Литейные сплавы алюминий-кремний

Алюминиевые литейные сплавы отличаются от алюминиевых деформируемых сплавов в основном тем, что они содержат значительно большее количество кремния.

Алюминиевые литейные сплавы должны содержать в дополнение к упрочняющим элементам достаточное количество элементов, которые образуют эвтектику. Это необходимо для того, чтобы литейные сплавы имели высокую текучесть для подпитки и заполнения пор и трещин при усадке, которая неизбежно возникают во всех отливках, кроме, может быть, самых простейших.

Силумины — сплавы алюминий-кремний

Сплавы алюминий-кремний, которые не содержат добавок меди, применяют тогда, когда требуются хорошие литейные свойства и высокая коррозионная стойкость. Часто их называют силуминами. Металлографические структуры чистых компонентов, алюминия и кремния, а также нескольких промежуточных химических составов показаны на рисунке ниже. Промежуточные составы являются смесью алюминия, который содержит около 1 % растворенного кремния и частицы почти чистого кремния. Сплавы с содержанием кремния менее 12 % называют доэвтектическими, с содержанием кремния около 12 % — эвтектическими, более 12 % — заэвтектическими.

fazovaya-diagramma-alyuminiy-kremniyРисунок – Фазовая диаграмма алюминий-кремний и литейные микроструктуры чистых алюминия и кремния, а также сплавов различного химического состава

Если требуется высокая прочность и твердость, то в эти сплавы добавляют магний, который делает их термически упрочняемыми.  Сплавы с низким содержанием кремния, таким как 2 %, иногда применяют для отливок, но обычно содержание кремния в литейных сплавах составляет от 5 до 10 %.

Модифицирование силуминов

Прочность и пластичность этих сплавов, особенно с высоким содержанием кремния, может быть значительно улучшены модификацией эвтектики алюминий-кремний.

Модифицирование доэвтектических сплавов (содержание кремния менее 12 %) особенно часто применяют при литье в песчаные формы. Это модифицирование достигается путем введения в расплав контролируемых добавок натрия или стронция, которые измельчают эвтектическую фазу. В качестве модифицирующих добавок применяют также кальций и сурьму. В заэвтектических сплавах алюминий-кремний для измельчения частиц заэвтектоидного кремния и повышения качества отливок применяют добавки фосфора.

Роль кремния в литейных сплавах

Содержание кремния в пределах от 4 до 12 % снижает потери от брака литья, а также дает возможность отливать более сложные отливки с большой разницей по толщине, а также обеспечивает более высокое качество поверхности и внутреннее качество металла. Это происходит благодаря влиянию кремния на повышение жидкотекучести сплава, снижения растрескивания и улучшения наполняемости форм.

Оптимальная эвтектика алюминий-кремний

Требуемое количество эвтектики зависит также от особенностей процесса литья. Сплавы для литья в песчаные формы обычно имеют меньше эвтектики, чем те которые льют в металлические формы. Это связано с тем, что в «мягких» песчаных формах отливки меньше растрескиваются, чем в жестких металлических.  Повышение сопротивления растрескиванию в ходе литья способствует небольшой интервал температуры затвердевания. При содержании кремния 1 % он составляет 78 ºС, а при содержании 12 % снижается до нуля.

В сплавах алюминий-кремний без добавок других элементов при неравновесном условиях литья объемная доля эвтектики линейно увеличивается от 0 до 1 при возрастании содержания кремния от 1 до 12 %.

Источник: Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996