Как улучшают механические свойства литейных алюминиевых сплавов

Как улучшают механические свойства литейных алюминиевых сплавов

Свойства литейных алюминиевых сплавов и области их применения.

Литейные алюминиевые сплавы имеют ряд особенностей: повышенную жидкотекучесть, обеспечивающую получение тонкостенных и сложных по конфигурации отливок; сравнительно невысокую линейную усадку; пониженную склонность к образованию горячих трещин. Кроме того, алюминиевые сплавы обладают высокой склонностью к окислению, насыщению водородом, что приводит к таким видам брака отливок, как газовая пористость, шлаковые включения и оксидные включения. Поэтому при разработке технологии плавки и изготовлении фасонных отливок любым из способов литья необходимо учитывать особенности отдельных групп алюминиевых сплавов. Наибольшее распространение в промышленности имеют сплавы А1—Si, Al—Si—Mg (АК12, АК9ч, АК9пч, АК7ч, АК7пч, АК8л, АК9, АК7), которые отличаются хорошими технологическими свойствами,

Достоинством сплавов на основе системы Al—Si является повышенная коррозионная стойкость во влажной и морской атмосферах (АК12, АК9ч и АК7ч). Недостатки этих сплавов — повышенная газовая пористость и пониженная жаропрочность. Технология литья этих сплавов более сложная и требует применения операций модифицирования и кристаллизации под давлением в автоклавах. Особенно это относится к сплаву АК9ч. Из сплава АК12 (эвтектический) изготовляют малонагруженные детали (приборов, агрегатов и двигателей, бытовых изделий) литьем в песчаные формы, кокиль, под давлением, в оболочковые формы и по выплавляемым моделям. Получаемые отливки плотны, герметичны, имеют концентрированную усадочную раковину. Доэвтектические силумины (АК9ч, АК7ч, АК7пч, АК8л) несколько уступают по технологическим свойствам эвтектическому сплаву АК12, но имеют более высокие механические свойства за счет образования соединения Mg2Si, которое влияет на прочность сплава. Применяются сплавы в закаленном и искусственно состаренном состояниях. Пониженное содержание кремния позволяет использовать сплавы без модифицирования в тех случаях, когда необходимы повышенные скорости охлаждения — литье под давлением и в кокиль. При литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям силумины модифицируют. Сплавы АК7 и АК9 отличаются от сплавов АК9ч и АК7ч повышенным содержанием примесей, но меньшей пластичностью. Поэтому их не рекомендуют для деталей, работающих в условиях повышенных вибраций.

Применяют сплавы АК9ч, АК7ч, АК9, АК7 для наиболее ответственных отливок, сложных и крупногабаритных деталей, работающих при больших нагрузках (картер двигателя внутреннего сгорания), для литья мало и средненагруженных деталей приборов, агрегатов и двигателей, а также для бытовых изделий. Сплавы склонны к взаимодействию с газами и образованию газовой пористости. Герметичные крупногабаритные отливки получают в автоклавах при избыточном давлении или применяют комбинированное рафинирование (фильтрацию, вакуумирование). Сплавы АК7пч, АК9пч упрочняются за счет добавок Fe, Mg, Ti и Be. Сплав АК8л обладает хорошими литейными свойствами, его прочность превосходит прочность других силуминов. Полученные из этого сплава отливки высокогерметичны. Сплав АК8л предназначен для литья сложных по конфигурации корпусных деталей, работающих под высоким давлением (до 45 МПа) и температуре не выше 200 °С.

Сплавы на основе системы Al—Si— С u (АК5М2, АК5М, АК5Мч, АК5М7, АК6М2, АК8м) содержат кроме кремния и меди магний. Эти сплавы отличаются высокой жаропрочностью (рабочие температуры 250—275 °С), но уступают сплавам А1—Si и Al—Si—Mg по литейным свойствам, коррозионной стойкости и герметичности; не требуют модифицирования и кристаллизации под давлением. Сплав АК5м и АК5Мч обладает более высокой жаропрочностью, чем сплавы АК9пч и А7пч, за счет легирования структуры медью, а сплава АК5Мч— титаном (до 0,15 %). Сплав АК5М в термически обработанном состоянии применяют для литья средненагруженных корпусных деталей, работающих при повышенных температурах и давлениях до 23 МПа, а также при температурах до 250 °С (например, головки цилиндров двигателей воздушного охлаждения, детали агрегатов и т. д.). Сплав АК5М7, обладающий более гетерогенной структурой, чем сплавы и АК5М, изготовляют из вторичных отходов. Химический состав сплава варьируется в широких пределах, поэтому его физико-химические свойства нестабильны. Применяют для литья поршней. Литейные свойства и жаропрочность сплава АК5М7 значительно ниже, чем у поршневых сплавов АК12М2МгН, АК12ММгН и др. Сплавы АК5М2, АК7М2 легируют различными элементами; свойства близки к свойствам сплава АК5М7, применяют для малонагруженных деталей. Сплав АК8М по свойствам аналогичен сплаву АК9ч, но имеет жаропрочность ниже; применяют при литье под давлением.

