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

Таблица 3.20

Алюминиевые сплавы систем алюминий – цинк – магний по ГОСТ 4784–2019

Сплавы 1915 и 1925 содержат основные легирующие элементы в количестве: цинка – по 3,4…4,0 %, магния – по 1,0…1,8 %. Наряду с этим они легированы 0,2…0,7 % марганца и 0,08(0,1)… 0,2 % циркония. Кроме того, сплав 1915 дополнительно легирован 0,06…0,20 % хрома. Примесями в этих сплавах являются железо, кремний и титан.

В сплавах В95, В95ч и В95пч содержание основного легирующего элемента цинка достигает 5,0…6,5 (7,0) %, а массовая доля магния составляет 1,8…2,8 %. Кроме того, они легирова-

61

ны медью (1,4…2,0 %), марганцем (0,2…0,6 %) и хромом (0,1… 0,25 %). Железо в сплаве В85пч в количестве 0,05…0,25 % является легирующим элементом. Общими примесями в этих сплавах являются кремний и титан, а в сплавах В95 и В95ч – также железо и никель.

Сплав В93пч является самым высоколегированным цинком сплавом пятой группы: содержание цинка в нем достигает 6,5… 7,3 %. При этом он по сравнению со сплавами семейства В95 содержат меньше магния (1,6…2,2 %) и меди (0,8…1,2 %), легирован 0,2…0,4 % железа. В этом сплаве примесями являются кремний, марганец и титан, содержание их не должно превышать 0,1 %.

Сплав В95-1 является самым низколегированным цинком сплавом этой группы. Содержание цинка в нем составляет 0,8…2,0 %, а другого основного легирующего элемента магния – 0,6…2,6 %. Кроме того, сплав легирован 1.0…3,0 % меди и 0,2…0,8 % марганца. Сплав В95-2 также легирован магнием, медью и марганцем, но больше легирован цинком при широком допустимом его содержании – 2,0…6,5 %. В этих сплавах примесями являются кремний (≤ 1,5 %), железо (≤ 0,9/1,0 %), хром (≤ 0,25 %), никель (≤ 0,2 %) и титан с цирконием (≤ 0,15/0,20 %).

Сплав АЦпл фактически представляет собой двойной алюми- ний-цинковый сплав, содержащий 0,9…1,3 % цинка. Примесями в этом сплаве являются железо и кремний (≤ 0,3 % каждого), марганец (0,025 %) и титан (≤ 0,15 %).

Во всех сплавах пятой группы содержание прочих примесных элементов не должно превышать 0,05 % каждого, а в сумме – от 0,1 до 0,2 %.

В алюминий-цинк-магниевых сплавах упрочняющими фазами являются сложные соединения алюминия и цинка с медью или магнием, а также двойные интерметаллиды MgZn2, CrAl7 и ZnAl3.

Наряду со сплавами для изготовления изделий и полуфабрикатов обработкой давлением применяется алюминий разной чистоты. Согласно ГОСТ 4784–2019 они классифицированы на восемь марок. Наиболее чистыми являются алюминии марок АД000, АД00 и АД00Е, в которых содержание алюминия долж-

62

но быть не менее 99,70 %. В алюминиях марок АД0, АД0Е его должно быть не менее 99,50 %, в марках АД1 и АД1пл – не менее 99,30 %, в марке АД – не менее 99,0 %. Во всех марках деформируемого алюминия основными примесями являются: кремний (≤ 0,15…0,30 %), железо (≤ 0,15…0,40 %), медь и марганец (≤ 0,02…0,1 % каждого), магний, кроме марок АД0Е и АД, (≤ 0,02…0,05 % каждого), цинк (≤ 0,04…0,1 %) и титан, кроме марок АД00Е и АД0Е, (≤ 0,02…0,15 %). Кроме того, в алюминии марок АД00Е и АД0Е ограничивается содержание хрома (≤ 0,01 %), бора (≤ 0,02 / 0,05 %) и ванадия с титаном (≤ 0,02 %). Содержание прочих примесей не должно быть больше 0,02… 0,05 % каждого.

3.2.3. Сплавы алюминиевые антифрикционные

Химический состав алюминиевых антифрикционных сплавов регламентирован ГОСТ 14113–78 и представлен в табл. 3.21.

