Кремний в литейных алюминиевых сплавах

Так что, у в металлургии несколько ипостасей. Сегодня внимание силумину. Наличие кремния в нем читается из названия. Взято «Си» от научного имени . В таблице он записан силициумом. К алюминию примешивается, главным образом, для упрочнения.

Максимальное содержание кремния в силумине равно 15%. Поэтому, внешне сложно отличить от чистого металла. У кремния такой же белесый . Есть незначительное затемнение, больше напоминающее . Правда, внимание на этот нюанс обращают, как правило, лишь профессионалы, скупщики .

Плотность кремниевой составляющей силумина выше, чем у алюминия, равна 3,2 грамма на кубический сантиметр. Значит, и вес силициума больше. Однако, в масштабах 15-процентной лигатуры кремний влияет на вес алюминия незначительно. Сплав остается легким и светлым. Общая плотность материала не достигает 3-ех граммов на сантиметр в кубе.

Свойства силумина

Алюминий «Силумин» сравнивают по свойствам с нержавеющей . Герой легче нее. Это одно из немногих отличий и безусловный плюс. В остальном, материал силумин почти столь же прочен и устойчив к коррозии. От разрушения сплав защищает оксидная пленка, образующаяся на поверхности в окислительных средах, то есть, в присутствии кислорода.

Удельная прочность силумина – это отношение его к плотности. У сплава алюминия с кремнием показатель близок к 15-ти. У он, как правило, не превышает 17-ти.

Разница незначительна, при этом, масса материалов отличается. Учитывая, что удельная прочность показывает, насколько надежной будет конструкция при заданном весе, силумин выигрывает.

Выигрывает силумин и по пластичности. Сплав легко повторяет самые сложные формы, заполняя их равномерно. В итоге, литье силумина упрощается, а значит, и удешевляет процессы производства.

Именно поэтому на соединение алюминия и кремния сделали ставку . Из силумина они делают бюджетные версии многих бытовых товаров. Часть из них низкопробные, а часть уступает прототипам лишь в . Откуда такая разница?

Силумин свойства имеет, зависящие рот сплава и соблюдения его производства. Основных маркировок у материала 5. Это: АЛ2, АЛ3, АЛ4, АЛ5 и АЛ9.

Однако, по цифровым обозначениям можно догадаться, что есть и другие. У каждой есть плюсы и минусы. Далеко не везде состав силумина ограничивается лишь алюминием и кремнием.

Порой, и марганец с магнием добавляют. Иногда, ничего не примешивают, а попросту, не избавляются от изначально присутствующих в шихте примесей. В этом случае, металл силумин получается загрязнен , , .

Вот и возникают нарекания к качеству сплава и его подходящести для той, или иной сковороды. Однако, есть отрасли, где производители не ведут подобных игр с силумином. Риски слишком велики. Вместо гневных отзывов домохозяек можно нарваться на людские и государственные выговоры.

Применение силумина

Применение силумин нашел еще и в областях машино — и авиастроения. Ставка на сплав алюминия с кремнием сделана благодаря его легкости. Для воздушных она является залогом подъема в небо, маневренности.

Для обычных авто вес становится одной из категорий ценообразования. За тяжесть приходится доплачивать. К тому же, массивные разбивают дорожное покрытие. Забота об его качестве заставляет промышленников и автомобилистов использовать силумин для производства деталей двигателей, поршней, цилиндров и корпусов.

Все чаще сплав используют оружейники. Так, сварка силумина стала основной фазой производства пневматических винтовок таких , как Cuno Melcher, Umarex, Stalker, Crosman и Walther.

Из сплава алюминия с кремнием указанные делают, как минимум, ствольные коробки, а порой, и все узлы винтовок. В новом исполнении они стали легче и проще в обращении.

Силумин – состав крепкий, но хрупкий, и это – главный минус материала. из него не желательно ронять. Винтовку приходится аккуратно класть на землю, прислонять к дереву.

Авто может отправиться на солидный ремонт после небольшого удара. Кастрюля, по неосторожности кинутая , трескается. Вероятность, конечно, не 100-процентная, но должна держаться в .

Несмотря на определенные риски, плавление силумина заказывают для генераторов газотурбинных установок. Они состоят из пластинчатых теплообменников.

Температура плавления силумина в 670 градусов позволяет такое применение материала. А вот в космос сплав алюминия с кремнием не пустишь. В ракетостроении нужны металлы, выдерживающие жар в тысячи градусов.

Производство силумина

Купить силумин предлагают не только крупные металлургические предприятия, но и небольшие лаборатории. Последние проводят эксперименты по усовершенствованию производства сплава.