Прочность сплавов на основе системы Al—Mg (АМг10, АМг10ч, АМг5К, АМг11, АМг6л, АМг6лч, АМ5Мц) с увеличением концентрации магния до 13 % возрастает, но пластичность начинает снижаться при содержании более 11 % Mg; основной упрочняющей фазой является химическое соединение р (Al3Mg2). Для литейных сплавов используют сплавы с содержанием Mg, %: 4,5—7 — сплавы средней прочности, применяемые без термической обработки (АМг5к, АМг6л); 9,5—13 — сплавы повышенной прочности, применяемые в закаленном состоянии (АМг10, АМг11). Для улучшения технологических свойств в большинство сплавов вводят до 0,15—0,2 % титана и циркония. Образующиеся на их основе интерметаллиды TiAl3 и ZrAl3 более тугоплавкие, чем основа сплава, и являются модификаторами первого рода. Механические свойства повышаются на 20—30 %. Сплавы системы Al—Mg обладают повышенной склонностью к взаимодействию с газами и к образованию газовой и газоусадочной пористости, а при взаимодействии с азотом и парами воды образуются неметаллические включения и оксидные плены. Плавку сплавов следует проводить под слоем флюса, а если в их состав входит Be, — без флюса. Сплавы АМг10 применяют только в закаленном состоянии. Особенностью сплавов АМг10, АМг10ч является повышенная чувствительность к естественному старению. Поэтому литые детали из этих сплавов можно применять для рабочих температур —60 °С -+80 °С. Детали из сплавов АМг10 применяют в судостроении (в условиях высокой влажности), в летательных аппаратах, где важно значение удельной прочности. Сплавы АМг6л, Амг6лч и АМг5Мц, не содержащие Si, применяют без термической обработки. Механические свойства этих сплавов невысоки, пластичность низкая. Их рекомендуется применять для литья в кокиль и песчаные формы средненагруженных деталей, работающих в коррозионных средах. Сплавы АМг6л и АМг6лч применяются в литом состоянии без термической обработки и в закаленном состоянии. Сплавы АМг6л и АМг6лч в литом состоянии предназначены для изготовления деталей, несущих средние статические и небольшие ударные нагрузки, а в термически обработанном состоянии сплав Амг6лч применяют для изготовления деталей, работающих при средних статических и ударных нагрузках. Сплав АМг5Мц применяют в литом состоянии для изготовления арматуры трубопроводов пресной воды, масляных и топливных систем, а также для деталей судовых механизмов и оборудования. Сплавы АМг5Ки АМг11, содержащие 0,8—1,3 % Si, имеют более высокие литейные свойства, так как кремний увеличивает количество эвтектики, в результате чего: повышается жидко- текучесть и плотность отливок, снижается их склонность к образованию горячих трещин. Рекомендуется применять эти сплавы для литья в кокиль, песчаные формы и, особенно, под давлением. Из сплава АМг5К изготовляют детали морских судов, а также детали, работающие при 180—200 °С (например, головки двигателей воздушного охлаждения).

Эвтектические специальные силумины (АК12ММгН, АК12М2МгН), обладая хорошими литейными свойствами, отличаются более высокой жаропрочностью, так как содержат 0,8—1,3 % Ni, образующего сложные фазы в виде жесткого каркаса; добавка титана улучшает технологические свойства. Сплавы имеют малую склонность к объемным изменениям в процессе эксплуатации при повышенных температурах; применяются для изготовления поршней; в этом случае отливки используют без закалки. Для снятия внутренних напряжений поршни термически обрабатывают.

Заэвтектический силумин АК21М2Н2,5 имеет хорошую жидкотекучесть, твердость и износостойкость. Структура сплава состоит из первичных кристаллов кремния и эвтектики. Добавки никеля и хрома обеспечивают высокую жаропрочность до 300—320 °С. Применяют сплав для литья поршней и других ответственных деталей, работающих при повышенных температурах.

Цинковый силумин АК7Ц9, содержащий 7—12 % Zn, который хорошо растворим в твердом алюминии, создает растворное упрочнение, что позволяет использовать сплав в литом состоянии (без термической обработки). Сплав АК7Ц9 обладает хорошими технологическими свойствами, способностью сохранять прочность, твердость и сопротивление действию знакопеременных нагрузок после кратковременных и длительных нагревов до температур 300—500 °С. Применяют сплав для литых деталей в моторостроении и других отраслях промышленности. Сплав АК7Ц9 используют при литье в песчано-глинистые формы, кокиль и под давлением. Имеет пониженную коррозионную стойкость и сравнительно высокую плотность.

Литейные алюминиевые сплавы.

Основные требования – это сочетание хороших литейных свойств (высокой жидкотекучести, небольшой усадки, малой склонности к образованию горячих трещин и пористости) с оптимальными механическими и химическими свойствами.

