Литейные алюминиевые сплавы.

Химический состав и механические свойства некоторых промышленных литейных сплавов приведены в габл. 12.4. Они маркируются буквами что значит алюминиевые литейные. Для литейных алюминиевых сплавов наиболее распространена классификация по химическому составу .

Лучшими литейными свойствами обладают сплавы (силумины). Высокая жидкотекучесть, малая усадка, отсутствие или низкая склонность к образованию горячих трещин и хорошая герметичность силуминов объясняются наличием большого количества эвтектики в структуре этих сплавов. В двойных сплавах алюминия с кремнием эвтектика состоит из твердого раствора и кристаллов практически чистого кремния (рис. 12.5, а), в легированных силуминах ( и др.) помимо двойной имеются тройные и более сложные эвтектики.

Плотность большинства силуминов 2650 кг/м3 - меньше плотности чистого алюминия Они хорошо свариваются. Хорошо обрабатываются резанием только силумины, легированные медью.

Механические свойства зависят от химического состава, технологии изготовления (модифицирования, способа литья и др.) и термической обработки (см. табл. 12.4). В двойных силуминах с увеличением содержания кремния до эвтектического состава снижается пластичность и повышается прочность. Появление в структуре сплавов крупных кристаллов первичного кремния вызывает снижение прочности и пластичности (рис. 12.6). Несмотря на увеличение растворимости кремния в алюминии от 0,05% при 200 °С до 1,65% при эвтектической температуре, двойные сплавы не упрочняются термической обработкой. Это объясняется высокой скоростью распада твердого раствора, который частично происходит уже при закалке, а также большой склонностью к коагуляции стабильных выделений кремния. Единственным способом повышения механических свойств этих сплавов является измельчение структуры путем модифицирования.

Силумины обычно модифицируют натрием, который в виде хлористых

Рис. 12.6. Зависимость механических свойств для модифицированного и немодифицированного силумина от содержания кремния

и фтористых солей вводят в жидкий сплав в количестве от массы сплава. Помимо модифицирующего действия натрий сдвигает эвтектическую точку в системе в сторону больших содержаний кремния (рис. 12.7). Благодаря этому эвтектический по составу сплав становится доэвтектическим. В его структуре помимо мелкокристаллической эвтектики появляются первичные кристаллы мягкой пластичной фазы - твердого раствора (см. рис. 12.5, б). Все это приводит к увеличению пластичности и прочности (см. рис. 12.6, табл. 12.5). Модифицируют как двойные, так и легированные силумины, содержащие более Для легирования силуминов часто используют и др. Растворяясь в алюминии, они повышают прочность и твердость силуминов. Кроме того, медь улучшает обрабатываемость резанием, титан оказывает модифицирующее действие. Медь и магний, обладая переменной растворимостью в алюминии, способствуют упрочнению силуминов при термической обработке, как правило, состоящей из закалки и искусственного старения. Температура закалки различных силуминов находится в пределах температура старения в интервале Грубокристаллическая структура литейных сплавов требует больших выдержек при нагреве под закалку (5-10 ч) и при старении (10-20 ч). Переходные металлы, например, способствуют получению пересыщенных твердых растворов при кристаллизации в условиях больших скоростей охлаждения, что вызывает некоторое упрочнение сплавов при старении без предварительной закалки. Из легированных силуминов средней прочности наибольшее применение в промышленности нашли сплавы с добавками магния магния и марганца Наибольшее упрочнение вызывает метастабильная фаза Легированные силумины применяют для средних и крупных литых деталей ответственного назначения: корпусов компрессора, картеров, головок цилиндров.

Высокопрочный сплав разработанный в МВТУ им. Н. Э. Баумана, предназначен для литья под давлением. Сплав обладает хорошими литейными свойствами, обрабатываемостью резанием, свариваемостью и коррозионной стойкостью. Марганец и титан, а также большая скорость кристаллизации при литье под давлением способствуют получению метастабильной структуры при отливке деталей. Это дает возможность

Рис. 12.7. Диаграмма состояния

упрочнять отливки путем искусственного старения без предварительной закалки. Упрочнение вызывают фазы Наилучшим является старение при 175 °С в течение когда выделяются метастабильные 0 и Р фазы; при этом временное сопротивление увеличивается на твердость по Бринеллю — на При изготовлении деталей другими методами литья сплав подвергают полной упрочняющей термической обработке — закалке при и старению при Сплав применяют для литья под давлением нагруженных деталей, например, блоков цилиндров, головок блоков и других деталей автомобильных двигателей.

Сплавы системы характеризуются высокой прочностью при обычных и повышенных температурах; они хорошо обрабатываются резанием и свариваются. Вместе с тем из-за отсутствия эвтектики сплавы обладают плохими литейными свойствами, имеют низкую герметичность. Как и деформируемые сплавы этой системы, они имеют структуру твердого раствора, но отличаются повышенным содержанием меди (см. рис. 12.3, в). Эвтектика в данной системе (в отличие от силуминов) образуется при высоком содержании меди поэтому имеет большое количество твердой и хрупкой фазы вызывающей хрупкость эвтектических сплавов. Литейные и механические свойства сплавов алюминия с медью улучшаются в результате легирования титаном и марганпем Марганец, образуя пересыщенный твердый раствор при кристаллизации из жидкого состояния, способствует значительному упрочнению сплава. Во время нагрева сплава под закалку наряду с растворением -фазы из твердого раствора выпадают мелкодисперсные частицы фазы увеличивающие прочность при обычных и повышенных температурах. Например, после закалки сплав имеет следующие механические свойства: При последующем искусственном старении происходит дальнейшее упрочнение сплава, вызываемое уже фазой 0, так предел текучести увеличивается почти на 40%, достигая Сплавы алюминия с медью используют для деталей, работающих при температурах до 300 °С.

Сплавы системы обладают высокой коррозионной стойкостью, прочностью, вязкостью и хорошей обрабатываемостью резанием. Они не содержат в структуре эвтектики по той же причине, что и сплавы системы и характеризуются невысокими литейными свойствами, пониженной герметичностью и, кроме того, повышенной чувствительностью к примесям которые образуют в этих сплавах нерастворимые фазы, снижающие пластичность сплавов.

Для того чтобы предотвратить окисление, плавку и разливку двойных сплавов алюминия с магнием необходимо вести под защитными флюсами. Легирование двойных сплавов не только устраняет их склонность к окислению и росту зерна, но и тормозит естественное старение, вызывающее снижение пластичности и вязкости сплавов. Наилучшие механические свойства сплавы приобретают после закалки от когда весь магний находится в твердом растворе.

Сплавы систем применяют для изготовления деталей, работающих в условиях высокой влажности, в судо-, самолето- и ракетостроении. Из них делают детали приборов, вилки шасси и хвостового оперения, штурвалы и Др.