Литейные сплавы алюминий-цинк-магний

Алюминиевые сплавы бывают деформируемыми и литейными. Исходные слитки деформируемых сплавов подвергают обработке методами обработки металлов давлением – прокатки, прессования (экструзии) или ковки.

И деформируемые, и литейные алюминиевые сплавы имеют, в принципе, одни и те же легирующие элементы. Однако в деформируемых сплавах их содержание намного меньше, чем в литейных. Основными легирующими элементами являются магний, медь, кремний и цинк. Другие легирующие элементы – вспомогательные и модифицирующие – применяют для улучшения физических и механических свойств отливок из литейных алюминиевых сплавов.

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.

Алюминиевые литейные сплавы серии 7хх.х

По американской классификации эти сплавы относятся к серии 7хх.х. Они имеют прочностные свойства от средних до высоких. Путем отжига обеспечивается хорошая стабильность размеров. Эвтектическая точка сплавов этой группы является высокой, что благоприятно для деталей, которые подвергаются пайке. Эти сплавы имеют хорошую механическую обрабатываемость. Для них характерна высокая коррозионная стойкость при некоторой склонности к коррозии под напряжением. Их не рекомендуют для применения при повышенных температурах. Прочностные свойства этих сплавов повышаются при комнатной в течение нескольких недель после разливки в результате упрочнения по механизму выделения вторичной фазы. Этот процесс продолжается и после нескольких недель, но уже с уменьшающейся скоростью. К сплавам 707.0, 771.0 и 772.0 могут применяться термические обработки типа Т6 и Т7.

Литейные свойства

Литейные свойства литейных алюминиевых сплавов системы алюминий-цинк-магний весьма посредственные. Поэтому для получения хороших отливок требуется жесткий контроль условий затвердевания. Чтобы предотвратить усадочные дефекты применяют охлаждение с умеренными и высокими температурными градиентами. Чаще для этих сплавов применяют литье в песчаные формы, а при литье в постоянные формы можно столкнуться со значительными трудностями.

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.

Рисунок – Фазовая диаграмма алюминий-цинк

Источники:

Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996

Aluminum Alloy Castings: Properties, Processes And Applications – J. Gilbert Kaufman, Elwin L. Rooy