеры или детали средней нагруженности (АК7ч). Заготовки из этих сплавов можно подвергать сварке.
Рассмотрим алюминий-кремниевые сплавы с медью, например АК5М2 (АК5М2) и АК4М4 (АЛ 15В). Сплав АЛ 15В отличается от АЛ6 большим содержанием меди и, следовательно, более высоким количеством фазы СиА12 и эвтектики (а + CuAl2 + Si). Эти сплавы с высокими литейными свойствами, хорошо обрабатываются резанием, применяются для отливок деталей сложной конфигурации в землю. Поэтому требуется более высокая твердость и предел текучести, чем у приведенных выше алюминий-кремниевых сплавов с магнием.
Очень распространены силумины, легированные медью и магнием типа АК5М (АЛ5), АК8М (АЛ32), относящиеся к системе Al-Si-Cu-Mg. Сплавы упрочняются термической обработкой по различным режимам, один из которых следующий: нагрев под закалку при 515 ± 5 °С в течение 3-6 ч и охлаждение в воде, затем искусственное старение при 175 ± 5 °С в течение 3-5 ч.
Сплавы системы Al-Si-Cu-Mg с хорошими литейными свойствами обрабатываются резанием, удовлетворительно свариваются аргонно-дуговой сваркой. Сплавы предназначены для деталей средней нагруженности и работы при повышенных температурах.
Эти сплавы упрочняются фазами CuAl2 и Mg2Si и дополнительно сложной фазой W(AlnMgxSiyCuz), которые при нагреве под закалку переходят в α-твердый раствор. При искусственном старении указанные выше фазы выпадают из раствора в сильно диспергированном виде, способствуя упрочнению сплавов при термической обработке.
При рассмотрении свойств сплавов типа силуминов необходимо отметить специфическое действие железа, содержание которого как примеси в промышленных сплавах составляет обычно > 0,2-0,4 %. В твердом алюминии железо растворяется до 0,02 % при комнатной температуре, не влияя на эффект термической обработки. Однако особенность действия примеси железа заключается в том, что оно образует соединение Al3Fe, которое кристаллизуется в форме пластин и служит концентратором напряжений, что приводит к снижению механических свойств. Повышенное содержание железа увеличивает гетерогенизацию структуры и снижает эффект действия легирующих элементов при термической обработке сплавов.
Для нейтрализации вредного влияния железа в алюминиевые сплавы вводят добавки марганца, хрома и некоторых других элементов, которые, образуя 4-компонентные химические соединение типа AlFeSiMn, AlFeSiCr, кристаллизуются в компактной форме что увеличивает прочность, пластичность сплавов. Однако дл5 получения желаемого эффекта, требуется сравнительно большое количество Cr или Mn (Fe : Мn (Cr) = 1:1), что при повышенном содержании железа сильно изменяет химический и фазовый состав сплава и, следовательно, ухудшает его механические свойства.
В присутствии бериллия железосодержащая фаза кристаллизуется в форме компактных кристаллов интерметаллического соединения AlBeFe. Эта добавка также повышает механические свойства сплава, особенно если приготавливать его на основе первичного алюминия с повышенным содержанием железа.
К литейным алюминий-кремниевым сплавам относятся цинковистые силумины, которые не подвергаются термической обработке для повышения механических свойств. Как видно из диаграммы состояния, Аl с Zn химических соединений не образует, так как эти металлы взаимно растворимы. Упрочнение происходит вследствие легирования твердого раствора цинком. Это - существенное преимущество силуминов с цинком перед силуминами с магнием и медью, упрочняемыми термической обработкой. Для дальнейшего упрочнения цинковистых силуминов АК7Ц9, АК9Ц6 вводят небольшие добавки магния, меди, которые образуют упрочняющие фазы Mg2Si, CuA12. Цинковистый силумин благодаря хорошим литейным свойствам применяют для отливки изделий сложной конфигурации. Кроме этого, сплав хорошо обрабатывается резанием.
Литейные свойства алюминиевых сплавов в основном обеспечивает эвтектическая составляющая, которая отсутствует в некоторых из них или присутствует в небольшом количестве. К таким сплавам относятся, например, АМГ10, АМ5, АМГ5К - сплавы алюминия с медью или алюминия с магнием (в обоих случаях без кремния или с небольшой его добавкой). Литейные свойства сплавов алюминия с медью, хуже чем силуминов. После термообработки (гомогенизация при 490-500 °С) у них более высокие механические свойства и жаропрочность; применяют также термическую обработку в режиме закалки - искусственное старение. Сплавы этой системы хорошо свариваются и обрабатываются резанием, однако у них меньшая коррозионная стойкость.
Посмотреть литейные алюминиевые сплавы в прайс-листе.