Стандартный способ его получения – смешение алюминия с кремнием и их совместная переплавка. Металлы для шихты добывают из руды. Заглянем в «Банк Патентов» и узнаем, что получить силумин можно, так же, на основе золы, остающейся на ТЭЦ страны в качестве отхода производства.

Зола от бурого может быть восстановлена. Нужны лишь электролизер и . В присутствии последнего осуществляется реакция. Не секрет, что кроме кремния с алюминием в золе масса иных компонентов.

Интересно, что они почти не влияют на качество сплава, не значительны. Многовато в золе лишь железа. Однако, его присутствие в силумине допускается в качестве лигатуры. Феррум по ГОСТам разрешен в количестве 0,8-1,5%. Примерно столько и есть в отходах ТЭЦ.

Если промышленники возьмут на вооружение новый метод производства силумина, будет искоренено давнишнее противоречие. Оно заключается в предписанном природой дуэте алюминия и кремния.

Элементы изначально находятся рядом, к примеру, в руде. Однако промышленники сначала тратят на выделение каждого в отдельности, чтобы потом вновь потратиться на их сплавление в силумин.

Работа с золой упростит и удешевит производство, а заодно, послужит на благо экологии. Мелкая взвесь в воздухе от работы ТЭЦ донимает жителей многих городов.

Цена силумина

Цена силумина в гранулах – около 80 за кило. Если брать полуфабрикат, к примеру, чушку, отдашь 130-180 рублей. Для большинства марок сплава одинакова. Другой вопрос, готовая продукция.

Здесь может значительно отличаться от себестоимости. Так, силуминовый казан диаметром около 30-ти сантиметров стоит более 1 000 рублей. Однорычажный смеситель из сплава алюминия с кремнием оценивают примерно в 1 500.

За гидрораспределитель из силумина просят около 8 000 рублей. За счетчик газа дают в районе 2 000-3 500. За 4 000 получится купить вибрационный насос, а за 45 рублей – наконечник для него.

В общем, из силумина делают почти все, что можно изготовить из металла. Так что, не помешает и запомнить имя материала, и изучить его сильные, слабые стороны.

Cтраница 1

Алюминиево-кремниевые сплавы, называемые силуминами, в особенности их более сложные разновидности, содержащие небольшие добавки магния и других металлов, являются наиболее распространенными среди литейных алюминиевых сплавов. Они применяются почти во всех областях промышленности и особенно в авиации.  

Алюминиево-кремниевые сплавы (силумины) АЛ2, АЛ4 и другие широко используются для фасонного литья. Алюминиево-магниевые сплавы, по сравнению с силуминами обладающие более высокой коррозионной стойкостью и лучшими механическими сврйствами (сплав АЛ8 - магналий - наиболее высокопрочный), имеют намного худшие литейные свойства.  

Алюминиево-кремниевый сплав образуется при температуре около 1800 С; с этого момента содержание карбида кремния уменьшается.  

Заэвтектические алюминиево-кремниевые сплавы используют в тех случаях, когда требуется повышенная износоустойчивость изделий, так как в их структуре присутствует твердая кремниевая составляющая. Наиболее широкое распространение эти сплавы находят для изготовления поршней двигателей внутреннего сгорания и для блока двигателя. Заэвтектические сплавы обладают прекрасной жидкотекучестью и отличной обрабатываемостью резанием в случае применения алмазного инструмента.  

Литейные алюминиево-кремниевые сплавы, отличающиеся высокой коррозионной устойчивостью широко применяются как конструкционные материалы для фасонного литья в автотракторном и авиастроении, строительстве, транспорте и других отраслях промышленности.  

Все алюминиево-кремниевые сплавы, характеристика которых дана в табл. 57, за исключением АЛ2, подвергаются термической обработке: закалке с 525 - 535 и искусственному старению при 160 - 180 в течение 5 - 10 часов.  

Теоретически из алюминиево-кремниевого сплава можно выделить различными приемами чистый алюминий.  

При производстве алюминиево-кремниевых сплавов применяют электрические печи мощностью 15000 - 35000 кВА (рис. 120) открытого типа в связи с необходимостью периодической обработки колошника. Необходимость в такой обработке обусловливается физическими и химическими качествами материалов шихты. Ванна таких печей имеет круглую форму. У круглой ванна силы, которые получаются вследствие термических напряжений в футеровке, хорошо компенсируются.  

При выплавке алюминиево-кремниевого сплава в электропечи мощностью 16 500 кВА каждый час выделяется свыше 150 000 м3 различных газов. Эти газы увлекают с собой в виде мелких частичек (пыли) продукты конденсации разложившихся и испарившихся компонентов шихты и сплава.  

