3. Алюминиевые сплавы

Для изготовления отливок используют пять групп алюминиевых сплавов: 1) на основе системы алюминий-кремний, 2) алюминий-медь, 3) алюминий-магний, 4) системы алюминий-кремний-медь, 5) прочие сплавы.

Алюминиевые сплавы имеют высокую удельную прочность при нормальной температуре, хорошо противостоят коррозии в атмосферных условиях, обладают высокими литейными свойствами.

По ГОСТу алюминиевые сплавы обозначают: АЛ1, АЛ2, ...АЛ27 (числа – порядковый номер).

Наибольшее применение в промышленности получили сплавы первой и четвертой групп.

Сплавы системы алюминий-кремний(типичный представитель – сплав АЛ2) широк применяемый в промышленности. По содержанию кремния он близок к эвтектическому и поэтому обладает лучшими, чем другие сплавы литейными свойствами.

Двойные доэвтектические сплавы алюминия и кремния имеют невысокую прочность. Поэтому в состав их вводят магний, образующий с кремнием химическое соединение MgSi, упрочняющее сплав в процессе термической обработки, например сплав АЛ9.

Наиболее вредной примесью для силуминов является железо. Образуя хрупкие тройные (Al-Fe-Si) и более сложные фазы, кристаллизующиеся в виде пластин, железо существенно снижает пластические свойства сплавов. Для нейтрализации вредного влияния железа в сплав вводят марганец. Десятые доли марганца способствуют переводу выделенной железистой составляющей в более благоприятную (компактную) форму, например сплав АЛ4, содержащийAl-Mg-Mn-Mg.

При литье в песчаные формы легирование силуминов магнием и марганцем не обеспечивает еще получение необходимых механических свойств из-за грубого выделения в эвтектике. Поэтому при литье в разовые, низкотеплопроводные формы сплавы системы алюминий- кремний, содержащие не менее 6%С Si, подвергают модифицированию. Для этой цели в расплав вводят 0,01- 0,1%Na. В присутствии натрия эвтектический кремний выделяется в виде тонких тонкодисперсных пластин, что благоприятно отражается пластических свойствах. Аналогичное влияние оказывают на структуру сплава присадки кальция и калия, окислов щелочных металлов, сурьма, висмут, литий, бор и так далее.

Сплавы на основе системы алюминий-медь(например сплав АЛ7) обладают низкой коррозионной стойкостью и недостаточной пластичностью. В отличии от сплавов первой группы они хорошо обрабатываются резанием. В следствии широкого интервала кристаллизации сплавы этой группы склонны к образованию усадочных трещин и рассеянной усадочной пористости. Отличительной особенностью алюминиево-медных сплавов является их теплопрочность. Механические и эксплутационные свойства сплавов улучшают присадками марганца и титана (сплав АЛ19) и термической обработкой (содержатAl-Cu-Mn-Ti).

Алюминиевые сплавы с медью и кремниемшироко используют для изготовления деталей, обладающих достаточной твердостью и прочностью, сохраняющих постоянство в процессе эксплуатации и отвечающих требованиям по чистоте обработанной поверхности (корпусы различных приборов). Среди сплавов этой группы наиболее благоприятными свойствами обладает АЛ-4.

Сплавы системы алюминий-магний(типичный представитель сплав АЛ8) отличаются низкой плотностью и высокой коррозионной стойкостью и прочностью; их используют для изготовления отливок, испытывающих большие вибрационные нагрузки или подвергающиеся воздействию морской воды. Вводят добавкиMnиSi, например сплав АЛ13 содержитAl-Mg-Mn-Si.

Вследствие повышенной склонности к окислению, образованию усадочных трещин и рыхлот, взаимодействию с влагой формы, пониженной жидкотекучести, изготовление отливок магниевых сплавов в состав формовочных смесей вводят специальные присадки (борную кислоту, серу и пр.), предохраняющиеся расплав от загорания в форме.

В зависимости от состава сплава отливки проходят определенный режим термический обработки. Характерным является также пропитка пористых отливок различными лаками.

В последнее время разработаны новые высокопрочные литейные алюминиевые сплавы марок АЛ2М, АЛ4Д, АЛ11М.

Сплавы марок АЛ4Д и АЛ2М относятся по своему составу к системе алюминий-кремний-медь-магний.

Дополнительное легирование сплавов типа силумин медью и магнием позволило получить сплавы с высокой прочностью и высокой технологичностью при литье под давлением и в кокиль.

Сплав марки АЛ4Д разработан применительно для литья под давлением, поэтому для предотвращения возможности приваривания металла к форме в его состав введены наибольшие добавки марганца и хрома. Добавки титана в сплав измельчают структуру. Механические свойства образцов из сплава АЛ4Д, вырезанных из деталей, отлитых под давлением с применением вакуума следующие _в=33-38 кгс/мм²,=1,5-3%, что соответствует прочности углеродистой стали.

Комплексное легирование сплава АЛ2М добавками редких элементов: титаном, бериллием, цирконием, бором и применение исходных материалов высокой чистоты обеспечивает высокие механические свойства. Сплав был успешно опробован при литье деталей методом штамповки жидкого металла и при литье в кокиль.

Механические свойства на вырезанных образцах: _в=37 кгс/мм²,=3%.

Сплавы АЛ4Д и АЛ2М являются термически упрочняемыми, поэтому высокие механические свойства этих сплавов могут быть получены только после закалки и искусственного старения.

Сплав АЛ11М разработан на основе стандартного сплава АЛ11 системы алюминий-цинк-кремний. Этот сплав дополнительно легирован титаном, цирконием, бериллием, медью, магнием и бором.

Следует отметить, что в оптическом приборостроении наиболее широкое применение получил сплав АЛ2. Из этого сплава льются детали, изготовляемые как литьем в землю, так и литьем под давлением. Применение этого сплава для литья под давлением не имеет убедительных оснований, так как основное его преимущество – высокая жидкотекучесть, теряется из-за специфики литья под давлением. Основные же недостатки – плохая обрабатываемость резанием, невысокие механические свойства, а особенно относительное удлинение. Не случайно, поэтому, в большинстве стран в качестве типовых сплавов для литья под давлением приняты сплавы типа: алюминий-кремний-медь, алюминий-магний.

Медь повышает предел прочности при растяжении, и что особенно важно в алюминиевых сплавах, повышает их твердость, жидкотекучесть, уменьшает склонность к образованию цветов побежалости, улучшая внешний вид отливки и их обрабатываемость.