Литейные сплавы 

Литейные сплавы алюминий-магний

Алюминиевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Легирующие элементы и в деформируемых, и в литейный одни и те же, но в деформируемых сплавах их содержание намного меньше.

Литейные алюминиевые сплавы

Основными легирующими элементами литейных алюминиевых сплавов являются магний, медь и кремний. Они дают качественное изменение природы алюминиевых сплавов. В сплавах Al-Cu, Al-Mg и Al-Mg-Si образуются интерметаллиды, а сплавах Al-Si  – эвтектика. Интерметаллиды, особенно в сочетании с эвтектикой, дают возможность применения различных методов термического упрочнения. Другие легирующие элементы – вспомогательные и модифицирующие – применяют в значительно меньших количествах для улучшения заданных механических и физических свойств сплавов.

Сплавы алюминий-магний

Алюминиево-магниевые сплавы являются однофазными бинарными сплавами с уровнем прочности от среднего до высокого и хорошими вязкими свойствами. То, что они являются однофазными, означает, что они не способны повышать свою прочность в результате термической обработки.

Главная особенность этих Al-Mg сплавов состоит в их высокой коррозионной стойкости, в том числе, в морской воде и морской атмосфере. Самая высокая коррозионная стойкость достигается при минимуме примесей – и твердых, и газообразных. Поэтому эти сплавы изготавливают из высококачественных металлов и с особенной тщательностью при его выплавке и разливке. Эти сплавы  хорошо свариваются и часто применяются в строительстве для декоративной отделки. Алюминиево-магниевые сплавы легко обрабатываются резанием и имеют привлекательный вид после анодирования.

Сплавы трудные для литья

По сравнению с алюминиево-кремниевыми сплавами все сплавы алюминия с магнием имеют значительно больше проблем при разливке. Они требуют более тщательного проектирования литейных форм и более высокие градиенты температур при затвердевании для получения хороших отливок.

При литье этих сплавов нужно учитывать их повышенную склонность к окислению при плавлении. Это важно еще и потому, что для многих изделий из этих сплавов требуется высокое качество поверхности и дефекты, связанные с оксидами, крайне нежелательны.

Влияние примесей

  • Медь и никель снижают сопротивление коррозии, а также пластичность.
  • Железо, кремний и марганец снижают прочность и пластичность.
  • Олово снижает сопротивление коррозии.

Литейные сплавы серии 5хх.х

В американской и международной классификации алюминиево-магниевые литейные сплавы образуют серию сплавов 5хх.х. Три из них представлены ниже.

Литейный алюминиевый сплав 514.0

Формула сплава: 4Mg

Химический состав:

  • медь: 0,15 % макс;
  • магний: 3,5-4,5 %;
  • марганец: 0,35 % макс.;
  • кремний: 0,35 % макс.;
  • железо: 0,50 % макс.
  • цинк: 0,15 % макс.;
  • титан: 0,25 % макс.;
  • другие: каждый 0,05 %, сумма 0,15 % макс.;
  • алюминий: остальное.

Типичные механические свойства (в состоянии поставки):

  • прочность на растяжение: 145 МПа;
  • предел текучести: 95 МПа;
  • относительное удлинение: 3 %;
  • коэффициент Пуассона: 0,33;
  • модуль упругости: 71,0 ГПа.

Физические свойства:

  • плотность: 2,65 г/см3;
  • температура ликвидус: 630 ºС;
  • температура солидус: 585 ºС.

Технологические свойства:

  • температура плавления: от 675 до 815 ºС;
  • температура разливки: от 675 до 790 ºС;
  • сплав для сварки – 4043.

Литейный алюминиевый сплав 518.0

Формула сплава: 8Mg

Химический состав:

  • медь: 0,25 % макс;
  • магний: 7,5-8,5 %;
  • марганец: 0,35 % макс.;
  • кремний: 0,35 % макс.;
  • железо: 1,8 % макс.;
  • никель: 0,15 % макс.;
  • цинк: 0,15 % макс.;
  • олово: 0,15 % макс.;
  • другие: сумма 0,25 % макс.;
  • алюминий: остальное.

Типичные механические свойства (в состоянии поставки):

  • прочность на растяжение: 310 МПа;
  • предел текучести: 190 МПа;
  • относительное удлинение: 5-8 %.

Физические свойства:

  • плотность: 2,57 г/см3;
  • температура ликвидус: 620 ºС;
  • температура солидус: 535 ºС.

Литейный алюминиевый сплав 520.0

Формула сплава: 10Mg

Химический состав:

  • медь: 0,25 % макс;
  • магний: 9,5-10,6 %;
  • марганец: 0,15 % макс.;
  • кремний: 0,25 % макс.;
  • железо: 0,30 % макс.;
  • цинк: 0,15 % макс.;
  • титан: 0,25 % макс.;
  • другие: каждый 0,05 %, сумма 0,15 % макс.;
  • алюминий: остальное.

Типичные механические свойства (в состоянии поставки):

  • прочность на растяжение: 330 МПа;
  • предел текучести: 180 МПа;
  • относительное удлинение: 16 %.

Физические свойства:

  • плотность: 2,57 г/см3;
  • температура ликвидус: 605 ºС;
  • температура солидус: 450 ºС.

magniy-metallСлитки магния для легирования алюминиевых сплавов

Магний – брат алюминия

Магний во многом похож на алюминий. Плотность магния при 20 °C составляет 1,74 г/см³ – он плавает в жидком алюминии (плотность жидкого алюминия – 2,4 г/см³). Температуры плавления алюминия и магния почти одинаковые: у магния – 650 °C, у алюминия 99,5 % – 657 °C. Поэтому магний прямо загружают в плавильную печь, в отличие, например, от кремния. Чистый кремний имеет высокую температуру плавления, 1415 °C. По этой причине кремний  вводят в алюминиевый расплав обычно в составе силумина с содержанием кремния около 12 %. Такой эвтектический алюминиевый сплав Al-Si плавятся при температуре всего лишь около 577 °C.

fazovaya-diagramma-alyuminiy-magniyФазовая диаграмма алюминий-магний

Источники:

Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996

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