Сплавы алюминиевые литейные (по ГОСТ 1583-93)

Сплавы системы Al-Si известны под общим названием силумины. Силумины характеризуются хорошими литейными свойствами и герметичностью, средней прочностью и достаточной коррозионной стойкостью. Они применяются для изготовления сложных отливок.

 

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.

 

Для измельчения зерна и, следовательно, улучшения механических свойств силумины модифицируют обычно натрием в количестве 0,05-0,08% от массы сплава.

 

Модификатор вводят в расплав в виде смеси галоидных солей натрия и калия. В силумины вводят также модифицирующие добавки иттрия, стронция, циркония, бора, титана и др.

 

Простые силумины, содержащие только алюминий и кремний (марка АК12), относятся к термически неупрочняемым. Введение в силумины магния делает их термически упрочняемыми — они подвергаются закалке и искусственному старению. Силумины, содержащие кроме алюминия и кремния другие компоненты, называются специальными.

 

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.

 

Простой силумин марки АК12 благодаря эвтектической структуре имеет отличные литейные свойства (наиболее высокую жидкотекучесть среди всех алюминиевых сплавов) при невысоких механических свойствах. Из сплава получают плотные герметичные отливки сложной формы, не испытывающие в процессе эксплуатации значительных нагрузок.

 

Кроме сплава марки АК12 в промышленности широко применяют силумины марок АК9ч и АК7ч. Введение в эти сплавы магния делает их термически упрочняемыми, а пониженное содержание кремния (по сравнению со сплавом марки АК12) снижает хрупкость.

 

Превосходя простой силумин по механическим свойствам, сплавы марок АК9ч и АК7ч уступают ему по технологичности. Из-за повышенной склонности к газонасыщению и образованию пористости для получения отливок из сплава марки АК9ч рекомендуется применять кристаллизацию под давлением.

 

Сплавы марок АК9пч и АК7пч отличаются от основных модификаций АК9ч и АК7ч добавками титана и меньшим содержанием примесей, что улучшает их механические свойства (прочность и пластичность) и коррозионную стойкость.

 

Наоборот, сплавы марок АК9 и АК7 отличаются от сплавов марок АК9ч и АК7ч повышенным содержанием примесей. Их не рекомендуется применять для деталей, работающих в условиях повышенных вибрационных нагрузок, из-за пониженной пластичности.

 

Наиболее прочным из силуминов является сплав марки АК8л, в котором увеличено содержание магния и введены добавки титана и бериллия. Сплав обладает высокой герметичностью и применяется для литья корпусных деталей, работающих под высоким внутренним давлением жидкостей и газов. Детали из сплавов на основе системы Аl-Si могут длительно работать при температурах не более 150-200 °С.

 

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 Аl—Si—Сu уступают сплавам группы I по литейным свойствам, герметичности и коррозионной стойкости, но превосходят их по жаропрочности и обрабатываемости резанием.

 

Сплавы на основе системы Al—Si— Сu (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.

 

Сплавы марок АК5М и АК5Мч имеют среднюю прочность при комнатной и повышенных температурах. Они являются наиболее жаропрочными среди специальных силуминов. Применяются без модифицирования для изготовления мало- и средненагруженных деталей, работающих при температурах 250-275 °С.

 

Сплав марки АК8М с более высоким содержанием кремния при литье в песчаные формы нужно модифицировать. Сплав имеет среднюю прочность и жаропрочность и применяется для изготовления деталей агрегатов и приборов, работающих при температуре не выше 150 °С.

 

Сплавы марок АК5М2, АК5М7, АК6М2, АК5М4 имеют широкие пределы по химическому составу и, как следствие этого, нестабильность механических и литейных свойств. Применяются для малонагруженных деталей.

 

Сплав марки АК5М7 не рекомендуется к использованию в новых конструкциях.

 

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. Поршни из них применяют в литом состоянии, т.е. без закалки.

 

Основное достоинство сплавов на основе системы Аl—Сu — повышенная прочность и жаропрочность. Они хорошо обрабатываются резанием.

