Производство отливок из сплавов цветных металлов. Раздел оптимизация состава плавильной шихты. Учебное пособие

Эвтектический силумин (АК12) обладает лучшими литейными свойствами – высокой жидкотекучестью, небольшой линейной усадкой, малой склонностью к образованию трещин при затрудненной усадке и рассеянной усадочной пористости. Этот сплав наиболее широко применяется. Из него отливают в том числе крупногабаритные отливки для судостроения.

Такой же эвтектический сплав, но дополнительно микролегированный магнием и марганцем (АК13) является более высокопрочным, он предназначен для литья под давлением. В эвтектических сплавах основными структурными составляющими являются эвтектика Al + Si.

Прочностные свойства эвтектических силуминов, особенно пластичность, определяются дисперсностью кристаллов кремния в эвтектике, поэтому их модифицируют натрием или стронцием.

Остальные девять марок сплавов группы I представляют собой доэвтектические силумины. Близкими к эвтектическим являются сплавы АК9, АК9с, АК9ч и АК9пч, в которых содержание кремния составляет от 8 (9) до 10,5 (11) %. Эти сплавы легированы магнием в количестве от 0,17 до 0,40 %, а также марганцем до 0,2…0,5 %.

К этой же группе можно отнести и сплав АК10Су, предназначенный для литья в металлическую форму, содержащий 9…11 % кремния, 0,1…0,5 магния, 0,3…0,6 марганца и дополнительно легированный 0,10…0,25 % сурьмы.

Сплавы АК8л, АК7, АК7ч и АК7пч содержат от 6,0 до 8,5 % кремния и от 0,20 до 0,55 % магния. Они также содержат эвтектику, хотя и в меньшем количестве, чем вышеупомянутые сплавы, поэтому имеют неплохие литейные свойства. Из них изготовляют литые изделия различного назначения с применением всех способов литья. Основными структурными составляющими доэвтектических силуминов являются первичные кристаллы твердого раствора кремния и микролегирующих элементов в алюминии ( Al) и эвтектика Al + Si. Их механические и литейные свойства определяются размерами первичных кристаллов Al. Для их измельчения доэвтектические силумины модифицируют титаном, бором или титаном и бором.

Наиболее вредной примесью в сплавах группы I является железо, образующее с компонентами сплава фазу (AlFeSi). Она

42

кристаллизуется в форме грубых иглообразных выделений и резко снижает пластичность сплавов. В сплавах АК9пч, АК7пч и АК8Л содержание железа не должно превышать соответственно 0,3, 0,3…0,5 и 0,6 %. В остальных сплавах этой группы допускается до 1,0…1,5 % железа. Для нейтрализации вредного влияния железа в сплавы вводят марганец.

Во всех силуминах, кроме того, ограничивается содержание примесей меди, цинка, свинца и олова, а в некоторых сплавах – также марганца и никеля.

Самые низкие требования по содержанию примесей предъявляются к сплавам АК10Су и АК7: сумма учитываемых примесей

вних составляет 4,8 и 3,1…3,3 % соответственно. Самые строгие требования по содержанию примесей имеют сплавы АК9пч и АК7пч – в них суммарное содержание примесей не должно превышать 0,6…0,8 %. В остальных сплавах ограничения по суммарному содержанию примесей находятся в пределах от 1,0 до 2,7 %.

Сплавы АК12, АК9 и АК7 применяют также для изготовления изделий пищевого назначения. В этом случае к сплавам

предъявляются более строгие требования по содержанию примесей: Pb ≤ 0,15 %, As ≤ 0,015 %, Zn ≤ 0,3 % и Be ≤ 0,0005 %.

Алюминиевые литейные сплавы группы I имеют высокую удельную прочность при нормальной температуре, хорошие литейные свойства, высокую коррозионную стойкость в атмосферных условиях. Литые изделия из них широко используют

вавиационной, автомобильной, приборостроительной, машиностроительной, судостроительной и электротехнической промышленности. В частности, сплав АК9ч получил широкое применение в моторостроении.

