Силумин сварка

11.11.2018 0 Автор: admin1

Силумины специальные

При более высоких требованиях к прочностным свойствам применяют специальные силумины – доэвтектические силумины с содержанием кремния от 4 до 10 % и добавками меди, магния и марганца в различных комбинациях и количествах. Сплавы АЛ4 и АЛ9 – силумины с пониженным содержанием кремния и с небольшим добавками магния и марганца (АЛ4) и магния (АЛ9), что улучшает их механические свойства. Низкокремнистые силумины, легируют медью, а также небольшими количествами магния – сплав АЛ5, магния и марганца (и титана) – сплав АК5М2. Они обладают худшими литейными свойствами, чем нормальный силумин, но превосходят его по механическим свойствам. Эти силумины после термической обработки имеют прочность от 200 до 250 МПа и относительное удлинение от 1 до 6 % — прочность близкая к прочности деформируемых сплавов, но при относительно низкой пластичности. Это связано с более грубой структурой, не раздробленной пластической деформацией. Сплав АЛ11 относится к цинковистым силуминам – добавка цинка таких больших количествах (10-14 %) улучшает его литейные свойства, что дает возможность отливать из него особо сложные детали.

Ценообразование

Алюминий входит в пятерку самых распространенных металлов на планете Земля. Несмотря на это добыча его постепенно сокращается. Происходит это из-за углубления залежей алюминиевых руд с одной стороны, с другой стороны развитому рынку вторичных металлов. По этой причине с экономической точки зрения выгоднее перерабатывать алюминиевый сплав.

Стоимость на силумин зависит от следующих факторов:

  • Химический состав. Чем больше алюминия, меди и титана, тем выше его цена на рынке металлолома.
  • Знание котировок на биржах цветных сплавов. По стоимости сплавы силумина коррелируются согласно ценам входящих в них металлов, стоимость которых определяется на мировых биржах.
  • Качество лома. Наличие следов коррозии на поверхности сильно снижает стоимость.
  • Объем партии. Пункты приема металлолома отдают предпочтение в работе с крупными поставками, т. к. это позволяет снизить время товарооборота. Поэтому в случае сдачи лома свыше одной тонны они делают на него наценку.

Литая алюминиевая деталь

Обычно считается, что применение алюминиевого литья для нагруженных деталей оправдано только тогда, когда сложная форма литой детали дает существенное преимущество в массе по сравнению с простой по форме, например, кованой, деталью.

Обычно литейщики-производственники работают только несколькими литейными сплавами, что оправдано более экономичным использованием литейного оборудования, сокращением запасов сырья и снижением риска смешивания различных сплавов. С точки зрения качества литья более разумно работать со сплавом, который является технологичным, чем с тем, который может быть на бумаге и показывает несколько лучшие свойства, но более труден технологически.

С точки зрения литейщиков эти сплавы являются частным случаем литейных сплавов и поэтому могут называться немного по-другому — алюминиевые литейные сплавы.

Силумины

25.01.2014 11:40

Силумин сварка

Силумины – это сплавы алюминия (Al) и кремния (Si). Они могут отличаться друг от друга по содержанию в них этих двух главных компонентов. Кроме того, разные силумины могут содержать те или иные дополнительные легирующие элементы, которые в разной степени влияют на свойства конкретного сплава.

Силумины имеют следующие предельные значения содержания легирующих элементов:

Si: 5 — 25 %

Mn, Cr, Co, Mo Ni, Be, Zr: до 3 %

Cu: 0 — 5 %

Fe: до 3 %

Mg: 0 — 2 %

Na, Sr:

Zn: 0 — 3 %

P:

Главным легирующим элементом этих сплавов является кремний, придающий им высокую текучесть и низкий коэффициент усадки, что гарантирует хорошую отливаемость и свариваемость материала. Малый коэффициент теплового расширения кремния обеспечивает хорошие механические свойства поршней из силумина, а высокая твердость частиц кремния – их износостойкость. Максимальное содержание кремния в литых алюминиево-кремниевых сплавах составляет 22 — 24 %, однако в порошковых сплавах оно может достигать 40 — 50 %.

Натрий (Na) или стронций (Sr) вызывает модификацию структуры силумина, а фосфор (P) способствует образованию кремниевых центров кристаллизации, вокруг которых происходит тонкое распределение первичных кристаллов. Железо (Fe) является главной посторонней примесью, которая оказывает вредное воздействие на вязкость и коррозионную стойкость силумина, в связи с чем предпринимаются усилия по поддержанию его содержания в большинстве сплавов на минимально возможном с экономической точки зрения уровне. В отливках, полученных в песчаных формах, и в кокильных отливках верхний предел содержания железа обычно составляет 0,6 — 0,7 %. В некоторые поршневые сплавы железо может добавляться намеренно, а в отливках, полученных методом литья под давлением, допустимым является содержание железа до 3 %.

