Алюмінієві сплави
Для виготовлення виливків використовують п'ять груп алюмінієвих сплавів: 1) на основі системи алюміній-кремній; 2) алюміній-мідь; 3) алюміній-магній; 4) системи алюміній-кремній-мідь; 5) інші сплави.
Алюмінієві сплави мають високу питому міцність при нормальній температурі, добре протистоять корозії в атмосферних умовах, мають високі ливарні властивості.
За ДСТ алюмінієві сплави позначають: АЛ1, АЛ2, . АЛ27 (числа – порядковий номер).
Найбільше застосування у промисловості отримали сплави першої та четвертої груп.
Сплави системи алюміній-кремній(типовий представник - сплав АЛ2) широко застосовується в промисловості. За вмістом кремнію він близький до евтектичного і тому має кращі, ніж інші сплави ливарними властивостями.
Подвійні доевтектичні сплави алюмінію та кремнію мають невисоку міцність. Тому до їх складу вводять магній, що утворює з кремнієм хімічну сполуку MgSi, що зміцнює сплав у процесі термічної обробки, наприклад сплав АЛ9.
Найбільш шкідливою домішкою для силумінів є залізо. Утворюючи крихкі потрійні (Al-Fe-Si) і більш складні фази, що кристалізуються у вигляді пластин, залізо суттєво знижує пластичні властивості сплавів. Для нейтралізації шкідливого впливу заліза сплав вводять марганець. Десяті частки марганцю сприяють переведенню виділеної залозистої складової більш сприятливу (компактну) форму, наприклад сплав АЛ4, що містить Al-Mg-Mn-Mg.
При лиття в піщані форми легування силумінів магнієм і марганцем не забезпечує отримання необхідних механічних властивостей через грубе виділення в евтектиці. Тому при лиття в разові, низькотеплопровідні форми сплави системи алюміній-кремній, що містять не менше 6% Si, піддаютьмодифікації. Для цього в розплав вводять 0,01- 0,1%Na. У присутності натрію евтектичний кремній виділяється як тонких тонкодисперсних пластин, що сприятливо відбивається пластичних властивостях. Аналогічний вплив мають на структуру сплаву присадки кальцію і калію, оксидів лужних металів, сурма, вісмут, літій, бор тощо.
Сплави на основі системи алюміній-мідь(наприклад сплав АЛ7) мають низьку корозійну стійкість і недостатню пластичність. На відміну від сплавів першої групи, вони добре обробляються різанням. У результаті широкого інтервалу кристалізації метали цієї групи схильні до утворення усадкових тріщин і розсіяної усадкової пористості. Відмінною особливістю алюмінієво-мідних сплавів є їхня тепломіцність. Механічні та експлутаційні властивості сплавів покращують присадками марганцю та титану (сплав АЛ19) та термічною обробкою (містять Al-Cu-Mn-Ti).
Алюмінієві сплави з міддю та кремніємшироко використовують для виготовлення деталей, що володіють достатньою твердістю та міцністю, що зберігають сталість у процесі експлуатації та відповідають вимогам по чистоті обробленої поверхні (корпуси різних приладів). Серед сплавів цієї групи найбільш сприятливі властивості має АЛ-4.
Сплави системи алюміній-магній(типовий представник сплав АЛ8) відрізняються низькою щільністю та високою корозійною стійкістю та міцністю; їх використовують для виготовлення виливків, що зазнають великих вібраційних навантажень або піддаються морській воді. Вводять добавки MnіSi, наприклад сплав АЛ13 містить Al-Mg-Mn-Si.
Внаслідок підвищеної схильності до окислення, утворення усадкових тріщин і рихліть, взаємодії з вологою форми, зниженої рідини, виготовленнявиливок магнієвих сплавів до складу формувальних сумішей вводять спеціальні присадки (борну кислоту, сірку та ін.), що запобігають розплаву від загоряння у формі.
Залежно від складу сплаву виливки проходять певний режим термічної обробки. Характерним є також просочення пористих виливків різними лаками.
Останнім часом розроблено нові високоміцні ливарні алюмінієві сплави марок АЛ2М, АЛ4Д, АЛ11М.
Сплави марок АЛ4Д і АЛ2М відносяться за своїм складом до системи крем-мідь-магній.
Додаткове легування сплавів типу силумін міддю та магнієм дозволило отримати сплави з високою міцністю та високою технологічністю при литті під тиском та в кокіль.
Сплав марки АЛ4Д розроблений для лиття під тиском, тому для запобігання можливості приварювання металу до форми до його складу введені найбільші добавки марганцю і хрому. Добавки титану в метал подрібнюють структуру. Механічні властивості зразків зі сплаву АЛ4Д, вирізаних з деталей, відлитих під тиском із застосуванням вакууму наступні в=33-38 кгс/мм 2 ,=1,5-3%, що відповідає міцності вуглецевої сталі.
Комплексне легування сплаву АЛ2М добавками рідкісних елементів: титаном, бериллієм, цирконієм, бором та застосування вихідних матеріалів високої чистоти забезпечує високі механічні властивості. Сплав був успішно випробуваний при литті деталей методом штампування рідкого металу та при литті в кокіль.
Механічні властивості на вирізаних зразках: в = 37 кгс / мм 2, = 3%.
Сплави АЛ4Д та АЛ2М є термічно зміцнюваними, тому високі механічні властивості цих сплавів можуть бути отримані тільки після загартування та штучного старіння.
Сплав АЛ11М розроблений на основі стандартного сплаву АЛ11системи алюміній-цинк-кремній. Цей сплав додатково легований титаном, цирконієм, бериллієм, міддю, магнієм та бором.
Слід зазначити, що оптичному приладобудуванні найбільш широке застосування отримав сплав АЛ2. З цього сплаву ллються деталі, що виготовляються як литтям у землю, так і литтям під тиском. Застосування цього сплаву для лиття під тиском не має переконливих підстав, оскільки основна його перевага – висока рідина, що втрачається через специфіку лиття під тиском. Основні недоліки - погана оброблюваність різанням, невисокі механічні властивості, а особливо відносне подовження. Не випадково, тому, у більшості країн як типові сплави для лиття під тиском прийняті сплави типу: кремній-мідь, алюміній-магній.
Мідь підвищує межу міцності при розтягуванні, і що особливо важливо в алюмінієвих сплавах, підвищує їх твердість, рідину, зменшує схильність до утворення квітів втечі, покращуючи зовнішній вигляд виливки та їх оброблюваність.