4.2.5. Алюминиевые сплавы 4-й группы. Алюминиево-магниевые сплавы (литейные магналии)

Сплавы данной группы (табл. 20) отличаются малой плотностью, сочетанием высокой удельной прочности, пластичности, высокой коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью, кроме того, эти сплавы хорошо обрабатываются резанием и являются достаточно технологичными, что позволяет получать из них достаточно сложные отливки всеми известными способами литья.

Применяют сплавы для деталей, работающих в условиях высоких вибрационных и ударных нагрузок, а также в условиях воздействия различных агрессивных сред при температуре 80-100ºС (в судостроении, транспортном машиностроении, строительстве и др. отраслях). Прочность сплавов после термообработки достигает 400 МПа.

Основным легирующим компонентом алюминиевых сплавов 4-й группы является магний.

Магний очень хорошо растворяется в алюминии (до 17,4%), при 33% магния образуется

двойная эвтектика (рис.3). Основной структурной составляющей сплавов является твёрдый раствор магния в алюминии (ά-фаза) и интерметаллическое соединение Al3Mg2 (β - фаза). Количество β - фазы, образующейся при выделении из ά - твёрдого раствора зависит от содержания магния в сплаве и от скорости охлаждения. При литье в песчаные формы в твёрдом растворе может находиться до 7% магния. Поэтому сплавы, содержащие до 7-8% магния, при термообработке практически не упрочняются.

С повышением содержания магния более 10% повышается термодинамическая неустойчивость ά - твёрдого раствора даже при 20ºС, что приводит при длительном естественном старении к выделению β - фазы преимущественно по границам зёрен, что вызывает резкое падение пластичности, увеличение твёрдости и интенсивное развитие коррозии. Прочность сплавов возрастает при увеличении содержания магния до 13%, но пластичность начинает снижаться при содержании более 11% Mg. Поэтому в литейных алюминиевых сплавах содержание магния ограничивается 13%.

Особенностью двойных алюминиево-магниевых сплавов является то, что они упрочняются в результате растворения магния в алюминии, поэтому при быстром охлаждении (закалка с 430ºС в масло, выдержка 12…20 час.) в структуре сплава фиксируется пересыщенный раствор магния в алюминии, что приводит к повышению механических свойств и повышению коррозионной стойкости. Прочность сплавов повышается до 375 МПа, одновременно повышается и пластичность до 20%. Скорость закалки мало влияет на механические свойства, однако, чем ниже скорость закалки, тем меньше вероятность образования трещин при механической обработке и в процессе эксплуатации.

К недостаткам алюминиево-магниевых сплавов относятся:

- низкая жаропрочность (не выше 100-120ºС);

- невысокие литейные свойства, связанные с широким интервалом кристаллизации (низкая жидкотекучесть, сильная окисляемость, склонность к образованию горячих трещин и усадочных рыхлот);

- склонность к повышенной окисляемости в жидком состоянии и к образованию окисных плён и чёрных пятен в отливках;

- повышенная склонность к взаимодействию с газами и образованию газовой и газоусадочной пористости.

Поэтому плавку этих сплавов следует проводить под слоем флюса или водить бериллий, подвергать тщательной дегазации и рафинированию.

Для улучшения технологических свойств в сплавы дополнительно вводят микродобавки титана и циркония (0,15-0,20%), которые образуют тугоплавкие интерметаллиды TiAl3, ZrAl3, играющие роль модификаторов 1 рода. Механические свойства повышаются на 20-30%. В процессе старения дисперсные частицы этих интерметаллидов стабилизируют твёрдый раствор, что способствует повышению пластичности сплавов и улучшает их коррозионную стойкость.

Кремний в количестве 0,8-1,3% вводят для повышения жидкотекучести сплавов (АМг5К, АМг7). Кремний уменьшает также чувствительность сплавов к образованию горячих трещин при литье, повышению герметичности, а также к повышению жаропрочности. Для повышения коррозионной стойкости двойные сплавы дополнительно легируют хромом или марганцем. Присадки бериллия и бора в количестве 0,05 – 0,2% предохраняют расплав от загорания.

Содержание легирующих элементов, микродобавок и модификаторов варьируют в зависимости от назначения отливок. Так, например, для получения максимальной прочности сплава АМг11(АЛ22) содержание магния следует иметь на верхнем пределе, а кремний - на нижнем. Для отливки сложных по конфигурации деталей, где требуется повышенная технологичность сплава и средняя прочность, содержание магния может быть ближе к нижнему пределу, а кремния – к верхнему.

Железо и кремний являются нежелательными примесями магналиев, т.к. они снижают пластичность сплавов, образуя химические соединения, выделяющиеся по границам зёрен.

Содержание меди и цинка в этих сплавах рекомендуется держать на нижнем уровне, т. к. считается, что они снижают коррозионную стойкость. Медь повышает прочность сплавов, однако снижает его пластичность.

Сплавы хорошо свариваются аргонодуговой сваркой. В качестве присадочного материала обычно используют пруток основного материала.

Таблица 21.