9. Силумины и другие алюминиевые сплавы для фасонного литья

Под группой алюминиевых сплавов, называемых силуминами, подразумевают сплавы с большим содержанием кремния. Силумины — наиболее распространенные литейные алюминиевые сплавы, широко применяемые только в литом виде (например, в авто- и авиастроении). Реже, кроме силуминов, в качестве литейных алюминиевых сплавов применяют сплавы алюминия с медью, магнием и цинком.

Для получения плотной отливки применяют сплавы с узким интервалом кристаллизации (см. рис. 404) и, естественно, для этого подходят сплавы эвтектической концентрации.

Однако у большинства сплавов систем и др.) механические свойства с эвтектической концентрацией совершенно

неудовлетворительны, и о применении таких сплавов не может быть и речи. Исключение составляет система Al-Si. Эвтектика в этой системе имеет сравнительно низкое содержание кремния и механические свойства эвтектических сплавов (особенно после модифицирования) оказываются достаточно высокими. Силумин нашел широкое применение ввиду такого сочетания высоких литейных и механических свойств.

Успеху в области применения литейных алюминиевых сплавов способствовал ряд обстоятельств. Техника отливки за последние годы сделала большой шаг вперед. Сейчас технически осуществима отливка деталей, весьма сложной по конфигурации и большой по размерам. Отливку проводят с большой точностью, часто без припусков на механическую обработку. Плотность литого металла приближается к плотности деформированного, что достигается применением кристаллизации под давлением и рядом других усовершенствований.

Термическая обработка литых деталей из алюминиевых сплавов существенно улучшает механические свойства этих сплавов. Предел прочности и относительное удлинение литейных алюминиевых сплавов после термической обработки (закалка с последующим искусственным старением) увеличиваются в два раза.

Термическая обработка алюминиевых литых сплавов, по сравнению с деформированными, имеет ряд особенностей, что объясняется различием в химическом составе, а также тем, что у литых сплавов структура более грубая и крупнозернистая, чем у деформированных.

Температура нагрева под закалку у литых сплавов обычно несколько выше, чем у деформированных, и выдерживать отливки при этой температуре следует более продолжительно. Это обусловлено необходимостью растворить грубые интерметаллические соединения, расположенные часто по границам зерна и выравнять концентрацию по всему объему зерна.

Литые сплавы почти не подвержены естественному старению, и максимальную прочность получают после искусственного старения в течение 10-20 ч при 150—180 °С. Или при более высокой температуре, но тогда продолжительность старения меньше.

Упрочнение литых алюминиевых сплавов, так же как и деформированных, объясняется растворением интерметаллических соединений фазы с получением в закаленном состоянии пересыщенного твердого раствора. Одновременное повышение после термической обработки прочности и вязкости объясняется растворением указанных интерметаллических соединений, присутствующих до термической обработки в литом состоянии по границам зерна. Поэтому в ряде случаев уже только одна закалка без старения улучшает механические свойства. Обычно старение еще больше повышает прочность, но пластичность при этом часто снижается.

Двойные алюминиевокремнистые и вообще высококремнистые сплавы слабо упрочняются в результате закалки и старения, но механические свойства этих сплавов можно существенно повысить при помощи особой обработки в жидком состоянии. Обычный силумин содержит и по структуре является заэвтектическим сплавом. Структура такого сплава состоит из игольчатой грубой эвтектики и включений первичного кремния

(рис. 407, а). Но если перед самой отливкой внести в сплав незначительное количество натрия или некоторых других веществ (например, ), то структура резко изменяется. Сплав становится доэвтектическим, структура его состоит из светлых первичных выделений алюминия и мелкозернистой эвтектики (см. рис. 408, б. Этот процесс называется модифицированием.

Рис. 407. Микроструктура литейных сплавов алюминия : а - немодифицированный силунин; б - модифицированный силунин; в - типичная структура литейного алюминиевого сплава

Введение модификатора (т. е. указанных выше веществ в количестве до 1% от массы жидкого сплава) затрудняет кристаллизацию кремния. В результате температура выделения кремния и кристаллизации эвтектики понижается (рис. 408). Кристаллизация эвтектики происходит при более низких температурах и следовательно, продукты кристаллизации становятся более мелкозернистыми. Заэвтектический сплав с 12 -13% , как показано на рис. 408, в результате смещения линии начала кристаллизации кремния и кристаллизации эвтектики к более низкой температуре становится доэвтектическим.

