Микроструктура литейных алюминиевых сплавов

 

Kлассификация литейных алюминиевых сплавов подразделяет их по главным легирующим элементам на восемь серий:

• серия 1хх.х – алюминий, не менее 99,00 %
• серия 2хх.х – медь
• серия 3хх.х – кремний (с медью и магнием)
• серия 4хх.х – кремний
• серия 5хх.х – магний
• серия 7хх.х – цинк
• серия 8хх.х – олово
• серия 9хх.х – другие элементы.

Отливки из литейных алюминиевых сплавов производят фактически всеми методами литья:  в песчаные формы, в кокиль, под низким и высоким давлением и так далее. Часто алюминиевые отливки подвергают термической обработке. При контроле качества литых алюминиевых изделий важную роль играет контроль их микроструктуры.

Cплавы серии 2хх.х (медь)

Обычно алюминиевые сплавы этой серии имеют самые худшие литейные свойства, особенно низкую текучесть.

• Сплошность отливок контролируют световым микроскопом на полированных образцах без травления.
• Основные структурные составляющие – CuAl2, CuMgAl₂ и Al₇Cu₂Fe.

Fig. 1 – Alloy A240-F, as investment cast.
The microstructure contoins large shrinkage voids (black), on interdendritic network of AI-Cu-Mg eutectic (mottled),
and some interdendritic porticles of CuMgAl2 (gray).
As-polished [2]

Fig. 2 – Allay 222-T61, sand cast, solution heat treated, and artificially aged.
The structure consists of an interdendritic network of rounded CuAI2 containing blades of Cu2FeAl7,
and same Fe3SiAl12 (dark gray script).
0.5% HF [2]

Fig. 3 – A.lloy 238-F, as permanent mold cast.
The structure consists of on interdendritic network of rounded CuAI2 (light gray)
containing blodes of CulFeAl7 (medium gray),
and some particles of silicon (dark groy).
0.5% HF [2]

Сплавы серии 3хх.х (кремний + медь + магний)

Литейные алюминиевые сплавы с кремнием в качестве главного легирующего элемента являются самыми популярными. Они имеют лучшие литейные характеристики по сравнению с другими алюминиевыми сплавами. Кроме того, эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и низкой плотностью.

• Их микроструктура состоит в основном из сетки частиц кремния, которые образовались из междендритной алюминиево-кремниевой эвтектики. Эта структура вытравливается 0,5 %-ным раствором плавиковой кислоты.
• После отжига на твердый раствор появляются продукты сфероидизации и выделения от процесса старения.

Fig. 4 – Alloy A332-F, as investment cast.
Interdendritic network of eutectic silicon (medium-gray script),
Mg2Si (black script),
Cu3NiAI6 (Iight-gray script),
and NiAI3 (dark-gray paticles).
0.5% HF [2]

Fig. 5 – Alloy 354-F, as investment cast.
Structure consists of a network of silicon porticles (dark gray, angular)
in a divorced interdendritic aluminium-silicon eutectic and
particles of Cu2Mg8Si6Al5 phase (light gray, scriptlike).
0.5% HF [2]

Fig. 6 – Alloy 355-F, as investment cast.
Structure consists of an interdendritic network of eutectic silicon (dark gray, sharp),
Cu2Mg8Si6Al5 (Iight-gray script),
Fe2Si2Al9 (medium-gray blades),
and Mg2Si (black, at left).
0,5% HF [2]

Сплавы серии 4хх.х (кремний)

Fig. 7 – Alloy 443-F, as sand cast.
Large dendrite cells resulted from slow cooling in the sand mold.
lnterdendritic structure: silicon (dark gray),
Fe3SiAl12 (medium gray script),
and Fe2Si2Al9 (light gray needles).
0,5% HF [2].

Fig. 8 – Alloy B443-F, as permanent mold cast.
The constituents are the some as those in Fig. 7 (a sand casting),
but dendrite cells are smaller because of faster cooling in the metal permanent mold.
See also Fig. 9.
0,5% HF [2].

Fig. 9 – Alloy C443-F, as die cast.
Same constituents as in Fig. 7 and Fig. 8,
but dendrite cells are smaller because of the very rapid cooling obtained in the water-cooled die-casting die.
0,5% HF [2].

Сплавы серии 5хх.х (магний)

Сплавы этой серии славятся высокой коррозионной стойкостью, хорошей механической обрабатываемостью и привлекательным внешним видом после анодирования. Литейную структуру выявляют 0,5 %-ным раствором плавиковой кислоты.

Fig. 10 – Alloy 520-F, as sand cast.
Structure is insoluble porticles of FeAl3 (black) and
an interdendritic network of Mg2A13 phase (gray).
See Fig. 11 and 12 for the effect of solution heat treatment.
0,5% HF [2].

Fig. 11 – Alloy 520-T4, sand cast, solution heat treated at 4250C.
Constituents are the same as in Fig. 10, but the solution heat
treating has dissolved most of the Mg2Al3 phase (gray).
See also Fig. 12.
0,5% HF [2].

Fig. 12 – Alloy 520-T4, sand cast, solution heat treated.
Solidus was exceeded during solution heat treating, and melting of the eutectic has
formed a lacy network and rosettes of Mg2Al3 phase (gray).
See also Fig. 11.
0,5% HF [2].

Сплавы серии 7хх.х (цинк)

Обычно сплавы серии 7хх.х имеют хорошую механическую обрабатываемость и высокую температуру плавления. Поэтому их применяют для деталей, которые собираются пайкой. Эти сплавы при разливке часто подвержены образованию трещин.

Fig. 13 – Alloy D712-F, as sand cost.
Interdendritic network: porticles of CrAl7, Fe3SiAl12, and FeAl6.
Note the segregation (coring) of magnesium and zinc in the grains.
See also Fig. 14.
Keller’s reagent [2].

Fig. 14 – Alloy D712-F, as investment cast.
Same constituents as in Fig. 13.
Intergranular fusion voids (black) were cowed by eutectic melting
as a result of exceeding the solidus temperature during dip brazing.
Keiler’s reagent [2].

Сплавы серии 8хх.х (олово)

Литейные алюминиевые сплавы серии 8хх.х, содержащие кремний, обычно применяют для изготовления подшипников. Вытравливание структуры производят 0,5 %-ным раствором плавиковой кислоты.

Fig. 15 – Alloy 850-F, as permanent mold cast.
Note hot tear, which occurred at or above the solidus,
and some Al-CuAl2 eutectic (gray) back filling of tear.
Particles of tin (rounded), NiAl3, and FeNiAl9 (both irregular).
0,5% HF [2].

Источники:

1. TALAT 1202

2. Aluminum and Aluminum Alloys / ed. J.R. Davis – ASM Speciality Handbook – 1996