Литейные алюминиевые сплавы

Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами, сопротивлением коррозии и др.

Чаще применяют сплавы А1 - Si, А1 — Си, А1 — Mg, которые дополнительно легируют небольшим количеством меди и магния (А1 — Si), кремния (А1 — Mg), марганца, никеля, хрома (А1 — Си). Для измельчения зерна, а следовательно, улучшения механических свойств в сплавы вводят модифицирующие добавки: Ti, Zr, В, V и др.

Многие отливки из алюминиевых сплавов подвергают термической обработке. В зависимости от характера отливки и условий ее работы используют один из видов термической обработки, приведенных ниже.

1.Искусственное старение (условное обозначение Т1) при 175 ± 5°С в течение 5 —20 ч без предварительной закалки. При литье многих сплавов (АЛ4, АЛ5, АЛЗ) в сырую песчаную форму или в кокиль происходит частичная закалка, поэтому старение повышает их прочность и улучшает обработку резанием.

2.Отжиг (Т2) при ~ 300°С в течение 5 — 10 ч. Охлаждение при отжиге производят на воздухе. Отжиг применяют для снятия литейных напряжений, а также остаточных напряжений, вызванных механической обработкой. Отжиг несколько повышает пластичность.

3.Закалка и естественное старение (ТЗ, Т4). Температура закалки 510-520°С для сплавов АЛ1, АЛ7 и 535 —545°С для сплавов АЛ4, АЛ9, АЛ19 и др. Так как после закалки отливки выдерживают достаточно длительное время при комнатной температуре, режим (ТЗ) практически соответствует закалке и естественному старению (Т4).

4.Закалка и кратковременное (2 — 3 ч) искусственное старение обычно при 150- 175°С (Т5). При данной температуре и продолжительности процесс старения полностью не заканчивается, поэтому после такой обработки отливки приобретают высокую прочность при сохранении повышенной пластичности.

5.Закалка и полное искусственное старение (Т6) при 200°С 3 —5 ч. Старение при повышенной температуре по сравнению с режимом Т5 придает наибольшую прочность, но пластичность снижается.

6.Закалка и стабилизирующий отпуск (Т7) при 230°С для сплавов АЛ9, АЛ5, АЛ1 и при 250°С для сплава АЛ19 в течение 3 — 10 ч. Этот вид обработки используют для стаби­лизации структуры и объемных изменений отливки при сохранении доста­точной прочности.

7.Закалка и смягчающий отпуск (Т8) при 240 —260°С в течение 3 —5 ч. Высокая температура отпуска заметно снижает прочность, но повышает пластичность и стабильность размеров.

Сплавы А1 – Si. К литейным сплавам относятся сплавы системы алюминий – кремний (силумины), содержащие 10…13 % кремния. Наиболее распространен сплав АЛ2, обладающий высокой коррозионной стойкостью. Сплав АЛ2 не подвергают упрочняющей термической обработке. Сплавы АЛ4 и АЛ9, дополнительно легированные магнием, могут упрочняться кроме модифицирования термической обработкой. Средненагруженные детали из сплава АЛ4 подвергают только искусственному старению (Т1), а крупные нагруженные детали (корпуса компрессоров, картеры и блоки цилиндров двигателей и т. д.) — закалке и искусственному старению (Тб). Отливки из сплава АЛ9, требующие повышен­ной пластичности, подвергают закалке (Т4), а для повышения прочности — закалке и старению (Т6). Когда важна высокая пластичность и стабильность размеров, после закалки производят отпуск при 250°С в течение 3 — 5 ч.

Сплавы А1 – Si сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.

Сплавы А1 — Си. Эти сплавы (АЛ7, АЛ 19) после термической обработки имеют высокие механические свойства при комнатной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов низкие (большая усадка, склонность к образованию горячих трещин и т. д.). Сплав АЛ7 используют для отливки небольших деталей простой формы (арматура, кронштейн и т. д.). Сплав склонен к хрупкому разрушению, поэтому его применяют в закаленном состоянии (Т4). Если от отливок требуется повышенная прочность, то их после закалки подвергают искусственному старению при 150°С 2— 4 ч (Т5).

Всплаве АЛ19 присутствие в твердом растворе марганца повышает жаропрочность сплава. Титан измельчает зерно. Упрочнение сплава достигается закалкой и старением при 175°С 3 —5 ч (Т5, Т6).

Сплавы А1 — Си малоустойчивы против коррозии, поэтому отливки обычно анодируют.

Сплавы А1 — Mg. Сплавы алюминия с магнием имеют низкие литейные свойства. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозионная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Добавление к сплаву (9,5 — 11,5% Mg) модифицирующих присадок (Тi, Zr) улучшает механические свойства, а бериллия уменьшает, окисляемость расплава, что позволяет вести плавку без защитных флюсов.

Сплавы АЛ8 и АЛ27 предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении и авиации. Их применяют после закалки при 430°С с охлаждением в масле (40 — 50°С) и выдерживают при температуре закалки в течение 12 —20 ч. Добавление к сплавам А1 – Mg до 1,5% Si (сплавы АЛ13, АЛ22) улучшает литейные свойства в результате образования тройной эвтектики. Сплавы применяют в судостроении и авиации.

Жаропрочные сплавы.Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которого изготовляют поршни, головки цилиндров и другие детали, работающие при температурах 275 —300°С. Отливки применяют после закалки и кратковременного старения при 175°С (Т5); поршни подвергают закалке и старению при 290°С (Т7).

Добавочное легирование сплава АЛ1 кремнием (1,5 — 2%) улучшает литейные свойства (сплав АЛ20). Для увеличения жаропрочности и измельчания структуры сплав. АЛ20 легируют Fe(до 1,7%), Ti, Сr и Мn.. Для стабилизации размеров и снятия внутренних напряжений сплав подвергают отжигу при 300°С (Т2). Для достижения максимальной жаропрочности отливки закаливают и подвергают старению при 230°С 10 ч (Т7). Такую обработку применяют к деталям, длительно работающим при 250 — 270°С.

Для крупногабаритных деталей, работающих при 300—350°С, применяют сплав АЛ21. Отливки сложной формы из сплава подвергают отжигу при 300°С. Для получения более высоких механических свойств отливки за­каливают с 525°С в горячей воде и подвергают стабилизирующему отпуску при 300°С (Т7).

Магний и его сплавы

Магний – очень легкий металл, его плотность – 1,74 г/см³. Температура плавления – 650^oС. Магний имеет гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку. Очень активен химически, вплоть до самовозгорания на воздухе. Технический магний выпускается трех марок: Мг90, Мг95 и Мг96 (магния не менее 99,9, 99,95 и 99,96% соответственно). Механические свойства технически чистого магния: предел прочности – 115 МПа, относительное удлинение – 8 %.

Основными магниевыми сплавами являются сплавы магния с алюминием, цинком, марганцем, цирконием. Сплавы делятся на деформируемые и литейные.

Сплавы упрочняются после закалки и искусственного старения. Закалку проводят от температуры 380…420^oС, старение при температуре 260…300^oС в течение 10…24 часов. Особенностью является длительная выдержка под закалку – 4…24 часа.