1. Проаналізуйте структуру і властивості двох- і багатокомпонентних силумінів.

Сплави системи Al–Si називають силумінами, які є найбільш поширеними ливарними сплавами. Силуміни поділяють на подвійні, леговані тільки кремнієм, і спеціальні, в яких, окрім кремнію, містяться в невеликій кількості інші легуючі компоненти (Mg, Cu, Mn, Ni).

Силуміни належать до евтектичних або доевтектичних сплавів. Кремній має змінну розчинність в алюмінію, яка зростає від 0,1 % при кімнатній температурі до 1,65 % при евтектичній. Тому нагрівом сплавів до температури, близької до евтектичної, та швидким охолодженням можна отримати пересичений твердий розчин кремнію в алюмінію, який при подальшому старінні розпадається з видаленням дисперсних часток кремнію. Проте зміцнювальний ефект, який пов’язаний із цією обробкою, дуже малий і практичного значення не має. Таким чином, подвійні силуміни належать до термічно незміцнювальних сплавів. Силуміни з грубогольчатою евтектикою внаслідок великої крихкості кремнію характеризуються невеликими показниками механічних і корозійних властивостей. Для покращання структури силумінів та підвищення механічних і технологічних властивостей їх перед відливкою піддають обробці сумішшю фтористих та хлористих солей натрію. Ця операція називається модифікуванням силумінів, оскільки вона приводить до різких змін структури сплавів. Сплави евтектичного і заевтектичного складу стають за структурою доевтектичними, а сама евтектика – дрібнозернистою. Поряд зі звичайними структурними складовими в силумінах завжди наявні виділення залізовмісних фаз. Для нейтралізації шкідливого впливу заліза в силуміни вводять невеликі додатки марганцю. При цьому утворюється сполука типу AlFeSiMn, яка кристалізується у вигляді компактних включень. Подібний вплив на залізну фазу здіснюють також додатки хрому, берилію та інших металів. Типовим представником промислових силумінів даної групи є сплав АК12.

Для підвищення механічних властивостей силумінів їх додатково легують. З легуючих компонентів у силумінах найбільше значення мають магній і мідь, введення яких приводить до того, що силуміни зміцнюються термічною обробкою. Мідь утворює з алюмінієм хімічну сполуку CuAl₂, а магній із кремнієм – Mg₂Si. Обидві ці сполуки мають високу міцність та твердість і тому є ефективними зміцнювальними фазами при термічній обробці. Цинк входить у твердий розчин, зміцнюючи його. Значне зміцнення досягається також термічною обробкою.

При одночасному вмісті в силумінах магнію та міді, крім основних зміцнювачів, можливе утворення в невеликих кількостях сполуки Al₂CuMg і складнішої почетвереної сполуки.

Сплави АК9ч, АК7ч містять у собі невеликі додатки магнію (до 0,3…0,4 %). Застосовують для відливання крупних навантажених деталей і деталей складної конфігурації, що піддаються зварюванню.

2. Проаналізуйте вплив домішок на структуру і властивості магнію.

У залежності від вмісту домішок установлені такі марки технічного магнію (ГОСТ 804–93): Мг96 (99,96 % Мg), Мг95 (99,95 % Мg) і Мг90 (99,90 % Мg). Також виробляються магній високої чистоти (99,9999 % Мg) і гранульований магній.

Властивості магнію технічної чистоти суттєво залежать від вмісту в ньому домішок. Основними домішками в ньому є алюміній, залізо, кремній, натрій, калій, мідь і нікель.

Алюміній має велику розчинність у магнію і в тих кількостях, в яких він зустрічається як домішка, повністю входить у твердий розчин. У таких кількостях алюміній помітно не впливає на структуру і властивості магнію.

Залізо, натрій, калій не розчиняються в твердому магнію і не утворюють з ним сполук. У структурі магнію вони виявляються у вигляді окремих темних включень по границях зерен при дуже малому їх вмісті.

Кремній, мідь і нікель утворюють з магнієм хімічні сполуки Mg₂Si, Mg₂Cu, Mg₂Ni, які не розчинні в магнію у твердому стані. Унаслідок евтектичного характеру взаємодії з магнієм включення цих сполук розташовуються по границях зерен у вигляді тонких сітчастих або голкоподібних кристалів.

Залізо, мідь і нікель є найшкідливішими домішками в магнію, оскільки істотно погіршують його корозійну стійкість. Їх вміст у технічному магнію не повинен перевищувати 0,04 % Fe, 0,005 % Cu і 0,001 % Ni. Вміст натрію і калію не повинен перевищувати 0,01 і 0,005 % відповідно. У ливарних магнієвих сплавах допускається більший вміст домішок.

Для поліпшення властивостей до складу технічного магнію спеціально вводять деякі присадки, такі, як берилій, цирконій, кальцій. Берилій у кількості 0,005…0,020 % сприяє рафінуванню магнію і зменшенню його окисненості в процесі плавлення. Цирконій значно подрібнює зерно литого магнію та сприяє підвищенню його механічних і корозійних властивостей.

Механічні властивості Мg : σ _в =100-120 МПа, σ_0,2 = 20- 30 МПа, δ = 6-8 %

4.