Конструкционные герметичные сплавы систем Al-Si (AЛ-2) Al-Si-Mg (АЛ4, АЛ9, АЛ34). Силумины обладают хорошими литейными свойствами, удовлетворительной обрабатываемостью резанием и коррозионной стойкостью. В то же время структура сплава АЛ2, представляющая собой игольчатую грубую эвтектику с включениями кристаллов первичного кремния, не обеспечивает требуемых механических свойств. Термической обработкой этот сплав не упрочняется.

Легированные силумины АЛ4, АЛ9, АЛ34 упрочняются термической обработкой. Эти сплавы используют для изготовления средних и крупных литых деталей (корпусов компрессоров, картеров двигателей внутреннего сгорания). Сплав АЛ34 применяется для отливок, получаемых литьем под давлением (блоков цилиндров автомобильных двигателей), и отличается хорошим комплексом технологических свойств.

Высокопрочные и жаропрочные литейные сплавы.

В эту группу входят сплавы системы Al-Cu-Mn (АЛ19), Al-Cu-Mn-Ni (АЛ33). Легирование сплава АЛ19 титаном обеспечивает ему высокие механические свойства (в том числе и динамическое нагружение) при комнатной и низких температурах, а дополнительное легирование церием и цирконием – жаропрочность при температурах до 350 С. Сплав отличается хорошей обрабатываемостью резанием и свариваемостью, но пониженной коррозионной стойкостью и имеет пониженные литейные свойства. Сплав упрочняется закалкой с 545 С (12ч) и старением при 175 С (3…6ч). Сплав широко используется для литья крупногабаритных отливок в песчаные формы.

Коррозионностойкие литейные алюминиевые сплавы

Сплавы системы Al-Mg (АЛ8, АЛ27) и Al-Mg-Zn (АЛ24) обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, обрабатываются резанием и свариваются. Сплавы (АЛ8, АЛ27) подвергаются закалке в масле без старения. Имеют плохие литейные свойства и низкую (до 80 С) жаропрочность. Жаропрочность сплава АЛ24 сохранияется до 150 С.

Сплавы способны работать в условиях коррозии морской воды вместо дефицитных бронз, латуней и нержавеющих сталей.

Спеченные алюминиевые сплавы(порошковые и гранулированные) характеризуются повышенными механическими и физическими свойствами.

Спеченный алюминиевый порошок (САП) – это материал, полученный холодным, а затем горячим брикетированием ( прессованием под давлением 700 МПа при 500…600 С) предварительно окисленной алюминиевой пудры. Затем из брикетов ковкой, прокаткой или прессованием изготавливают изделия или полуфабрикаты. Поскольку каждая частичка пудры покрыта тонким слоем оксида алюминия, то чем тоньше пудра, тем больше в САПе иоксида алюминия, выше его прочность, но ниже пластичность. В САПе содержится от 6 до 22% Al₂O₃ . САП характеризуется высокой прочностью и жаропрочностью при повышенных температурах (350…500 С).

Разновидностью САПа является сплав СПАК-4 (системы Al-Cu-Mg-Al₂O₃), в котором впервые использовано совместное упрочнение алюминиевой матрицы оксидами (Al₂O₃) и интерметаллидами (например Al₉FeNi) и др.). Обладая высокой длительной прочностью при 350 С (в 2…2,5 раза большей, чем у сплава АК4-1), сплав СПАК4 может применяться для работающих на форсированных режимах поршней.

Титан и его сплавы

Титан и сплавы на его основе обладают высокой коррозионной стойкостью и удельной прочностью. Недостатками титана являются его активное взаимодействие с атмосферными газами, склонность к водородной хрупкости. Титан плохо обрабатывается резанием, удовлетворительно – давлением, сваривается в защитной атмосфере. Широко распространено вакуумное литье.

Титан имеет две модификации: низкотемпературную (до 882 С) – β титан с ГПУ решеткой, высокотемпературную -β-титан с ОЦК решеткой.

Легирующие элементы влияют на эксплуатационные свойства титана следующим образом:

Fe, Аl, Mn, Cr, Sn, V, Si – повышают его проность, но снижают пластичность и вязкость;

Al, Zr, Mo – увеличивают жаропрочность;

Mo, Zr, Nb, Ta, Pb – увеличивают коррозионную стойкость.

Классификация титановых сплавов. Структура промышленных сплавов титана – это твердые растворы легирующих элементов в α и β модификациях титана. Сплавы титана в зависимости от их стабильной структуры (после отжига) при комнатной температуре подразделяют на три основные группы: α – сплавы; (α+β)-сплавы и β-сплавы.

Титановые сплавы классифицируют также по технологии производства (деформируемые, литейные, порошковые), по физико-химическим , в том числе механическим, свойствам ( высокопрочные, обычной прочности, высокопластичные, жаропрочные, коррозионностойкие).

