Файлы: 1 файл

В качестве шихтовых материалов при плавке используют чистые металлы, возвраты и отходы того же состава, что и приготовляемый сплав, а

также отходы других сплавов. Выбор шихтовых материалов определяется,

а также всего возможностью получения из них сплава заданного состава, а также технико-экономическими данными: наличием материала, его ценой, возможностью переработки в выбранном плавильном агрегате.

Наиболее низкую цену имеют возвраты и отходы. Однако они, как правило, загрязнены примесями, поэтому из них составить всю шихту нельзя, так как удаление примесей по ходу плавки далеко не всегда возможно и целесообразно. Кроме того, в отходах и возвратах часто содержатся неопределяемые примеси, которые ухудшают свойства металла. В связи с этим долю отходов и возвратов в шихте часто задают из условия допустимого содержания оговоренных примесей.

Количество шихтовых материалов определяют путем расчета шихты. При расчете учитывают ожидаемые потери металла. Для расчета шихты необходимо иметь, возможно, более полный химический анализ всех шихтовых материалов. Ниже приведен арифметический расчет шихты.

Технология плавки: В зависимости от масштаба и специфики производства плавку алюминиевых литейных сплавов ведут в тигельных и отражательных печах, работающих на электроэнергии, жидком или газообразном топливе. Особенно широко применяют электрические индукционные печи.

Химический состав первичных металлов, вторичных сплавов и лигатур должен соответствовать требованиям ГОСТа, или ТУ. В качестве шихты обычно применяют:

1. Силумин марки СИЛ1 (12% Si , ост Al) (ГОСТ2685-89);
2. Лигатура Al-Cu (57.5% Al).

Шихта для плавки алюминиевых сплавов не должна быть влажной и загрязненной маслом, эмульсией, землей. Все компоненты шихты, вводимые в жидкий металл, должны быть нагреты до 150...200°С во избежание выбросов металла. В состав шихты входят чушковый первичный алюминий и вторичные сплавы, возврат и отходы. Легкоокисляющиеся элементы вводят в виде лигатур с целью облегчения их растворения и уменьшения угара. Выплавку лигатур лучше всего проводить в индукционных тигельных печах.

Для удобства и наглядности расчет ведем на 100кг сплава.

Расчет шихты с применением лигатуры без учета содержания примесей: задано приготовить 1000 кг сплава АК12М2 Средний химический состав сплава – Si=11-13%; Cu=1,5-3%; Fe=1% примеси 1%; Al – остальное.

1. паспортные чушки марки А0 (ГОСТ 11069-01);
2. Силумин марки СИЛ00 (13% Si , ост Al) (ГОСТ2685-89);
3. Лигатура Al-Cu (57.5Cu);

4) плавка будет производиться в тигельной печи. Угар компонентов: 1% Al; 1% Si; 1% Fe; 1.5% Cu;

а) алюминия (84 × 100)/(100-1) = 84,8 кг;

б) кремния (12 × 100)/(100-1) = 12,12 кг;

в) меди (2 × 100)/(100- 1.5) = 2,03 кг;

г) железа (1 × 100)/(100- 1) = 1,01 кг;

2. Определяем необходимое количествоАО:

82.06/(99/100) = 82,88кг;

б) силумин марки СИЛ1. Расчет ведется по кремнию:

(13 × 93,23)/100 = 12,12 кг

в) лигатура Al-Cu:

(42,5 × 4,77)/100 = 2,02 кг

3. Определяем количество алюминия, которое необходимо ввести в чистом виде:

Весь Al вносится в виде лигатур. Алюминий чушковый возможно применять для корректировки состава сплава.

5. Определяем массу каждой составляющей шихты на одну плавку сплава (10000 кг):

паспортные чушки марки А0 8288кг

Силумин марки СИЛ00 93 23 кг

Лигатура Al-Cu 477 кг

5. Расчет количества теплоты, необходимой для нагрева, расплавления и перегрева 1 тонны сплава до температуры литья.

Количество полезного тепла, затрачиваемого на нагрев, расплавление и перегрев расплава до заданной температуры, кДж

Qобщ = Qраз + Qпл + Qпер

где Qраз количество тепла, необходимое для разогрева сплава до температуры, кДж;

Qпл количество тепла, затраченного на расплавление металла, кДж;

Qпер количество тепла, затраченного на перегрев расплава до заданной температуры, кДж.

а) определяем количество тепла, необходимое для разогрева сплава до температуры:

где М - масса металла,

Cтв - средняя теплоемкость твердого сплава,

Из закона Дюлонга-Пти

213,125 ккал/(кг С)

Ств = 213,125 × 4,18 = 890,9 Дж/(кг×С)

tсол - температура плавления, tсол = 560 С;

начальная температура сплава, t0 = 20 C

Qраз = Cтв M (tсол – t0) = 890,9×1000 (560 – 20) = 481086 кДж

б) определяем количество тепла, затраченного на расплавление металла:

где средняя скрытая теплота плавления сплава, кДж/кг

Qпл = q M = = 550,82 ×1000 = 550820 кДж

в) определяем количество тепла, затраченного на перегрев расплава до заданной температуры:

где средняя теплоемкость жидкого сплава,

Из закона Дюлонга-Пти для жидкого состояния:

=(0,22+0,03+0,002)*1000=252 ккал/(кг ×С)

Cтв = 252 ккал/(кг×С) = 4,18×252 = 1053,36 Дж/(кг С)

температура перегрева, С;

Qпер = Cж M (tли – tлик) = 1053,36×1000 (720 – 640) = 84269 кДж.

