Алюминиевые литейные сплавы

Т2………………………………………………………………………………………… Отжиг

Т4………………………………………………………………………………………. Закалка

Т5………………… Закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение

Тб…………………………………………… Закалка и полное искусственное старение

Т7……………………………………………………. Закалка и стабилизирующий отпуск

Дополнительные цифры, первая из которых не является О, могут добавляться  к обозначениям Т1-Т10 для указания вариаций в термической обработке, которые значительно улучшают свойства продукции.

Режимы термической обработки  алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 1583-93 и по стандарту DIN1725-T2-86 (Германия):  

Химический состав алюминиевых  литейных сплавов по отечественным  и зарубежным стандартам, их физические, механические и технологические свойства

Основным критерием качества алюминиевых литейных сплавов в  чушках является их химический состав (содержание легирующих компонентов и легирующих добавок, примесей), который определяет физико-механические, технологические, коррозионные и другие свойства, а также служебные характеристики сплавов.

Улучшение свойств и служебных  характеристик сплавов достигается  оптимизацией содержания в них основных компонентов и легирующих добавок, регламентацией вредных примесей (металлических и неметаллических).

Оптимизация содержания легирующих компонентов и легирующих добавок, предельное содержание допустимых вредных примесей достигается за счет качества используемого исходного сырья для приготовления сплавов, высокого уровня применяемых технологий и оборудования, современных методов химического анализа сплавов и четкого контроля производства.

Химический состав литейных алюминиевых сплавов в чушках с учетом состава и качества исходного сырья, уровня техники и технологии, применяемых в процессе производства и контроля производимой продукции регламентируется национальными стандартами.

Силумины в чушках имеют  следующий химический состав:

АК12ч (СИЛ-1) — алюминий - основа, 10-13%Si; примеси, %, не более: Fe - 0,5; Мп - 0,4; Са - 0,08; Ti - 0,13; Си - 0,02; Zn - 0,06.

АК12пч (СИЛ-0) — алюминий - основа, 10-13%Si; примеси, %, не более: Fe - 0,35; Мп - 0,08; Са - 0,08; Ti - 0,08; Си - 0,02; Zn -0,06.

АК12оч (СИЛ-00) — алюминий - основа, 10-13%Si; примеси, %, не более: Fe - 0,2; Мп - 0,03; Са - 0,04; Ti - 0,08; Си - 0,02; Zn -0,04.

АК12ж (СИЛ-2) — алюминий - основа, 10-13%Si; примеси, %, не более: Fe - 0,7; Мп - 0,5; Са - 0,2; Ti - 0,2; Си - 0,03; Zn - 0,08

По соглашению изготовителя с потребителем в силумине марки  АК12ж (СИЛ-2) допускается содержание, %: Fe - до 0,9; Мп - до 0,8; Ti- до 0,25.

Вредные примеси для всех алюминиевых литейных сплавов - свинец и олово; железо и никель - для большинства сплавов систем Al-Si и Al-Si-Me (Mg, Си). Свинец, олово, железо и никель снижают коррозионную стойкость сплавов и заметно уменьшают их пластичность и вязкость. Железо и никель также значительно снижают электропроводность. Однако в жаропрочных сплавах железо в композиции с никелем является весьма полезным элементом. Вредное влияние железа в сплавах системы Al-Si-Me может быть частично локализовано добавками марганца. При содержании в сплавах более 0,45% Fe содержание марганца не должно быть меньше половины содержания железа. Это соотношение регламентировано, например, стандартом ASTM В178.

Вредными примесями в  алюминиевых литейных сплавах являются также водород, оксиды элементов, натрий. Водород значительно растворим в алюминии, особенно в расплавленном состоянии и приводит к браку литья по пористости. Натрий —вредная примесь для сплавов системы А1- Mg. Он заметно ухудшает физико-механические свойства и эксплуатационные характеристики алюминиевых сплавов в готовых отливках.

Алюминиевые литейные сплавы, производимые на алюминиевых заводах, отличаются от вторичных сплавов не только по содержанию примесей, но и более узким интервалом содержания основных легирующих элементов и мелкозернистой кристаллической структурой, что регламентировано ГОСТ 1583. Мелкозернистая структура получается за счет введения в расплав дисперсных интерметаллидов или за счет создания условий их образования в процессе технологических операций. Для этой цели используются совместные добавки титана и бора, а также добавки циркония, хрома, бериллия и других элементов, которые вводят в виде алюминиевых лигатур Al-Ti-B, Al-Zr (лигатуры разработаны ВАМИ и ВИЛСом). 

Несмотря на достигнутый  в мировой практике высокий уровень  технологии подготовки вторичного сырья к переплавке и последующего рафинирования расплава, наблюдается существенная разница в качестве чушек из первичных и вторичных сплавов, обусловленная повышенным содержанием примесей в сплавах, выплавляемых из лома и отходов. Содержание примесей в первичных и вторичных сплавах регламентируется стандартами.

Вместе с тем необходимо отметить, что для производства сплавов  высокой чистоты за рубежом применяют  первичные металлы. Так, например, в  Японии для производства сплавов  чистотой по классификации 2 (JIS Н2211 и Н2218) применяют алюминиевые слитки с содержанием алюминия не ниже 99,5%. 

