Сплав АК8л

Сплав АК8л — алюминиевый литейный сплав системы Al–Si–Mg, относящийся к группе силуминов. Другие обозначения этой марки: АЛ34 (по старой номенклатуре) и ВАЛ5 (по отраслевой документации авиационной промышленности). Регламентируется ГОСТ 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия». Сплав отличается высокой герметичностью отливок и предназначен для литья корпусных деталей, работающих под внутренним давлением жидкостей и газов.

Классификация и нормативная база сплава АК8л

Сплав АК8л входит в I группу алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 1583-93 — сплавы на основе системы алюминий–кремний–магний с высокими литейными свойствами. Повышенное содержание кремния (6,5–8,5 %) обеспечивает большое количество эвтектики в структуре, что определяет хорошую жидкотекучесть, малую линейную усадку и пониженную склонность к образованию горячих трещин при литье.

Нормативные документы, регламентирующие свойства сплава и отливок из него:

Документ	Наименование
ГОСТ 1583-93	Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия
ОСТ 1 90021-92	Отливки фасонные из алюминиевых сплавов. Технические требования

Зарубежные аналоги литейного силумина АК8л

По совокупности легирующих компонентов (Al–Si–Mg с добавкой бериллия) сплав АК8л не имеет точных зарубежных аналогов, однако следующие марки считаются ближайшими по составу и назначению:

Страна	Стандарт	Марка
США	AA	358.0
Франция	AFNOR	A-S7G
Китай	GB	ZL116, ZAlSi8MgBe

Присутствие бериллия в составе АК8л является характерной особенностью, отличающей его от большинства зарубежных силуминов системы Al–Si–Mg. Бериллий снижает окисляемость расплава и уменьшает вредное влияние железа на механические свойства.

Химический состав сплава АК8л по ГОСТ 1583-93

Массовые доли компонентов и примесей нормируются таблицей 1 ГОСТ 1583-93. Алюминий — основа, его содержание определяется разностью.

Элемент	Обозначение	Содержание, %
Кремний	Si	6,5–8,5
Магний	Mg	0,35–0,55
Титан	Ti	0,1–0,3
Бериллий	Be	0,15–0,4
Железо	Fe	не более 0,6
Медь	Cu	не более 0,3
Цинк	Zn	не более 0,3
Цирконий	Zr	не более 0,2
Марганец	Mn	не более 0,1
Бор	B	не более 0,1
Алюминий	Al	89,25–92,9 (основа)
Сумма примесей		не более 1,0

Особенности химического состава в чушках и при литье под давлением

В чушках (металлошихте) допускается увеличенное содержание магния — 0,4–0,6 % и сниженное содержание титана — не более 0,1 %. Это учитывает частичный угар магния и титана при последующей плавке и заливке.

При литье под давлением ГОСТ 1583-93 допускает для сплава АК8л следующие отклонения от основной таблицы: снижение нижнего предела массовой доли бериллия до 0,06 %; повышение допустимого содержания железа до 1,0 %; увеличение суммы примесей до 1,2 %; допускается отсутствие титана.

Роль легирующих элементов

Кремний (6,5–8,5 %) — основной легирующий элемент, формирующий эвтектическую структуру и обеспечивающий высокие литейные свойства: жидкотекучесть, низкую усадку, отсутствие склонности к горячим трещинам. Магний (0,35–0,55 %) образует с кремнием упрочняющую фазу Mg₂Si, которая обеспечивает отклик сплава на термическую обработку — закалку и старение. Титан (0,1–0,3 %) служит модификатором, измельчающим зерно α-твёрдого раствора алюминия. Бериллий (0,15–0,4 %) снижает окисляемость расплава, уменьшает газовую пористость и нейтрализует вредное влияние примеси железа на пластичность сплава.

Механические свойства сплава АК8л при 20 °С

Механические свойства литейных алюминиевых сплавов определяются способом литья и режимом термической обработки. Диапазоны значений в таблице охватывают различные режимы термообработки, регламентированные ГОСТ 1583-93 для каждого способа литья.

Способ литья	σв, МПа	δ5, %	Твёрдость HB, МПа
Литьё в кокиль	274–333	4–6	80–90
Литьё в песчаную форму	255–294	2–4	70–85
Литьё под давлением	176–206	1–2,5	60–80

Где σ_в — предел кратковременной прочности (временное сопротивление разрыву); δ₅ — относительное удлинение при разрыве; HB — твёрдость по Бринеллю.

Наиболее высокие прочностные характеристики сплав АК8л показывает при литье в кокиль с последующей термообработкой по режиму Т5 (закалка и неполное искусственное старение). По данным ВИАМ, при кокильном литье с режимом Т5 временное сопротивление составляет не менее 333 МПа при относительном удлинении не менее 4 %.