Деформируемые титановые сплавы. Большинство титановых сплавов легировано алюминием, повышающим жесткость, прочность, жаропрочность и жаростойкость материала.

α – титановые сплавы термической обработкой не упрочняются. Широкое применение нашел сплав ВТ5-1, обладающий хорошей свариваемостью, жаропрочностью, кислотостойкостью, пластичностью при криогенных температурах. Обрабатывается давлением в горячем состоянии, термически стабилен до 450 С. Добавки олова в сплав улучшают его технологичесмкие и механические свойства.

Из сплава ВТ5-1 изготавливают листы, поковки, трубы, проволоку, профили.

(α+β)- титановые сплавы упрочняются термической обработкой, состоящей из закалки и старения. Они хуже свариваются.

Типичным представителем этой группы является сплав ВТ6, характеризующийся оптимальным сочетанием технологических и механических свойств. Уменьшение содержания алюминия и ванадия в сплаве (модификация ВТ6С) позволяет его использовать в сварных конструкциях.

Сплав ВТ14 системы Ti-Al-Mo-V обладает высокой технологичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью – в состаренном; он удовлетворительно сваривается всеми видами сварки. Этот сплав способен длительно работать при 400 С, кратковременно до 500 С.

Сплав ВТ8 относится к жаропрочным сплава. Он предназначен для длительной работы при 450…500 С под нагрузкой. Сплав хорошо деформируется в горячем состоянии но плохо сваривается. Из него изготавливают поковки, штамповки, прутки.

Псевдо — β — титановые сплавы характеризуются высоким содержанием β — стабилизаторов и вследствие этого – отсутствием мартенситного превращения.

Сплавы характеризуются высокой пластичностью в закаленном состоянии и высокой прочностью – в состаренном. Они удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой.

Широкое распространение получил сплав ВТ15 обладающий высой пластичностью и невысокой прочностью в закаленном состоянии. Однако после старения при 450 С его прочность достигает 1500 МПа. Сплав ВТ15 предназначен для работы при температурах до 350 С. Из него изготавливают прутки, поковки, полосы, листы.

Литейные титановые сплавы. По сравнению с деформируемыми имеют меньшую прочность, пластичность и выносливость. Сложность литья титановых сплавов обусловлена активным взаимодействием титана с газами и формовочными материалами.

Высокими технологическими свойствами обладает сплав ВТ5Л: он пластичен, не склонен к образованию трещин при литье, хорошо сваривается. Работает до 400 C. Недостатком – невысокая прочность (800 МПа).

Двухфазный литейный сплав ВТ14Л подвергают отжигу при 850 вместо упрочняющей термической обработки, резко снижающей пластичность отливок. ВТ14Л по литейным свойствам уступает ВТ5Л, но превосходит его по прочности (950 МПа).

Применение сплавов титана.Из сплавов титана изготавливают: обшивку самолетов, морских судов, подводных лодок; корпуса ракет и двигателей; диски и лопатки стационарных турбин и компрессоров авиационных двигателей; гребные винты; баллоны для сжиженных газов; емкости для агрессивных химических сред.

Медь и ее сплавы

Медь и ее сплавы находят широкое применение в электротехнике, электронике, приборостроении, двигателестроении. По объему производства стоит на втором месте после алюминия. 50% меди потребляется электротехнической промышленностью.

Медь обладает ценными техническими и технологическими свойствами: высокими тепло- и электропроводностью, достаточной коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлением, сваривается всеми видами сварки, легко поддается пайке, прекрасно полируется. У чистой меди небольшая прочность и высокая пластичность.

Недостатками меди является ее высокая стоимость, значительная плотность 8,94 г/см 3 , большая усадка при литье, горячеломкость, сложность обработки резанием. Обладает ГЦК решеткой, не имеет полиморфизма. Температура плавления 1083 С.

Сплавы меди с цинком называют латунями. За исключением сплавов с никелем, все другие ее сплавы называют бронзами.

Латуни

Латуни подразделяют на деформируемые и литейные в зависимости от технологии получения полуфабрикатов и изделий.

Деформируемые латуниобозначают буквой Л и цифрой, указывающей массовое содержание меди в сплаве в процентах (например Л96, Л63). Если латунь легирована наряду с цинком другими элементами, то после буквы Л ставят условное обозначение этих элементов: С – свинец, О – олово, Ж-железо, А – алюминий, К- кремний, Мц – марганец, Н – никель.

Числа после букв показывают массовое содержание меди и последующих легирующих элементов, кроме цинка. Цинк – остальное. Например, ЛАН-59-3-2 содержит 59% меди, 3% алюминия, 2% никеля, остальное – цинк.

Маркировка литейных латуней начинается также с буквы Л. После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинка) и каждого последующего (как в сталях) ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2 содержит…

При содержании цинка до 39% сплавы являются однофазными α – твердыми растворами цинка в меди. Количество цинка свыше 39% приводит к выделению из твердого раствора электронного соединения CuZn. В технике применяют латуни, содержащие до 45…50% цинка, поскольку при дальнейшем увеличении цинка в сплаве прочность латуни уменьшается, а хрупкость увеличивается.

