6.7. Сплавы на основе алюминия.

Сплавы на основе системы Al-Si. Сплавы на основе системы "алюминий-кремний" разделяются на две группы: сплавы, которые содержат больше 6% кремния, но без меди (за исключением сплавов АЛ4М И В2616), и сплавы, которые содержат менее 6% кремния и в качестве легирующей упрочняющей добавки медь. Сплавы первой группы (АЛ2, АЛ4, АЛ9, ВАЛ5) имеют хорошие литейные свойства, что позволяет получать из них сложные по конфигурации тонкостенные отливки всеми видами литья. Особенность сплавов этой группы – повышенная склонность к выделению водорода, растворенного в расплаве в процессе кристаллизации, которая приводит к образованию газовой пористости в отливках. Поэтому одной из важнейших операций технологического процесса плавки этих сплавов является тщательное рафинирование. Кроме того, сплавы этой группы содержат большое количество эвтектики α+Si, в которой кремний при литье с небольшой скоростью охлаждения (в песчаные, оболочковые, гипсовые формы), кристаллизуется в грубой игольчатой форме. При этом снижаются механические свойства сплавов, особенно пластичность. Поэтому сплавы рекомендуется применять в модифицированном состоянии.

При расчете шихты для сплавов этой группы (за исключением сплава АЛ2) стоит учитывать требования, которые выдвигаются к отливкам относительно прочности и пластичности: наибольший предел прочности (но снижена пластичность) обеспечивается при максимальном содержании магния, повышенная пластичность (но снижен предел прочности) – при минимальном содержании магния.

В качестве материалов шихты при плавке применяют силумин в чушках марок СИЛ0, СИЛ 1, СИЛ2 или лигатуру Al-Si, алюминий технической чистоты, магний, лигатуры: А1-Мn (для сплава АЛ4), А1-Ве и Al-Ti (для сплава ВАЛ5).

Сплавы на основе системы "алюминий-кремний" являются лучшими литейными сплавами и широко применяются в промышленности для литья деталей разного назначения.

Сплавы на основе системы Al-Mg. Сплавы на основе системы Al-Mg называются магналием и разделяются на две группы: сплавы на основе двойной системы "алюминий-магний" (АЛ8, АЛ27, АЛ27-1, АЛ23, АЛ23-1, АЛ28) и сплавы на основе системы "алюминий-магний-кремний" (АЛ13, АЛ22, АЛ29).

Технологию изготовления сплавов обеих групп разрабатывают с учетом особенности всего магналия их повышенной склонности к окислению в жидком состоянии. Поэтому большое внимание стоит уделять защите расплава от контакта с атмосферой. Для этого проводят защитное легирование сплавов бериллием, который способствует образованию на поверхности расплава плотной пленки оксида BeO-MgO, которая защищает расплав от окисления, а также роста зернистости, которая компенсируется введением титана. Комплексное легирование сплавов системы "алюминий-магний" малыми добавками бериллия, титана и циркония способствует улучшению не только механических, но и литейных свойств сплавов за счет уменьшения эффективного интервала их кристаллизации.

Плавку магналия рекомендуется проводить в электропечах с графитовым тиглем, используя графитовый или титановый плавильный инструмент во избежание загрязнения сплавов железом, которое ухудшает механические свойства сплавов и снижает их коррозийную стойкость.

Сплавы типа магналий являются наиболее легкими и коррозионностойкими алюминиевыми литейными сплавами. Их широко применяют для литья деталей конструкций, которые работают в морской воде, а также в условиях влажной атмосферы.

Сплавы на основе системы Al-Zn. В промышленности применяют сплавы систем Al Zn Si (АЛ 11) и Al Zn Mg (AJI24). Эти сплавы склонны к газопоглощению и окислению, потому их плавку рекомендуется проводить в печах с электроподогревом.

Для изготовления сплава АЛ11 используют: алюминий технической чистоты, силумин или лигатуру Al-Si, чушки магния и цинка. В шихте можно использовать до 100% возврата в виде отходов.

Для изготовления сплава АЛ24 используют алюминий технической чистоты, цинк, магний и лигатуры А1-Мп и Al-Ti. Количество используемого возврата не должно превышать 60% от массы всей шихты.

Сплавы алюминия с цинком являются самозакалочными. Детали из них могут упрочняться путем естественного старения непосредственно после литья, что дает возможность не подвергать их термообработке.

Сплавы на основе системы Al-Cu. Двойные сплавы системы "алюминий-медь" с небольшим содержанием меди имеют низкие литейные, но достаточно высокие механические свойства. Увеличение содержания меди способствует повышению литейных свойств за счет увеличения содержания в сплавах эвтектики α+СuА12, однако механические свойства сплавов ухудшаются из-за наличия в их структуре фазы СuА12. Легирование двойных сплавов системы Al-Cu разными элементами позволило разработать высокопрочный сплав АЛ 19, широко применяемый в промышленности, а также ряд жаропрочных сплавов: АЛ1, АЛ20, АЛ21, ВАЛ1.

Высокопрочный сплав АЛ 19 рекомендуется плавить в электропечах сопротивления и индукционных печах. Для получения отливок с мелкозернистой структурой, с высокими механическими свойствами, а также во избежание образования возможных ликвационных дефектов в массивных узлах отливок целесообразно применять предварительный сплав или чушечный сплав АЛ19, который поставляется централизовано. Для выплавки предварительного сплава необходимо применять алюминий марки не ниже А9 и четверную лигатуру (Сu – 28...32%; Мп - 4...6%; Ti - 1,8...2,5%; остальное - алюминий), изготовленную на основе чистых металлов.

Жаропрочные сплавы имеют сложный химический состав, потому для получения сплавов с мелкозернистой структурой и хорошими свойствами рекомендуется готовить предварительные сплавы. Во избежание возможной ликвации компонентов по плотности не следует допускать длительной выдержки сплавов перед разливанием в формы. В процессе плавки сплавы необходимо тщательным образом перемешивать.

Наиболее жаропрочный из литейных алюминиевых сплавов – ВАЛ1, который имеет также удовлетворительные литейные свойства. Плавку ВАШ стоит проводить в электрических печах. В качестве компонентов шихты используют алюминий высокой чистоты, а также лигатуры Al-Cu, Al-Mn, Al-Ni, Al-Ce и Al-Zr, изготовленные на основе чистых металлов. Допускается использование в шихте до 50% возврата.

Особенностью сплава АЛ20 является наличие в нем как легирующего компонента железа. Поэтому при плавке используют низкие сорта исходных металлов, большое количество отходов и до 50% вторичных сплавов. Технология плавки сплава АЛ20 аналогична технологии получения сплавов АЛ1 и АЛ21.

Единственный двойной сплав системы "алюминий-медь", который применяется промышленностью, АЛ7. Для его изготовления используют алюминий технической чистоты и лигатуру Al-Cu.