Литейные алюминиевые сплавы по ГОСТ 1583-93

Что регулирует ГОСТ 1583-93

ГОСТ 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия» — межгосударственный стандарт, действующий с 1 января 1997 года взамен ГОСТ 1583-89. Документ распространяется на алюминиевые литейные сплавы в чушках (металлошихта) и в отливках. Стандарт устанавливает марки, химический состав, допустимые примеси, механические свойства, методы испытаний и правила приёмки. Издание включает поправки ИУС 6-98, 3-2000, 7-2004 и 9-2020.

В обозначении марок используется двойная система: новая буквенно-цифровая (АК12, АК9, АК5М2) и старая (АЛ2, АЛ4, АЛ5, АЛ32). Допускается указывать любой из вариантов. Буква «К» обозначает кремний, «М» — медь, цифры после букв — примерное содержание легирующего элемента в процентах. Суффиксы «ч» (чистый), «пч» (повышенной чистоты), «оч» (особой чистоты) указывают на ужесточённые требования к примесям. Суффикс «р» после марки означает рафинированный сплав.

Классификация литейных алюминиевых сплавов по ГОСТ 1583-93

Стандарт подразделяет литейные алюминиевые сплавы на пять групп по системе легирования. Каждая группа объединяет марки с общей металлургической основой и схожими технологическими свойствами.

Группа I — система Al–Si–Mg (силумины)

Эвтектические и доэвтектические силумины — наиболее распространённые литейные алюминиевые сплавы. Основной легирующий элемент — кремний (6–13 %). Магний (до 0,6 %) обеспечивает упрочнение при термообработке в доэвтектических марках. Силумины отличаются высокой жидкотекучестью, малой литейной усадкой (0,8–1,0 %), герметичностью отливок и хорошей коррозионной стойкостью. Марки группы I: АК12 (АЛ2), АК13, АК9, АК9с, АК9ч (АЛ4), АК9пч (АЛ4-1), АК8л (АЛ34), АК7, АК7ч (АЛ9), АК7пч (АЛ9-1), АК10Су.

Группа II — система Al–Si–Cu

Силумины, дополнительно легированные медью (1,0–8,0 %). Медь повышает прочность и твёрдость, но снижает коррозионную стойкость и пластичность. Сплавы этой группы хорошо обрабатываются резанием и эффективно упрочняются термообработкой. Марки: АК5М (АЛ5), АК5Мч (АЛ5-1), АК5М2, АК5М7, АК6М2, АК8М (АЛ32), АК5М4, АК8М3, АК8М3ч (ВАЛ8), АК9М2, АК12М2, АК12ММгН (АЛ30), АК12М2МгН (АЛ25), АК21М2,5Н2,5 (ВКЖЛС-2).

Группа III — система Al–Cu

Высокопрочные сплавы с медью (4,5–5,3 %) без кремния. Отличаются повышенной прочностью при комнатной и повышенных (до 300 °C) температурах, хорошей обрабатываемостью резанием. Литейные свойства хуже, чем у силуминов: выше склонность к горячим трещинам и пористости. Марки: АМ5 (АЛ19), АМ4,5Кд (ВАЛ10).

Группа IV — система Al–Mg (магналии)

Сплавы с магнием (4,5–13,0 %). Обладают высокой коррозионной стойкостью, в том числе в морской воде, хорошей свариваемостью и обрабатываемостью резанием. Литейные свойства существенно хуже, чем у силуминов: высокая склонность к окислению расплава, газонасыщенности и горячим трещинам. Марки: АМг4К1,5М, АМг5К (АЛ13), АМг5Мц (АЛ28), АМг6л (АЛ23), АМг6лч (АЛ23-1), АМг10 (АЛ27), АМг10ч (АЛ27-1), АМг11 (АЛ22), АМг7 (АЛ29).

Группа V — система Al–прочие компоненты

Сплавы со сложным легированием, включающим цинк, магний, кремний и другие элементы. Марки: АК7Ц9 (АЛ11), АК9Ц6 (АК9Ц6р), АЦ4Мг (АЛ24). Цинксодержащие силумины обладают эффектом естественного старения — механические свойства нарастают после литья в течение суток.

