Бураков (550672), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Что касается газовых раковин из-за газонасыщенности расплава, то они возникают редко: в кокилях дополнительное растворение газов (особенно водорода) не происходит. Глава ХУ ЛИТЬЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ 1. ХАРАКТЕРИСТИКА СПЛАВОВ Алюминиевые сплавы согласно ГОСТ 2685 — 75 разделяются по химическому составу на пять групп: Группа 1 — сплавы на основе системы алюминий- — кремний марок: АЛ2, АЛ4, АЛ4-1, АЛ9 АК7 (АЛ9В), АЛ34 (ВАЛ5), АК9 (АЛ4В). Их структура представляет собой а-твердый раствор кремния в алюминии и эвтектику, состоящую из а-твердого раствора и зерен кремния.
Количество в структуре сплава эвтектики увеличивается с повышением содержания кремния и при 11,7% последнего состоит из эвтектики с температурой плавления 850 К. Дальнейшее увеличение количества кремния в сплаве приводит к образованию первичных твердых его кристаллов. При наличии легирующих элементов последние растворяются в а-твердом растворе, упрочняя его, или образуют самостоятельные фазы (например, Мя,51, А!лТ! и др.).
Механические свойства алюминиево-кремнистых сплавов можно улучшить путем легирования микродобавками таких элементов, как В, Т1, Хг. Достоинствами сплавов этой группы являются хорошие литейные свойства и герметичность, а также сравнительно простая технология выплавки и литья. Недостатки их состоят в склонности к образованию крупнозернистой грубой эвтектики в структуре и к повышению газо- насыщенности. Группа П вЂ” сплавы на основе алюминий — кремний — медь.
Их марки: АЛЗ, АЛ5, АЛ5-1, АЛ6, АЛ32, АК5М2 (АЛЗВ), АК7М2 (АЛ!ОВ), АК4М4 (АЛ15В). Сплавы этой группы обладают более высокой прочностью и жаропрочностью, чем сплавы системы алюминий — кремний, а их литейные свойства лучше, чем у сплавов системы алюминий — медь. Группа П1 — сплавы на основе системы алюминий — медь марок: АЛ7, АЛ19, АЛЗЗ (ВАЛ1). Структура этих сплавов состоит из а-твердого раствора меди в алюминии, химического соединения А(,Сц и эвтектики.
Концентрация меди в твердом растворе изменяется в зависимости от температуры. При температуре 821 К (548' С) в а-твердом растворе содержится 5,65% Сп, а при комнатной температуре всего 0,204. Этим объясняется чувствительность сплавов к скорости затвердевания, а также повышение свойств после закалки с последующим старением, Легированный твердый раствор и наличие химических соединений в структуре обусловливают жаропрочность и повышенные прочностные характеристики сплавов группы П1, Особенно высокой прочностью обладает сплав АЛ19, в состав которого входит марганец, образующий сложное соединение РЛ2 Липеье алмоииниевьи сплавов А!,Мп,Сп, способствующее улучшению механических свойств, особенно при повышенных температурах.
Недостатки сплавов группы 1П; пониженная жидкотекучесть, увеличенная склонность к образованию горячих трещин, а также низкая герметичность. Группа 1Ч вЂ” сплавы на основе системы алюминий — магний, используются преимущественно с добавкой легирующих элементов: Мп, Я, Т1, В, Уг. Сюда относятся сплавы марок АЛ8, АЛ13, АЛ22, АЛ28, АЛ23-1, АЛ27, АЛ27-1, АЛ28. Основой структуры этих сплавов является твердый раствор магния в алюминии, состав которого изменяется с понижением температуры. При 708 К (435' С) он содержит 14% Мя, а при комнатной температуре— в 10 раз меньше (1,4аль). Избыток магния образует хрупкую (о-фазу (А!аМяв), количество которой увеличивается с уменьшением скорости охлаждения отливки.