По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью и жидкотекучестью. Однофазные α — латуни хорошо воспринимают холодную и горячую пластическую деформацию. Двухфазные латуни подвергаются только горячей пластической деформации.

В сложных (специальных) латунях общее содержание дополнительных легирующих компонентов обычно не превышает 9%. Многие из них (Al, Mn, Fe, Si) подобно цинку (но с более значительным эффектом) повышают прочность и твердость латуни, однако уменьшают ее пластичность.

Применяемые α – латуни (Л96, Л90) обладают высокой пластичностью, теплопроводностью и коррозионной стойкостью. С повышением содержания цинка в α – латунях достигается более высокая прочность, но снижается коррозионная стойкость. Эти латуни лучше обрабатываются резанием.

Специальные латуни, легированные железом или особенно оловом (ЛО70-1) отличаются высокой коррозионной стойкостью в условиях воздействия атмосферных явлений, а также в пресной и морской воде.

«Автоматная» латунь ЛС70-1, обладая сыпучей стружкой, используется для изготовления деталей на станках автоматах.

Структура и свойства (α+β 1 ) латуней изменяются в зависимости от скорости охлаждения после отжига, что обусловлено протеканием процессов рекристаллизации и фазовых превращений. Так, быстрое охлаждение обеспечивает повышение твердости латуни, а медленное – пластичность.

Литейные латуни.Используют для фасонного литья. В основном применяют сложнолегированные сплавы. Жидкотекучесть повышает олово (до 2,5%). Алюминий и кремний (в отдельности) повышают жидкотекучесть двойных латуней.

Для литья втулок и сепараторов шариковых и роликовых подшипников используют свинцовую латунь ЛЦ40С.

Бронзы

Маркируют бронзы буквами Бр; затем буквами последовательно указывают легирующие элементы и в конце их содержание в сплаве. Например, БрОФ6,5-0,4 содержит 6,5% олова и 0,4% фосора, медь — остальное.

Оловянные бронзыпо структуре бывают однофазными (α-раствор олова в меди) и двухфазными, состоящими из α и δ (Cu₃₁Sn₈) — фаз . Обычно δ – фаза выделяется при содержании олова, большим чем 7…9%. Она повышает твердость и хрупкость бронз.

Деформируемые оловянные бронзы имеют однофазную структуру, поскольку содержат до 7% олова. Их дополнительно легируют фосфором (до 0,4%), цинком (до 4%), и свинцом (до 2,5%).

Эти бронзы имеют большое сопротивление усталости. Из них изготавливают пружины и мембраны. По усталосным характенристикам они уступают лишь бериллиевой бронзе.

Литейные оловянные бронзы имеют двухфазную структуру, по сравнению с деформируемыми содержат большее количество легирующих элементов (цинка, свинца, фосфора). Для них характерна высокая жидкотекучесть, но малая усадка.

Оловянные бронзы коррозионностойки и обладают высокими антифрикционными свойствами.

В промышленности применяют бронзы с содержанием олова до 12…12%, из за возрастающей хрупкости.

Алюминиевые бронзымогут быть как двойными (например БрА5), так и дополнительно легированными никелем, марганцем, железом. Содержащие до 4…5% Al бронзы характеризуются высокой пластичностью. При ускоренном охлаждении сплавов с 6…8% Al в структуре появляется твердая, хрупкая фракция. Никель и железо повышают механические свойства бронз и их износостойкость. Алюминиевые бронзы хорошщо пластически деформируются как в холодном, так и в горячем состоянии, коррозионностойки, обладают высокими механическими свойствами. Они имеют хорошие литейные свойства, но образуется усадочная раковина.

Кремнистые бронзыхарактеризуются хорошей прочностью и пластичностью. Сплавы свариваются. Подвергаются пайке.

Бериллиевые бронзыобладают высокими механическими (в частности упругими) свойствами, стойкостью против коррозии, хорошо свариваются. Упрочняются закалкой со старением.

После закалки бронза имеет высокую пластичность (δ = 30…40%) , невысокую прочность (450…560 МПа) и может подвергаться пластической деформации в закаленном состоянии. После закалки имеетвысокую прочность (σ = 1300МПа), но очень низкой пластичностью.

Хромовые бронзы(БрХ0,5) обладают высокими механическими свойствами, хорошей электро- и теплопроводностью. Содержат до 0,2% серебра. Серебро повышает механические свойства и температуру рекристаллизации . Упрочняются закалкой с 950 в воде, с последующим старением 400 С ,6 часов.