Кобальт (Co), хром (Cr), марганец (Mn), молибден (Mo) и никель (Ni) в некоторых случаях добавляются в качестве нейтрализаторов железа; кроме того, их добавление к силуминам улучшает высокотемпературную прочность сплавов. Медь (Cu) добавляется для увеличения прочности и усталостной стойкости без потери отливаемости, но в ущерб коррозионной стойкости. Магний (Mg), особенно после термообработки, существенно увеличивает прочность силумина, правда, в ущерб его вязкости.

Цинк является во многих сплавах допустимой посторонней примесью, при этом часто его содержание может составлять до 1,5 — 2 %, так как он не оказывает существенного влияния на свойства силумина при комнатной температуре. Титан (Ti) и бор (B) иногда добавляются в качестве добавки, измельчающей зерно, хотя размер зерен в этих сплавах не слишком важен, так как свойства материала определяются главным образом количеством и структурой кремния, что обеспечивается за счет модификации сплава добавками натрия или фосфора.

Сплавы алюминия и кремния применяются главным образом для литья в формы. Кроме того, из силуминов производятся листовой припой и проволока для сварки и высокотемпературной пайки. При этом листовой припой часто представляет собой подложку из какого-либо тугоплавкого сплава, которая лишь сверху покрыта алюминиево-кремниевым сплавом. Метод экструзии позволяет изготавливать из поршневых силуминов заготовки, используемые для ковки поршней для двигателей внутреннего сгорания.

Силумины, не содержащие меди, используются для получения отливок низкой и средней прочности с хорошими антикоррозионными свойствами, а сплавы, содержащие медь, – для изготовления отливок средней и высокой прочности, для которых коррозионная стойкость не является критическим показателем. Отличная отливаемость силуминов позволяет получать надежные отливки даже сложной формы, при этом труднодоступные для заполнения расплавом места этих отливок по своим минимальным механическим свойствам все равно превосходят аналогичные места отливок, изготавливаемых из более прочных сплавов с худшей отливаемостью.

  Следующая >

Обновлено (01.02.2014 15:39)

Выбор литейных алюминиевых сплавов

К факторам, которые принимают во внимание при выборе литейного сплава для конкретного конструкторского решения, относятся следующие

Примеси в алюминиевых сплавах

Каждый литейный алюминиевый сплав по ГОСТ 1583-93и для чушек, и для отливок имеет в целом одинаковый состав основныхлегирующих элементов. Требования же по содержанию примесей могут значительно отличаться для чушек и отливок, с одной стороны, и для применяемых способов литья – с другой. При этом ограничения по каждой из таких примесей как марганец, медь, цинк, никель, свинец, олово и кремний, как правило, одинаковы для чушек и отливок. Однако ограничения по их сумме, а также отдельно по содержанию железа различаются как для чушек и отливок, так и для способов литья: в песчаные формы, в кокиль, под давлением. Для чушек требования по примесям выше, чем для отливок. Для литья под давлением допускается максимальное содержание железа и суммы примесей, для литья в песчаные формы – минимальное.

Вторичные алюминиевые сплавы

Количество примесей, особенно железа, является одним из важных качеств литейного сплава. С понижением количества примесей в сплаве повышается его коррозионная стойкость и пластичность

Однако надо принимать во внимание и то, что более чистый сплав и стоить будет дороже. Вторичные литейные сплавы обычно изготавливают из лома по тому же ГОСТ 1583-93 и они могут иметь более низкий по сравнению с первичными сплавами уровень пластичности и коррозионной стойкости именно из-за большего количеств примесей

Однако существует множество изделий, для которых эти механические свойства и коррозионная стойкость вполне приемлемы, и поэтому вторичные сплавы широко применяются. Как видно из требований ГОСТ 1583-93 более «грязный» сплав может потребовать более сложного способа литья.

Прочностные свойства алюминиевых сплавов

В зависимости от требований к механическим свойствам будущей отливки сплав выбирают из следующих условных «прочностных» категорий:

«Прочные и пластичные». В эту группу входят наиболее важные упрочняемые старением сплавы, например, Al—Cu. С помощью различных видов термической обработки их свойства «регулируют» или на высокую прочность или на высокое относительное удлинение.

«Твердые». Литейные сплавы этой группы имеют определенную прочность при растяжении и твердость без особых требований к относительному удлинению. Прежде всего, это сплавы Al—Si—Cu.

«Пластичные». Сплавы с повышенной пластичностью – это, в основном, нормальныеи низкокремнистые силумины.

Литейные свойства алюминиевых сплавов

Литейные свойства сплава, такие как жидкотекучесть и особенности затвердевания, ставят литейщику определенные ограничения. Не каждую отливку можно отлить из любого сплава. Выбор оптимального сплава для конкретной детали обычно требует взаимодействия конструктора и литейщика.

