Алюминиевые сплавы.

Сплавы на основе алюминия делятся на две группы – литейные и деформируемые. Согласно ГОСТ 2685-75 установлено 37 марок литейных сплавов. По химическому составу выделяют пять групп алюминиевых сплавов:

1. Алюминий – кремний (силумины);

2. Алюминий – кремний – медь;

3. Алюминий – медь;

4. Алюминий – магний;

5. Алюминий – прочие элементы.

Сплавы 1 группы, носящие общее название силумины, обладают хорошими литейными свойствами, но для получения мелкозернистого строения нуждаются в модифицировании. Это сплавы: Ал 2, Ал 4, Ал 4-1, Ал-9, Ал-9-1, Ал-34, Ак9, Ак7. Достоинством сплавов на основе системы Ал-8; является повышенная коррозионная стойкость во влажной и морской атмосферах (Ал2, Ал4 и Ал9). Недостатком этих сплавов является повышенная газовая пористость и пониженная жаропрочность. Технология литья этих сплавов более сложная и требует применения операций модифицирования и кристаллизации под давлением в автоклавах. Особенно для сплава Ал4.

Из сплава АЛ2 (эвтектический) изготавливают малонагруженные детали литьем в песчаные формы, ЛПД, оболочковые формы и по выплавляемым моделям. Сплав принимают в модифицированном состоянии, без ТО, в отдельных случаях может быть применен режим Т2.

Доэвтектические силумины (АЛ4, АЛ9, АЛ1-1,АЛ9-1,АЛ34) несколько уступают по техническим свойствам эвтектическому сплаву АЛ2, но имеют более высокие механические свойства за счет образования соединения Mg₂Si которое влияет на прочность сплава. Применяются сплавы в закаленном и искусственно состаренном состояниях. При литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям сплавы модифицируют. Сплавы АК7 и АК9 отличаются от сплавов АЛ4 и АЛ9 с повышенным содержанием примесей, но с меньшей пластичностью. Поэтому из не рекомендуется применять для литых деталей, работающие при вибрации. Применяют сплавы АЛ4,АЛ9,АК9,АК7 для наиболее ответственных отливок, работающих при больших нагрузках (картер двигателя внутреннего сгорания). Сплавы склонны к взаимодействию с газами и образованию газовой пористости. Герметичные крупогатаритные отливки получают в автоклавах при избыточном давлении или применяют комбинированное рафинирование (фильтрация, ваккумирование).

Сплавы АЛ34,АЛ9-1,АЛ4-1 упрочняют за счет добавок Fe,Mg,Ti и B. Сплав АЛ34 обладает хорошими литейными свойствами, его прочность превосходит прочность других силуминов. Полученные из этого сплава отливки высокогерметичны. Сплав АЛ34 предназначен для сложных по конструкции корпусных деталей, работающих под высоким давлением (до 45МПа) и температуре не выше 200^оС.

Сплавы на основе системы Al-Si-Cu (АЛ3,АЛ4М,АК5М2,АЛ5,АЛ5-1,АЛ6,АК5М7,АК4М4,АЛ32) содержащий кроме Si и Cu магний (за исключением тройного сплава АЛ6).

Эти сплавы отличаются высокой жаропрочностью (t_p=250-275^оС), но уступают сплавам Al-Si и Al-Si-Mg но литейным свойствам, коррозионной стойкости и герметичности, не требуют модифицирования и кристаллизации под давлением ( за исключением АЛ4М). Жаропрочность сплавов обеспечивается содержанием устойчивых тугоплавких фаз, которые кристаллизуются в ионной разветвленной форме и хорошо блокируют границы зерен твердого раствора, что тормозит развитию диффузионных процессов.

Благодаря наличию Cu Mn фазовый состав сплава АЛ3 в литом состоянии представляет собой α-твердый раствор +Si+Mg₂Si₂+AlMnFe, а при медленном охлаждении может образоваться фаза W (Al_ХMn₅Si₄Cu₄), обеспечивающей высокую жаропрочность. ТО в основном производится по режимам Т1,Т2 и Т5. Основное назначение сплава – литье в кокиль головок цилиндров двигателей воздушного охлаждения и деталей агрегатов и приборов.

Сплав АЛ4М относится к системе Al-Si-Cu i-Mg с добавками титана (до 0,3%) и бора (до 0,1%) фазовый состав сплава в литом состоянии:D – твердый раствор + Si+Mg₂Si+CuAl₂+ Al₂+Ti+ W (Al_ХMn₅Si₄Cu₄). Обладает более высокой прочностью при комнатной температуре и жаропрочностью (до 250 ^оС).

Сплавы АЛ5 и АЛ5-1 обладают более высокой жаропрочностью, чем сплавы АЛ9 и АЛ4, за счет легирования структуры медью, а сплав АЛ5-1 титаном (до 0,15%).

Сплав АК5М7 обладающий более гетерогенной структурой, чем сплавы АЛ3 и АЛ5 изготовляют из вторичных отходов. Химический состав сплава варьирует в широких пределах, поэтому его физико-химические свойства нестабильны. Применяется для литья поршней с термической обработкой Т2. Сплавы АК5М2, АК7М2 и АК4М4 легируют различными элементами; свойства близки к свойствам сплава АК5М7.

Сплав АЛ32 по свойствам аналогичен сплаву АЛ4, но имеет жаропрочность ниже. Применяют при литье под давлением.

Сплавы на основе системы Al-Cu (АЛ7, АЛ19 и АЛ33) характеризуются высокими механическими свойствами. Фазовый состав в литом состоянии: α – твердый раствор меди в алюминии + CuAl₂. При наличии в сплаве примесей кремния и железа могут образоваться фазы Al₂Cu₂Fe, AlCuFeSi и тройная эвтектика α+Si+AlCu, с температурой плавления 525⁰С. С увеличением содержания кремния в сплаве до 3% приводит к увеличению количества эвтектики и улучшению литейных свойств, но значительному снижению прочности.