Термическая обработка отливок из АК8л

Для литейных алюминиевых сплавов группы Al–Si–Mg применяют следующие режимы термообработки согласно ГОСТ 1583-93:

Обозначение	Режим
Т1	Искусственное старение без предварительной закалки
Т2	Отжиг
Т4	Закалка
Т5	Закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение
Т6	Закалка и полное искусственное старение
Т7	Закалка и стабилизирующий отпуск
Т8	Закалка и смягчающий отпуск

Выбор конкретного режима термообработки определяется требованиями к отливке: Т5 обеспечивает максимальную прочность при сохранении удовлетворительной пластичности, Т4 — повышенную пластичность при несколько сниженной прочности, Т2 (отжиг) — снятие литейных напряжений. Режим Т5 является предпочтительным для ответственных герметичных отливок из АК8л.

Физические свойства алюминиевого сплава АК8л

Параметр	Значение	Условия
Плотность, кг/м³	2630	20 °С
Удельное электросопротивление, нОм·м	46,2	20 °С
Коэффициент линейного расширения, 10⁻⁶/°С	20,7	20–100 °С
Теплопроводность, Вт/(м·°С)	155	100 °С
Удельная теплоёмкость, Дж/(кг·°С)	840	20–100 °С

Плотность сплава АК8л составляет 2630 кг/м³, что характерно для силуминов и примерно соответствует плотности чистого алюминия. Невысокое удельное электросопротивление и хорошая теплопроводность позволяют применять отливки из этого сплава в условиях теплоотвода.

Литейно-технологические характеристики АК8л

Сплав АК8л характеризуется набором литейно-технологических свойств, обусловленных доэвтектическим составом системы Al–Si с содержанием кремния 6,5–8,5 %:

Параметр	Значение
Линейная усадка	1,1 %
Жидкотекучесть	высокая
Склонность к горячим трещинам	низкая
Герметичность отливок	высокая
Обрабатываемость резанием	хорошая

Высокая герметичность — ключевое эксплуатационное преимущество сплава АК8л. Оно обусловлено большим количеством эвтектики (порядка 50–75 % объёма структуры), которая при кристаллизации заполняет междендритные пространства и формирует плотную, беспористую структуру отливки. По данным ВИАМ, образцы из АК8л выдерживают давление свыше 350 атм.

Рекомендуемая максимальная рабочая температура эксплуатации отливок из сплава АК8л составляет около 200 °С. При более высоких температурах происходит перестаривание упрочняющей фазы Mg₂Si и снижение прочностных характеристик.

Способы литья и формы поставки

Сплав АК8л применяется для изготовления фасонных отливок следующими способами:

Способ литья	Обозначение по ГОСТ	Характеристика
В песчаную форму	З	Крупные и средние отливки произвольной конфигурации
В кокиль	К	Серийные отливки с повышенной точностью размеров и лучшими мехсвойствами
По выплавляемым моделям	В	Сложнопрофильные отливки высокой точности
Под давлением	Д	Тонкостенные детали серийного и массового производства

Металлошихта (исходный материал для плавки) поставляется в виде чушек. Чушки сплава АК8л маркируются двумя жёлтыми треугольниками на торце. Рафинированные чушки дополнительно помечаются буквой «р» (АК8лр). Стандартная масса чушки — до 20 кг; по согласованию с потребителем возможны чушки массой более 200 кг.

Область применения отливок из сплава АК8л (АЛ34)

Благодаря сочетанию высокой герметичности, хороших литейных свойств и достаточной прочности после термообработки, сплав АК8л применяется для литья корпусных деталей, работающих под внутренним давлением. Типичные изделия: корпуса гидро- и пневмоагрегатов, арматура и элементы трубопроводных систем, корпуса приборов и механизмов, герметичные крышки и фланцы.

Сплав нашёл широкое применение в авиационной промышленности (ОСТ 1 90021-92), где к отливкам предъявляются повышенные требования по герметичности и надёжности. Также используется в машиностроении и приборостроении — везде, где требуется сочетание малой плотности, герметичности и коррозионной стойкости.

По комплексу свойств сплав АК8л близок к другому герметичному силумину — сплаву АК8М (АЛ32), который отличается наличием меди в качестве легирующего компонента вместо бериллия.

Особенности работы со сплавом АК8л

Меры безопасности при плавке

Сплав АК8л содержит бериллий, относящийся к веществам I класса опасности. При плавке и механической обработке отливок необходимо соблюдать правила работы с бериллием и его соединениями, утверждённые органами здравоохранения (п. 4.3.6 ГОСТ 1583-93). Рабочие зоны должны быть оборудованы местной вытяжной вентиляцией; содержание бериллия в воздухе рабочей зоны контролируется в соответствии с ГОСТ 12.1.005.

Контроль химического состава

Химический состав определяется по ГОСТ 25086, ГОСТ 11739.1–11739.24 и ГОСТ 7727. Допускается не определять массовую долю примесей (кроме железа) при производстве отливок из металлошихты известного состава. Содержание водорода контролируется по ГОСТ 21132.0 и ГОСТ 21132.1 для рафинированных сплавов.

Маркировка чушек

Чушки сплава АК8л маркируются на торце двумя жёлтыми треугольниками несмываемой краской или металлическим клеймом. По соглашению с потребителем допускается иной способ маркировки. Рафинированные чушки дополнительно обозначаются буквой «р» красной несмываемой краской на верхнем ряду каждого пакета.