Сдать сплав ак6м2 (гост 1583 — 93) в санкт-петербурге

Силумин Al Si7Mg для колесных дисков

Термически упрочняемые алюминиевые колесные диски изготавливают из алюминиевого сплава Al Si7Mg (коммерческое название – Pantal 7). Тип затвердевания этого сплава – доэвтектический. В ходе затвердевания происходит переход из жидкого состояния в кашеобразное. При последующем затвердевании алюминиевые дендриты прорастают в жидкий расплав. Они образуют переплетающуюся сеть, а полости между ними заполняются высокотекучей эвтектикой AlSi, которая потом затвердевает. Если подпитка этих “пустот” по каким-то причинам не достаточна, то возникают дефекты типа микропористости. Интервал затвердевания составляет около 35-40 °С.

Химический состав

По ГОСТу 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные» АК12 имеет следующий химический состав:

1. Основные металлы 

• алюминий – 84,3-90%.
• кремний – 10-13%.

2. Примеси

• железо – до 1,5%
• медь – до 0,6%
• марганец – до 0,5%
• цинк – до 0,3%
• магний и титан – до 0,1%

Высоких механических показателей сплав достиг после модификации химическими добавками: 

• натрием;
• калием;
• литием.

В отдельных случаях могут применять также соли вышеуказанных химических элементов. Доля модификаторов в составе сплава не превышает 0,01%. Их назначение – увеличение показателя пластичности при литье путём связывания атомов кремния.

Кроме традиционных модификаторов в последнее время стала широко применяться технология добавки соединений на основе стронция, который устойчив к угару. Также его добавка не приводит к увеличению газовой усадки и пористости отливки. АК12 с добавлением стронция сохраняет физико-химическую структуру после многоразовой переплавки.

Механические характеристики

Применение

Сплавы АК6 и АК6ч используются для ответственных силовых деталей авиационной техники длительного ресурса, в частности в крыльях пассажирских самолетов.
Сплавы типа АК6 благодаря высокой пластичности в горячем состоянии применяются для изготовления весьма сложных штамповок: крыльчатки компрессора, крыльчатки вентилятора для компрессоров реактивных двигателей, корпусных деталей агрегатов.
Сплав АК8 применяется для высоконагруженных деталей самолета, изготовленных ковкой и штамповкой (рамы, фитинги и др.). Сплав не охрупчивается при температурах
глубокого холода, и его можно успешно использовать в качестве свариваемого сплава для деталей, работающих в условиях криогенных температур

Алюминиевые сплавы АК6 и АК8 широко применяют в промышленности, строительстве, транспортном машиностроении, авиации для изготовления штампованных и кованых деталей сложной формы, для нагруженных деталей типа рам, фитингов и др.

Сплавы АК6 и АК8 склонны к коррозии под напряжением и чувствительны к межкристаллитнои коррозии. Детали следует анодировать и защищать лакокрасочными  покрытиями.

Для  уменьшения   коробления  и   поводок  закалку  тонкостенных деталей сложной формы производят в воде при температуре 80—90° С. Сплавы хорошо деформируются в горячем состоянии.

Характеристика сплава

В различных областях промышленности наряду с высокопрочными сплавами на основе чёрных металлов (сталь, чугун) широко используются лёгкие соединения на основе алюминия и кремния — силумины. Они отличаются большей прочностью и износостойкостью в сравнении с чистым алюминием, но несколько уступают соединениям алюминия с медью.

Один из наиболее распространённых сплавов алюминия с кремнием – АК12. Он относится к категории литейных.

АК12 по свойствам можно разделить на три группы:

Физические

• удельная теплоёмкость – 838 Дж/(кг*град);
• модуль упругости – 0,7 Мпа;
• плотность – 2650 кг/м3;
• коэффициент температурного расширения – 21,1 1/Град;
• удельное электрическое сопротивление – 54,8 Ом*м. 

Механические

• твёрдость по Бринеллю – НВ 10-1=50 МПа;
• временное сопротивление разрыву при литье в кокиль или под давлением – 147-157МПа;
• относительное удлинение при литье в кокиль – 2-3%;
• относительное удлинение при литье под давлением – 1-2%. 

Литейно-технологические

коэффициент линейной усадки – 0,8%.

Силумин герметичен и очень устойчив к коррозии. У сплава АК12, применяющегося в морской воде, доля меди в соответствии с требованиями стандарта не должна превышать 0,3%. Отличные антикоррозионные свойства сплав проявляет и в других средах:

• слабокислой;
• щелочной;
• в условиях высокой влажности.

К отрицательным свойствам сплава АК12 следует отнести следующие: — хрупкость при механической обработке. 