г) общее количество тепла необходимого для нагрева, расплавления и перегрева 1000кг сплава:

Qобш = Qраз + Qпл + Qпер = 481086 + 550850 + 84269 = 1116205 кДж

6. Выбор плавильного агрегата и разработка технологии приготовления сплава.

6.1. Выбор плавильного агрегата и его характеристика.

Для производства алюминиевых сплавов применяют различные печи. Выбор печи производится в зависимости от масштаба производства, требований, предъявляемых к качеству выплавляемого металла и целого ряда других факторов.

По виду используемой для плавки сплавов энергии все плавильные печи делят на топливные и электрические. Топливные печи подразделяют на тигельные, отражательные к шахтно-ванные. Электрические печи классифицируют в зависимости от способа преобразования электрической энергии в тепловую. В литейных цехах применяют печи сопротивления, индукционные, электродуговые, электронно-лучевые и плазменные.

В электрических печах сопротивления нагрев и расплавление шихты осуществляются за счет тепловой энергии, поступающей от электронагревательных элементов, установленных в своде или в стенках плавильной печи. Эти печи применяют для плавки алюминиевых, магниевых, цинковых, оловянных и свинцовых сплавов.

Индукционные печи по принципу работы и конструкции подразделяют на тигельные и канальные Тигельные печи в зависимости от частоты питающего тока классифицируют на печи повышенной и промышленной частоты (50 пер/с).

Независимо от частоты питающего тока принцип работы всех индукционных тигельных печей основан на индуктировании электромагнитной энергии в нагреваемом металле (токи Фуко) и

превращении ее в тепловую. При плавке в металлических или других тиглях, изготовленных из электропроводных материалов, тепловая энергия передается к нагреваемому металлу также стенками тигля. Индукционные тигельные печи применяют для плавки алюминиевых, магниевых, медных, никелевых сплавов, а также сталей и чугунов.

Для приготовления сплава АК12М2 выбираем индукционную тигельную печь марки ИАТ-1.

Емкость тигельных печей колеблется от долей килограмма (лабораторные печи) До нескольких десятков тонн.

Преимущества тигельных индукционных печей:

1) высокая производительность, достигаемая благодаря большим значениям удельной мощности;

2) интенсивная циркуляция расплава в тигле, обеспечивающая выравнивание температуры по объему ванны и получение однородных по химическому состав у сплавов;

3) возможность быстрого перехода с выплавки сплава одной марки на другую;

4) широкое (до 100 %) использование в шихте низкосортных материалов - стружки и отходов;

5) возможность проведения плавки при любом давлении (вакуумные печи) и в любой атмосфере (окислительной, восстановительной, нейтральной);

6) простота и удобство обслуживания печи, управления и регулирования процесса плавки; широкие возможности для механизации и автоматизации загрузки шихты и разливки металла, хорошие санитарно-гигиенические условия.

К недостаткам тигельных печей следует отнести невысокую стойкость футеровки тигля и относительно низкую температуру металла на поверхности жидкой ванны, которая не позволяет эффективно использовать флюсы для металлургической обработки сплавов. Однако преимущества тигельных печей настолько значительны, что они находят все большее распространение. Различают печи открытые (плавка на воздухе) и вакуумные (плавка в вакууме).

Для плавки алюминиевых, магниевых и медных сплавов применяют открытые индукционные тигельные печи промышленной частоты емкостью от 0,4-1,0 до 25- 60 т и производительностью 0,5-6,0 т жидкого металла в час. Независимо от марки выплавляемого сплава и емкости индукционные тигельные печи имеют одинаковые конструкционные узлы и отличаются в основном производительностью и мощностью электрооборудования.

Тигли печей для плавки алюминиевых и медных сплавов изготавливают путем на бивки и спекания огнеупорных масс, а печи для плавки магниевых сплавов оборудованы стальным тиглем сварной или литой конструкции.

Для плавки сплавов на никелевой и медной основах, а также сталей и ряда других сплавов применяют индукционные печи повышенной частоты. Емкость печей - от десятков килограммов до 1-3 т жидкого металла. Источником питания служат тиристорные преобразователи тока.

Основные характеристики индукционной канальной печи ИАТ-1

Таблица 5

6.2. Разработка технологии получения сплава АК12М2

Плавка большинства алюминиевых сплавов не составляет трудностей. Легирующие компоненты, за исключением магния, цинка а иногда и меди, вводят в виде лигатур. Лигатуру А1-Si вводят в расплав при 700-740 °С; цинк загружают перед магнием, который обычно вводят перед сливом металла. Загрузку шихтовых материалов ведут в следующей последовательности; чушковой алюминий, крупногабаритные отходы, переплав, лигатуры или чистые металлы. Максимально допустимый перегрев для литейных сплавов 800-830 °С. При плавке на воздухе алюминий окисляется. Основными окислителями являются кислород и пары воды. Содержание влаги в воздухе в зимнее время составляет 2-4,5 г/м 3 , в летнее 18,5-23 г/м 3 ; продукты горения жидкого или газообразного топлива могут содержать от 35 до 70 г/м 3 водяного пара. В зависимости от температуры и давления кислорода и паров воды, а также от кинетических условий взаимодействия при окислении образуются оксид алюминия (А1 2 О 3) и субоксиды (А1 2 О и А1О). Вероятность образования субоксидов возрастает с увеличением температуры и уменьшением парциального давления кислорода над расплавом. В обычных условиях плавки термодинамически устойчивой фазой является твердый оксид алюминия - А1 2 О 3, который не растворяется в алюминии и не образует с ним легкоплавких соединений. При нагреве до 1200 °С - А1 2 О 3 перекристаллизовывается в а-Al2O3. По мере окисления па поверхности твердого и жидкого алюминия образуется плотная, прочная пленка оксида толщиной 0,1-0,3 мкм. При достижении такой толщины окисление практически приостанавливается, так как скорость диффузии кислорода через пленку резко замедляется. Скорость окисления сильно возрастает с повышением температуры расплава.

