Литейные алюминиевые сплавы: Состав, свойства и области применения

от | Мар 16, 2025

литейные алюминиевые сплавы

Литейные алюминиевые сплавы обладают различными механическими свойствами. К распространенным типам относятся A356, A357 и A380. Термическая обработка, например T6, повышает прочность. Они используются в автомобилестроении, аэрокосмической промышленности и общем машиностроении. Ключевыми свойствами являются прочность на разрыв, удлинение и твердость. Выбор сплава зависит от потребностей применения.

В этой статье вы получите базовые знания о различных типах литейных алюминиевых сплавов.

Обзор литых алюминиевых сплавов

Определение и значение

Существует множество сплавов для литья. Некоторые из них - алюминиевые сплавы. Алюминий содержит смесь других элементов (например, магния или кремния). Это позволяет получать различные сплавы.

Алюминий плавится при температуре около 660 °C. Затем расплавленный материал подается в пресс-форму и принимает форму профиля.

Благодаря меньшему весу с плотностью 2,7 г/см³ эти сплавы в 3 раза легче стали. Это объясняет их пригодность для многих областей применения. Например, в автомобилях, самолетах и станках.

Кроме того, они хорошо противостоят коррозии и могут быть выполнены в любой форме, оставаясь при этом прочными.

Состав и свойства литейных алюминиевых сплавов

Обозначение сплава Состав (wt%) Плотность (г/см³) Прочность на разрыв (МПа) Предел текучести (МПа) Удлинение (%) Устойчивость к коррозии
A356 Al-7Si-0.3Mg 2.68 310-380 180-220 6-8 Хорошо
A357 Al-7Si-0.5Mg 2.68 360-420 240-280 6-8 Хорошо
319 Al-6Si-4Cu 2.79 240-300 140-180 2-4 Ярмарка
413 Al-12Si-1Cu 2.67 230-280 130-170 2-4 Ярмарка
A413 Al-12Si-1Cu-0.5Mg 2.67 260-310 160-200 2-4 Ярмарка
535 Al-6Si-2Mg-0.5Cu 2.65 290-350 180-230 6-8 Хорошо
713 Al-7Si-1Cu-0.5Mg 2.72 300-360 200-250 6-8 Хорошо

Состав сплава

Формирование литейных алюминиевых сплавов включает в себя состав многих элементов. Например, алюминий может содержать кремний (5-12%), магний (0,2-10%), медь (1-4%) или цинк (1-3%).

удлинение литейных алюминиевых сплавов

Кремний плавится при температуре 577°C, что позволяет ему лучше заполнять формы. В то же время магний способствует повышению прочности, так как образует мелкий осадок. Медь придает твердость.

Например, в сплаве А380 содержится 8-10% кремния и 3-4% меди. Именно поэтому они обладают высокой текучестью, распространяясь через зазоры в пресс-форме до 0,1 мм.

Роль микроэлементов

Небольшое количество таких элементов, как железо (<1%), предотвращает прилипание к формам, а марганец (0,5%) повышает коррозионную стойкость.

Литье алюминиевых сплавов позволяет избежать пригорания формы только благодаря содержанию небольшого количества микроэлементов, таких как железо (<1%).

Кроме того, они хорошо противостоят коррозии и имеют меньший размер зерна благодаря марганцу (0,5%) и титану (0,2%) соответственно. В результате уменьшается количество трещин.

Микроскопическая структура и состав

состав литейных алюминиевых сплавов

На приведенном изображении показано влияние состава на структуру зерна. Например, крупное зерно (шириной 50-100 мкм) встречается на начальной стадии литья.

Кремниевые элементы (10-20 мкм) приобретают высокую прочность, блокируя дислокации. При этом зарождение происходит на границах зерен (ГЗ). Ядра растут до состояния матрицы в процессе охлаждения.

Механические и физические свойства

Диаграмма прочности на разрыв литейных алюминиевых сплавов

Прочность и пластичность:

Предел прочности литейных сплавов колеблется в пределах 200-380 МПа. Например, a356 получает 280 МПа и растягивается (10%) непосредственно перед разрывом.