• высокий показатель пористости;
• крупнозернистая эвтектическая структура отливок;
• невысокий порог физических нагрузок.

Достичь увеличения прочности путём термообработки (закалки) отливок сплава невозможно.

Описание

Сплав АК7ч применяется: для изготовления чушек и различных фасонных отливок различными способами литья (в песчаные формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением); отливок деталей металлургического машиностроения (деталей приборов, корпусов помп, карбюраторов, работающих при температурах не выше +200 °С; тонкостенных средненагруженных и свариваемых деталей; отливок деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней; отливок высокой и средней нагруженности и повышенной герметичности всеми способами, кроме литья под давлением.

Примечание

Алюминиевый литейный сплав системы Al-Si-Mg. Сплав отличается высокой герметичностью. Сплав является заменителем сплавов марок АЛ2 и АЛ7.
Достоинства: Хорошие коррозионная стойкость, механические свойства и литейные технологические свойства. Удовлетворительная обрабатываемость резанием.
Недостатки: По механической прочности уступает сплаву марки АЛ4.
Термически упрочняемый сплав с удовлетворительными прочностными свойствами. По коррозионной стойкости и технологическим характеристикам сплав близок к сплаву марки АК12.

Роль кремния в литейных сплавах

Кремний 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:

Высокая скрытая теплота затвердевания кремния обеспечивает хорошую или удовлетворительную жидкотекучесть  сплава в целом.
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.
Чем больше кремния содержит алюминиевый сплав, тем меньше его коэффициент термического расширения.
Кремний является очень твердой фазой, поэтому он дает значительный вклад в износостойкость алюминиевого сплава.
Соединения кремния с другими элементами, например, с магнием, повышают прочность алюминиевого сплава и делают его термически упрочняемым.
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.

Состав и механические свойства важнейших деформируемых алюминиевых сплавов.

Сплавы Al-Zn-Mg-Cu обладают среди всех алюминиевых сплавов самой высокой прочностью. Листы из этих сплавов плакируются сплавом 99%.

Аl + 1% Zr. При добавке в эти сплавы Mn Cr и Zr прочность профилей, в связи с прессэффектом, меняется в зависимости от сечения. Сплавы эти применяются в конструкциях, работающих при температурах до 120°.

Сплавы Al-Cu-Mn отличаютсянаибольшей прочностью в интервале температур 250°— 350 °

Наиболее широко применяются сплавы Al-Si (силумины) с добавкой в небольшом количестве магния, обладающие хорошими литейными и механическими свойствами.

Необходимые свойства и тонкость структуры эти сплавы приобретают в результате модифицирования натрием и калием или их солями.

Двойные сплавы Al-Сu, с удовлетворительными литейными свойствами, после закалки и искусственного старения обладают и сравнительно высокой прочностью.

Сплавы Al-Si-Mg-Сu, в связи с наличием в них кремния, отличаются лучшими, чем алюминиемедные сплавы, литейными свойствами, прочность их относительно высока.

Сплавы Al-Mg (литейные магналии) отличаются прочностью и коррозионной стойкостью в морской воде. Добавка в магналии кремния (до 1,3%) улучшает их литейные свойства. Сплавы Al-Сu-Mg-Ni отличаются наибольшей прочностью в интервале t° 300°—350°.

Стандарты

Список литературы

1. Колачев Б.А.,
Ливанов В.А., Благин В.И. Металловедение
и термическая обработка цветных металлов
и сплавов. М.: Металлургия, 1972.-480 с.

2. Лахтин Ю.М.,
Леонтьева В.П. Материаловедение. М.:
Машиностроение, 1990.-528 с.

3. Гуляев А.П.
Металловедение. М.: Металлургия, 1986.-544
с.

4. Энциклопедия
неорганических материалов. Том 1.:
Киев: Гл.ред.укр.сов.энц., 1977.-840 с.

5. Энциклопедия
неорганических материалов. Том 2.:
Киев: Гл.ред.укр.сов.энц., 1977.-814 с.

6. Материаловедение
и технология материалов. Фетисов Г.П.,
Карпман М.Г., Матюнин В.М. и др. М.- В.Ш.,
2000.- с.182

Приложение
1

Литейные сплавы алюминий-цинк-магний

Алюминиевые литейные сплавы, легированные цинком и магнием, термически упрочняются в процессе обычного вылеживания, то есть естественного старенения. При этом максимальная прочность достигается через 20-30 суток после разливки и при выдержке при комнатной температуре. Это процесс упрочнения может быть ускорен искусственным старением.