Сплавы алюминия с магнием образуют оксидную плену переменного состава. При малом содержании магния (до 0,005 %) оксидная плена имеет структуру -А1 2 О 3 и представляет собой твердый раствор MgO в -А1 2 0 3 ; при содержании 0,01-1 % Mg оксидная плена состоит из шпинели (MgO- А1 2 О) переменного состава и оксида магния; при содержании свыше 1,0 % Mg плена почти полностью состоит из оксида магния. Бериллий и лантан (до 0,01 %) снижают скорость окисления этих сплавов до уровня скорости окисления алюминия. Защитное действие их обусловлено уплотнением оксидной плены сплавов за счет заполнения образующихся в ней пор.

Перемешивание расплава в процессе плавки сопровождается нарушением целостности оксидной плены и замешиванием обрывков ее в расплав. Обогащение расплавов оксидными включениями происходит и в результате обменных реакций с футеровкой плавильных устройств. Наиболее существенное влияние на степень загрязнения расплавов пленами оказывает поверхностная окисленность исходных первичных и вторичных шихтовых материалов. Отрицательная роль этого фактора возрастает по мере уменьшения компактности и увеличения удельной поверхности материала.

Описание работы

Алюминий обладает кубической гранецентрированной кристаллической решеткой и не испытывает аллотропических превращений. Он имеет небольшую плотность (2,7 г/см3), невысокую температуру плавления (660 °С), обладает высоким относительным удлинением при растяжении (до 60 %), хорошей электропроводностью и высокой удельной прочностью. Алюминий имеет большую объемную усадку кристаллизации (6,5 %) и большую линейную усадку (1,7 %); он легко окисляется с образованием плотной защитной оксидной пленки из А12О3. Алюминий широко применяют в электротехнике, авиации, пищевой промышленности, в автомобилестроении, в строительстве.

1. Общая характеристика и области применения сплава………………….3
2. Физические, литейные, механические и другие свойства сплава……...6
3. Расчет теоретической плотности сплава………………………………...7
4. Характеристика шихтовых и вспомогательных материалов для получения сплава. Расчет шихты…………………………………………..…... 9
5. Расчет количества теплоты, необходимой для нагрева, расплавления и перегрева 1 тонны сплава до температуры литья……………………………...11
6. Выбор плавильного агрегата и разработка технологии приготовления сплава……………………………………………………………………………..13
6.1. Выбор плавильного агрегата и его характеристика…………………13
6.2. Разработка технологии получения сплава АК12М…………………16
Список используемой литературы………………………………………...19

Запросить цену

Задать вопрос

Перечень продукции, предлагаемой ООО «Орион-Спецсплав-Гатчина», включает алюминиевые литейные сплавы АК12, АК12Ч, АК12ПЧ, АК12ОЧ. Компания реализует металл собственного производства и гарантирует стабильно высокое качество благодаря тщательному контролю характеристик. ООО «Орион-Спецсплав-Гатчина» является постоянным поставщиком крупных российских и зарубежных предприятий.

Описание, особенности и применение сплавов АК12, АК12ч, АК12пч, АК12оч

Сплавы представляют собой алюминий с добавлением 10-13 % кремния, выполняющего легирующие функции. В зависимости от марки, данные сплавы имеют четкие ограничения по содержанию железа, марганца, кальция, титана, меди, цинка.

Пониженная температура литья способствует уменьшению производственных затрат при производстве деталей. Благодаря содержанию в составе кремниевых добавок, сплавы серии АК12 имеет малую плотность, повышенную текучесть, минимальную линейную усадку. Сплавы не склонны к образованию трещин при литье и хорошо поддаются сварке

Силумины АК12, АК12Ч, АК12ПЧ, АК12ОЧ широко востребованы в машиностроении (теплообменники, насосное оборудование, переходники, элементы трубопроводной арматуры),

при изготовлении герметичных отливок сложной формы, при изготовлении изделий для пищевой промышленности и других целей.

Марка	Форма	Состав	Маркировка	Стандарт	Цена, долл./тн., без НДС
АК12	Вафельный слиток Размер 400*200*40 мм Вес 5-7 кг	Al-84,3-90 % Si 10-13%	Полоса белая, Полоса зеленая Полоса зеленая	ГОСТ 1583-93 ТУ Заказчика G-AlSi12	по запросу
АК12ч	Вафельный слиток Размер 400*200*40 мм Вес 5-7 кг	Al-85,8-90 % Si-10-13%		ГОСТ 1583-93 ТУ Заказчика	по запросу
АК12пч	Вафельный слиток Размер 400*200*40 мм Вес 5-7 кг	Al-86,3-90 % , Si 10-13%		ГОСТ 1583-93 ТУ Заказчика	по запросу
АК12оч	Вафельный слиток Размер 400*200*40 мм Вес 5-7 кг	Al-86,6-90 %, Si 10-13%		ГОСТ 1583-93 ТУ Заказчика	по запросу

С кремнием и незначительной долей магния, а также прочих примесей. Для силуминов характерна низкая литейная усадка, герметичность, стойкость к коррозии и высокая твёрдость по сравнению с другими сплавами на основе Al. Однако, не все силумины проявляют свои качества одинаково и по-разному ведут себя в условиях повышенной нагрузки, в морской воде и при высоких температурах.