Химический состав основных марок

Ниже приведён химический состав наиболее востребованных марок литейных алюминиевых сплавов по ГОСТ 1583-93. Содержание алюминия во всех марках — основа (определяется как разность между 100 % и суммой всех остальных элементов). Данные приведены для отливок.

Силумины группы I (Al–Si–Mg)

Марка	Si, %	Mg, %	Mn, %	Fe, не более	Cu, не более
АК12 (АЛ2)	10–13	—	—	0,7–1,5	0,6
АК9 (АК9)	8–11	0,20–0,40	0,2–0,5	0,9–1,3	1,0
АК9ч (АЛ4)	8–10,5	0,17–0,30	0,2–0,5	0,5–1,0	0,3
АК9пч (АЛ4-1)	9–10,5	0,23–0,30	0,2–0,35	0,3–0,5	0,10
АК7 (АК7)	6,0–8,0	0,20–0,50	0,2–0,6	1,0–1,3	1,5
АК7ч (АЛ9)	6,0–8,0	0,20–0,40	—	0,5–1,5	0,20
АК7пч (АЛ9-1)	7,0–8,0	0,25–0,40	—	0,3–0,5	0,10
АК8л (АЛ34)	6,5–8,5	0,35–0,55	—	0,3–0,5	—

Примечание: для сплавов АК9ч (АЛ4), АК9пч (АЛ4-1), АК7ч (АЛ9), АК7пч (АЛ9-1) стандарт допускает введение стронция до 0,08 % для модифицирования структуры. Прочерк означает, что элемент не нормирован как основной компонент, но учитывается в сумме примесей (при содержании ≤ 0,02 %).

Сплавы группы II (Al–Si–Cu)

Марка	Si, %	Cu, %	Mg, %	Mn, %	Ni, %
АК5М (АЛ5)	4,5–5,5	1,0–1,5	0,35–0,60	—	—
АК5М2	4,0–6,0	1,5–3,5	0,20–0,80	0,2–0,8	—
АК8М (АЛ32)	7,5–9,0	1,0–1,5	0,30–0,50	0,3–0,5	—
АК9М2	7,5–10,0	0,5–2,0	0,20–0,80	0,1–0,4	—
АК12ММгН (АЛ30)	11–13	0,8–1,5	0,80–1,30	—	0,8–1,3
АК12М2МгН (АЛ25)	11–13	1,5–3,0	0,80–1,30	0,3–0,6	0,8–1,3

Высокопрочные и коррозионностойкие сплавы (группы III–IV)

Марка	Группа	Cu, %	Mg, %	Mn, %	Ti, %
АМ5 (АЛ19)	III	4,5–5,3	—	0,6–1,0	0,15–0,35
АМг5Мц (АЛ28)	IV	—	4,8–6,3	0,4–1,0	0,05–0,15
АМг6л (АЛ23)	IV	—	6,0–7,0	—	0,05–0,15
АМг10 (АЛ27)	IV	—	9,5–10,5	—	0,05–0,15

Силумины в чушках (металлошихта)

ГОСТ 1583-93 отдельно регламентирует химический состав силуминов, поставляемых в чушках. Это исходная шихта для литейных производств. Стандарт предусматривает четыре марки силуминов-чушек, различающихся по чистоте.

Марка силумина	Si, %	Fe, не более	Mn, не более	Ca, не более	Ti, не более	Cu, не более	Zn, не более
АК12оч (СИЛ-00)	10–13	0,20	0,03	0,04	0,03	0,02	0,04
АК12пч (СИЛ-0)	10–13	0,35	0,08	0,08	0,08	0,02	0,06
АК12ч (СИЛ-1)	10–13	0,50	0,40	0,08	0,13	0,02	0,06
АК12ж (СИЛ-2)	10–13	0,70	0,50	0,20	0,20	0,03	0,08

Для марки АК12ж (СИЛ-2) по соглашению с потребителем допускается повышение содержания железа до 0,9 %, марганца до 0,8 %, титана до 0,25 %. Чушки массой до 20 кг формируют в пакеты массой не более 1,5 т. По соглашению возможна поставка чушек массой более 200 кг.

