Литейные алюминиевые сплавы

Укажите марку и количество в Вашей заявке.

Литейные алюминиевые сплавы — группа материалов на основе алюминия, предназначенных для получения фасонных отливок различными способами литья. Основной нормативный документ, определяющий марки, химический состав и требования к этим сплавам, — ГОСТ 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия». Стандарт распространяется на алюминиевые литейные сплавы как в чушках (металлошихта), так и в отливках.

Литейные сплавы алюминия отличаются от деформируемых повышенным содержанием легирующих элементов, что обеспечивает хорошую жидкотекучесть, малую усадку и сниженную склонность к трещинообразованию при кристаллизации. Эти свойства позволяют получать плотные, герметичные отливки сложной конфигурации. Поставка осуществляется в виде чушек для переплавки, а также в виде готовых отливок, выполненных литьём в песчаные формы, в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям и в оболочковые формы.

Классификация литейных алюминиевых сплавов по ГОСТ 1583-93

Согласно ГОСТ 1583-93, все литейные алюминиевые сплавы по химическому составу подразделяются на пять групп в зависимости от основной легирующей системы. Каждая группа имеет характерный набор технологических и эксплуатационных свойств, определяющих область применения.

В маркировке литейных сплавов по ГОСТ 1583-93 используются буквенные обозначения основных легирующих элементов: К — кремний, М — медь, Мг — магний, Мц — марганец, Ц — цинк, Н — никель, Кд — кадмий. Цифра после буквы указывает среднее содержание элемента в процентах. В скобках приводятся старые обозначения по ранее действовавшим стандартам.

Силумины — сплавы системы Al–Si–Mg (группа I)

Силумины — наиболее распространённая группа литейных алюминиевых сплавов, в которой основным легирующим элементом выступает кремний (от 5 до 13 %). Сплавы этой группы обладают наилучшими литейными свойствами среди всех алюминиевых литейных материалов: высокой жидкотекучестью, малой линейной усадкой (порядка 0,8–1,0 %), незначительной склонностью к образованию горячих трещин и хорошей герметичностью отливок.

Эвтектический силумин АК12 (АЛ2)

Сплав АК12 (АЛ2) является эвтектическим силумином с содержанием кремния 10–13 %. Это термически неупрочняемый материал: закалка и старение не приводят к существенному повышению прочности. Основные достоинства АК12 — отличные литейные свойства и хорошая коррозионная стойкость на воздухе, в пресной воде, масле и топливе.

Химический состав АК12 по ГОСТ 1583-93: Si 10–13 %, Fe до 0,7 % (при литье в песчаные формы), Cu до 0,6 %, Mn до 0,5 %, Mg до 0,1 %, Zn до 0,3 %, Ti до 0,1 %. Алюминий — основа. Плотность сплава — 2,66 г/см³.

Для повышения прочности и пластичности сплав АК12 подвергают модифицированию добавками натрия или его солей (сотые доли процента), что приводит к измельчению кремниевых включений в структуре. Из АК12 изготавливают тонкостенные отливки сложной конфигурации — корпуса помп, детали приборов и бытовых изделий, работающие при температурах не выше 200 °С и малых нагрузках.

Разновидность АК12пч (повышенной чистоты) отличается пониженным содержанием примесей и применяется, в том числе, для деталей пищевого назначения.

Доэвтектические силумины АК9 и АК7

Доэвтектические силумины (с содержанием кремния ниже эвтектического) несколько уступают сплаву АК12 по литейным свойствам, но превосходят его по механическим характеристикам. Причина — образование упрочняющей фазы Mg₂Si при термической обработке.

Сплав АК9ч (АЛ4) содержит 8–10,5 % Si и 0,17–0,30 % Mg. После закалки и искусственного старения (режим Т6) предел прочности при растяжении в кокильных отливках достигает 230 МПа, относительное удлинение — 1,5 %. Применяется для средне- и крупногабаритных деталей ответственного назначения.

Сплав АК7ч (АЛ9) содержит 6–8 % Si и 0,2–0,4 % Mg. Это один из наиболее востребованных литейных алюминиевых сплавов в промышленности. В состоянии Т6 (литьё в кокиль) предел прочности — до 230 МПа, удлинение — 2,0 %. Сплав обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью и допускается к изготовлению изделий пищевого назначения.

Медистые силумины — сплавы системы Al–Si–Cu (группа II)

Сплавы группы II содержат одновременно кремний и медь. По сравнению с обычными силуминами, медистые силумины отличаются повышенной прочностью и твёрдостью за счёт более глубокого пересыщения алюминиевого твёрдого раствора и образования упрочняющей фазы CuAl₂.