Литейные алюминиевые сплавы

В последнее время достаточно большое распространение получили алюминиевые сплавы. Это связано с тем, что они обладают исключительными эксплуатационными качествами. Существует просто огромное количество различных видов алюминия, классификация зависит от химического состава и многих других показателей. Довольно большое распространение получили литейные алюминиевые сплавы. Они могут применяться для изготовления самых различных деталей, в большинстве случаев, корпусов. Рассмотрим особенности литейных алюминиевых сплавов подробнее.

Общая характеристика и свойства

Существует довольно большое количество разновидностей литейных алюминиевых сплавов, каждый из которых обладает своими особенностями. Алюминиевый литейный сплав характеризуется следующими эксплуатационными качествами:

1. Высокие литейные качества. Подобный металл довольно часто применяется для литья по форме. Высокие литейные качества позволяют создавать детали сложной формы.
2. Плотность. Химический состав алюминиевых литейных сплавов определяет то, что их плотность относительно невелика. За счет этого вес получаемой конструкции относительно небольшой.
3. Коррозионная стойкость также высокая. Она может снижаться за счет добавления различных легирующих элементов.
4. Рассматривая свойства сплавов следует отметить и повышенную прочность, а также твердость. Эти качества достигаются путем добавления самых различных веществ.
5. Высокая степень обрабатываемости. Путем литья достаточно часто получают заготовки, которые в дальнейшем доводят до готового состояния путем механической обработки на фрезерном или другом оборудовании.

Подобные материалы обладают хорошими литейными свойствами, что позволяет получать детали со сложными поверхностями. Сплавы с высоким содержанием магния или других легирующих элементов могут подвергаться дополнительной термообработке.

В большинстве случаев к данному материалу предъявляют следующие требования:

1. Хорошие литейные свойства. Именно они считаются наиболее важными при рассмотрении алюминиевых сплавов данной группы. Чем менее выражены литейные качества, тем хуже раствор заполняет созданную форму. Литейные свойства могут определяться самыми различными методами.
2. Небольшая усадка. Процесс усадки практически неизбежен при литье по форме. Однако некоторые составы более склонны к образованию раковин и других дефектов при литье, другие меньше. Чем меньше усадка, тем более качественным получается изделие.
3. Высокая жидкотекучесть. Если созданная форма для литья имеет большое количество сложных поверхностей, то для их заполнения состав должен обладать повышенным показателем жидкотекучести.
4. Малая склонность к образованию горячих трещин. При выполнении литейных операций возникает вероятность появления трещин, которые снижают прочность структуры и эксплуатационные качества материала.
5. Низкая склонность к пористости. Пористая структура обладает менее привлекательными эксплуатационными качествами, так как она имеет меньшею прочность, впитывает влагу и может быть подвержена воздействию коррозии.
6. Оптимальные механические и химические свойства. Современные методы легирования позволяют сделать легкий материал более прочным. Для этого проводится добавление самых различных компонентов. Оптимальные механические свойства представлены сочетанием легкости и прочности, а также другими качествами.
7. Мелкозернистая однородная структура. При рассмотрении особенностей структуры получаемых изделий следует отметить, что однородная лучше воспринимает оказываемые нагрузки и вероятность появления дефектов существенно снижается. Неоднородную структуру можно охарактеризовать тем, что изделие может иметь разный показатель твердости поверхности, на одной части может появляться коррозия, другая может оказаться быть более устойчивой к подобному воздействию.

Исключить вероятность образования многих дефектов можно путем соблюдения технологии отливки и обработки полученного сплава. Кроме этого, используемый состав также в той или иной степени определяет вероятность образования дефектов.

Литейные алюминиевые сплавы в чушках

Наиболее важным качеством можно назвать жидкотекучесть. Она определяет способность заполнения литейной формы. Кроме этого уделяют внимание тому, какова склонность состава к образованию газовых и усадочных пустот. Измеряется показатель жидкотекучести тем, какая емкость и за какое время может заполниться. Стоит учитывать, что повышенное содержание оксидов становится причиной снижения показателя жидкотекучести.

Процесс литья также определяет высокую вероятность образования усадочных раковин. При охлаждении расплав уменьшается в объеме. Выделяют два основных типа образующейся раковины:

Для определения степени усадки используются различные методы.

При литье также часто встречается деформация, которая становится причиной образования трещин. Она связана с процессом, который определяется сжимающим напряжением между уже затвердевшим и кашеобразным составом.

Различают несколько разновидностей алюминиевых литейных сплавов, о которых далее поговорим подробнее.