У нас Вы можете приобрести:

• Чушки АК12пч (повышенной чистоты).

Химический состав и механические свойства АК12

Так как АК12 – это литейный сплав алюминия, то химический состав и другая важная информация о нём изложена в ГОСТ 1583-93.

Литейно-технологические свойства

Заготовки из АК12 в ряду прочих заготовок из алюминия выделяются малой литейной усадкой в процентном соотношении 0,8 %, высокой текучестью в жидком состоянии и малой плотностью. Кроме того, во время литья этот материал не даёт трещин. Однако, предел кратковременной прочности у этого силумина меньше, поэтому спектр его применения ограничен деталями, работающими под небольшой нагрузкой.

Отливки из АК12 получаются с минимальной литейной усадкой, они обладают хорошей плотностью и высокой герметичностью. Прочность деталей не сильно колеблется в меньшую сторону, при отливке толстостенных изделий. Коррозионная стойкость в обычной воде и атмосфере – хорошая. Свариваемость АК12 – без ограничений аргонно-дуговой или точечной сваркой, при достаточной квалификации сварщика. Более подробно мы расскажем о применении этого материала ниже.

Эксплуатационные особенности АК12

Стоит отметить, что детали из данного сплава не предназначены для функционирования в морской воде. Причиной тому служит высокое содержание меди в его составе. Содержание Cuв АК12 составляет около 0,6 %, а для использования в морской воде применяются только сплавы алюминия с содержанием меди ниже 0,3 %. Поэтому для этих целей АК12 применять не рекомендуется.

Что же касается температурного режима работы, то многие силумины относятся к ковочным и жаропрочным сплавам, но АК12 занимает особую нишу среди прочих силуминов. Он также может применяться для ковки, но детали из него нельзя использовать при температуре выше 200 °C. За пределами этой температуры сплав начнёт утрачивать стойкость к коррозии и прочность. Эти изменения несут необратимый характер.

Продукция из силумина АК12

В виду хорошей текучести, герметичности, коррозионной стойкости этот материал рекомендуется применять для отливки деталей техники, аппаратуры, приборов сложной формы. Однако хрупкость этого сплава не позволяет использовать его для отливки ответственных деталей, работающих под нагрузкой.

АК12 применяют для отливки деталей в кокиль, песчаные формы, под давлением, по моделям, в формы в виде оболочек. Из него изготавливают корпусы помп, детали двигателей, аппаратуры и бытовых приборов. В прочем из силумина этой марки повышенной чистоты выпускают и пищевую продукцию, но только со специального разрешения: казаны, кастрюли и т.д. Возможно также его применение и в оружейном деле.

Сплавы алюминиевые литейные регламентируются ГОСТ 1583-93, который распространяется на сплавы в чушках, используемых в качестве металлошихты, и сплавы в готовых отливках (всего 39 марок). В соответствии с ГОСТ1583-93 при маркировке сплава используется комбинированное (двойное) обозначение: сначала указывается марка сплава в чушках, затем в скобках - марка сплава для готовых фасонных отливок, например: АК12 (АЛ2), АК13 (АЛ13), АК5М (АЛ5).

Сплавы в чушках маркируются следующим образом. Вначале указывается буква "А", которая обозначает, что сплав алюминиевый. Затем буквами обозначают наименование основных или легирующих элементов, за которыми следует цифра, означающая среднее содержание в процентах этих компонентов. Принято следующее обозначение компонентов, входящих в состав алюминиевых литейных сплавов: К - кремний; Су - сурьма; Мц - марганец; М - медь; Мг - магний; Н - никель; Ц - цинк. Например: АК12 - это алюминиевый сплав со средним содержанием Si = 12%; АК10Су- содержит 10% кремния и в качестве легирующего элемента имеется сурьма, остальное - А1; АМг4К1, 5М - сплав, содержащий магния - 40%, кремния - 1,5, меди около 1,0%, остальные - А1.

Марка сплава в отливках обозначается двумя способами:

Первый - буквами АЛ (А - алюминий, Л - литейный), за которыми следуют цифры, показывающие номер сплава. Эти цифры условные, не имеющие никакой связи с химическим составом или механическими свойствами. Пример обозначения - АЛ2, АЛ4, АЛ19;

Второй - аналогично сплавам в чушках.

В конструкторской документации при маркировке фасонных отливок стандарт допускает указывать марку сплава без дополнительного обозначения марки в скобках или только марку, обозначенную в скобках.

В учебном процессе, когда указывается химический состав металла готовой отливки, допускается использовать обозначение по первому способу (АЛ...), когда речь идет о шихте (чушках), используемой для плавки, то можно указывать марку чушек по второму способу (АК...).

3.2.1. Классификация и свойства алюминиевых сплавов

По назначению конструкционные алюминиевые литейные сплавы можно условно разделить на следующие группы:

сплавы, отличающиеся высокой герметичностью: АК12 (АЛ2), АК9ч (АЛ4), АК7ч (АЛ9), АК8МЗч (ВАЛ8), АК7пч (АЛ9-1), АК8л (АЛ34), АК8М (АЛ32);

сплавы высокопрочные, жаропрочные: АМ5 (АЛ 19), АК5М (АЛ5), АК5Мч (АЛ5-1), АМ4,5 Кд (ВАЛ10);

сплавы коррозионно-стойкие: АМч11 (АЛ22), АЦ4Мг (АЛ24), АМг10 (АЛ27), АМг10ч (АЛ27-1).