Комплексное модифицирование доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов / / Литейн.  

Электрический режим выплавки алюминиево-кремниевого сплава зависит от типа и мощности рудно-термической печи и определяется рабочей технологической инструкцией. Работа печей с отклонением от заданного электрического режима допускается только после перепуска электродов и после простоев печи, когда необходимо постепенное повышение мощности. Разогрев печей после капитального ремонта ведут, постепенно набирая мощность.  

Исследования проведены на алюминиево-кремниевом сплаве АЛ2 при литье корпуса с чистовой массой 5 8 кг - сложной фасонной отливки ответственного назначения.  

Из алюминиевых сплавов наиболее известны двойные алюминиево-кремниевые сплавы или силумины Ал2, Ал4, Ал9, содержащие 5 - 13 % кремния и отличающиеся высокими литейными и механическими свойствами при литье в земляные и металлические формы. Присадка к этим сплавам до 3 % меди значительно повышает твердость, прочность и улучшает обрабатываемость резанием. Наиболее важной упрочняющей добавкой к силуминам является магний, который позволяет упрочнять сплавы не только модифицированием, но и термической обработкой. Силумины применяются для высоконагруженных деталей двигателей и моторов.  

может включать до десяти конкретных легирующих элементов, не считая колонки «другие» или «сумма примесей». Не все эти элементы являются основными легирующими элементами для каждого алюминиевого сплава: некоторые элементы являются основными или примесями в одних сплавах и могут поменяться местами в других. Цинк, например, в большинстве литейных алюминиевых сплавов является примесью, и только в некоторых – основным легирующим элементом.

К главным легирующим элементам литейных алюминиевых сплавов в разных стандартах относят:

• кремний,
• медь,
• магний, а также
• цинк и
• олово.

Остальные элементы могут быть второстепенными элементами, модификаторами структуры, а также примесями.

Без сомнения является наиболее важным легирующим компонентом в подавляющем большинстве литейных алюминиевых сплавов . Кремнию эти сплавы обязаны так называемыми «хорошими литейными свойствами», то есть способностью легко заполнять литейные формы и затвердевать в отливки без образования горячих трещин.

Важная роль кремния как легирующего элемента литейных алюминиевых сплавов заключается в следующем:

1. Высокая скрытая теплота затвердевания кремния обеспечивает хорошую или удовлетворительную жидкотекучесть сплава в целом.
2. Кремний имеет ограниченную растворимость в твердом растворе (максимум 1,65 %) и образует с алюминием эвтектику при довольно большом содержании (12 %). Это приводит к тому, что у сплава даже с содержанием в несколько процентов кремния затвердевание происходит в основном в режиме, близком к изотермическому. При этом литейный алюминиевый сплав достигает значительной прочности, поскольку мало подвергаются или вообще не подвергаются термической усадке, что очень важно для предотвращения образования горячих трещин.
3. Чем больше кремния содержит алюминиевый сплав, тем меньше его коэффициент термического расширения.
4. Кремний является очень твердой фазой, поэтому он дает значительный вклад в износостойкость алюминиевого сплава.
5. Соединения кремния с другими элементами, например, с магнием, повышают прочность алюминиевого сплава и делают его термически упрочняемым.
6. Большое содержание кремния может приводить к нестабильности размеров отливки, особенно при повышенных температурах. Поэтому, например, при применении литейного алюминиевого сплава АЛ2 для высокоточных приборных деталей, предусматривают специальную стабилизирующую термическую обработку.

Почти изотермическое затвердевание

Чистый алюминий затвердевает «изотермически», то есть при постоянной температуре. Эвтектические составы (алюминий и 12 % кремния, как, например, нормальный силумин) также затвердевают практически «изотермически», то есть в очень узком интервале температуры.

Эвтектические алюминиевые сплавы затвердевают постепенно от поверхности литейной формы по направлению к термическому центру поперечного сечения отливки. Для них характерна очень малая толщина фронта между уже затвердевшей частью отливки и оставшимся жидким металлом. Такое затвердевание сводит к минимуму тенденцию к образованию горячих трещин.

