Материал: Фазовые равновесия и структурообразование сплавов на основе алюминия и магния для авиационной промышленности. Жиляков Д.Г., Горожанкина О.В

Сплав AЛ2 – простой двойной силумин эвтектического состава, не воспринимающий закалку. Термообработка его сводится к отжигу после литья для снятия напряжений.

Сплав АЛ4 – силумин доэвтектического состава, в который введен магний, что обеспечивает возможность закалки и старения в результате переменной растворимости соединения Mg2Si в алюминии. Оба эти сплава подвергаются модифицированию натрием.

Сплав АЛ10В (АК5М7) построен на основе системы алюминий – кремний – медь с добавками магния. Закалка и старение сплава обеспечиваются переменной растворимостью в алюминии сложных соединений, а хорошие литейные свойства – достаточным количеством двойной эвтектики А1-Si и тройной эвтектики А1-Si-CuAl2.

Сплав АЛ8 является практически двойным сплавом алюминия с магнием. Он по составу находится далеко от эвтектической точки, имеет большой интервал кристаллизации

21

ипоэтому обладает невысокими литейными свойствами. Од-

нако хорошие механические свойства – пониженная плотность (2,55 г/см3), отличная коррозионная стойкость – обусловливают достаточно широкое его применение. Увеличение содержания магния и приближение к эвтектическому составу позволило бы улучшить литейные свойства, однако при этом становится невозможной обычная плавка без покровных флюсов, так как расплав сильно окисляется.

Сплав АЛ 19 – это типичный высокожаропрочный материал, способный работать при 300°С.

Микроструктура литых доэвтектических силуминов состоит из светлых дендритов α - твердого pacтворa кремния в алюминии

идвойной эвтектики α + Si игольчатого типа, рис. 14, а (т.к. растворимость Al в Si при комнатной температуре составляет 0,05 %, допустимо считать, что в структуре сплавов при низких температурах присутствует не α – твердый раствор, а кремний).

Микроструктура сплава эвтектического состава состоит из эвтектики α + Si. При обычном способе литья эта эвтектики имеет грубое строение (рис. 14, б). Кремний в ней находится в виде грубых игл.

Всилуминах заэвтектического состава первично кристаллизуются многогранные кристаллы Si светло – серого цвета (рис. 14, в). Кремний хрупок, поэтому силумины имеют

низкие механические свойства (σв=120 – 160 МПа, δ = 1 – 2%). Чтобы избавиться от грубой эвтектики и первичных кристаллов, сплавы модифицируют, т.е. перед разливкой в расплав вводят небольшое количество натрия (0,05 – 0,08 % к массе сплава) или кальция, бора. В результате модифицирования увеличивается концентрация кремния в эвтектике (с 11,7 % до 15 %) и сплавы переохлаждаются относительно равновесно эвтектической температуры 577 °С. Силумины заэвтектического состава, содержащие 11,7 – 15 % Si, становятся доэвтектическими, и в их структуре вместо первичных

22

хрупких кристаллов кремния имеются дендриты пластического a -твердого раствора (рис. 8, г). Переохлаждение приводит к формированию в структуре мелкозернистой эвтектики.

Рис. 14. Микроструктура силуминов: а) доэвтектический, б) эвтектический, в) заэвтектический, г) модифицированный

(справа – схематическое изображение микроструктур) [4]

23

Модифицирование улучшает не только механические свойства силуминов (σв = 170 – 200 MПа, δ = 3 – 5 %), но и литейные. Модифицированные силумины хорошо свариваются и имеют высокую коррозионную стойкость. Для повышения прочности двойные силумины легируют магнием, медью и подвергают термической обработке [11–13].

По назначению конструкционные литейные алюминиевые сплавы условно делятся на следующие группы:

1)сплавы, отличающиеся высокой герметичностью (АК12 (микроструктура приведена на рис.11 б, в), АК8);

2)высокопрочные жаропрочные сплавы (АМ5, АК5М);

3)коррозионностойкие сплавы (АМг10; АЦ4Мг).

Таблица 5 Механические свойства литейных алюминиевых сплавов

24

Во всех литейных алюминиевых сплавах допускается 0,8

–1,2 % железа как примеси, неизбежно попадающей в металл при переплавках. Поэтому во всех сплавах оговорено содержание марганца, который ослабляет вредное действие железа, переводя иглообразные выделения железной составляющей в компактные.

Литейные алюминиевые сплавы легируют большим количеством добавок, чем деформируемые сплавы.

Содержание добавок в литейных сплавах таково, что в литом сплаве образуется эвтектика, которая, как правило, повышает жидкотекучесть, плотность отливки и увеличивает сопротивление сплава усадочным напряжениям.

Сплавы с большим количеством кремния обычно имеют игольчатую эвтектику, но при добавке в жидкий сплав незначительного количества модификатора (металлический натрий, смесь фтористого натрия и хлористого натрия), значительно улучшается структура сплава, так как эвтектика становится мелкозернистой.

Силумины хорошо поддаются сварке и почти не дают трещин от усадочных напряжений, что объясняется малым интервалом кристаллизации. Большой недостаток силуминов

–склонность к образованию окисных пленок (отчего повышается брак отливок), а также невысокая механическая прочность и плохая обрабатываемость резанием. Как и многие литейные сплавы, силумин очень чувствителен к загрязнению железом: уже незначительное увеличение содержания железа в силумине (на 0,1 – 0,2%) приводит к резкому снижению относительного удлинения (в 2 – 3 раза).

25