Буквы в конце марки обозначают: ч - чистый; пч - повышенной чистоты; оч - особой чистоты; л - литейные сплавы; с - селективный.

Рафинированные сплавы в чушках обозначают буквой "р", которую ставят после обозначения марки сплава. Сплавы, предназначенные для изготовления изделий пищевого назначения, обозначают буквой "П", которую также ставят после обозначения марки сплава.

Алюминиевые литейные сплавы в чушках (металлошихта) и в отливках получают для нужд народного хозяйства и на экспорт по ГОСТ 1583-93.

Марки и химический состав алюминиевых литейных сплавов должны соответствовать приведенным в табл. 3.14.

Силумины в чушках изготовляют со следующим химическим составом:

АК12ч (СИЛ-1): кремний 10-13%, алюминий - основа; примесей, %, не более: железо 0,50, марганец 0,40, кальций 0,08, титан 0,13, медь 0,02, цинк 0,06;

АК12пч (СИЛ-0): кремний 10-13%, алюминий - основа; примесей, %, не более: железо 0,35, марганец 0,08, кальций 0,08, титан 0,08, медь 0,02, цинк 0,06;

АК12оч (СИЛ-00): кремний 10-13%, алюминий - основа; примесей, %, не более: железо 0,20, марганец 0,03, кальций 0,04, титан 0,03, медь 0,02, цинк 0,04;

АК12ж (СИЛ-2): кремний 10-13%, алюминий - основа; примесей, %, не более: железо 0,7, марганец 0,5, кальций 0,2, титан 0,2, медь 0,03, цинк 0,08.

По соглашению изготовителя с потребителем в силумине марки АК12ж (СИЛ-2) допускается содержание железе до 0,9%, марганца до 0,8%, титана до 0,25%.

Для изготовления изделий пищевого назначения применяются сплавы АК7, АК5М2, АК9, АК12. Использование других марок сплавов для изготовления изделий и оборудования, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами и средами, в каждом отдельном случае должно быть разрешено органами здравоохранения.

В алюминиевых сплавах, предназначенных для производства изделий пищевого назначения, массовая доля свинца должна быть не более 0,15%, мышьяка не более 0,015%, цинка не более 0,3%, бериллия не более 0,0005%.

В рафинированных сплавах содержание водорода должно быть не более 0,25 см 3 /100 г металла для доэвтектических силуминов, 0,35 см э /100 г - для заэвтектических силуминов, 0,5 см 3 /100 г - для алюминиево-магниевых сплавов; пористость должна быть не более трех баллов.

В зависимости от химического состава алюминиевые сплавы подразделяются на пять групп (табл. 3.14).

Первая группа - сплавы на основе А1-Si-Мg; для получения мелкозернистой структуры необходимо применять модифицирование.

Вторая группа - сплавы на основе системы А1-Si-Сu; хорошие литейные свойства объясняются оптимальным сочетанием содержания кремния и меди; такое содержание легирующих элементов позволяет применять термическую обработку для повышения механических свойств сплавов.

Третья группа - сплавы на основе системы А1-Сu; обладают способностью к термической обработке, после чего улучшаются их механические свойства, литейные свойства хуже, чем у силуминов.

Четвертая группа - сплавы на основе системы А1-Мg; имеют повышенные механические свойства за счет легирования титаном, бериллием, цирконием; сплавы этой группы выдерживают высокие статические и ударные нагрузки.

Пятая группа - сплавы на основе системы А1-прочие элементы (Ni-Тi и др.); обладают, жаропрочными свойствами, то есть хорошо работают при повышенных температурах; то же можно сказать и о давлениях.

Анализируя ГОСТ 1583-93, видно, что некоторые сплавы одной марки, используемые для металлошихты и фасонных отливок, имеют отличия в химическом составе: у сплавов для отливок допускается небольшое уменьшение содержания магния и увеличение содержания вредных примесей.

* Сумма учитываемых примесей зависит от вида литья.

Примечания:

1. В скобках указаны обозначения марок сплавов по ГОСТ 1583-89, ОСТ 48-178 и по техническим условиям.
2. В дробях в числителе приведены данные для чушек, в знаменателе - для отливок.
3. Допускается не определять массовую долю примесей в сплавах при производстве отливок из металлошихты известного химсостава (за исключением примеси железа).
4. При применении сплавов марок АК12 (АЛ2) и АМг3Мц (АЛ28) для деталей, работающих в морской воде, массовая доля меди не должна превышать: в сплаве марки АК12 (АЛ2) - 0,30%, в сплаве марки АМг5Мц (АЛ28) - 0,1%.
5. При применении сплавов для литья под давлением допускается в сплаве марки АК7Ц9 (АЛ 11) отсутствие магния; в сплаве марки АМг11 (АЛ22) содержание магния 8,0-13,0%, кремния 0,8-1,6%, марганца до 0,5% и отсутствие титана.
6. Сплавы марок АК5М7 (А5М7), АМг5К (АЛ13), АМг10ч (АЛ27), АМг10ч (АЛ27-1) не рекомендуются к использованию в новых конструкциях.
7. В сплаве АК8М3ч (ВАЛ8) допускается отсутствие бора при условии обеспечении уровня механических характеристик, предусмотренных настоящим стандартом. При изготовлении деталей из сплава АК8М3ч (ВАЛ8) методом жидкой штамповки массовая доля железа должна быть не более 0,4%.
8. При литье под давлением в сплаве АК8 (АЛ34) допускается снижение предела массовой доли бериллия до 0,06%, повышение допустимой массовой доли железа до 0,1% при суммарной массовой доле примесей не более 1,2% и отсутствие титана.
9. Для модифицирования структуры в сплавы АК9ч (АЛ4), АК9пч (АЛ4-1), АК7ч (АЛ9), АК7пч (АЛ9-1) допускается введение стронция до 0,08%.
10. Примеси, обозначенные прочерком, учитываются в общей сумме примесей, при этом содержание каждого из элементов не превышает 0,020%.
11. По соглашению с потребителем допускается изготовлять чушки, состав которых по массовым долям отдельных элементов (основных компонентов и примесей) отличается от указанного в табл. 3.14.
12. При применении сплавов для литья под давлением допускается в сплаве АМг7 (АЛ29) содержание примесей бериллия до 0,03% и кремния до 1,5%.
13. В сплаве марки АМг11 (АЛ22) допускается отсутствие титана.