Жидкотекучесть металлического расплава определяют с помощью технологической пробы, например, длины заполнения расплавом специальной спирали. Казалось бы при низкой жидкотекучести надо просто увеличить температуру разливки. Однако в этом случае обычно сталкиваются с другими проблемами, такими как окисление расплава, насыщение его водородом или повышенный износ литейной формы. Эвтектические силумины имеют самую высокую жидкотекучесть, низкокремнистые силумины – среднюю, а сплавы Al—Cu и Al—Mg – самую низкую.

Склонность к горячему растрескиванию является почти противоположностью жидкотекучести. Под горячим растрескиванием понимают отделение друг от друга уже кристаллизовавшихся фаз, например, при усадке. Эти трещины или разрывы могут залечиваться при подаче в форму оставшегося металла. У эвтектических алюминиевых литейных сплавов почти нет проблем с образованием трещин, тогда как для алюминиевых литейных сплавов Al—Cu и Al—Mg эта проблема весьма актуальна.

  1. Гуляев А.П. Металловедение, 1986.
  2. Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1993.

Марки и их свойства

Силумины выделяются малым удельным весом на фоне остальных сплавов и металлов. Плотность простых силуминов не превышает 2660 кг\м3.

Также они отличаются повышенными коррозионностойкими свойствами. Введение дополнительного процента магния и марганца только способствуют повышению этой характеристики.

Добавление меди в состав снижает его устойчивость к образованию коррозии. Так сплав АЛ5, содержащий 1,5% меди, является самой коррозионно-неустойчивой маркой по сравнению со всеми остальными силуминами.

Как уже было сказано выше, двухкомпонентные силумины значительно уступают по прочности легированным. Сплав АЛ2 после модификации имеет предел прочности на растяжение порядка 180 МПа. Предел текучести еще ниже и равен 80 МПа. Среди плюсов данной категории стоит отметить высокую пластичность. Относительное удельное растяжение его составляет 7%.

Также важным достоинством АЛ2 является низкий интервал кристаллизации. По этой причине отливки меньше подвержены к образованию усадочной пористости.

АЛ4 является более прочным силумином и относится к группе термически упрочняемых сплавов. Силумин отличается низким содержанием кремния (до 7%от состава) и повышенными литейными свойствами. Его склонность к усадочной раковине и пористости значительно ниже по сравнению с АЛ2, что позволяет его применять как материал для самых ответственных отливок. Предел прочности на разрыв силумина АЛ4 равен 260 МПа, а предел текучести 200 МПа.

Силумин АЛ9 не упрочняется ни модифицированием, ни искусственным старением. Его только закаливают. В производстве сплав получил широкое применение из-за оптимального соотношения пластичности, литейных характеристик и прочности. АЛ9 разрушаются при нагрузке свыше 200 МПа. Относительное удельное растяжение равно 6%.

АЛ5 не относится к группе жаропрочных сплавов, но превосходит все силумины устойчивостью к термической нагрузке. Предел прочности данной марки составляет 220 МПа. Пластичность его одна из наиболее низких. Относительное удельное растяжение равно 1%. Также, как уже было отмечено выше, наличие меди делает АЛ5 менее устойчивым к воздействию коррозии.

АЛ34 по сравнению со всеми вышеописанными марками имеет наилучшие механические характеристики. Предел прочности на растяжение составляет 330 МПа, что сравнимо со сталью Ст.3.

Силумин — марка

Силумин марки А Л 5 ( 4 5 — 5 5 % Si, 0 35 — 0 60 % Mg, 1 0 — 1 5 % Си) обладает достаточно хорошими литейными свойствами, не требует модифицирования и кристаллизации в автоклаве. Благодаря присутствию меди обладает теплостойкими свойствами.

Силумин марки СИЛ-0 предназначается для приготовления сплавов специального назначения и для сплава АЛ-4 при отливке деталей в землю.

Возможность эмалирования силумина марок АЛ4 и АЛ9 исследована автором: изучалось влияние методов подготовки поверхности и нанесения эмали ( шликерный и во взвешенном слое) на качество покрытия и прочность его сцепления с металлом.

Необходимое количество приготовленной лигатуры и столько-же силумина марки СИЛ-0 или АЛ2 загружаются в графитовый, керамический или чугунный тигель и совместно расплавляются. Флюс растворяет окисную пленку и повышает жидкотекуЧесть припоя.

Отливки из всех алюминиевых сплавов, за исключением силуминов марок АЛ2 и АЛИ, подвергаются упрочняющей термической обработке.

Эта фреза, используемая ( о — 612 м / мин, s 1180 мм / мин), при обработке силумина марки АЛ2, на ленинградском заводе Кинап позволила уменьшить машинное время в 2 раза по сравнению с обычными быстрорежущими пазовыми фрезами.