Виды литейных алюминиевых сплавов

Все литейные сплавы алюминия можно условно разделить на несколько основных групп:

1. Высокопрочные и жаропрочные сплавы. Наиболее распространенным материалом из этой группы можно назвать алюминиевый сплав АЛ19. Его легируют путем добавления титана, за счет чего придаются более высокие механические свойства. Добавление легирующих элементов может проводится при низких или комнатных температурах. Жаропрочность определяет то, что механические свойства и линейные размеры остаются неизменными даже при нагреве состава до температуры 350 градусов Цельсия. Сплавы этой группы хорошо свариваются, а также обладают высокой обрабатываемостью. Стоит учитывать, что за счет легирования коррозионная стойкость относительно невысокая. Существенно повысить прочность можно путем закалки или старения. Подобные марки литейных алюминиевых сплавов широко используются при литье крупногабаритных отливок по песчаной форме.
2. Конструкционные герметичные алюминиевый сплав обладают более высокими литейными свойствами. Распространенные марки: АЛ4 и АЛ9. Также следует отметить достаточно высокую коррозионную стойкость. Стоит учитывать тот момент, что термическая обработка в этом случае не проводится. При закалке или старении эксплуатационные качества не улучшаются. Хороший комплекс технологических свойств определяет популярность алюминиевого сплава.
3. Коррозионностойкие металлы. К данной группе относится маркировка АЛ27 и АЛ8. Следует учитывать, что подобный тип металла обладает высокой стойкостью к воздействию повышенной влажности. Высокая коррозионная стойкость во многих агрессивных средствах существенно расширяет область применения металла. Кроме этого, структура определяет хорошую свариваемость и обрабатываемость резанием. Однако отметим, что металл обладает низкой жаропрочностью – структура не может выдержать воздействие температуры выше 80 градусов Цельсия. За счет легирования снижаются и литейные свойства. Исключением можно назвать сплав АЛ24, основные свойства которого сохраняются при температуре до 150 градусов Цельсия.

Последняя группа сплавов получила достаточно широкое распространение при изготовлении корпусов и деталей, на которые оказывается воздействие морской воды. Из-за высокой концентрации соли на поверхности довольно часто образуется коррозия.

К литейным сплавам принято относить составы, в которых есть от 10 до 13% кремния. Довольно часто в состав добавляются магний, медь и другие присадки, способные существенно повысить прочность. Также в состав добавляют титан и цирконий. В свою очередь, марганец может существенно повысить антикоррозионные свойства.

Несмотря на то, что в большинстве случаев железо и никель считаются вредными примесями, в данном случае они добавляются для существенного повышения жаропрочности.

Рассматривая маркировку отметим, что для этого применяется обозначение от АЛ2 до АЛ20. Эти материалы сегодня еще называют силуминами. Их химический состав, от которого зависят механические качества, может существенно отличаться. Именно поэтому следует подробно рассматривать состав каждой марки.

Применение

Алюминиевый литейный сплав сегодня применяется при производстве фасонных отливок. Отметим, что разделают как чистый алюминий, так и полученный после вторичной переработки. В химической и пищевой промышленности может использоваться чистый алюминий. Этот материал применим и в электротехнике. Важным моментом является то, что на алюминий приходится более 20% литейных сплавов.

Детали из литейных алюминиевых сплавов

Рассматривая особенности производства отметим, что первичный металл производится в чушках на специализированных алюминиевых заводах. Есть и вторичная цветная металлургия, которая предусматривает применение вторичного лома или отходов. За счет применения менее дорого сырья существенно снижается стоимость материалов.

В России только 50% заводов проводит использование лома в качестве основы. В более развитых странах мира, к примеру, США, Японии, Германии сегодня при производстве алюминиевых сплавов вторичное сырье применяется не менее чем в 90%. За счет этого существенно снижается стоимость различных изделий, а также повышается экологическая чистота.

Применение литейного алюминия весьма обширно:

1. Изготовление корпусных деталей. Именно при производстве корпусных деталей чаще всего применяют литейные алюминиевые сплавы. Это связано с тем, что подобным образом существенно снижается их стоимость. Для получения сложных изделий из стандартной заготовки применяют современное фрезерное оборудование, которое стоит дорого и требует соответствующей оснастки.
2. Получение различных заготовок в сфере кораблестроения и авиастроения. На протяжение нескольких столетий алюминий используется для изготовления деталей, которые применяются при сборе самолетов и различных летательных аппаратов.
3. Изготовление деталей сложной формы и различных размеров. Детали, представленные телами вращения и плоскими поверхностями сложны в изготовлении при применении оборудования по механической обработке.
4. Получение элементов, которые применяются для осуществления подачи электричества. При добавлении легирующих элементов получаются сплавы, обладающие хорошими токопроводящими способностями.

Очень большое количество деталей в моторостроении получается также путем литья. Данный метод изготовления позволяет получить детали с высокоточными размерами и качественной поверхностью.

В заключение отметим, что сегодня данный тип металла получил широкое применение в самых различных областях промышленности. Это также можно связать с тем, что стоимость производства подобного металла относительно невысока. Сочетание высоких эксплуатационных качеств с низкой стоимостью и определяют широкое распространение металла в самых различных отраслях промышленности.

ЛИТЕЙНЫЕ АЛЮМИНИЕВЫЕ СПЛАВЫ

Литейные сплавы используют для изготовления изделий различными методами литья: в изложницах из разных материалов по выплавляемым моделям, под давлением, а также способами прецизионного литья.