зарубежной практике при  производстве алюминиевых литейных сплавов большое внимание уделяется  постоянству и однородности физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик, которые обеспечиваются узкими интервалами содержания легирующих компонентов, в частности кремния, и снижению содержания примесей, особенно вредных, которое достигается благодаря применению современных высокоэффективных методов рафинирования расплава перед отливкой чушек. В этом отношении отечественные литейные высококремнистые алюминиевые сплавы системы Al-Si-Mg марок АК9, АК8 и АК7 заметно уступают зарубежным сплавам- аналогам. Содержание вредных примесей в указанных сплавах выше, чем в зарубежных сплавах- аналогах.

Интервал содержания кремния  в сплаве АК9 - 3% (8-11%), в сплавах  АК8 и АК7 - 2% (6,5- 8,5% и 6-8%). В сплавах-аналогах этот показатель составляет соответственно, %: сплав А360.1 - 1, сплавы EN АВ-43200 и АС4А.1 - 2, сплавы EN АВ-42100, 356.2, АС4С.1 - 1 и сплавы EN АВ- 42000, 356.1, АС4С.1 -1. Содержание железа в сплавах АК9, АК8 и АК7 выше, чем в сплавах- аналогах. Сплавы высококремниевые системы Al-Si- Mg повышенной чистоты марок АК9пч и АК7пч, получаемые на алюминиевых заводах, не уступают зарубежным аналогам ни по интервалу содержания кремния, ни по содержанию вредных примесей, по качеству они вполне конкурентоспособны.

Например, интервал содержания кремния в сплаве АК9пч составляет 1,5% (9-10,5%), в зарубежных сплавах-аналогах - 2% (ENАВ-43000 - 9-11%, АС4А.2 - 8-10%). Содержание железа в отечественном сплаве 0,3%, в сплавах-аналогах, %: EN АВ-43000 - 0,4; АС4А.2 - 0,3. Содержание свинца и олова соответственно 0,03 и 0,005%; 0,05 и 0,05%; 0,03 и 0,03%. В сплавах системы А1- Cu-Mg(АК5М2, АК5М4, АКМ7, АК8МЗ, АК9М2 и др.), изготавливаемых преимущественно из вторичных лома и отходов, содержание примесей заметно превышает аналогичный показатель в зарубежных сплавах-аналогах. По величине интервала содержания основных легирующих компонентов указанные сплавы уступают зарубежным сплавам-аналогам.

Необходимо отметить, что  не на всех предприятиях России, производящих алюминиевые литейные сплавы в чушках, отработан рациональный процесс рафинирования расплава перед отливкой сплавов в чушки (слитки). Поэтому в сплавах возможно повышенное содержание по сравнению с зарубежными аналогами таких вредных примесей, как водород, оксиды элементов, натрий (в сплавах Al-Mg), которые особенно отрицательно влияют на прочностные характеристики сплавов. Для удаления из расплава водорода, натрия и неметаллических включений рекомендуется технология, разработанная институтом ВАМИ. Технология предусматривает обработку расплава газопорошковой смесью, состоящей из углеродистого порошка и инертного газа в сочетании с МГД-перемешиванием [13]. Преимущество этого метода заключается в том, что углеродистые материалы сорбируют только щелочные и щелочноземельные металлы и не снижают содержания магния в расплаве. При таком рафинировании смесь азота и порошка пекового кокса крупностью 80-160 мкм, образованную в аппарате псевдосжиженного слоя, вводят в струю металла под уровень расплава, сформированный МГД-перемешивателем. Расход порошка и газа - 2 кг/т и 0,5 нм³/т сплава соответственно. В результате концентрация натрия в сплаве снижается до 3-10~⁴% при степени его удаления около 90%. Степень удаления водорода и оксидных включений - 15 и 60% соответственно.

Для повышения качества получаемых алюминиевых литейных сплавов на ряде алюминиевых заводов уделяется  внимание совершенствованию технологии их получения. В АО «Красноярский  алюминиевый завод» освоена технология изготовления промышленных алюминиевых  литейных сплавов: конструкционных  АК5М2 и АК9М2 и поршневого АК12М2МгН  с использованием до 90% шихты в  жидком состоянии. В результате освоения технологии установлена возможность  приготовления с использованием жидкой шихты высококачественных предварительных  сплавов, предназначенных для приготовления  в литейных цехах машиностроительных заводов рабочих сплавов и  получения из них литых изделий  с требуемыми механическими свойствами.

Из зарубежных сплавов-аналогов наиболее высоким качеством обладают алюминиевые литейные сплавы Японии, в которых самое низкое содержание примесей, в том числе вредных.

В большинстве японских сплавов  систем Al-Si-Mg и Al-Si-Cu-Mg классификации по чистоте 2 содержание железа, никеля, свинца и олова составляет соответственно 0,3; 0,03; 0,03 и 0,03%, что значительно ниже, чем в сплавах-аналогах.

Алюминиевые литейные сплавы, выпускаемые в Японии, соответствуют  международным стандартам и имеют  аналоги практически во всех ведущих  странах-производителях. В то же время  многие отечественные алюминиевые  литейные сплавы не имеют аналогов среди ведущих зарубежных стран-производителей.