Механические свойства литейных алюминиевых сплавов

Механические свойства определяются на отдельно отлитых образцах или образцах, вырезанных из заготовок. Свойства зависят от способа литья и вида термообработки. Ниже приведены значения для наиболее распространённых сочетаний.

Силумины Al–Si–Mg (группа I)

Марка	Способ литья	Термообработка	σв, МПа, не менее	δ, %, не менее	HB, не менее
АК12 (АЛ2)	ЗМ, ВМ, КМ	Без т/о	147	4,0	50
АК12 (АЛ2)	К	Без т/о	157	2,0	50
АК9 (АК9)	К, Д, ПД	Т1	196	0,5	70
АК9 (АК9)	К, КМ	Т6	245	1,0	90
АК9ч (АЛ4)	К, КМ	Т6	235	3,0	70
АК9пч (АЛ4-1)	К, КМ	Т6	265	4,0	70
АК8л (АЛ34)	К	Т5	333	4,0	90
АК7ч (АЛ9)	К, КМ	Т5	206	2,0	60
АК7пч (АЛ9-1)	К, КМ	Т5	265	4,0	60
АК7пч (АЛ9-1)	К, ВМ	Т6	294	3,0	70

Сплавы Al–Si–Cu (группа II)

Марка	Способ литья	Термообработка	σв, МПа, не менее	δ, %, не менее	HB, не менее
АК5М2	К	Без т/о	157	0,5	65
АК5М2	К	Т5	206	0,5	75
АК5М (АЛ5)	К	Т6	235	1,0	70
АК8М (АЛ32)	К	Т6	265	2,0	70
АК8М3ч (ВАЛ8)	К, ПД	Т5	392	4,0	110
АК12ММгН (АЛ30)	К	Т6	216	0,7	100

Высокопрочные и коррозионностойкие сплавы (группы III–V)

Марка	Способ литья	Термообработка	σв, МПа, не менее	δ, %, не менее	HB, не менее
АМ5 (АЛ19)	З, В, К	Т4	294	8,0	70
АМ5 (АЛ19)	З, В, К	Т5	333	4,0	90
АМ4,5Кд (ВАЛ10)	К	Т6	490	4,0	120
АМг5Мц (АЛ28)	К	Без т/о	206	5,0	55
АМг6лч (АЛ23-1)	К, Д	Без т/о	235	10,0	60
АМг10ч (АЛ27-1)	З, О, К	Т4	343	15,0	75
АК7Ц9 (АЛ11)	К	Без т/о	206	1,0	80

Обозначения способов литья: З — в песчаные формы, В — по выплавляемым моделям, К — в кокиль, Д — под давлением, ПД — жидкая штамповка, О — в оболочковые формы. Буква «М» после способа литья означает модифицирование сплава. Обозначения термообработки: Т1 — искусственное старение без закалки, Т2 — отжиг, Т4 — закалка, Т5 — закалка + неполное старение, Т6 — закалка + полное старение, Т7 — закалка + стабилизирующий отпуск, Т8 — закалка + смягчающий отпуск.

Термическая обработка

Режимы термообработки приведены в приложении В к ГОСТ 1583-93 как рекомендуемые. Основные режимы для наиболее востребованных марок:

Марка	Режим	Закалка: t, °C / τ, ч / среда	Старение: t, °C / τ, ч
АК12 (АЛ2)	Т2	—	300 ± 10 / 2–4
АК9ч (АЛ4)	Т6	535 ± 5 / 2–6 / вода 20–100 °C	175 ± 5 / 10–15
АК7ч (АЛ9)	Т5	535 ± 5 / 2–6 / вода 20–100 °C	150 ± 5 / 1–3
АК7пч (АЛ9-1)	Т6	535 ± 5 / 2–12 / вода 20–50 °C	175 ± 5 / 3–10
АК5М2	Т5	525 ± 5 / 3–5 / вода 20–100 °C	175 ± 5 / 5–10
АК5М (АЛ5)	Т6	525 ± 5 / 3–5 / вода 20–100 °C	200 ± 5 / 3–5
АМ5 (АЛ19)	Т5	545 +3 / 10–12 / вода 20–100 °C	175 ± 5 / 3–6
АМг6л (АЛ23)	Т4	430 ± 10 / 20 / вода 100 °C или масло 20 °C	—

Для сплавов АК5М (АЛ5), АМ5 (АЛ19), АК8М (АЛ32), АМ4,5Кд (ВАЛ10) при наличии массивных (более 40 мм) сечений в деталях рекомендуется двухступенчатый нагрев под закалку во избежание пережога. Для крупногабаритных деталей сложной формы рекомендуется закалка в воде с температурой 80–100 °C для снижения внутренних напряжений.

