2.3 Ливарні алюмінієві сплави

Ливарні сплави на основі алюмінію належать до систем Лї-Бі, Al-Mg, Лї-Си, Лї-Cu-Mg, Лї-Zn-Mg, Лї-Cu-Mg-Ni. Ливарні сплави маркі­рують буквами АЛ (алюмінієвий ливарний) та цифрами, що вказують порядковий номер сплаву. Відповідно до ГОСТ 1583-93 в конструк­торській документації ливарні алюмінієві сплави можуть позначатися із зазначенням хімічного складу, наприклад АК12 ( ливарний алюміні­

євий сплав, що містить близько 12% кремнію), ця марка відповідає по­значенню АЛ2. Марка АЦ4Мг (АЛ24) відповідає ливарному сплаву системи А1-2и-Мй з вмістом цинку - 3,5-4,5%, магнію - 1,55-2,05%.

Ливарні сплави алюмінію поділяють на п'ять основних груп:

1. Система ЛІ-Бі-Щ: АК12 (АЛ2), АК13, АК9,АК9ч (АЛ4), АК9пч (АЛ4-1), АК8л (АЛ34), АК7, АК7ч (АЛ9), АК7пч (АЛ9-1), АК10Су („Су"-сурма).

2. Система ЛІ-Бі-Си: АК5М (АЛ5), АК5Мч (АЛ5-1), АК5М2, АК5М7, АК6Мч, АК8М (АЛ32), АК5М4, АК8М3, АК8М3ч (ВАЛ8), АК9М2, АК12М2, АК12ММгН (АЛ30), АК12М2МгН (АЛ25), АК21М2,5Н2,5 (ВКЖЛС-2).

3. Система ЛІ-Си: АМ5 (АЛ19), АМ4,5Кд (ВАЛ 10) („Кд" - ка­дмій).

4. Система ЛІ-Щ: АМг4К1,5М, АМг5К (АЛ13), АМг5Мц (АЛ28), АМгбл (АЛ23), АМгбпч (АЛ23-1), АМг10 (АЛ27), АМг10ч

(АЛ27-1), АМг11 (АЛ22), АМг7 (АЛ29).

5. Система ЛІ - інші елементи: АЦ4Мг (АЛ24), АК7Ц9 (АЛ11),

АК9Ц6 („Ц"-цинк).

Найбільш поширеною групою ливарних алюмінієвих сплавів є силуміни (система А^і) (рис. 2.5).

\к Р+а

Р

 

^ Р+8І ^ 570

\

 

 

----/" У

 

а ?

1,65

 

 

 

 

564

Г

 

(а+ві)

 

 

 

+

 

 

1

І

 

 

 

1

1 о >~

+

 

І

+

в

11,6

 

и

 

АІ,100%       5 Ю 15 5і,%(Мас.)

Рисунок 2.5 - Діаграма стану системи АІ-Бі (штрихові лінії - для сплавів після модифікування Кр

До переваг цих матеріалів належать високі ливарні властивості. В промисловості використовують подвійні силуміни або леговані (Мй, Си, Мп, N1). За структурою розрізнюють доевтектичні силуміни (АЛ4, АЛ9, АЛ5), структура яких складається з а+евт.(а+8і), та евтектичні сплави (АЛ2), структура яких представлена евтектикою (а+8і). По­двійні силуміни (Аі-8і )не зміцнюються термообробкою, хоча зі зни­женням температури розчинність кремнію в алюмінії зменшується. В легованих силумінах існує можливість проведення зміцнювальної те­рмічної обробки: гартування+старіння, зміцнення забезпечується, пе­реважно, частинками Мй28і або СиА12, в залежності від схеми легу­вання.

Сплав АЛ2 (10-13% 8і) має склад близький до евтектичного (11,6% Найчастіше при кристалізації сплаву виникає структура, що складається з а-твердого розчину та грубих кристалів кремнію го­лчастої морфології, які через високу крихкість є джерелом зародження тріщин. Рівень механічних властивостей силуміну АЛ2 може бути по­ліпшений проведенням модифікування. Цей процес передбачає вве­дення в сплав лужних металів (N5 Ьі) з метою впливу на форму та розміри структурних складових. Найчастіше використовують модифі­кування натром, який вводять у вигляді суміші солей 2/3 N^+1/3 N331; поліпшення структури забезпечується при вмісті натру в сплаві 0,01%. При модифікуванні евтектична концентрація зсувається в бік більшого вмісту кремнію (14%), таким чином сплав АЛ2 стає доевтектичним (рис.2.6).

Атоми натру адсорбуються поверхнею частинок кремнію, в по­верхневих шарах утворюється плівка N[28!, що перешкоджає подаль-шому зростанню кристалів кремнію, тобто спостерігається подрібнен­ня евтектики. Модифікування сприяє підвищенню пластичності та мі­цності (рис. 2.7).

220

Є

§ 180 0 140 100

о

15

* 10 ю 5

0

4    б    8   10  12 14

%

1 - сплав модифікований , лиття в земляну форму;

2 - сплав без модифікування, лиття в земляну форму;

3 - сплав без модифікування, лиття в кокіль

Рисунок 2.7 - Механічні властивості сплавів Лі-Бі в залежності від вмісту кремнію

Ливарні сплави системи АІ-Си, порівняно із силумінами, мають низькі показники ливарних властивостей. Для цих сплавів характерна низька рідкотекучість, вони схильні до утворення тріщин при литті та виникнення усадочної пористості. Сплави АЛ7, АЛ19, АЛ33 - харак­теризуються високою міцністю, зміцнюються термічною обробкою. При легуванні сплавів системи Лі-Си нікелем, марганцем, титаном зростає жароміцність. Після гартування та старіння формується струк­тура, що складається з а-твердого розчину, 9-фази та дисперсних час­тинок сполук типу Т(Лі12Мп2Си), Лі3Ті (АЛ33). Тривала міцність си-луміна АЛ2 значно менша за показники міцності ливарних сплавів на

основі системи Лі-Си (а30°0° = 25 МПа (АЛ2), а30°0° = 65 МПа (АЛ19), а30° = 90 МПа (АЛ33)). Недоліком сплавів АЛ33, АЛ19 є відносно ни­зька корозійна стійкість.

Призначення сплавів:

- АЛ7 - для відповідальних, високонавантажених деталей простої форми;

- АЛ19 - для високонавантажених деталей з температурою експлуатації до 250-300°С;

- АЛ33 - для роботи при підвищених температурах.

Ливарні сплави системи Al-Mg характеризуються поєднанням високої міцності із високою пластичністю, мають високу корозійну стійкість. Маркірують сплави АЛ13, АЛ8, АЛ27. Термічна обробка передбачає гартування сплавів АЛ8, АЛ27, зміцнення пов'язано із пе­ресиченням твердого розчину марганцем. Старіння погіршує пластич­ність, тому не проводиться (процес природного старіння триває на протязі кількох років, при незначних змінах у міцності, пластичність сплаву після старіння суттєво погіршується). Недоліки сплавів цієї си­стеми - високий вміст газів, схильність до появи тріщин, значний вміст неметалевих включень. За рідкотекучістю займають проміжне положення між силумінами та сплавами системи А1-Си.