Эти сплавы должны обладать высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористостью, сопротивлением коррозии.

Высокими литейными свойствами обладают сплавы, содержащие в своей структуре эвтектику. Эвтектика образуется во многих сплавах, в которых содержание легирующих элементов больше предельной растворимости в алюминии. В связи с этим содержание легирующих элементов в литейных сплавах выше, чем в деформируемых. Чаще применяют сплавы А1—Si; Al—Си; А1—Mg, которые дополнительно легируют небольшим количеством меди и магния (А1—Si), марганца, никеля, хрома (А1—Си). Для измельчения зерна, а следовательно, улучшения механических свойств, в сплав вводят модифицирующие добавки: Ti, Zr, В, V и др.

Маркировка алюминиевых литейных сплавов, содержит буквы АЛ: А — сплав алюминиевый, Л — литейный; затем следует цифра — порядковый номер сплава.

Сплавы Al—Si. Эти сплавы, получившие название силуминов, близки по составу к эвтектическому сплаву и поэтому отличаются высокими литейными свойствами, а отливки — большой площадью.

Наиболее распространен сплав, содержащий 10—13% Si (АЛ2), обладающий высокой коррозионной стойкостью.

Силумин АЛ2 не упрочняется термообработкой, имеет невысокие механические свойства, но из-за малого интервала кристаллизации не образует усадочной пористости. Поэтому из сплава АЛ2 изготавливают герметические отливки сложной конфигурации.

Силумин АЛ4 дополнительно легирован магнием (0,2—0,3% Mg). При этом в сплаве образуется Mg₂Si, который является эффективным упрочнителем при термообработке. Поэтому силумины АЛ4 и АЛ9 — термически упрочненные сплавы.

Средненагруженные детали из сплава АЛ4 подвергают только искусственному старению, а крупные нагруженные детали (корпуса компрессоров, блоки цилиндров двигателей) — закалке и искусственному старению. Отливки из сплава АЛ9, требующие повышенной пластичности, подвергают закалке, а для повышения прочности — закалке и старению.

Сплавы А1—Si сравнительно легко обрабатываются резанием. Их можно сваривать, используя газовую и аргонодуговую сварку.

Сплавы А1—Си. Эти сплавы (АЛ7, АЛ 19) после термообработки имеют высокие механические свойства при нормальных и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов невысоки из-за большой усадки, они склонны к образованию горячих трещин. Сплав АЛ7 используется для небольших отливок простой формы, склонен к хрупкому разрушению вследствие выделения по границам зерен грубых частиц СиА1₂ и Al_?Cu₂Fe, поэтому его применяют в закаленном состоянии. Если от отливок требуется повышенная прочность, то их после закалки подвергают искусственному старению при 150 °С в течение 2—4 ч.

В сплаве АЛ 19 кроме СиА1₂ образуются фазы Al₁₂Mn₂Cu и Al₃Ti. Титан измельчает зерно. Интерметаллиды повышают жаропрочность сплава. Упрочнение сплава достигается закалкой и старением при 175 °С в течение 3—5 ч. Сплавы А1—Си неустойчивы против коррозии, поэтому отливки обычно анодируют.

Сплавы А1—Mg (магналии). К ним относятся, например, АЛ8 и АЛ27. Они имеют низкие литейные свойства, стойки против коррозии, имеют повышенные механические свойства и хорошо обрабатываются резанием. Добавление к сплавам АЛ8, АЛ27, которые содержат 0,5—11,5% Mg, модифицирующих присадок Ti, Zr, Be улучшает их механические свойства, а добавление бериллия к тому же уменьшает окисляемость расплава этих сплавов.

Сплавы АЛ8 и АЛ27 предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере (судостроение). Эти сплавы применяют после закалки от 430 °С с охлаждением в масле (40—50 °С) и выдержки при температуре закалки в течение 12—20 ч. Добавление к сплавам А1—Mg до 1,5% Si (сплавы АЛИ, АЛ22) улучшает литейные свойства в результате образования тройной эвтектики.

Жаропрочные сплавы. Наиболее широко применяется сплав АЛ 1, из которого изготавливают поршни, головки цилиндров и другие детали, работающие при температуре 275—300 °С. Это сплавы системы А1—Си—Ni—Mg. Структура литого сплава АЛ1 состоит из a-твердого раствора, содержащего Си, Mg, Ni, и избыточных фаз Al₂CuMg; Al₆Cu₃Ni. Отливки применяют после закалки и кратковременного старения при 175 °С.

Более жаропрочны сплавы АЛ33, АЛ 19. Высокая жаропрочность обусловлена добавками Mn, Ti, Ni, Се, Zr, образующими нерастворимые интерметалл идные фазы.

Для изготовления крупногабаритных деталей, работающих при 300—350 °С, применяют сплав АЛ21. Отливки закаливают от 525 °С в горячей воде и стабилизируют отпуском при 300 °С.