Сплав АЛ7 упрочняется по растворному типа, а так же за счет дисперсных выделений фазы CuAl₂ и образований нерастворимых железосодержащих фаз, выделяющихся в виде ободков на границе дендритных ячеек. Сплав имеет широкий интервал кристаллизации, повышенную усадку, склонен к образованию горячих трещин, поэтому не рекомендуется для литья в кокиль.

Сплав АЛ 19 содержит медь, марганец и титан, которые изменяют структуру отливок и тем самым повышают механические свойства. Недостатками сплава АЛ19 является: пониженные литейные свойства, коррозионная стойкость и герметичность и повышенная линейная усадка, обусловленная широким интервалом кристаллизации сплава. Предназначен для литья деталей, работающих в условиях повышенных статических и ударных нагрузок.

Сплав АЛ33 отличается от других сплавов добавками Ni, Zr, Ce, структура имеет сложный фазовый состав. Сплав АЛ33 обладает удовлетворительными литейными свойствами, его применяют для тех же целей, что и сплав АЛ19. Сплав жаропрочен при 250-300⁰С.

Прочность сплавов на основе системы Al-Mg ( АЛ8, АЛ8М,АЛ27, АЛ27-1,АЛ13, АЛ22, АЛ23, АЛ23-1, АЛ28) с увеличением концентрации магния до 13% возрастает , но пластичность начинает снижаться при содержании более 11% Mg, основной упрочняющий фазой является химическое соединение β(Al₂Mg₂). Для литейных сплавов используют сплавы с содержанием Mg, %:

4,5 – 7 – сплавы средней прочности, применяемые без ТО (АЛ13, АЛ23)

9,5 – 13 – сплавы повышенной прочности, применяемые в закаленном состоянии (АЛ8, АЛ27,АЛ22).

Для улучшения технологических свойств в большинство сплавов вводят до 0,15 – 0,2 % титана и циркония. 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 взаимодействие с азотом и парами воды образуют неметаллические выключения и оксидные плены. Плавку сплава следует вести под слоем флюса, а если в их состав входит Bе, - без флюса.

Сплавы АЛ8 и АЛ27 применяют только в закаленном состоянии. То проводиться по режиму Т4, нагрев 430⁰, выдержка 12-20 часов, охлаждения в масле с температурой 45⁰С. С наряду с повышением прочности и увеличивается коррозионная стойкость.

Сплавы АЛ23, АЛ23-1 и АЛ28, не содержащие Si, применяют без ТО. Механические свойства невысоки, пластичность низкая из-за наличия в структуре неравновесных включений β-фазы. Предназначены для изготовления литых деталей, несущих средние статические и небольшие ударные нагрузки. Сплав АЛ28 применяют в литом состоянии для изготовления арматуры трубопроводов пресной воды, масляных и топливных систем, а так же для деталей судовых механизмов и оборудования.

Сплавы АЛ13 и Ал22, содержащие 0,8-1,3 % Si, имеют более высокие литейные свойства, т. к. Si увеличивает количество эвтектики, в результате чего повышается жидкотекучесть и плотность отливок, снижается склонность к образованию горячих трещин. Рекомендуется применять для литья в кокиль, ПФ и ЛПД (особенно).

К сплавам на основе системы Al и прочие компоненты (сложнолегированные сплавы) согласно ГОСТ 2687-75 относятся сплавы:

- жаропрочные многокомпонентные (АЛ1 и АЛ21) и самозакаливающийся коррозионно-стойкий (АЛ24), поршневые (АЛ25, АЛ30, АК21М2Н2,5, а так же цинковый силумин АЛ11.Сплаву АЛ1 (система Al-Cu-Mg) присуща высокая жаропрочность в результате образования ……. Сплав имеет удовлетворительные литейные свойства.

Сплав АЛ21 обладает более высокой жаропрочностью (выше на 30%), чем сплав АЛ1, применяется для крупногабаритных деталей, работающих при температуре до 300-350 ⁰С. Сплав АЛ24 относится к системе Al-Zn-Mg, основной упрочняющей фазой является Т (Al₂Mg₃Zn₃). Высокая устойчивость твердых растворов цинка и магния в алюминии обеспечивают «самозакалку» сплава в процессе охлаждения сплава (отливки). Сплав обладает удовлетворительными свойствами, которые улучшаются добавкой титана (0,1-0,2%).

Эвтектические специальные силумины (АЛ25, АЛ30), обладая хорошими литейными свойствами, отличаются более высокой жаропрочностью, так как содержат 0,8-1,3% Ni, образующего сложные фазы в виде жесткого каркаса, добавка Ti улучшает технологические свойства. Сплавы имеют малую склонность к объемным изменениям.

Заэвтектический силумин АК21М2Н25 имеет хорошую жидкотекучесть, твердость и износостойкость. Структура сплава состоит из первичных кристаллов Si и эвтектики. Добавки никеля и хрома обеспечивают высокую жаропрочность до 300-320^оС.

Цинковый силумин АЛ11, содержащий 7-12% Znкоторый хорошо растворим в твердом аммонии, создает растворное упрочнение, что позволяет использовать сплав в литом состоянии без ТО. Сплав обладает хорошими технологическими, способностью сохранять прочность, твердость и сопротивлению действию знакопеременных нагрузок после кратковременных и длительных нагревов до температур 300-500^оС. Применяют для деталей в мотостроении и других отраслях промышленности. Используют при литье ПФ, кокиль, ЛПД.