Аналогичным образом, термическая обработка (например, отпуск T6) приводит к увеличению прочности на 20% и пластичности на 8% в сплаве A356. Это достигается путем нагрева сплавов до 500°C, закалки водой и выдержки при 150°C в течение 5 часов.

Устойчивость к коррозии

Когда сплав содержит магний (например, 520.0 с 10% Mg), он получает защитный оксидный слой. Это означает, что они могут противостоять коррозии в течение 15-20 лет в морской среде.

В составе LM6 высокое содержание кремния предотвращает коррозию в соленой воде. В результате они продолжают работать при давлении 50 МПа в подводных изделиях.

Тепло- и электропроводность

Сплавы типа 319 содержат 6% Si и 3% Cu. Поэтому они проводят тепло со скоростью 150 Вт/м-К. Именно это делает их лучшим выбором среди компонентов двигателя.

Кроме того, они обладают низкой плотностью, которая составляет около 2,7 г/см³. Это повышает топливную экономичность (10%) благодаря меньшему весу, особенно в автомобилях.

Влияние термической обработки

Производители проводят термообработку для уменьшения пустот и измельчения зерен. Например, старение повышает твердость с 80 HB до 95 HB в таких сплавах, как ADC12.

Кроме того, процесс рекристаллизации (который происходит на снимке) вызывает усадку зерен до 10-20 мкм. В результате сплав приобретает повышенную усталостную прочность (30%).

Распространенные марки алюминиевых сплавов

A380

В литейном алюминиевом сплаве A380 содержится 8-10% кремния, 3-4% меди и менее 1% железа. Частицы кремния имеют более низкую температуру плавления. Это означает, что они плавно перетекают в формы, заполняя каждый зазор.

Твердость выше благодаря медным элементам, что делает его идеальным для деталей, подвергающихся высоким нагрузкам. Именно поэтому из этого сплава с давлением 320 МПа создаются кронштейны двигателей и корпуса электронных устройств.

Он хорошо заполняет зазоры, а также вызывает меньше дефектов. Кроме того, этот сплав быстрее остывает, что приводит к сокращению времени производства примерно на 15%.

A356

Сплав A356 отличается содержанием кремния и магния (7% и 0,3%, соответственно). Именно поэтому он обладает лучшей текучестью и прочностью.

Прочность на разрыв в этом сплаве составляет примерно 280 МПа, а пластичность - 12%. Поэтому они могут растягиваться до 12% пор, прежде чем сломаться.

Из сплава a356 можно изготавливать авиационные и автомобильные колеса, детали подвески, шасси самолетов и каркасы крыльев.

Он также обладает уникальным свойством выдерживать температуру 200°C в течение 500 часов. Даже при этом он не трескается.

После термической обработки этот сплав обладает повышенной прочностью (20%). Поэтому они идеально подходят для использования в аэрокосмической промышленности.

6061

Сплав 6061 состоит из 1% магния, 0,6% кремния и 0,3% меди. Эти элементы, как и магний, повышают его способность противостоять коррозии. Этот сплав служит 20 лет на открытом воздухе и не ржавеет.

Читайте также: Алюминиевые сплавы 6061 и 6063

Прочность на растяжение (310 Мпа) сплава 6061 делает его полезным для изготовления мостов, балок и деталей шасси, таких как рычаги подвески и морские рамы. Низкая плотность позволяет сделать его на 60% легче стали.

ADC12

Содержащий 10-20% кремния и 2-3% меди, сплав ADC12 весьма популярен. Кремний в этом металле обеспечивает гладкое литье, а медь повышает его твердость.

Термическая обработка приводит к изменению твердости, превышая ее до 95 HB. (Бринелль). Этот сплав используется для изготовления таких деталей, как блоки двигателей автомобилей, корпуса смартфонов и коробки передач.

Кроме того, он принимает профили сложной формы за 30 секунд, что позволяет сэкономить до 25%.

