3.3. Литейные алюминиевые сплавы

Литейные сплавы должны обладать высокой жидкотекучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пор, хорошими механическими свойствами. Лучшими литейными свойствами обладают сплавы, в структуре которых имеется эвтектика. Образование эвтектики зависит от концентрации легирующих элементов, т.е. их содержание должно быть больше предельной растворимости в алюминии.

В качестве литейных сплавов применяют сплавы систем Al – Si, Al – Cu, Al – Mg. Маркируются эти сплавы буквами АЛ и далее стоит цифра. Буква «А» обозначает что это алюминиевый сплав, буква «Л» – литейный, а цифра соответствует порядковому номеру из ГОСТа, например, АЛ2, АЛ4 и т.д.

Силумины. Широкое применение имеют сплавы Al – Si, получившие название силумины. Их состав близок к эвтектическому сплаву (рис. 3.1), поэтому они обладают высокими литейными свойствами.

Наибольшее распространение среди силуминов получил сплав АЛ2, который содержит в структуре эвтектику (α + β), где β-фаза – кристаллы кремния. При затвердевании эвтектики кремний выделяется в виде крупных кристаллов игольчатой формы, которые как бы надрезают пластичный α-твердый раствор. Сплав с такой структурой обладает плохими механическими свойствами.

Для измельчения структуры эвтектики и размеров кристаллов кремния силумины подвергают модифицированию, т.е. в жидкий расплав вводят NaF и NaCl в количестве 2 % от массы жидкого сплава. После модифицирования структура состоит из мелкодисперсной эвтектики и мелкозернистых кристаллов кремния. Сплав АЛ2 не подвергают упрочняющей термической обработке.

Сплавы АЛ4 и АЛ9 дополнительно легируют магнием и подвергают упрочнению термической обработкой, состоящей из закалки и искусственного старения, при этом в 2 раза повышается предел прочности. Упрочняющей фазой служит Mg₂Si.

Силумины легко обрабатываются резанием, хорошо свариваются. Эти сплавы используют для изготовления корпусов компрессоров, картеров, блоков цилиндров двигателей и т.д.

Сплавы алюминий – медь. К литейным также относятся сплавы алюминия с медью, отличающиеся от дуралюминов более высоким содержанием меди (сплавы АЛ7, АЛ19). Эти сплавы подвергаются упрочнению после закалки и искусственного старения. Они сохраняют высокие механические свойства при повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов невысокие, поэтому их используют для отливок небольших деталей простой формы. Кроме этого они имеют склонность к хрупкому разрушению вследствие выделения по границам зерен грубых включений CuAl₂ и Al₇Cu₂Fe. В сплаве АЛ19 образуются еще такие соединения как Al₁₂Mn₂Cu и Al₃Ti. Присутствие в твердом растворе марганца и образование интерметаллидных фаз по границам зерен повышает жаропрочность этого сплава, а Ti способствует измельчению зерна. Эти сплавы применяют для изготовления арматуры, кронштейнов и т.д.

Сплавы алюминий – магний. Эти сплавы (АЛ8, АЛ27) также имеют низкие литейные свойства из-за отсутствия в структуре эвтектики. Однако они обладают хорошей коррозионной стойкостью, повышенными механическими свойствами и обрабатываются резанием. Добавка бериллия уменьшает окисляемость расплава при плавке.

Структура этих сплавов представляет собой α-твердый раствор и интерметаллидную фазу Al₃Mg₂, которая в виде крупных частиц располагается по границам зерен и вызывает охрупчивание. Чтобы избежать этого, сплавы после закалки от 430 °С выдерживают в масле (40…50 °С) в течение 12…20 часов для растворения частиц Al₃Mg₂ в α-твердом растворе. Из этих сплавов изготовляют детали для судостроения и авиации.

Жаропрочные сплавы. Эти сплавы (АЛ1, АЛ21, АЛ33) используют для изготовления поршней, головок цилиндров и других деталей, работающих при температурах 250…350 °С. Жаропрочные свойства этих сплавов обеспечивают добавки Mn, Ti, Ni, Ge, Zr, которые образуют нерастворимые интерметаллидные фазы Al₆Cu₃, Al₂Ge, Al₂Zr, Al₂CuMg, Al₆Cu₃Ni. Для повышения прочности сплавы подвергают закалке и искусственному старению.