Влияние примесей на свойства литейных алюминиевых сплавов

Железо — главная вредная примесь в литейных алюминиевых сплавах. Образуя игольчатые интерметаллиды Al₅FeSi (β-фазу), железо резко снижает пластичность и усталостную прочность. В то же время при литье под давлением умеренное содержание железа (0,8–1,0 %) снижает прилипание расплава к пресс-форме. Именно поэтому стандарт допускает более высокое содержание железа для литья под давлением, чем для кокильного или песчаного литья.

Марганец частично нейтрализует вредное влияние железа, переводя игольчатую β-фазу Al₅FeSi в компактную α-фазу Al₁₅(Fe,Mn)₃Si₂. Кремний обеспечивает жидкотекучесть и снижает усадку. Медь повышает твёрдость и прочность за счёт дисперсионного твердения (фаза Al₂Cu), но ухудшает коррозионную стойкость. Магний в сочетании с кремнием образует упрочняющую фазу Mg₂Si. Титан и цирконий — модификаторы, измельчающие зерно.

Модифицирование силуминов

Эвтектический силумин АК12 (АЛ2) в немодифицированном состоянии имеет грубую эвтектику с пластинчатым кремнием, что обусловливает низкую прочность и пластичность (σ_в ≈ 120–160 МПа, δ < 1 %). Модифицирование кардинально меняет структуру: эвтектический кремний измельчается, а эвтектическая точка смещается в сторону более высоких концентраций Si. В результате σ_в возрастает до 170–220 МПа, а δ — до 3–12 %.

Классический модификатор — натрий, вводимый в расплав в виде солей (смесь NaF + NaCl) или металлического Na. Эффект модифицирования натрием нестабилен: при выдержке расплава более 15–20 минут натрий выгорает, и структура возвращается к исходной. Стронций (Sr), вводимый в виде лигатуры Al–Sr, обеспечивает более длительный модифицирующий эффект. ГОСТ 1583-93 допускает введение стронция до 0,08 % в сплавы АК9ч (АЛ4), АК9пч (АЛ4-1), АК7ч (АЛ9), АК7пч (АЛ9-1).

Пищевые сплавы

Для изготовления изделий пищевого назначения стандарт разрешает четыре марки: АК7, АК5М2, АК9 и АК12. Применение других марок требует отдельного разрешения органов здравоохранения. В пищевых сплавах установлены дополнительные ограничения по вредным примесям: свинец — не более 0,15 %, мышьяк — не более 0,015 %, цинк — не более 0,3 %, бериллий — не более 0,0005 %. Чушки пищевых сплавов маркируются дополнительной буквой «П» после обозначения марки.

Рафинирование и контроль газовой пористости

Рафинированные сплавы обозначаются буквой «р» после марки (например, АК12М2р). Для них установлены нормы по содержанию водорода: не более 0,25 см³/100 г для доэвтектических силуминов, 0,35 см³/100 г для заэвтектических и 0,5 см³/100 г для алюминиево-магниевых сплавов. Пористость рафинированных сплавов — не более 3 баллов по пятибалльной шкале.

Газовая пористость определяется по методике приложения Б стандарта: на трёх квадратах площадью 1 см² каждый оценивают количество и размер пор в сравнении с эталонной шкалой. Балл 1 — мелкие поры до 0,1 мм (не более 5 шт./см²); балл 5 — поры до 0,5 мм (до 15 шт./см²), до 1,0 мм (до 8 шт./см²) и свыше 1,0 мм (до 2 шт./см²).