Они представляют собой многокомпонентные сплавы алюминия с оловом и медью, а также никелем, кремнием или сурьмой.

Таблица 3.21

Химический состав алюминиевых антифрикционных сплавов по ГОСТ 14113–78

63

Окончание табл. 3.21

Сплавы АО9-2 и АО3-7 являются литейными сплавами. Они предназначены для изготовления литых монометаллических вкладышей и втулок, работающих при температурах до 100 С, скоростях скольжения до 15 м/с и нагрузках до 25,5 и 19,5 МН/м2.

Никелевый алюминиевый антифрикционный сплав АН2,5 используют как литейный и деформируемый сплав для получения монометаллических и биметаллических вкладышей. Они имеют такие же функциональные свойства, как и АО3-7 и АО9-2, но более экономичны из-за замены олова более дешевым никелем.

Сплавы АО6-1, АО9-1, АО12-1 и АО20-1 являются деформируемыми сплавами. Их применяют для изготовления биметаллических лент с толщиной антифрикционного слоя менее 0,5…1,0 мм, которые могут работать при более высоких температурах (до 120 С), скоростях скольжения (до 20 м/с) и нагрузках (до 29,5 и 31,2 МН/м2).

Сурьмянистые сплавы АСМ и АМСТ также являются сплавами, обрабатываемыми давлением. С их применением получают биметаллические ленты со сталью. Условия работы изделий из них примерно такие же, как у сплавов АО9-2 и АО3-7.

Кремнистый алюминиевый антифрикционный сплав АМК, являясь деформируемым сплавом, позволяет получать биметаллические ленты со сталью, штампованные изделия из которого допускают наиболее высокие нагрузки (до 50,0 МН/м2).

64

3.3. Сплавы на основе магния

3.3.1. Сплавы магниевые литейные

Магний обладает гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой, имеет небольшую плотность (1738 кг/ м3 при 20 С и 1600 кг/м3 при температуре плавления), невысокую температуру плавления – 651 С и высокое давление пара. Чистый магний не применяют для производства фасонных отливок. Для их изготовления используют три группы магниевых сплавов: сплавы магния с алюминием и цинком, сплавы магния с цинком и цирконием, сплавы магния, легированные редкоземельными металлами (РЗМ) (табл. 3.22).

Сплавы 1-й группы на основе Mg–Al–Zn (МЛ3…МЛ6) предназначены для производства высоконагруженных отливок, работающих в атмосфере с большой влажностью. Для повышения коррозионной стойкости в сплавы вводят 0,1…0,5 % марганца, а для снижения окисляемости – 0,001…0,002 % бериллия или 0,05…0,20 % кальция. Сплавы этой группы относят к числу высокопрочных. Основным упрочнителем в них является алюминий, растворимость которого в магнии при эвтектической температуре составляет 12,7 %, а при комнатной – 1,5 %. Цинк также упрочняет магний, но менее эффективно, чем алюминий.

Основными структурными составляющими сплавов этой группы являются первичные кристаллы Mg твердого раствора алюминия и цинка в магнии, фазы (Mg17Al12), (MnАl) и марганцевая фаза (Mn). Фаза является упрочнителем сплавов при термической обработке.

В сплавах первой группы примесными элементами являются Zr, Be Ni, Cu, а также Si и Fe. Допускаемое общее содержание определяемых примесей колеблется в пределах 0,13… 0,70 %.

Сплавы 2-й группы на основе Mg–Zn–Zr (МЛ8 и МЛ12) также относят к числу высокопрочных. Цирконий измельчает структуру и оказывает упрочняющее воздействие, поэтому сплавы этой группы отличаются от магниевых сплавов других групп повышенными механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью резанием.

65

Таблица 3.22

Химический состав магниевых литейных сплавов (ГОСТ 2856–79)

* В сплавах МЛ3-МЛ6 и МЛ8-МЛ19 (кроме сплава МЛ 15) допускается соответственно до 0,002 и 0,001 % Be, а в сплаве МЛ9 допускается ≤0,15 % Zn.