Диаграмма состояния сплавов алюминий — кремний.

На рис. 136 приведена левая часть диаграммы состояния алюминий — кремний. Силумины имеют состав, близкий к эвтектическому, и поэтому обладают высокими литейными свойствами. Широкое распространение получил силумин марки АЛ2, содержащий 10 — 12 % кремния.

Силумины, содержащие менее 10 — 12 % Si, обладают пониженными литейными свойствами и меньшей прочностью, поэтому их упрочняют введением меди и магния. Эти сплавы называются специальными силуминами и их можно успешно подвергать термической обработке. К ним относятся силумины марок АЛ4, АЛ5, АЛ9 и АЛЮ.

Скорость образования оксидных пленок доходит до 1 мкм / мин. Необходимо механическое перемешивание электролита. Напряжение тока возрастает во время роста толщины оксидной пленки с 25 — 30 до 50 — 80 в. На силумине марки АЛ2 пленка имеет темно-серый цвет, на сплавах типа АМг — золотисто-коричневый и на дюралях типа Д1 — зелено-голубой.

Скорость образования оксидных пленок доходит до 1 мкм / мин. Необходимо механическое перемешивание электролита. Напряжение тока возрастает во время роста толщины оксидной пленки с 25 — 30 до 50 — 80 В. На силумине марки АЛ-2 пленка имеет темно-серый цвет, на сплавах АМГ — золотисто-коричневый и на дюралях типа Д1 — зелено-гол убой. Пленки обладают высокой эластичностью, хорошей коррозионной стойкостью и надежными электроизоляционными свойствами.

Кислотостойкими являются и антихлоры ( кремнемолибденовые чугуны с 3 4 % Мо), особенно в растворах соляной к-ты. Хромистые чугуны марок Х28Л и Х34Л стойки к воздействию кислотокоррозионных сред при повышенных т-рах. Введение меди повышает кислотостойкость хромистых чугунов в восстановительных средах. Монелъ-металл стоек в соляной ( до 15 %) и плавиковой к-тах, если доступ воздуха ограничен. Сплавы никеля с молибденом ( марок ЭИ-460, ЭИ-461, ЭП-495, ЭП-496, ЭП-567, ЭП-375) отличаются исключительно высокой стойкостью в концентрированных серной, фосфорной и соляной к-тах при повышенной т-ре. Сплав инконель стоек в разбавленной ( до 5 %) соляной к-те, а также в серной, плавиковой и фосфорной к-тах при обычной т-ре. Алюминий, вследствие самопассивации в окислительных средах, отличается стойкостью в концентрированных серной и азотной, а также в органических к-тах. Сплавы алюминия с кремнием и медью марок АЛ-4, АЛ-4Б и силумины марок СИЛ-1, СИЛ-2 более стойки в кислотной среде ( особенно в азотной к-те), чем чистый алюминий. Титан стоек в растворах разбавленных к-т ( серной, соляной, органических), в азотной к-те и царской водке при повышенной т-ре; кислотостойкость его повышается при добавлении палладия, молибдена и тантала. Тантал исключительно кислотостоек в широких пределах концентраций реагентов и т-р — в соляной к-те до т-ры 110 s С, в азотной и серной — до т-ры 175 С, в фосфорной к-те — до т-ры 180 С. На него не действуют царская водка, хромовая смесь, хлористая, хлорноватая и азотная к-ты, бромистый водород.

Применение

Повышенный производственный интерес к силумину обусловлен главным образом обладанием такими свойствами как высокая жидкотекучесть, низкий удельный вес и низкой склонностью к образованию усадочных раковин.

По этим причинам силумин активно применяется в следующих сферах:

  • В самолетостроении силумин марок АЛ2 используется при изготовлении деталей, не подверженных механическим и термическим нагрузкам. Из АЛ9 и АЛ34 производят узлы более ответственного назначения. В частности, сюда относятся поршни галлейного охлаждения, насосы и прочее.
  • В судостроении силумин применяется в качестве обшивки стальных и чугунных конструкций. Возможно это благодаря устойчивости силумина к агрессивному воздействию морской воды.
  • В космической отрасли сплавы силумина используются в производстве приборов, детали которых требуют от материала наличие низкого коэффициента линейного расширения и низкого значения плотности.- В автомобилестроении активно применяется силумин АЛ34 для изготовления картеров двигателей внутреннего сгорания и других корпусных деталей, работающих при большом внутреннем давлении.
  • Силумин служит материалом для изготовления фитингов трубопровода. Смесители, переходники, ниппеля, накидные гайка — это неполный список деталей, где используются сплавы силумина.

Список источников

  • www.ngpedia.ru
  • stroyvolga.ru
  • slesario.ru
  • aluminium-guide.ru