Кремний залечивает горячие трещины

Присутствие кремния обычно предотвращает образование горячих трещин, а также улучшает текучесть литейных алюминиевых сплавов. Всего лишь 5 % кремния в сплаве обеспечивает достаточную степень изотермического затвердевания, чтобы исключить образование горячих трещин и, в то же время, повысить текучесть сплава. Литейщики часто называют алюминиевые сплавы с широким интервалом температуры затвердевания как «трудные для литья». Однако трудными их делает не широкий температурный интервал затвердевания, а скорее характерная, неизотермическая, форма кривых охлаждения, а также недостаточная жидкотекучесть. Обе эти проблемы — от отсутствия в достаточном количестве кремния. Американский литейный алюминевый сплав 332 (9,5% Si -3,0% Cu -1,0% Mg ), его ближайший отечественный аналог – АЛ25, имеет относительно широкий температурный интервал затвердевания, но поскольку он содержит значительное количество кремния, то имеет неплохую жидкотекучесть и близкое кизотермическому затвердевание.

Литейные алюминиевые сплавы с большим содержанием кремния (американские серии 3хх и 4хх, группы I и II по ГОСТ 1583-93) значительную часть своего затвердевания «проводят» на эвтектической «площадке» кривой охлаждения. Когда охлаждение доходит до температур ниже этой «площадки», большая доля твердого сплава уже образовалась и только фазы с самыми низкими температурами затвердевания еще остаются жидкими (обычно эвтектики с участием меди и/или магния). К этому моменту сплавы уже успевают сформировать достаточную твердую и прочную структуру. Эта структура способна успешно противостоять усадке при оставшемся охлаждении от эвтектической «площадки» до полного затвердевания без образования горячих трещин.

Кремний и магний в алюминиевых сплавах

Кремний сам по себе дает очень малый вклад в прочность литейных алюминиевых сплавов. Однако в комбинации с магнием в виде Mg 2 Si кремний обеспечивает очень эффективный упрочняющий механизм в алюминиевых отливках.

Влияние кремния на свойства алюминиевых сплавов

С увеличением содержания кремния коэффициент термического расширения сплава, как и его плотность, уменьшаются.

Кремний повышает износостойкость алюминиевого сплава, что часто делает отливки из алюминиево-кремниевых сплавов привлекательной заменой серых чугунов, например, в автомобилестроении. Например, заэвтектический американский сплав 390 широко применяется для изготовления деталей двигателей, насосов, компрессоров, поршней и коробок передач.

. Важность вклада кремния в улучшение литейных свойств алюминиевых сплавов имеет и обратную сторону. Чем больше кремния в сплаве, особенно в заэвтектическом интервале, тем больше износ режущего инструмента при его механической обработке. С появлением поликристаллических алмазных материалов проблема износа режущего инструмента перестала быть такой актуальной при выборе подходящего литейного сплава. Однако при обработке отливок режущим инструментом из быстрорежущих сталей, карбидным режущим инструментом и другими менее износостойкими материалами это обстоятельство необходимо учитывать.

Металлический кремний

Источник : Apelian D. Aluminum Cast Alloys, NADCA, 2009

В качестве основных присадок в эти сплавы входят кремний и медь, а за последнее время также и магний.
Влияние кремния. Кремний является составляющей большинства алюминиевых сплавов, применяемых для литья под давлением. Он придает им большую пластичность при высоких температурах, что особенно важно при отливке полых деталей, когда металлические стержни, выполняющие полости, препятствуют свободной усадке сплава.
По данным акад. А.А. Бочвара, основным условием обеспечения хорошей сопротивляемости сплава усадочным напряжениям является наличие в сплаве достаточно большого количества эвтектики (от 15 до 25%) или другой составляющей, кристаллизующейся в последнюю очередь и при постоянной температуре. При той концентрации сплава, начиная с которой во время кристаллизации не наблюдается линейной усадки, происходит резкое возрастание сопротивляемости напряжениям.
При соответствующем количестве эвтектики уменьшается степень дендритности кристаллов и увеличивается контактная поверхность зерен. Эвтектическая жидкость кристаллизуется при постоянной температуре, т. е. без создания новых напряжений; она имеет способность свободно перемещаться между осями дендритов. Трещины, возникающие в эвтектических сплавах, благодаря этому сейчас же заполняются жидкостью и не развиваются до конца кристаллизации.
Кремний обладает способностью образовывать с алюминием твердый раствор с весьма ограниченной растворимостью кремния в алюминий. При 578° - температуре образования эвтектики - растворяется всего 1,65% Si. С охлаждением сплава до комнатной температуры растворимость кремния, значительно уменьшаясь, доходит в некоторых случаях почти до 0,2%.
При увеличении содержания кремния он образует эвтектику с твердым раствором кремния в алюминии. В сплавах, содержащих 11,7% Si, твердый раствор образует с кремнием эвтектическую смесь. В структуре заэвтектического сплава (при содержании кремния выше 11,7 %) появляются кристаллы свободного кремния, количество которых увеличивается по мере увеличения содержания кремния.
Кроме наличия эвтектики в литье под давлением, большое значение имеет пластичность сплава ниже температуры его затвердевания.
В табл. 35 приводятся механические свойства двух алюминиевых сплавов при высоких температурах. Они показывают, что удлинение сплавов алюминия с кремнием сильно возрастает с температурой.