Сплав АК5М2 широко применяется в качестве универсального литейного материала. Содержит 4,5–6,5 % Si, 1,0–2,5 % Cu. Допускается для изготовления деталей пищевого назначения. Отличается хорошей обрабатываемостью резанием.

Сплав АК5М (АЛ5) содержит 4,5–5,5 % Si, 1,0–1,5 % Cu, 0,35–0,6 % Mg. Применяется для деталей, работающих при повышенных температурах — например, головок и блоков цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Специальные эвтектические силумины АК12М2МгН (АЛ25) и АК12ММгН (АЛ30) содержат никель, который повышает жаропрочность за счёт образования сложных интерметаллидных фаз. Эти сплавы применяются для поршней и других теплонагруженных деталей ДВС.

Алюминиево-медные литейные сплавы (группа III)

Сплавы системы Al–Cu (группа III по ГОСТ 1583-93) представлены марками АМ5 (АЛ19) и АМ4,5Кд (ВАЛ10). Основной легирующий элемент — медь (4,5–5,3 %). Сплавы этой группы отличаются высокими механическими свойствами при комнатной и повышенной температурах после термической обработки (режим Т5 или Т6).

Сплав АМ5 (АЛ19) после закалки и старения в кокильных отливках обеспечивает предел прочности до 330 МПа при удлинении около 4 %. Этот сплав хорошо обрабатывается резанием. Недостатки — пониженные литейные свойства и склонность к горячим трещинам по сравнению с силуминами. Коррозионная стойкость также ниже, чем у сплавов группы I.

Алюминиево-магниевые литейные сплавы (группа IV)

Сплавы системы Al–Mg содержат 4,5–11,5 % магния. Их главные преимущества — пониженная плотность (2,48–2,65 г/см³), высокие механические свойства и хорошая коррозионная стойкость, в том числе в морской воде. Из сплава АМг5Мц (АЛ28) и АМг6л (АЛ23) изготавливают отливки для судостроения и деталей, эксплуатируемых во влажной атмосфере.

Основной недостаток сплавов этой группы — низкие литейные свойства: повышенная склонность к образованию горячих трещин, усадочной пористости и окислению расплава. Технология литья требует защиты расплава от окисления с применением специальных покровных флюсов и тщательного рафинирования.

Сплавы на основе системы Al–прочие компоненты (группа V)

В группу V входят сплавы с комбинированным легированием, не относящиеся к предыдущим четырём системам. Среди них — АК7Ц9 (АЛ11), содержащий кремний и цинк, а также АЦ4Мг (АЛ24), легированный цинком и магнием. Эти сплавы применяются для специальных условий эксплуатации, например при литье под давлением.

Силумины в чушках (металлошихта)

Отдельно ГОСТ 1583-93 регламентирует состав силуминов в чушках, предназначенных для последующего литья. Выделяется четыре марки:

Чушки поставляются партиями одной марки, каждая партия сопровождается документом о качестве с указанием результатов химического анализа. Маркировка чушек производится несмываемой краской на торцевой поверхности — цвет и комбинация полос определяются маркой сплава.

Способы литья алюминиевых литейных сплавов

Выбор способа литья определяется конфигурацией отливки, требуемыми механическими свойствами, серийностью производства и маркой сплава. ГОСТ 1583-93 регламентирует механические свойства сплавов отдельно для каждого способа литья, поскольку скорость охлаждения существенно влияет на структуру и характеристики материала.

Литьё в песчаные формы

Литьё в песчаные формы (обозначение «З» или «ЗМ» с модифицированием) — наиболее универсальный способ, позволяющий получать крупногабаритные отливки сложной формы. Скорость охлаждения при этом способе минимальна, что приводит к формированию крупнозернистой структуры и, как следствие, к более низким механическим свойствам по сравнению с кокильным литьём. Силумины при литье в песчаные формы, как правило, модифицируют.

Литьё в кокиль

Литьё в кокиль (металлическую форму, обозначение «К») обеспечивает повышенную скорость охлаждения, измельчение структуры и, соответственно, более высокие прочностные характеристики. Для доэвтектических силуминов кокильное литьё часто позволяет обойтись без модифицирования.

Литьё под давлением

Литьё под давлением (обозначение «Д») применяется для массового производства тонкостенных деталей с высокой точностью размеров. При этом способе допускается повышенное содержание железа в сплаве (до 1,5 % для АК12), так как железо снижает прилипание расплава к стенкам пресс-формы.