Измельчение структуры и отсутствие первичных выделений хрупкого кремния улучшают механические свойства. Так, немодифицированный сплав с имеет при После модифицирования свойства этого сплава следующие:

Двойные алюминиевокремниевые сплавы, несмотря на их превосходные технологические (литейные) свойства, не могут удовлетворить требованиям во всех случаях, предъявляемым к литейным сплавам в отношении механических свойств. Алюминиево-кремниевые сплавы с (сплав применяют для отливок сложной формы, от которых не требуются высокие механические свойства. При более высоких требованиях к прочностным свойствам применяют специальные силумины — доэвтектические силумины с с добавкой меди, магния и марганца (сплавы табл. 114).

Механические свойства специальных силуминов в результате термической обработки следующие:

1—6%, все же йиже механических свойств деформированных сплавов. Это является следствием более грубой структуры, не раздробленной пластической деформацией.

Рис. 408. Влияние модифицирования на кристаллизацию в системе : 1 — без модифицирования; 2 — после модифицирования

Среди литейных сплавов наиболее высокими механическими и антикоррозионными свойствами обладает сплав алюминия с магнием содержащий

После закалки прочность его достигает при удлинении 12%. Однако этот сплав обладает худшими литейными свойствами, чем другие алюминиевые сплавы.

Применение литых сплавов для нагруженных деталей целесообразно лишь в том случае, когда сложная форма литой детали дает преимущество в массе по сравнению с простой по форме кованой

Таблица 114. (см. скан) Химический состав литейных алюминиевых сплавов

деталью или когда ковкой не удается получить заданную форму детали; в других случаях более целесообразно применение кованых, механически более прочных сплавов.

Состав основных марок литейных сплавов приведен в табл. 114.

Маркировка сплава : А — означает, что сплав алюминиевый, — литейный; цифра — порядковый номер в ГОСТе.

Как уже отмечалось, — нормальный силумин, сплавы — силумины с пониженным содержанием кремния и с небольшими добавками магния и марганца, что улучшает их механические свойства.

Сплавы — низкокремнистые, силумины, дополнительно легироранные медью (а также в небольших количествах магнием и марганцем), обладают худшими литейными, но лучшими механическими свойствами, чем нормальный силумин. Сплав — цинковистый силумин; присадка цинка в таком большом количестве улучшает литейные свойства. Этот сплав применяют для изготовления особо сложных отливок.

Остальные сплавы, не содержащие кремния как легирующей добавки, уже не могут быть причислены к силуминам.

Алюминиевомедные сплавы — существенно различаются. Сплав с , по составу близкий к дюралюминию, обладает высокими механическими, но плохими литейными свойствами. Из этого сплава следует изготавливать небольшие отливки, подвергаемые значительным механическим воздействиям. Сплав наоборот, имеет высокие литейные и низкие механические свойства, однако по этим показателям он уступает нормальному силумину и его применение неоправдано (в серии алюминиевых литейных сплавов первым стали применять

Наконец, сплав системы так называемый магналий, представлен маркой Сплав имеет высокую механическую прочность, но наименьшую, по сравнению с другими алюминиевыми литейными сплавами, хорошей плотностью, высокими антикоррозионными свойствами, но в отношении технологических качеств (литейных свойств) он уступает другим сплавам (это видно, если учесть положение этого сплава в системе (рис. 400).

В табл. 115 приведены механические свойства некоторых литейных сплавов для отдельно отлитых образцов.

Таблица 115. (см. скан) Механические свойства алюминиевых литейных сплавов

Имеющаяся номенклатура сплавов позволяет выбрать для каждого конкретного назначения оптимальную марку. При этом выборе следует оценить положительные и отрицательные показатели сплава — его технологические, механические, эксплуатационные и другие свойства.