Значение удлинения сплава Al+12% Si относится к модифицированному сплаву, отлитому в песчаную форму. При литье под давлением удлинение при низких температурах будет несколько меньшим.
Сочетание в алюминиевых сплавах с кремнием (типа силумин) большого количества эвтектики с высокой пластичностью при повышенной температуре делают эти сплавы нечувствительными к горячим и холодным трещинам.
Сплавы системы алюминий-кремний приобретают высокую пластичность в нагретом состоянии уже при содержании кремния 4,5%. Добавление кремния в количестве от 1 до 3,5% к сплавам типа алюминий-медь во всех случаях улучшает их пластичность. Кремний повышает литейные свойства алюминиевых сплавов., увеличивает их жидкотекучесть и уменьшает усадку.
Жидкотекучесть сплавов алюминий-кремний возрастает с повышением содержания в них кремния и достигает своего максимума вблизи эвтектической точки (11,7% Si).
При литье в песчаные формы сплавы алюминия с кремнием обычно приобретают грубокристаллическое игольчатое строение и обнаруживают сравнительно невысокие механические свойства вследствие выделения кремния, игольчатых кристаллов FeAl3 и твердого раствора R (Fe+Si), которые появляются в эвтектическом силумине уже при 0,9% Fe в виде первичных кристаллов.
Главным способом улучшения механических свойств сплава является его модифицирование, т. е. измельчение его структуры при помощи химических реагентов (натрия или фторидов щелочных металлов). В литье под давлением модифицирование не применяется, потому что вследствие долгого выдерживания металла в котле машины или в раздаточной печи модифицирование теряет свое действие - происходит демодифицирование; кроме того, при впуске металла в форму под давлением и быстром его охлаждении возникает большое количество центров кристаллизации и Si, FeAl3 и β (Fe-Si) не успевают вырасти до размера игл или пластинок; в результате силумин приобретает повышенную прочность и твердость.
Модифицирование, повышая прочность сплава, одновременно увеличивает и его удлинение; при литье под давлением удлинение обычно падает, находясь у силумина в пределах 1,5-3,0% (табл. 36).

Следует иметь в виду, что сплавы с высоким содержанием кремния вступают в реакцию с железом плавильных тиглей.
Влияние меди. Сплавы типа алюминий-медь, несмотря на свои высокие литейные свойства, мало пригодны для литья под давлением из-за своей склонности к образованию трещин.
Из этих сплавов отливают в металлических формах детали средней сложности, и не имеющие больших полостей, ни резких переходов от толстых сечений к тонким, ни местных скоплений металла.
В сплавах типа силумин с высоким содержанием кремния влияние меди (до 0,8%) сказывается увеличением предела упругости, прочности и твердости; при дальнейшем увеличении содержания меди значение предела прочности и упругости уменьшается. Удлинение при добавлении меди (уже при 0,4%) прогрессивно падает. В сплавах, содержащих до 7% Si, медь в количестве 1,0-2,0% улучшает чистоту поверхности отливок под давлением.
Добавление к силумину до 0,8% Cu практикуется при отливке деталей, предназначенных работать в условиях вибраций и при динамических нагрузках. Медь в силумине понижает его коррозионную устойчивость.
Влияние железа. Взаимодействие между алюминием и железом, происходящее в процессе литья под давлением, следует рассматривать с двух точек зрения.
Железо неизменно присутствует во всех алюминиевых сплавах и при небольшом его содержании (оно различно для разных типовых сплавов) является даже полезным. Например, сплавы системы Al-Cu при содержании железа не больше 1,4% имеют повышенные предел прочности и удлинение, в то же время они менее склонны к усадке и образованию трещин в горячем состоянии. В сплавах типа силумин-железо при содержании его не выше 0,6% также способствует увеличению прочности. В ряде алюминиевых сплавов умеренное содержание железа значительно улучшает их обрабатываемость резанием.
При значительном содержании железа в алюминиевых сплавах их литейные и механические свойства ухудшаются. Сплав делается менее жидкотекучим и требует для хорошего заполнения формы повышенной температуры перегрева. Кроме того, происходит ликвация сплава, т. е. разделение сплава в процессе кристаллизации на зоны с различной концентрацией железа. Это приводит к получению отливок с неоднородными механическими свойствами. Железо присутствует в виде химического соединения FeAl3, которое образует пластинки, выпадающие первыми, что вызывает образование крупных кристаллов и сопровождается резким снижением механических свойств сплава и появлением хрупкости.
Оптимальное содержание железа в различных алюминиевых сплавах зависит от способности того или иного сплава образовывать эвтектику с растворенным в нем железом. Из диаграммы затвердевания сплавов тройных систем Al-Si-Fe, Al- Cu-Fe и четверной системы Al-Cu-Si-Fe следует, что эвтектическое содержание железа в алюминиевых сплавах уменьшается с увеличением содержания меди или кремния. Это же показывают данные об эвтектическом содержании железа в некоторых алюминиевых сплавах, применяющихся на практике (табл. 37).