Вторичные чушковые литейные сплавы получают при переработке стружки, отходов, металлического привозного лома. Химический состав вторичных алюминиевых литейных сплавов в чушках, используемых в качестве шихтовых материалов, должен соответствовать требованиям ГОСТ 1583-93.

Возможность применения того или иного сплава определяют по его механическим, физическим и технологическим свойствам, а также с учетом экономической характеристики сплава, которая во многих случаях является решающей.

Механические свойства алюминиевых литейных сплавов по ГОСТ 153-93 должны соответствовать приведенным в табл. 3.17.

Примечания:

Условные обозначения способов литья: 3 - литье в песчаные формы; В - литье по выплавляемым моделям; К - литье в кокиль; Д - литье под давлением; ПД - литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка); О - литье в оболочковой форме; М - сплав подвергается модифицированию.

Условные обозначения видов термической обработки: Т1 - искусственное старение без предварительной закалки; Т2 - отжиг; Т4 - закалка; Т5 - закалка и кратковременное (неполное) старение; Т6 - закалка и полное искусственное старение; Т7 - закалка и стабилизационный отпуск; Т8 - закалка и смягчающий отпуск.

Механические свойства сплавов АК7Ц9 и АК9Ц6 определяют спустя не менее одних суток естественного старения.

Механические свойства, указанные для способа литья В, распространяются также на литье в оболочковые формы.

Технологические свойства алюминиевых сплавов (табл. 3.24) влияют на качество отливок . К этим свойствам сплавов относятся: жидкотекучесть, усадка (объемная и линейная), склонность к образованию пористости и раковин, склонность к образованию литейных напряжений и трещин, газопоглощение и образование неметаллических включений, пленообразование и склонность к образованию грубозернистой и столбчатой структуры.

3.2.2. Влияние химических элементов на свойства алюминиевых сплавов

Влияние отдельных химических элементов на свойства литейных алюминиевых сплавов приведено в табл. 3.25 .

3.2.3. Особенности алюминиевых сплавов и области их применения

Литейные алюминиевые сплавы имеют ряд особенностей: повышенную жидкотекучесть, обеспечивающую получение тонкостенных и сложных по конфигурации отливок; сравнительно невысокую линейную усадку; пониженную склонность к образованию горячих трещин. Кроме того, алюминиевые сплавы обладают высокой склонностью к окислению, насыщению водородом, что приводит к таким видам брака отливок, как газовая пористость, шлаковые включения и оксидные включения. Поэтому при разработке технологии плавки и изготовлении фасонных отливок любым из способов литья необходимо учитывать особенности отдельных групп алюминиевых сплавов .

Наибольшее распространение в промышленности имеют сплавы А1-Si-Мg, которые отличаются хорошими технологическими свойствами, определяемыми видом диаграммы состояния. Их структура - α-твердый раствор кремния в алюминии и эвтектика, состоящая из а-твердого раствора и зерен кремния. Литейные свойства обеспечиваются наличием в сплавах большого количества двойной эвтектики α + Si (40-75%) каркасно-матричного типа, основой которой является α-твердый раствор, что обусловливает высокую жидкотекучесть сплавов, а также низкую литейную усадку и пониженную склонность к образованию горячих трещин.

При увеличении количества эвтектики в сплавах уменьшается склонность к образованию усадочных микрорыхлот, что повышает герметичность отливок.

Процесс кристаллизации этих сплавов протекает в узком температурном интервале и идет сплошным фронтом от периферийной зоны (стенок формы) к внутренним зонам отливок, что вызывает образование между первичными кристаллами сплошного слоя мелкозернистой эвтектики. Это препятствует образованию сквозных усадочных каналов между зернами твердого раствора.

С повышением содержания кремния в сплавах понижается коэффициент термического расширения и получается более грубая структура, что приводит к охрупчиванию сплава и ухудшению обрабатываемости резанием. Для измельчения включений кремния в эвтектике используют модифицирование Nа, Li, Ка, Sr, повышающее пластические свойства (δ = 5-8 %).

Для модифицирования силуминов применяют смеси хлористых и фтористых солей натрия и калия различного состава, при этом сплавом усваивается около 0,01% Na. При модифицировании Nа отмечается переохлаждение эвтектики на 15-30 °С, а эвтектическая точка сдвигается к 13-15% Si. Эффект модифицирования тем больше, чем выше содержание кремния в сплаве, так как модификатор воздействует только на эту фазу. Для силуминов, содержащих менее 5-7% Si, модифицирование не оказывает влияние на механические свойства.