Специальные добавки или случайные примеси дают самостоятельные фазы (например, МяаЯ, А!еМялСц, А1а%, А!аРе и др.) или они могут входить в твердый раствор. Все это влияет на изменение свойств сплавов, при этом степень влияния зависит от дисперсности и характера этих фаз. Как правило, сплавы этой группы обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошими механическими свойствами и малой плотностью. Кроме того, они хорошо обрабатываются резанием и полируются. Группа Ч вЂ” сплавы на основе алюминия с другими элементами (в том числе никеля, цинка, кремния, железа). Их марки: АЛ1, АЛ11, АЛ21, АД24, АЛ25, АЛЗО, АК21М2, 5Н2,5 (ВКЖЛС-1).
Сюда же можно отнести используемые в настоящее время сплавы АЛ26, АЛ20, АЛ18В и др, Это преимущественно жаропрочные сплавы. Каждый из них отличается еще каким-либо специальным свойством в зависимости от того, для каких целей сплавы предназначены. Так, например, сплавы для поршней (АЛ25, АЛ26, АЛЗО) должны иметь повьппенную износостойкость и малый коэффициент линейного расширения. Основными компонентами сплавов этой группы являются кремний или медь, от содержания которых в основном и зависят структура и свойства.
Дополнительное легирование небольшими добавками ряда элементов обеспечивает сплавам повышение жаропрочности за счет увеличения сопротивляемости пластическим деформациям. В качестве легирующего элемента используется и железо (сплавы АЛ18В и АЛ20), которое является вредной примесью для всех остальных сплавов на алюминиевой основе. Показатели литейных свойств алюминиевых сплавов колеблятся в довольно широких пределах и зависят от их состава.
В табл. 30 представлены дан. ные о литейных свойствах основных сплавов. Горячеломкость определяется по общепринятой кольцевой пробе С. И. Спектровой и Г. В, Лебедевой. Наружный диаметр пробы 107 мм, толщина б мм, Характеристика силпьпо 273 Таблица 30 Типичные литейные свойства основных алюминиевых сплавов (температура заливки 973 К) Жидкотекучость. ми, по пробе Усидка, и Горио. тичиость, кгс/смя № груп- пы Горячи. ломкость Марка линей- ная прутко- иой спираль- кой объемная 1 АЛ2 АЛ4 АЛ9 АЛ34 (ВАЛ5) 420 360 350 550 820 750 7?О 0,9 1,0 1,0 1,0 З,Π— 3,5 3,2 — 3,4 3,7 — 3,9 !60 260 190 350 4,0 — 4,2 4,5 — 4,9 4,8 — 5,0 3,2 — 3,4 240 344 300 350 П АЛЗ АЛЗ АЛ6 В 124 700 750 650 800 12,5 7,5 10 7,5 1,15 1,10 1,10 1,10 140 160 230 350 6,5--6,8 П1 АЛ7 АЛ19 1,40 1,25 1БЗ 205 280 410 3,5 32,5 50 70 АЛЗ АЛ13 АЛ22 АЛ27 4,8 — 5,0 280 320 380 270 600 500 650 1ч' 1,3 1,2 1,2 22,5 12,5 15 12,5 60 118 130 60 АЛ! АЛ21 АЛ24 АЛ25 260 360 230 425 27,5 22,5 22,5 5 6,4 — 6,2 90 100 160 1,3 1,2 1,1 700 Лучшие литейные свойства имеют сплавы типа силуминов и более низкими обладают сплавы 111 (алюминиево-медные) и 1Ъ' (алюминиево-магниевые) групп.
Величина действительной литейной усадки сплавов зависит не только от их природы, но и от сложности и размеров отливки. На практике принято считать, что усадка в зависимости от сплава находится в следующих пределах: для мелких отливок 0,9 — 1,3о, для средних — 0,7 — 1,2 и для крупных — 0,6 —.1,0%. Нижние пределы относятся к спла- Внутренний диаметр колец изменяется от 7 да 97 мм, обеспечивая ширину кольца от 50 до 5 мм. Пахазателем горячеломкости является максимальная ширина кольца, при которой появляется первая трещина.