В литье под давлением вредное влияние избыточного железа частично парализуется огромной быстротой кристаллизации. Поэтому в сплавах допускаются более значительные количества железа, особенно для тонкостенного литья.
Алюминий и его сплавы обладают высокой способностью растворять в себе различные металлы, в частности, железо, что должно особенно учитываться при литье под давлением на машинах с горячими камерами прессования. Здесь металл постоянно находится в чугунных или стальных котлах, вмонтированных в машины, а так как это обстоятельство требует производства заливки при более высокой температуре, то, следовательно, растворение железа в алюминии будет происходить достаточно быстро. Поэтому при работе на машинах с горячими камерами прессования допускается содержание железа в сплавах до 2-2,5%.
При работе на машинах с холодными камерами металл содержится в отдельной раздаточно-подогревательной печи и соприкасается с камерой прессования и формой только в течение короткого периода, поэтому здесь содержание железа может находиться в пределах его эвтектической концентрации в сплаве.
Необходимо указать, что применение технически чистого сплава, т. е. сплава с очень малым содержанием железа (ниже 0,6%), тоже имеет недостатки; реакция такого сплава с железом формы идет особенно интенсивно; следовательно, интенсивнее будет износ формы и в больших размерах происходит налипание металла на форму.
Влияние цинка. Алюминиевые сплавы с присадкой цинка становятся красноломкими, поэтому цинк редко применяют для алюминиевых сплавов литья под давлением, где отливку приходится снимать с выступающих частей формы и стержней в горячем состоянии. Исключением является гидроналий, содержащий 0,15-0,25% Zn, а также сплав AЛ11, применяемый для некоторых отливок при особых требованиях к условиям резания и к чистоте поверхности.
Влияние никеля. Никель, увеличивая прочность и твердость отливки, не делает ее хрупкой. При наличии никеля прочность сплава мало уменьшается при повышении температуры примерно до 350°.
Никель способствует свариваемости металла (что весьма важно при отливке тонкостенных деталей) и ослабляет разъедающее действие расплавленного металла на стальные формы и стенки камеры прессования. Кроме того, под влиянием никеля (1,0-1,5%) отливка лучше воспринимает полирование и поверхность ее приобретает яркий блеск. Применение никеля ограничивается его дефицитностью.
Влияние магния. Растворимость магния в алюминии при температуре эвтектики достигает 12-15%; при комнатной температуре она составляет, по данным разных авторов, от 3 до 10%. Присадка магния к алюминию в количестве от 4 до 10% дает сплавы, отличающиеся высокой коррозионной стойкостью и пластичностью. Механические свойства сплавов улучшаются по мере увеличения содержания магния до 10%.
Введение магния в небольшом количестве (0,2-0,3%) в сплавы типа силумин способствует повышению их предела прочности и твердости, предела упругости и предела усталости при некотором снижении относительного удлинения. Благодаря этим свойствам магний находит применение в литье под давлением в тех случаях, когда требуется получить отливки высокой прочности.
Влияние марганца. Марганец смягчает влияние железа. В сплавах алюминия с кремнием допускается до 0,5% Mn. Марганец в количестве до 0,4% увеличивает удлинение сплава. В сплаве гидроналий (см. табл. 38) марганец в количестве - 0,5 % применяется для увеличения коррозионной стойкости и уменьшения вредного влияния железа.
Твердые включения в сплавах алюминия с кремнием. Сплавы типа алюминий-кремний ввиду их непревзойденных литейных свойств, высоких механических свойств, а также достаточно высокой коррозионной стойкости нашли преобладающее применение в литье под давлением среди других алюминиевых сплавов. Опыт применения вторичных сплавов для литья деталей из сплава алюминий-кремний показал, что посторонние металлические и неметаллические примеси, имеющие место в этом исходном материале не ухудшают литейных свойств, что создало ошибочное представление о целесообразности его применения в значительном ряде случаев. Производственный опыт и исследование последних десяти лет показывают, что чистота сплавов типа алюминий-кремний, получаемая в результате применения исходных материалов, лишенных примесей, а также в результате применения рациональных методов шихтовки и плавки, имеют решающее значение для обеспечения высоких механических свойств и коррозионной стойкости, а также для условий резания и получения при этом высокой чистоты поверхности деталей.
Вопрос о влиянии посторонних примесей на механические и коррозионные свойства сплавов освещен выше.
Изучение причин плохой обрабатываемости сплавов типа «силумин» показывает, что она хуже в больших сечениях, где кремний содержится в более крупных кристаллах в результате менее интенсивного охлаждения.
Плохая обрабатываемость объясняется также наличием твердых включений. Твердость различных структурных составляющих сплава, измеренная на приборе для определения микротвердости следующая:

Наличие Al2O3 и Si затрудняет обработку и приводит к быстрому затуплению инструмента. Наличие в структуре разнообразных по твердости составляющих препятствует получению чистой поверхности.
Резьба получается нечистая с рваными нитками, такая, что не обеспечивает плавности хода винтовых соединений в точных приборах.
Оптимальное для условий резания содержание кремния определяется в зависимости от количества включений, которое, с одной стороны, пропорционально содержанию кремния, а с другой стороны, зависит от других структурных составляющих сплава и прежде всего железа.
На фиг. 163 видна железосоставляющая в бедном силумине. На основном фоне светлых кристаллов α-раствора с небольшим участком эвтектики выделяется темная, резко очерченная железосоставляющая и в ней единичные белые иглы FeAl3 и черные включения шлака.
Присутствие железосоставляющей в сплаве указывает на высокое содержание в нем железа при достаточно большом количестве кремния и наличии меди. Такие составляющие имеются, например, в сплавах, содержащих 7.5% Si, 1,4% Cu и 1,6% Fe.
Кремний. Кремний вкрапливается в сплав в виде отдельных кристаллов голубоватого цвета, чаще всего в форме квадратов и треугольников, придавая блеск поверхности детали (фиг. 164). Наличие в сплавах кристаллов свободного кремния является следствием насыщенности алюминиевого раствора железом и медью, под влиянием которой сплав хуже удерживает кремний в твердом растворе, и длительного нагрева при повышенной температуре, вызывающего укрупнение кристаллов кремния.

Кристаллы свободного кремния чаще наблюдаются в силуминах, близких по составу к эвтектическому (11,7% Si).
Включения окиси алюминия. При работе на гидравлических поршневых машинах возникают условия для насыщения сплава окисью алюминия. Вследствие длительного нахождения расплавленного металла в тигле раздаточной печи его поверхность окисляется и образуется пленка окислов. Борьба с окисью алюминия требует очень тщательной заливки, так как вследствие перемешивания металла и постоянного черпания окислы в нем замешиваются, образуя твердые включения, взвешенные в металле, благодаря своему удельному весу, приближающемуся к весу сплава.
Включения окиси алюминия и свободного кремния, образующиеся при плавке и разливке, а также наличие железосоставляющей затрудняют механическую обработку отливок и пагубно действуют на резцы. Согласно последним исследованиям наилучшим условиям резания отвечают силумины с содержанием 8,0-9,5% Si. По своей структуре эти сплавы приближаются к силумину эвтектического состава.
Хорошо обрабатываются сплавы эвтектического состава только при полном отсутствии в них кристаллов свободного кремния. Так как в условиях литья под давлением не всегда возможно получить требуемую структуру и полностью устранить включения, следует иметь в виду, что практически лучшая обрабатываемость получается у силумина, содержащего 8-9% Si. При малом содержании в сплаве меди и железа (суммарно до 0,9%) наилучшей надо считать обрабатываемость, которая достигается при 10-10,5% Si.
В табл. 38 приводятся данные об алюминиевых сплавах для литья под давлением.