Области применения основных марок

АК12 (АЛ2) — плотные герметичные отливки сложной формы, не испытывающие значительных нагрузок: корпуса приборов, помп, трубопроводная арматура, теплообменники, посуда (марка АК12П). Рабочая температура — до 200 °C. Плотность ≈ 2660 кг/м³.

АК9ч (АЛ4) и АК9пч (АЛ4-1) — нагруженные корпусные детали двигателей, картеры, блоки цилиндров, головки блоков, кронштейны. После термообработки Т6 обеспечивают сочетание прочности (σ_в до 265 МПа) и пластичности (δ до 4 %). Литьё в кокиль и под давлением.

АК7ч (АЛ9) и АК7пч (АЛ9-1) — универсальные конструкционные силумины для ответственных отливок средней сложности. Хорошо свариваются. Применяются в авиастроении, машиностроении, судостроении. После Т6 σ_в до 294 МПа.

АК5М2 — наиболее распространённый сплав для литья под давлением в общем машиностроении. Широкий интервал кристаллизации, хорошая жидкотекучесть, невысокая стоимость. Применяется для корпусных деталей, кронштейнов, фланцев.

АМ5 (АЛ19) — высокопрочный медистый сплав для деталей, работающих при температуре до 300 °C. После Т5 σ_в ≥ 333 МПа. Применяется для нагруженных деталей авиационной и ракетной техники. Литейные свойства умеренные.

АМг6л (АЛ23), АМг6лч (АЛ23-1) — коррозионностойкие сплавы для судостроения и морской техники. Высокая стойкость в морской воде, хорошая свариваемость. Литьё в кокиль, песчаные формы.

Формы поставки алюминиевых литейных сплавов

Литейные алюминиевые сплавы по ГОСТ 1583-93 поставляются в виде чушек (металлошихты) для литейного производства. Стандартная масса чушки — до 20 кг; по соглашению с потребителем — более 200 кг или в расплаве. Чушки формируют в пакеты массой не более 1,5 т, обвязанные алюминиевой катанкой диаметром 9 мм. Каждая чушка маркируется цветными полосами, крестами или треугольниками в соответствии с маркой сплава.

На поверхности чушек не допускаются шлаковые и инородные включения. Допускаются усадочные раковины, следы зачистки, оксидные плёны (не более 5 % поверхности для алюминиево-кремниевых сплавов). Хранение — в крытых помещениях; нерафинированные сплавы допускается хранить на открытых площадках сроком не более двух месяцев.

Более подробную информацию об алюминиевых чушках различных марок, включая формы поставки и сортамент, можно найти в соответствующем разделе каталога.

Соответствие старых и новых обозначений

При переходе от ГОСТ 1583-89 к ГОСТ 1583-93 многие марки получили новые обозначения. Ниже — таблица соответствия для наиболее востребованных марок.

Обозначение по ГОСТ 1583-93	Старое обозначение	Система легирования
АК12	АЛ2	Al–Si
АК9	АК9	Al–Si–Mg
АК9ч	АЛ4	Al–Si–Mg
АК9пч	АЛ4-1	Al–Si–Mg
АК8л	АЛ34	Al–Si–Mg–Be
АК7ч	АЛ9	Al–Si–Mg
АК7пч	АЛ9-1	Al–Si–Mg
АК5М	АЛ5	Al–Si–Cu–Mg
АК5Мч	АЛ5-1	Al–Si–Cu–Mg
АК5М2	АК5М2	Al–Si–Cu–Mg
АК8М	АЛ32	Al–Si–Cu–Mg
АМ5	АЛ19	Al–Cu–Mn
АМг5Мц	АЛ28	Al–Mg–Mn
АМг6л	АЛ23	Al–Mg
АМг10	АЛ27	Al–Mg

В конструкторской документации, заказах и маркировке отливок допускается указывать марку сплава как в новом, так и в старом обозначении.

Марки, не рекомендуемые для новых конструкций

ГОСТ 1583-93 содержит указание о том, что сплавы АК5М7, АМг5К (АЛ13), АМг10 (АЛ27) и АМг10ч (АЛ27-1) не рекомендуются к использованию в новых конструкциях. Для действующих производств, где эти марки уже применяются, их использование допускается без ограничений.