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.