Стандартные алюминиевые сплавы, в которых основными легирующими элементами являются кремний и медь, не лишены недостатков, которые нередко затрудняют использование этих сплавов для литья ответственных деталей.
К таким недостаткам относятся:
1) невысокое удлинение;
2) невысокая коррозионная стойкость, особенно при наличии в силумине примесей меди и железа;
3) затрудненная механическая обрабатываемость сплава с высоким содержанием кремния.
Из сплавов, в значительной мере лишенных этих недостатков и одновременно обладающих свойствами, которые необходимы для литья под давлением, следует отметить алюминиевые сплавы, содержащие магний (сплав АЛ13 и гидроналий).
Сплавы алюминия с магнием превосходят по коррозионной стойкости и по пластичности в холодном состоянии все другие литейные алюминиевые сплавы, применяемые для литья под давлением, и очень хорошо обрабатываются резанием, давая гладкую блестящую поверхность.
Испытания гидроналия на открытом воздухе, во влажной атмосфере и в «тумане» морской воды во всех случаях показали высокую стойкость против коррозии.
Детали из гидроналия могут применяться без покрытий при эксплуатации внутри помещений. Блестящая поверхность, получаемая при полировании, сохраняется практически неограниченное время при незначительном уходе.
Гидроналий поддается анодному оксидированию, причем получаемый блестящий слой окиси отличается высокой твердостью и износоустойчивостью, а также повышенной коррозионной стойкостью.
Технология плавки и отливки этих сплавов более сложна, чем других алюминиевых сплавов. Сплавы алюминия с магнием обладают расширенным интервалом кристаллизации, что может явиться причиной повышенной пористости и требует упрочнения и подпитки при высоком давлении. Для этого необходимо применять литниковую систему с утолщенными впускными литниками, более значительные удельные давления и более длительную выдержку под давлением.
Уступая по своим литейным свойствам сплавам алюминия с кремнием, эти сплавы более чувствительны к напряжениям при затрудненной усадке на стержнях, но практически не принадлежат к красноломким сплавам и при соблюдении правильной технологии не дают трещин на глубоких стержнях.
Менее высокие литейные свойства вынуждают вести отливку при более высокой температуре формы (220-250°) и металла (700-750°).
Стержни необходимо нагревать сильнее, чтобы уменьшить влияние усадки. Охват металлом стержней более сильный, что требует быстрого удаления стержней (без резких толчков и ударов).
Несмотря на более сложную технологию, сплавы алюминия с магнием успешно внедряются в производство благодаря отмеченным выше преимуществам.
За последние два года советскими исследователями (А.А. Иванкин) проведены работы по улучшению литейных свойств алюминиево-магниевых сплавов и повышению их коррозионной стойкости.
Добавки до 1 % Si позволили повысить литейные свойства. Приготовление этих сплавов на чистом алюминии без добавок цинка, а также понижение содержания магния до 7% (±1) дали возможность получить высокие прочностные характеристики в сочетании с достаточно высокой пластичностью.
Для изготовления деталей средней сложности, подлежащих обработке, в частности, нарезке резьбы, за последнее время нашел широкое применение сплав АЛ11, отличающийся от сплавов системы Al-Si хорошими условиями резания и отсутствием дефектов поверхности, так называемый «мороз». Согласно ведомственным нормалям в целях улучшения условий обрабатываемости содержание цинка в этом сплаве понижено до 6-11%, а кремния - до 6-9%.
В табл. 39 приведены данные об алюминиевых сплавах применяемых для наиболее ответственных деталей. Эти сплавы благодаря высокой чистоте имеют несколько повышенные значения относительного удлинения и коррозионной стойкости.

Термическая обработка отливок из алюминиевых сплавов, полученных литьем под давлением

Алюминиевые (а также магниевые) сплавы, нагреваемые до температуры немного ниже солидуса, имеют склонность к образованию воздушных пузырей, поэтому долгое время термическая обработка отливок из алюминиевых сплавов с переводом компонентов в твердый раствор считалась невозможной в промышленных условиях.
Сплавы на алюминиевой основе теряют свою прочность при температуре выше 400° С и не могут сопротивляться расширению сжатого воздуха, находящегося в отливке в значительно сжатом состоянии.
Термическая обработка при более низких температурах, не превосходящих 400° С, не позволяет полностью переводить компоненты в твердый раствор, но способствует получению механических свойств сплавов, более высоких, чем до указанной термической обработки.
В этом направлении необходимо изучать вопрос о термической обработке алюминиевых сплавов, литых под давлением.
Так, например, применяемое на практике охлаждение отливок из гидроналия в воде непосредственно после их выталкивания из формы является подобием полузакалки, которая, несколько повышая предел прочности и твердость, улучшает обрабатываемость сплава.
Опыт термической обработки алюминиевых сплавов, отлитых при очень больших удельных давлениях (7000 кг/м2), с получением деталей без воздушных включений показал, что в результате такой обработки повышены механические свойства сплава гидроналий до следующих показателей: предел прочности 42-49 кг/мм2, удлинение до 15%.
Если будут созданы условия, при которых станет возможной термическая обработка литья из алюминиевых сплавов для повышения их низких пластических свойств и получения более устойчивых механических свойств, то область применения процесса для изготовления ответственных изделий будет значительно расширена.