Железо в сплавах А1-Si образует соединение β(А1-Fе-Si) в виде хрупких пластин, которые резко снижают пластичность. Отрицательное влияние железа эффективно снижает добавка 0,2-0,5% Мп, при этом образуется новая фаза а (А1-Fе-Si-Мn) в виде компактных равноосных полиэдров, которые в меньшей степени влияют на пластичность.

Сплав АЛ2 (эвтектический) - единственный двойной сплав первой группы, относится к простым силуминам. Эвтектический состав сплава (10-13% Si) обеспечивает высокую жидкотекучесть, отсутствие склонности к пористости и образованию трещин. Из сплава получают плотные, герметичные отливки с концентрированной усадочной раковиной. Применяют сплав в модифицированном состоянии, в основном без термической обработки. Изготовляют мало­нагруженные детали различными способами литья. Наиболее низкие свойства получаются при литье в песчаные формы, при литье в кокиль или под давлением прочностные и пластические свойства заметно увеличиваются.

Доэвтектические специальные силумины (АЛ4, АЛ9, АЛ4-1, АЛ9-1) имеют более высокие механические свойства, но уступают по технологическим свойствам эвтектическому сплаву АЛ2. Упрочнение достигается за счет образования соединения Мg 2 Si. Пониженное содержание кремния позволяет использовать сплавы при литье под давлением и в кокиль без модифицирования. При литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям сплавы рекомендуется модифицировать.

Сплавы АК7 и АК9 отличаются от сплавов АЛ4 и АЛ9 повышенным содержанием примесей, но меньшей пластичностью.

Достоинством сплавов на основе системы А1-Si-Мg является повышенная коррозионная стойкость во влажной и морской атмосфере - АК12 (АЛ2), АК9ч (АЛ4), АК7ч (АЛ9).

Недостатки этих сплавов - повышенная газовая пористость и пониженная жаропрочность. Технология литья этих сплавов более сложная и требует применения операций модифицирования и кристаллизации под давлением в автоклавах. Особенно это относится к сплаву АК9ч (АЛ4).

Сплавы на основе системы А1-Si-Сu, которые отличаются высокой жаропрочностью (рабочие температуры 250-270 °С), но уступают сплавам А1-Si-Мg по литейным свойствам, коррозионной стойкости и герметичности; не требуют модифицирования и кристаллизации под давлением.

Жаропрочность сплавов обеспечивается содержанием устойчивых тугоплавких фаз, которые кристаллизуются в тонкой разветвленной форме и хорошо блокируют границы зерен твердого раствора, что тормозит развитие диффузионных процессов.

Сплавы на основе системы А1-Сu характеризуются высокими механическими свойствами. Фазовый состав в литом состоянии: α-твердый раствор меди в алюминии + СuА1 2 . При наличии в сплаве примесей кремния и железа могут образовываться фазы А1 7 Сu 2 Fе, АlCuFеSi и тройная эвтектика α + Si + А1Сu 2 с температурой плавления 525 °С. Увеличение содержания кремния в сплавах до 3% приводит к повышению количества эвтектики и улучшению литейных свойств, но к значительному снижению прочности. Наличие 0,05% Мg сильно снижает свариваемость сплавов и их пластичность.

Прочность сплавов на основе системы А1-Мg с увеличением концентрации магния до 13% возрастает, но пластичность начинает снижаться при содержании более 11% Мg; основной упрочняющей фазой является химическое соединение β (А1 3 Мg 2).

Для литейных сплавов используют сплавы с содержанием Мg, % (маc. доля):

4,5-7 - сплавы средней прочности, применяемые без термической обработки АКМг5К (АЛ13), АМг6л (АЛ23);

9,5-13 - сплавы повышенной прочности, применяемые в закаленном состоянии АМг10 (АЛ27), АМг11 (АЛ22).

Для улучшения технологических свойств в большинство сплавов вводят до 0,15-0,2% титана и циркония. Образующиеся на их основе интерметаллиды ТiА1 3 и ZrА1 3 более тугоплавкие, чем основа сплава, и являются модификаторами первого рода. Механические свойства возрастают на 20-30%.

Сплавы на основе системы А1-Мg обладают повышенной склонностью к образованию газовой и газоусадочной пористости, а при взаимодействии с азотом и парами воды образуются неметаллические включения и оксидные плены. Плавку сплавов следует проводить под слоем флюса, а если в их состав входит Ве, - без флюса.

К сплавам на основе системы А1 и прочих компонентов (сложнолегированные сплавы) относятся сплавы: жаропрочные многокомпонентные и самозакаливающийся коррозийно-стойкий АЦ4Мг (АЛ24), поршневые АК12М2МгН (АЛ25), а также цинковый силумин АК7Ц9 (АЛ11).

Сплав АЦ4Мг (АЛ24) относится к системе Аl-Zn-Мg, основной упрочняющей фазой является Т (А1 2 Мg 3 Zn 3). Высокая устойчивость твердых растворов цинка и магния в алюминии обеспечивает "самозакалку" сплава в процессе охлаждения отливки. Сплав может применяться без специальной закалки, в литом и естественно или искусственно состаренном состоянии. Сплав обладает удовлетворительными свойствами, которые улучшаются добавкой титана (0,1-0,2%). Его рекомендуется применять для литья в песчаные формы, оболочковые формы по выплавляемым моделям, свариваемых деталей, а также для деталей с повышенными стабильностью размеров и коррозионной стойкостью.