Легирование их лантаном улучшает литейные свойства, несколько повышает жаропрочность и свариваемость, но снижа-

66

ет прочность и пластичность при комнатной температуре. Эти сплавы обладают удовлетворительными литейными свойствами, имеют измельченные цирконием зерна, способны упрочняться при термической обработке. Из них можно получать отливки с однородными свойствами в различных по толщине сечениях. Их используют для изготовления отливок, работающих при 200… 250 С и высоких нагрузках. Основными структурными составляющими являются твердый раствор цинка и циркония в магнии ( Mg) и включения интерметаллидов Mg2Zn3 и ZrZn2, используемые в качестве упрочнителей при термической обработке.

Сплавы 3-й группы, легированные редкоземельными элементами (МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ15 и МЛ19), обладают высокой жаропрочностью и хорошей коррозионной стойкостью. В качестве РЗМ наиболее часто используют Nd, а также La и Y. Цериевый мишметалл используют для легирования сплава МЛ11. Сплавы этой группы предназначены для длительной работы при 250…350 С и кратковременной при 400 С. Эти сплавы имеют хорошие литейные свойства, высокую герметичность, малую склонность к образованию микрорыхлот и усадочных трещин, высокие и однородные механические свойства в сечениях различной толщины. Сплавы с редкоземельными элементами применяют для изготовления отливок, работающих под воздействием статических и усталостных нагрузок. Основными их структурными составляющими являются твердый раствор неодима и циркония в магнии и двойная эвтектика Mg + Mg9Nd.

В сплавах второй и третьей групп вредными являются в основном те же примеси, что и в сплавах первой группы. Только вместо циркония ограничивается содержание алюминия в пределах 0,02…0,03 %.

Буквы «пч» и «он» в маркировке сплавов обозначают, что это сплав повышенной чистоты и общего назначения соответственно.

3.3.2. Сплавы магниевые деформируемые

По составу, структуре и свойствам деформируемые магниевые сплавы близки к литейным и во многих случаях являются их аналогами. Эти сплавы начали применяться главным образом в авиастроении, поэтому имеют маркировку МА (магниевые ави-

67

ационные). В промышленности получили применение сплавы на основе систем Mg–Mn, Mg–Al–Zn, Mg–Zn–Zr, Mg–Nd, Mg–Ce

иMg–Li (табл. 3.23).

Кмагний-марганцевым относятся сплавы МА1, МА8 и МА8 п.ч., которые близки по составу к литейному сплаву МЛ2, но содержат большее количество марганца. Сплавы МА8 и МА8 п.ч., кроме того, дополнительно легированы 0,15…0,35 % церия, который измельчает зерно, повышает прочность и пластичность. Нижний предел содержания марганца для сплавов МА8 и МА8 п.ч. составляет 1,3 %, так как только при таком условии достигается максимальная коррозионная стойкость. Сплав МА8 технологичнее, лучше обрабатывается давлением, имеет более высокие пределы текучести, ползучести и длительной прочности, но хуже сваривается, чем сплав МА1. Сплав МА8 п.ч. по сравнению со своим аналогом содержит меньше марганца (1,0…1,5 %), но отличается повышенной коррозионной стойкостью за счет большей чистоты по примесям. Вредными примесями в сплавах этой группы являются Be, Ni, Cu, Fe, а также Al и Zn.

Ксплавам на основе системы Mg–Al–Zn относятся четыре марки – МА2, МА2-1, МА2-1 п.ч. и МА5. Содержание алюминия в этих сплавах увеличивается от 3,0…4,0 % (МА2) до 7,8… 9,2 % (МА5). Алюминий способствует повышению прочностных свойств, однако при высоком его содержании сплавы (особенно МА5) склонны к формированию гетерогенной структуры. Поэтому для повышения предела прочности и относительного удлинения, устранения анизотропии свойств сплавы подвергают ступенчатой гомогенизации до обработки давлением и закалке после ее осуществления. С увеличением содержания алюминия возрастает также склонность сплавов к коррозионному растрескиванию под напряжением. Для повышения коррозионной стойкости все сплавы этой группы легированы марганцем (от 0,15…0,30 до 0,5…0,7 %).

Эти сплавы рекомендуются для изготовления деталей, предназначенных для длительной работы при температурах до 150 С и кратковременной – до 200 С. Вредными примесями в этих сплавах являются те же примеси, что и в сплавах МА1 и МА8, за исключением Al и Zn, которые в сплавах этой группы являются легирующими элементами.

68