 

Существенные недостатки сплавов данной группы — пониженные литейные свойства, герметичность и коррозионная стойкость.

 

Детали из сплавов на основе системы Аl—Сu следует анодировать и защищать лакокрасочными покрытиями.

 

Сплав марки АМ5, содержащий кроме алюминия и меди еще марганец и титан, обладает повышенной прочностью и особенно жаропрочностью. Он хорошо сваривается и обрабатывается резанием. Применяется для нагруженных деталей, работающих при температурах до 300 °С .

 

Еще более высокую жаропрочность имеет сплав марки АМ4,5Кд, дополнительно легированный кадмием. По прочности и жаропрочности он превосходит другие литейные алюминиевые сплавы. Сплав предназначен для изготовления ответственных деталей, длительно работающих при температурах до 350 °С . Сплавы марок АМ5 и АМ4,5Кд упрочняются закалкой и искусственным старением.

 

Сплавы на основе системы Al-Mg (магналии) обладают малой плотностью, высокой прочностью и пластичностью, удовлетворительной свариваемостью, хорошей обрабатываемостью резанием и высокой коррозионной стойкостью в атмосферных и морских условиях, в агрессивных средах на основе азотной кислоты.

 

Однако они имеют ряд существенных недостатков: низкие литейные свойства; повышенную чувствительность к естественному старению, что ведет к значительной потере пластичности; низкую теплопрочность (по показателям жаропрочности сплавы занимают одно из последних мест среди алюминиевых сплавов).

 

Рабочие температуры сплавов не должны превышать 100 °С . При общей высокой коррозионной стойкости сплав марки АМгЮ подвержен коррозии под напряжением и коррозионному растрескиванию.

 

Сплавы средней прочности, содержащие 4,5-8% Mg (марки АМг5К, АМгбл, АМгблч, АМг5Мц, АМг7), применяются в литом состоянии без термической обработки.

 

Сплавы марок АМгбл и АМгблч могут применяться и в закаленном состоянии, хотя эффект от закалки незначителен.

 

Введение в сплавы марок АМг5К и АМг7 кремния улучшает их жидкотекучесть. Неупрочняемые сплавы применяются для изготовления малонагруженных и средненагруженных деталей.

 

Сплавы марок АМгЮ, АМгЮч и АМг5К не рекомендуются к использованию в новых конструкциях.

 

Сплавы, содержащие 9,3-13% Mg, применяются в закаленном состоянии (марки АмгП, АМгЮ, АМгЮч). Уменьшая содержание вредных примесей железа и кремния в сплавах марки АМгЮ и особенно марки АМгЮч, а также вводя добавки титана и циркония, повышают исходную пластичность сплавов и уменьшают их чувствительность к естественному старению. Кроме того, цирконий и титан, модифицируя структуру, повышают прочность сплава. Бериллий уменьшает окисляемость сплавов в жидком состоянии.

 

Термически упрочняемые сплавы применяются для нагруженных деталей и элементов конструкций в судостроении, авиастроении, транспортном машиностроении, строительстве и т.д.

 

В эту группу входят жаропрочные сплавы на основе сложных систем. Широкое применение в технике получил самозакаливающийся сплав на основе системы Аl—Zn—Mg марки АЦ4Мг. Он сочетает высокую прочность и коррозионную стойкость с удовлетворительными литейными свойствами и хорошей свариваемостью. Недостаток сплава марки АЦ4Мг — склонность к коррозии под напряжением.

 

Сплав можно применять без специальной закалки в литом и естественно или искусственно состаренном состоянии. Из него можно изготавливать объёмные детали с применением сварки. Цинковый силумин АК7Ц9 имеет хорошие литейные свойства и способность самозакаливаться. Механические свойства его выше, чем простого силумина АК12.

 

Сплав марки АК21М2,5Н2,5 содержит 20-22% кремния. Он имеет хорошие литейные свойства, высокую твердость и износостойкость. Добавка хрома и никеля сообщает сплаву высокую жаропрочность (300-320 °С). Применяется для поршней и других ответственных деталей.