Эвтектические специальные силумины АК12М2МгН (АЛ25), обладая хорошими литейными свойствами, отличаются более высокой жаропрочностью, так как содержат 0,8-1,3% Ni, образующего сложные фазы в виде жесткого каркаса; добавка титана улучшает технологические свойства. Сплавы имеют малую склонность к объемным изменениям в процессе эксплуатации при повышенных температурах; применяются для изготовления поршней; в этом случае отливки используют без закалки. Для снятия внутренних напряжений поршни термически обрабатывают по режиму Т1.

Цинковый силумин АК7Ц9 (АЛ11), содержащий 7-12% Zn, который хорошо растворим в твердом алюминии, создает растворное упрочнение, что позволяет использовать сплав в литом состоянии (без термической обработки). Он обладает хорошими технологическими свойствами, способность сохранять прочность, твердость и сопротивление действию знакопеременных нагрузок после кратковременных и длительных нагревов до температур 300-500 °С. Применяют сплав для литых деталей в моторостроении и других отраслях про­мышленности, используют при литье в песчано-глинистые формы, кокиль и под давлением. Имеет пониженную коррозионную стойкость и сравнительно высокую плотность.

Одна из основных категорий лёгких металлов, которые широко применяются в различных отраслях промышленности, - сплавы на основе алюминия. Наиболее распространённый из них - литейный сплав АК12. Для успешного практического использования металла специалистам необходимо уметь правильно распоряжаться информацией о его назначении, составе и свойствах.

Характеристика сплава

В различных областях промышленности наряду с высокопрочными сплавами на основе чёрных металлов (сталь, чугун) широко используются лёгкие соединения на основе алюминия и кремния - силумины. Они отличаются большей прочностью и износостойкостью в сравнении с чистым алюминием, но несколько уступают соединениям алюминия с медью.

Один из наиболее распространённых сплавов алюминия с кремнием - АК12. Он относится к категории литейных.

По устаревшей классификации маркировался литерами АЛ - алюминий литейный.

АК12 по свойствам можно разделить на три группы:

Физические

• удельная теплоёмкость - 838 Дж/(кг*град);
• модуль упругости - 0,7 Мпа;
• плотность - 2650 кг/м3;
• коэффициент температурного расширения - 21,1 1/Град;
• удельное электрическое сопротивление - 54,8 Ом*м.

Механические

• твёрдость по Бринеллю - НВ 10-1=50 МПа;
• временное сопротивление разрыву при литье в кокиль или под давлением - 147-157МПа;
• относительное удлинение при литье в кокиль - 2-3%;
• относительное удлинение при литье под давлением - 1-2%.

Литейно-технологические

• коэффициент линейной усадки - 0,8%.

Силумин герметичен и очень устойчив к коррозии. У сплава АК12, применяющегося в морской воде, доля меди в соответствии с требованиями стандарта не должна превышать 0,3%. Отличные антикоррозионные свойства сплав проявляет и в других средах:

• слабокислой;
• щелочной;
• в условиях высокой влажности.

К отрицательным свойствам сплава АК12 следует отнести следующие: - хрупкость при механической обработке.

• высокий показатель пористости;
• крупнозернистая эвтектическая структура отливок;
• невысокий порог физических нагрузок.

Достичь увеличения прочности путём термообработки (закалки) отливок сплава невозможно.

Химический состав

По ГОСТу 1583-93 «Сплавы алюминиевые литейные» АК12 имеет следующий химический состав:

1. Основные металлы

• алюминий - 84,3-90%.
• кремний - 10-13%.

2. Примеси

• железо - до 1,5%
• медь - до 0,6%
• марганец - до 0,5%
• цинк - до 0,3%
• магний и титан - до 0,1%

Высоких механических показателей сплав достиг после модификации химическими добавками:

• натрием;
• калием;
• литием.

В отдельных случаях могут применять также соли вышеуказанных химических элементов. Доля модификаторов в составе сплава не превышает 0,01%. Их назначение - увеличение показателя пластичности при литье путём связывания атомов кремния.

Кроме традиционных модификаторов в последнее время стала широко применяться технология добавки соединений на основе стронция, который устойчив к угару. Также его добавка не приводит к увеличению газовой усадки и пористости отливки. АК12 с добавлением стронция сохраняет физико-химическую структуру после многоразовой переплавки.

Практическое применение сплава АК12

Из-за высокого показателя жидкотекучести сплав широко применяется при производстве деталей, работающих в среде с температурой до 200ºС. Отливки из силумина изготавливаются тремя способами:

• под давлением.
• с использованием металлической литейной формы (кокиля).
• с использованием литейной формы из песка.

Наиболее востребованная на рынке форма готовых отливок из АК12 - чушки весом до 15 кг.

В соответствии с требованиями стандарта на отливку путём оттиска наносится следующая информация:

• наименование сплава;
• номер плавки;
• масса.

К упаковке в обязательном порядке прилагается сертификат с указанием точного химического состава сплава.

Области применения и линейка изделий из АК12 необычайно широка:

• автомобильная промышленность, авиастроение - блоки цилиндров, поршни и картеры двигателей.
• жилищно-коммунальное хозяйство - запорная арматура для сантехнических работ, теплообменники для обогревательных устройств.
• Из силумина изготавливаются некоторые виды кухонной бытовой техники.