Алюминиевые литейные сплавы (часть 3)

Литье алюминия - основной вид деятельности нашего предприятия. Поэтому я счел нужным написать данную статью об основных алюминиевых сплавах, предназначенных для литья, ведь вопрос выбора марки сплава очень часто поднимается нашими заказчиками при размещении новых изделий.

Начнем с того, что официальным документом, действующим на территории России и регламентирующим марки алюминиевых литейных сплавов, а также их химический состав и механические свойства, является ГОСТ 1583-93. Данный документ легко найти в сети, поэтому я не буду приводить здесь его полный текст. Рассмотрю лишь главные моменты, которые считаю необходимыми, для все кто имеет дело с литьем алюминия.

Алюминий сплав АК7
литье силумина

В ГОСТ 1583-93 приведены десятки марок алюминиевых сплавов. Для каждой марки указан химический состав (табл. 1), причем состав для алюминия в чушке (литейной заготовке, которая переплавляется для дальнейшего получения отливок) и алюминия в готовой отливке, отличаются. Это обусловлено тем, что в процессе плавления алюминия часть химических элементов, входящих в состав сплава, выгорают и их содержание снижается. Содержание вредных примесей в алюминиевой отливке (особенно железа), наоборот, может повыситься. Например, для алюминия марки АК12, при литья в кокиль, допустимое содержание железа в отливке - не более 1 %, в то время как в чушке АК12 допускается только 0,7 % железа. Дело в том, что жидкий алюминий, при плавке и разливке, может насыщаться (загрязняться) железом, особенно при контакте со стальными или чугунными поверхностями, например, с разливочными ковшами и самим кокилем.

Далее рассмотрим основные марки алюминиевых сплавов и их свойства, приведенные в таблице 1 ГОСТ 1583-93.

Все сплавы разбиты на 5 групп, в зависимости от наличия легирующих элементов.

Первая группа - алюминиевые сплавы на основе системы алюминий-кремний-магний. Сразу скажу, что данную группу я хочу рассмотреть особенно тщательно, поскольку в литье марки этой группы применяются в 90% случаев.

В алюминиевых сплавах первой группы, помимо самого алюминия в состав входит кремний в больших количествах - от 7 до 12 процентов. Содержание магния значительно меньше - десятые доли процента. Именно эти два элемента и определяют основные механические свойства получаемых в итоге алюминиевых деталей.

корпусное литье
отливка крышка АМ5

Сплавы "алюминий-кремний-магний" наиболее часто используются на практике, их них, как я уже говорил, изготавливается около 90 процентов алюминиевых деталей и отливок (по статистике нашего предприятия). Это обусловлено тем, что механические свойства вполне удовлетворяют требованиям к большинству алюминиевых деталей, а простой химический состав обуславливает невысокую стоимость алюминиевой чушки и, как следствие, не увеличивает стоимость конечного изделия - отливки и детали.

В первой группе находятся 17 марочных сплавов, но на практике, в основном, применяются следующие: АК7, АК7ч, АК7пч, АК9ч, АК12, АК5М2 и АК8л. Выбирая из какого сплава сделать отливку необходимо обратиться к ГОСТ 1583-93, таблица 2, тут указаны механические свойства всех марок алюминия. Как мы видим, наилучшими прочностными показателями - временным сопротивлением разрыву, твердостью и относительным удлинением, обладает сплав АК8л. Но есть и обратная сторона - его стоимость в чушке более чем в 2 раза выше, чем у других силуминов (за счет присутствия в сплаве титана и бора). Поэтому его применяют только для ответственных, работающих под нагрузкой, алюминиевых деталей. Сплавы АК12 (среднее содержание кремния около 12 процентов) и АК7 (среднее содержание кремния около 7 процентов) показывают самые низкие показатели механических свойств, однако АК12 обладает хорошими литейными свойствами (жидкотекучестью), поэтому его применяют для алюминиевых деталей сложной конфигурации с тонкими стенками, работающих в условиях низких нагрузок. Сплав марки АК7 также используется для не нагруженных деталей и является самым дешевым из всех силуминов.

Таким образом видно, что содержание кремния оказывает главное влияние на прочностные показатели алюминиевых деталей. Среднее содержание кремния, в интервале 8-9 процентов (сплавы АК9ч, АК9пч) дает хороший баланс высоких показателей механических свойств и низкой стоимости сплава, поэтому алюминий марки АК9ч является наиболее востребованным, из него на нашем производстве изготавливается около 40 процентов всего алюминиевого литья.

Читать статью (часть 2)

Автор статьи – Щербаков Александр Евгеньевич, инженер-литейщик,
г. Воронеж, 2019 г.