Роль кремнію у ливарних алюмінієвих сплавах
Табличний хімічний склад алюмінієвих сплавів може включати до десяти конкретних легуючих елементів, не рахуючи колонки «інші» або «сума домішок». Не всі ці елементи є основними елементами для кожного алюмінієвого сплаву: деякі елементи є основними або домішками в одних сплавах і можуть помінятися місцями в інших. Цинк, наприклад, у більшості ливарних алюмінієвих сплавів є домішкою, і лише в деяких – основним легуючим елементом.
До основних легуючих елементів ливарних алюмінієвих сплавів у різних стандартах відносять:
Інші елементи можуть бути другорядними елементами, модифікаторами структури, а також домішками.
Роль кремнію у ливарних сплавах
Кремній без сумніву є найважливішим легуючим компонентом у переважній більшості ливарних алюмінієвих сплавів. Кремнію ці сплави зобов'язані так званими «хорошими ливарними властивостями», тобто здатністю легко заповнювати ливарні форми та затвердіти у виливки без утворення гарячих тріщин.
Важлива роль кремнію як легуючого елемента алюмінієвих ливарних сплавів полягає в наступному:
Майже ізотермічне затвердіння
Чистий алюміній твердне "ізотермічно", тобто при постійній температурі. Евтектичні склади (алюміній і 12% кремнію, як, наприклад, нормальний силумін) також твердне практично «ізотермічно», тобто в дуже вузькому інтервалі температури.
Евтектичні алюмінієві сплави поступово твердіють від поверхні ливарної форми у напрямку до термічного центру поперечного перерізу виливки. Для них характерна дуже мала товщина фронту між вже затверділою частиною виливки і рештоюрідкий метал. Таке твердіння зводить до мінімуму тенденцію до утворення гарячих тріщин.
Кремній лікує гарячі тріщини
Присутність кремнію зазвичай запобігає утворенню гарячих тріщин, а також покращує плинність ливарних алюмінієвих сплавів. Усього лише 5% кремнію в сплаві забезпечує достатній ступінь ізотермічного затвердіння, щоб унеможливити утворення гарячих тріщин і, водночас, підвищити плинність сплаву. Ливарники часто називають алюмінієві сплави з широким інтервалом температури затвердіння як «важкі для лиття». Однак важкими їх робить не широкий температурний інтервал затвердіння, а радше характерна, неізотермічна форма кривих охолодження, а також недостатня рідина. Обидві ці проблеми — від відсутності достатньої кількості кремнію. Американський ливарний алюмінієвий сплав 332 (9,5% Si -3,0% Cu -1,0% Mg ), його найближчий вітчизняний аналог - АЛ25 має відносно широкий температурний інтервал затвердіння, але оскільки він містить значну кількість кремнію, то має непогану рідкотіркість і близьке до ізотермічного затвердіння.
Кремній та магній в алюмінієвих сплавах
Кремній сам собою дає дуже малий внесок у міцність ливарних алюмінієвих сплавів. Однак у комбінації з магнієм у вигляді Mg 2 Si кремній забезпечує дуже ефективний механізм, що зміцнює в алюмінієвих виливках.
Вплив кремнію на властивості алюмінієвих сплавів
Зі збільшенням вмісту кремнію коефіцієнт термічного розширення сплаву, як і його густина, зменшуються.
Кремній підвищує зносостійкість алюмінієвого сплаву, що робить виливки з алюмінієво-кремнієвих сплавів привабливою заміною сірих чавунів, наприклад, в автомобілебудуванні. Наприклад, заевтектичнийамериканський сплав 390 широко застосовується виготовлення деталей двигунів, насосів, компресорів, поршнів і коробок передач.
Кремній та ріжучий інструмент. Важливість вкладу кремнію у поліпшення ливарних властивостей алюмінієвих сплавів має зворотний бік. Чим більше кремнію в сплаві, особливо в заевтектичному інтервалі, тим більше знос ріжучого інструменту при його механічній обробці. З появою полікристалічних алмазних матеріалів проблема зношування різального інструменту перестала бути такою актуальною при виборі відповідного ливарного сплаву. Однак при обробці виливків різальним інструментом із швидкорізальних сталей, карбідним різальним інструментом та іншими менш зносостійкими матеріалами цю обставину необхідно враховувати.
Джерело: Apelian D. Aluminum Cast Alloys, NADCA, 2009