В принципе для достижения оптимальных свойств эти сплавы не требуют высокой температуры нагрева под закалку и резкого охлаждения как другие термически упрочняемые сплавы, например, сплав алюминий-медь и алюминий-кремний-магний. Однако из-за проблем в этих сплавах с микросегрегацией фазы магний-цинк обычно их подвергают быстрому затвердеванию.

Литейный алюминиевый сплав 771.0

Химический состав

Формула сплава: 7Zn-0,9Mg-0,13Cr

Химический состав:

• медь: 0,10 % макс.;
• магний: 0,8-1,0 %;
• марганец: 0,10 % макс.;
• кремний: 0,15 % макс.;
• железо: 0,15 % макс.;
• хром: 0,06-0,20 %;
• цинк: 6,5-7,5 %;
• олово: 3,5 % макс.;
• титан: 0,10-0,20 %;
• другие: 0,05 % каждого, 0,15 % в сумме макс.;
• алюминий: остальное.

Свойства: механические и физические

Типичные механические свойства (Т5):

• прочность на растяжение: 290 МПа;
• предел текучести: 260 МПа;
• относительное удлинение: 1,5 %;
• модуль упругости: 71,0 ГПа.

Физические свойства:

• плотность: 2,823 г/см3;
• температура ликвидус: 645 ºС;
• температура солидус: 605 ºС.

Термическая обработка

Этот сплав можно термически обрабатывать на состояния Т2, Т5, Т51, Т52 и Т71

Термическая обработка на состояние Т5:

• выдержка при 180 ºС в течение 3-5 часов;
• охлаждение вне печи на спокойном воздухе.

Термическая обработка на состояние Т51:

• выдержка при 205 ºС в течение 6 часов;
• охлаждение вне печи на спокойном воздухе.

Термическая обработка на состояние Т6:

• выдержка при 580-595 ºС в течение 6 часов;
• охлаждение вне печи на спокойном воздухе до комнатной температуры;
• старение путем выдержки в течение 3 часов при температуре 130 ºС;
• охлаждение на спокойном воздухе.

Механическая обработка

Сплав 771.0 в состоянии Т5 имеет хорошую стабильность и обрабатываемость резанием. Его можно фрезеровать в 5 раз быстрее, а сверлить в 2 раза быстрее, чем такие сплавы как 356.0 и 319.0.

Сварка

Может свариваться газовой дуговой сваркой вольфрамовым или металлическим электродом с применением алюминиевого сварочного сплава 5356. В зависимости от термического состояния отливки после сварки может возникнуть необходимость специальной термической обработки.

В состоянии Т5 сварку не производят. Для последующей сварки производят термическую обработку на состояние Т51.

Фазовая диаграмма алюминий-цинк

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 к  изотермическому 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.

Литейные алюминиевые сплавы

Табличный химический состав литейных алюминиевых сплавов 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.                                                                                      

Влияние магния на силумины

При необходимости эти литые сплавы могут иметь содержание магния между 0,05 и 0,45 %. С увеличением содержания магния незначительно повышается прочность сплава, а пластичность также незначительно снижается. С другой стороны, добавки магния улучшают обрабатываемость этих сплавов резанием, так как способствуют образованию стружки и ее удалению при механической обработке колесных дисков.

Это дает колесным дискам более привлекательный внешний вид. Кроме того, магний повышает стойкость дисков к коррозии, но снижает адгезию защитных лакокрасочных покрытий к поверхности колесного диска.

Химический состав

Al — основа.
По ГОСТ 1583-93 суммарное содержание титана и циркония должно быть ≤ 015 %; содержание железа указано для литья в песчаные формы и по выплавляемым моделям. Содержание железа при литье в кокиль ≤ 1,00 %, при литье под давлением ≤ 1,50%. Сумма учитываемых примесей должна быть для литья в песчаные формы и по выплавляемым моделям ≤ 1,10 %, литья в кокиль ≤ 1,50 %, литья под давлением ≤ 2,00 %.
По ОСТ 24.916.01-71 содержание железа указано для литья в песчаные формы и по выплавляемым моделям. Содержание железа при литье в кокиль ≤ 1,00 %, при литье под давлением ≤ 1,50%. Сумма учитываемых примесей должна быть для литья в песчаные формы и по выплавляемым моделям ≤ 1,60 %, литья в кокиль ≤ 1,20 %, литья под давлением ≤ 2,10 %.
По СТП М287-78 суммарное содержание титана и циркония должно быть не более 0,15 %. Сумма учитываемых примесей должна быть для литья в песчаные формы ≤ 1,10 %, литья в кокиль ≤ 1,50 %. Содержание железа указано для литья в песчаные формы. Содержание железа при литье в кокиль ≤ 1,00 %

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.

Кремний и режущий инструмент

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