Литьё по выплавляемым моделям и в оболочковые формы

Литьё по выплавляемым моделям (обозначение «В») и в оболочковые формы (обозначение «О») позволяет получать отливки с минимальными припусками на механическую обработку и высокой чистотой поверхности. Механические свойства при литье по выплавляемым моделям в целом аналогичны литью в песчаные формы.

Термическая обработка литейных алюминиевых сплавов

Ряд литейных алюминиевых сплавов подвергается термической обработке для достижения требуемого уровня механических свойств. Обозначения режимов термообработки по ГОСТ 1583-93:

Эвтектический силумин АК12 (АЛ2) является термически неупрочняемым. Доэвтектические силумины (АК9ч, АК7ч, АК8л) термоупрочняемы — режим Т6 (закалка + полное искусственное старение) обеспечивает максимальную прочность. Медистые силумины и сплавы системы Al–Cu также поддаются термическому упрочнению.

Модифицирование литейных алюминиевых сплавов

Модифицирование — технологическая операция, направленная на измельчение структуры сплава путём введения в расплав специальных добавок. Для силуминов применяют модифицирование натрием или его солями (сотые доли процента), что приводит к переходу грубой пластинчатой эвтектики (Al + Si) в тонкую волокнистую структуру. Результат — повышение прочности и, особенно, пластичности отливок.

Для измельчения первичного зерна алюминиевого твёрдого раствора в расплав вводят малые добавки титана, циркония, бора. Модифицирование особенно важно при литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям, где скорость охлаждения недостаточна для естественного измельчения структуры.

Применение литейных алюминиевых сплавов в промышленности

Каждая группа литейных алюминиевых сплавов занимает свою нишу в промышленности, определяемую балансом литейных, механических и эксплуатационных свойств.

Силумины в машиностроении и приборостроении

Сплавы группы I (АК12, АК9ч, АК7ч) применяются для корпусных деталей приборов, насосов, арматуры, деталей двигателей. АК12 используют там, где требуются тонкостенные, герметичные отливки при невысоких нагрузках. АК9ч и АК7ч — для средне- и крупногабаритных отливок ответственного назначения, работающих при повышенных нагрузках.

Медистые силумины в двигателестроении

Сплавы группы II (АК5М, АК5М2, АК12М2МгН) востребованы в двигателестроении для деталей, работающих при повышенных температурах, — головок и блоков цилиндров, поршней. Никельсодержащие сплавы АК12М2МгН (АЛ25) и АК12ММгН (АЛ30) обладают повышенной жаропрочностью.

Алюминиево-магниевые сплавы в судостроении

Сплавы группы IV (АМг5Мц, АМг6л) используют для отливок, эксплуатируемых в условиях воздействия морской воды и влажной атмосферы, — деталей судовых механизмов и конструкций.

Изделия пищевого назначения из литейных алюминиевых сплавов

Согласно ГОСТ 1583-93, для контакта с пищевыми продуктами и средами допускаются четыре марки литейных сплавов: АК7, АК5М2, АК9, АК12. Применение других марок для пищевого оборудования допускается только с разрешения органов здравоохранения. При этом установлены ограничения по содержанию вредных примесей: свинец — не более 0,15 %, мышьяк — не более 0,015 %, цинк — не более 0,3 %, бериллий — не более 0,0005 %.

Формы поставки литейных алюминиевых сплавов

Литейные алюминиевые сплавы поставляются в нескольких формах:

• Чушки (металлошихта) — стандартная форма для литейных цехов. Масса чушки зависит от марки и условий поставки. Каждая партия сопровождается сертификатом качества с результатами химического анализа.
• Готовые отливки — поставляются по чертежам заказчика с указанием марки сплава, способа литья и режима термообработки.
• Рафинированные сплавы — чушки с гарантированным содержанием водорода и баллом пористости, что важно для получения плотных отливок ответственного назначения.

Контроль качества и приёмка

Согласно ГОСТ 1583-93, обязательному контролю подлежат химический состав сплава (определяется по ГОСТ 25086, ГОСТ 11739.1–ГОСТ 11739.24), механические свойства (определяются по ГОСТ 1497) и газовая пористость (по методике приложения Б стандарта). Твёрдость определяется по ГОСТ 9012 (метод Бринелля).

Каждую партию чушек массой более 200 кг сопровождают специально отлитыми пробами для определения химического состава и содержания водорода в рафинированных сплавах.