Чем меньше зта ширина, тем меныпе склоивость сплава к образованию трещин. Для определения жидкатекучести используются стандартные прутковые или спиральные пробы, отливаемые в песчано-глинистые формы. Лиспвв алишиииввил сплавов вам на основе системы А! — 51, а верхние — к сплавам П1 и 1Ъ' групп.
Характерной особенностью всех алюминиевых сплавов является повышенная опасность образования газовой и газоусадочной пористости. На поверхности алюминиевой отливки легко образуется прочная и плотная пленка окисла, которая препятствует удалению газов, выделяющихся из металла при его охлаждении. Это и объясняет тот факт, что алюминиевые отливки легко поражаются газовой пористостью при сравнительно небольшом содержании газов в металле. Так, даже при наличии в сплаве водорода в количестве 0,9 — 2,0 см' на 100 г металла возникает опасность образования газовых раковин, в то время как в чугуне его содержание может достигать 4 — 5 см', а в стали — до 10 — 12 смв (без особой опасности образования газовых раковин).
Особенно легко поражаются газовыми раковинами отливки из сплавов, содержащих кремний. Разработка технологического процесса изготовления отливок из алюминиевых сплавов производится с учетом всех его особенностей и недостатков. Большое влияние на структуру и качество сплава отливки оказывает скорость затвердевания и охлаждения.
2. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ ОТЛИВОК Увеличение скорости затвердевания обеспечивает измельчение структурных составляющих сплава — уменьшается зерно твердого раствора, увеличивается днсперсность эвтектики и вторичных фаз, образующихся при наличии специально введенных или случайных примесей. Некоторые неблагоприятно действующие соединения вообще не образуются или уменьшаются по количеству. Так, структура силумина, залитого в кокиль, близка к структуре модифицированного сплава; размеры кристаллов кремния значительно меньше, чем при литье в песчаные формы(см. гл.
111). Известно также[123)„ что литье в кокиль резко повышает эффект модифицирования по сравнению с литьем в песчаные формы, а также нейтрализует вредное действие железа и других примесей. Поэтому допускается в сплавах для этого вида литья более высокое количество железа, чем при литье в песчаные формы, Измельчение структуры в результате более значительного переохлаждения сплава при кристаллизации в кокиле, а также увеличение при этом эффекта модифицирования приводит к улучшению его механических свойств. Результаты испытания сплава АЛ27-1, залитого в сухие песчаные формы и в кокили, наглядно показывают преимущества последнего способа литья (при литье в сухую песчаную форму и, = = 26 кгс/ммв, 6 = 5%; при литье в кокиль — о, = 42 кгс/мм', 5 = 31%).
С изменением скорости охлаждения от 15,6 до 83 град(мин. увеличивается предел прочности сплава АЛ19 с 38,2 до Влияние скоросгли зашвврдввания оголовок 41,6 кгс/ммз и относительное удлинение с 7,3 до 16,0%. Такой же характер имеет изменение механических свойств при повышенных температурах (табл. 31). Таблипа 31 Влиямме ма мехамические свойства сплава АЛ27-1 температуры н материала формы Температура пспытаппя, с 2,3 2,1 1,7 1,1 0,2 0,2 36,8 32,6 21,1 10,3 4,7 1,8 23,9 17,9 16,9 8,9 3,6 1,1 3,8 2,9 3,7 10,8 24,2 3,6 5,6 5,6 4,3 2,5 О,З 0,2 16,4 37,2 15,7 49,0 100,8 !6,8 20 150 200 300 400 500 Повышается прочность сплавов при термической усталости.
Благоприятное влияние увеличение скорости охлаждения оказывает и на свойства сплавов при низких температурах, Улучшается герметичность, что особенно важно для сплавов, негерметичных по своей природе из-за большого интервала их кристаллизации (АЛ19, АЛ27-1 и др.). Увеличение скорости охлаждения уменьшает опасность образования газовой и газоусадочной пористости в отливках. Количество водорода, растворившегося в металле при литье в кокиль, меньше, чем при литье в песчаные формы, Например, если в 100 г сплава, залитого в кокиль, содержалось 1,6 — 1,8 смз водорода, то в металле, залитом в песчаные формы, его содержание достигает 2,3 — 3,6 см'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
