Алюминиевые сплавы в литье: Преимущества и ограничения

I. Четыре широко используемых типа алюминиевых сплавов в литье

1. Алюминиево-кремниевый сплав

Также называется "кремний алюминиевый яркий" или "кремний алюминиевый яркий". Он обладает хорошими литейными характеристиками и износостойкостью, малым коэффициентом теплового расширения и является самым разнообразным и широко используемым сплавом в литых алюминиевых сплавах, содержащих от 10% до 25% кремния.

Иногда в кремний-алюминиевый сплав добавляют от 0,2% до 0,6% магния, который широко используется в конструкционных деталях, таких как корпуса, блоки цилиндров, коробки и рамы.

Иногда добавление соответствующего количества меди и магния позволяет улучшить механические свойства и жаропрочность сплава. Этот тип сплава широко используется при производстве таких деталей, как поршни.

(2) Алюминиево-медный сплав

Сплав, содержащий от 4,5% до 5,3% меди, обладает наилучшим упрочняющим эффектом, а добавление марганца и титана позволяет значительно повысить прочность при комнатной и высокой температуре, а также улучшить литейные характеристики. В основном используется для изготовления отливок из песка, которые выдерживают большие динамические и статические нагрузки и не имеют сложной формы.

(3) Алюминиево-цинковый сплав

Для улучшения характеристик в сплав часто добавляют кремний и магний, который обычно называют "цинк-кремний-алюминий яркий". В условиях литья сплав обладает закалочным эффектом, то есть "самозакаливается".

Его можно использовать без термообработки, а после модифицирующей термообработки отливки приобретают повышенную прочность. После стабилизирующей обработки размеры остаются стабильными, обычно используется для изготовления моделей, шаблонов, опор оборудования и т.д.

(4) Алюминиево-магниевый сплав

Литой алюминиевый сплав с наименьшей плотностью (2,55 г/см³) и наибольшей прочностью (около 355 МПа), содержащий магний 12%, обладает наилучшим упрочняющим эффектом.

Сплав обладает хорошей коррозионной стойкостью в атмосфере и морской воде, хорошими комплексными механическими свойствами и обрабатываемостью при комнатной температуре, и может использоваться для изготовления таких деталей, как основания радаров, корпуса авиационных двигателей, пропеллеры, шасси, а также в качестве декоративных материалов.

II. Преимущества и недостатки литых алюминиевых сплавов

1. Преимущества литых алюминиевых сплавов:

(1) Хорошее качество продукции:

• Точность размеров отливок высока и обычно соответствует 6-7 классам, а может достигать и 4 класса;
• Качество поверхности хорошее, обычно эквивалентно сортам 5-8;
• Прочность и твердость относительно высоки, причем прочность обычно на 25-30% выше, чем у песчаного литья, но удлинение снижается примерно на 70%;
• Размеры стабильны, хорошая взаимозаменяемость;
• Возможность литья под давлением тонкостенных сложных алюминиевых отливок.

Например, в настоящее время минимальная толщина стенок деталей из цинкового сплава, отлитых под давлением, может достигать 0,3 мм; для отливок из алюминиевого сплава она может достигать 0,5 мм; минимальный диаметр литейного отверстия составляет 0,7 мм; минимальный шаг резьбы - 0,75 мм.

Высокая эффективность производства:

• Высокая производительность машины, например, отечественная горизонтальная машина для литья алюминия под давлением с холодной камерой типа JⅢ3 может отливать алюминий от 600 до 700 раз в среднем за восемь часов, а небольшая машина для литья алюминия под давлением с горячей камерой может отливать алюминий от 3000 до 7000 раз в среднем за восемь часов;
• Срок службы литейной алюминиевой формы длительный, комплект литейных алюминиевых форм, литье алюминиевого сплава колокола, может длиться сотни тысяч раз, даже миллионы раз; легко достичь механизации и автоматизации.

Отличный экономический эффект:

Благодаря точным размерам и превосходной отделке поверхности литых под давлением алюминиевых деталей. Как правило, они используются непосредственно без дальнейшей механической обработки или с очень малой механической обработкой, что позволяет улучшить использование металла и сократить большое количество технологического оборудования и трудозатрат; цены на литье дешевые; возможно использование комбинированного литья под давлением с другими металлы или неметаллических материалов. Это позволяет сэкономить как трудозатраты на сборку, так и металл.

Недостатки литых алюминиевых сплавов

Оксидные включения

Характеристики дефектов: Оксидные включения в основном распределены на верхней поверхности отливок, в углах формы, где нет вентиляции. Излом часто выглядит серо-белым или желтым и может быть обнаружен при рентгеновском контроле или во время механической обработки, а также при промывке щелочью, кислотой или анодировании.

Газовые поры и пузырьки

Характеристики дефектов: Газовые поры внутри стенок отливки обычно круглые или овальные, с гладкой поверхностью, обычно блестящей оксидной кожей, иногда кажущейся масляно-желтой. Поверхностные поры и пузыри можно обнаружить с помощью пескоструйной обработки, а внутренние газовые поры и пузыри можно обнаружить с помощью рентгеновского контроля или во время механической обработки; на рентгеновских пленках они выглядят черными.

(3) Усадочная пористость

Характеристики дефектов: В алюминиевых отливках обычно развивается усадочная пористость вблизи внутреннего затвора, у корня стояка в толстых секциях, на переходе между толстыми и тонкими стенками, а также в больших плоских тонкостенных областях.

В литом состоянии излом выглядит серым, светло-желтым, а после термообработки он становится светло-серо-желтым или серо-черным, на рентгеновских пленках выглядит мутным. Сильная нитевидная усадочная пористость может быть обнаружена с помощью таких методов, как рентгенография и флуоресценция трещин при малом увеличении.

(4) Трещины

1) Трещины при литье

Развиваются по границам зерен, часто сопровождаются сегрегацией и являются разновидностью трещин, образующихся при высоких температурах. Они склонны возникать в сплавах со значительной объемной усадкой и в отливках сложной формы.

2) Трещины при термической обработке

Причина - перегрев или пережог во время термической обработки, часто проявляется в виде трансгранулярных трещин. Обычно они возникают в сплавах, которые создают напряжение и имеют высокий коэффициент теплового расширения, а также при слишком резком охлаждении или при наличии других металлургических дефектов.