Вгруппу II входят сплавы системы алюминий – крем-

ний – медь, они включают 13 марок, содержащих от 4,5 до 13,0 % кремния, от 1 до 8 % меди и от 0,2 до 1,3 % магния (табл. 3.12). Некоторые сплавы этой группы дополнительно легированы малыми количествами марганца, титана и никеля. К этой группе отнесен и высококремнистый алюминиевый сплав АК21М2,5Н2,5. Сплавы этой группы характеризуются удовлетворительными технологическими и эксплуатационными свойствами, высокой стабильностью размеров в процессе работы изделий и чистотой обрабатываемой поверхности.

43

45

47

Основными структурными составляющими сплавов являются первичные кристаллы твердого раствора Al, двойная эвтектика

Al + Si и тройная эвтектика Al + Si + CuAl2.

Вредными примесями в сплавах этой группы являются Fe, Zn, Pb и Sn, а в некоторых сплавах также Mn, Ni, Cr, Ti, Mg, Zr, Cd. Наиболее высокие требования к содержанию примесей имеет сплав АК8М3ч (сумма учитываемых примесей не должна превышать 0,6 %). Самые высокие содержания учитываемых примесей допускают сплавы АК12М2 (≤ 2,2 %), АК9М2 (≤ 2,6…2,8 %) и АК5М4 (≤ 2,8…3,2 %). В зависимости от содержания примеси железа в структуре могут присутствовать игольчатые (AlFeSi) кристаллы железистой составляющей, но они в присутствии марганца трансформируются в компактные (AlMnFeSi).

Сплавы группы II более жаропрочны, чем силумины, и обладают хорошей жидкотекучестью, малой линейной усадкой, но более склонны к образованию усадочной пористости и трещин при затрудненной усадке, чем сплавы группы I. Благодаря повышенной прочности и твердости, способности сохранять постоянство размеров в процессе эксплуатации их применяют для изготовления отливок повышенной прочности и твердости, сохраняющих постоянство размеров в процессе эксплуатации, в частности корпусов приборов, автомобильных и тракторных поршней, деталей двигателей воздушного охлаждения.

Заэвтектический медно-никелевый силумин АК21М2,5Н2,5 предназначен для изготовления кокильным литьем поршней двигателей внутреннего сгорания повышенной мощности.

В группу III входят два сплава системы алюминий – медь АМ5 и АМ4,5Кд (табл. 3.13). Они обладает повышенной пластичностью, жаропрочностью до 300 С, хорошей обрабатываемостью резанием, а также высокими механическими свойствами, в том числе при низких температурах. Это достигается за счет легирования сплавов титаном (0,15…0,35 %) и марганцем (0,6…1,0 %), а также низкого содержания примесей.

Но эти сплавы имеют более низкую коррозионную стойкость. Кроме того, обладая широким интервалом кристаллизации, сплавы этой группы склонны к образованию усадочных трещин и рассеянной усадочной пористости. Они менее жидкотекучи, чем сплавы групп I и II.

48

Основными структурными составляющими этих сплавов являются твердый раствор меди в алюминии Al, эвтектика ( Al + CuAl2), а также железистая составляющая (AlMnFeSi). Для измельчения литой структуры и повышения механических свойств сплавы легируют марганцем, титаном, цирконием или церием.

Таблица 3.13

Химический состав алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 1583–93 (сплавы группы III на основе системы Al–Cu)

Окончание табл. 3.13

* В числителе – в чушке, в знаменателе – в отливке; ** З – литье в песчаные формы, В – по выплавляемым моделям, К – в кокиль, Д – под давлением.

Основными примесями в сплавах группы III являются железо (≤ 0,15…0,30 %), цинк (≤ 0,1…0,2 %), кремний (0,20…0,30 %), а также магний (≤ 0,05 %) и цирконий (≤ 0,15…0,20 %).

Группу IV образуют магналии – сплавы системы алюминий – магний девяти марок (табл. 3.14). Четыре из них (АМг6л, АМг6лч, АМг10 и АМг10ч) представляют собой практически двойные сплавы с содержанием магния от 6,0 до 10,5 %. Сплавы Амг5Мц и АМг11 дополнительно содержат соответственно 0,4…1,0 % марганца и 0,8…1,2 % кремния. Сплавы АМг5К и АМг7, дополнительно содержат марганец и кремний, а сплав АМг4К1,5М легирован еще медью.

49