LM25

Сплав LM25 изготавливается путем добавления 0,3% магния и 7% кремния. Кроме того, его прочность на разрыв достигает 260 МПа при 200 °C. Он хорошо поддается литью для производства корпусов насосов, морских конструкций и гидравлических клапанов.

Его стенки, отлитые из песка, тоньше 1 мм, в этом и заключается его уникальная особенность. Таким образом, LM25 отлично подходит для производства легких конструкций.

LM6

В сплаве LM6 содержится 10-13% кремния и менее 0,1% магния. Благодаря большему количеству кремния этот сплав не подвержен коррозии. Он может выдерживать давление 50 МПа в морской воде.

Производители используют его для отливки гребных винтов лодок и доковых фитингов. В течение многих лет они работают в соленой воде, не ржавея. Это также снижает затраты на обслуживание до 40%.

520.0

Литейный алюминиевый сплав 520.0 содержит 10% магния и 0,1% кремния. Такое сочетание элементов повышает его прочность на разрыв (380 МПа), а также снижает вес до 50%.

Из них можно изготавливать аэрокосмические кронштейны, корпуса ракет и военное снаряжение. Еще одно свойство - выдерживать вибрацию около 500 Гц, не давая трещин.

319

В состав этого сплава входит 6% кремния и 3% меди. Кремний улучшает текучесть, но медь обеспечивает лучшую теплопроводность (150 Вт/м-К).

Их отливают для изготовления головок цилиндров и радиаторов. Они обеспечивают максимальную точность деталей, например ±0,02 мм, и плотно прилегают к двигателям.

413

В состав сплава 413 входит 12% кремния и 2% железа. Именно поэтому он обеспечивает герметичность при давлении около 50 МПа. Применяются такие детали, как гидравлические насосы и клапаны.

Кроме того, этот сплав уплотняет протечки в зазорах, которые могут составлять всего 0,5 мм, что позволяет экономить жидкость.

535

В состав сплава 535 производители добавляют магний 7% и кремний 0,15%. Его коррозионная стойкость соответствует точности в средах с pH 8-10, таких как морская вода.

Они используются для производства корпусов судов и морских буровых установок, а также для сварки при температуре 300°C. Они не трескаются при такой температуре и могут прослужить 25 лет в морских условиях.

Процессы литья алюминиевых сплавов

процесс литья алюминиевого сплава под давлением

Литье под давлением

Процесс литья под давлением включает в себя расплавление алюминиевого сплава и впрыск его в форму под высоким давлением. Отливка деталей занимает не более 10-30 секунд, а результат на выходе соответствует быстрым и точным параметрам.

Среди других сплавов A380 и ADC12 наиболее часто используются для производства кронштейнов двигателей автомобилей и дверных ручек самолетов.

Литье в песок

При литье в песчаные формы используются песчаные формы. Размер их зерен колеблется между 0,10 и 0,5 мм. Этот процесс подходит для изготовления таких деталей, как блоки двигателей. Он гораздо доступнее (50%), чем литье под давлением, но не дает гладких поверхностей.

Инвестиционное литье

Инвестиционное литье включает в себя восковые узоры с керамическими покрытиями. Они производят детали с добавлением детализированных элементов, например лопатки турбин.

Кроме того, этот метод позволяет эффективно получать более жесткие допуски около ±0,05 мм, но занимает очень много времени (48 часов на одну пресс-форму).

Проблемы и решения в области литья алюминия

Дефекты литья

При литье алюминиевых сплавов возникают такие дефекты, как пористость и усадка, которые ослабляют детали. Именно поэтому необходимо использовать вакуумное литье для снижения пористости до 70%.

Для улучшения шероховатости поверхности (до 12,5 мкм) важно использовать дробеструйное упрочнение с шарошками диаметром 0,5 мм при давлении 80 фунтов на кв. дюйм.

Кроме того, предварительный нагрев пресс-форм перед впрыском расплавленного сплава позволяет избежать прилипания и заполнить внутренние области с лучшей текучестью.

Выбор сплава

Выбор неправильного сплава может испортить весь проект. Например, для A380 лучше всего подходят тонкостенные детали автомобилей.

В то же время LM6 создает устойчивость к воздействию морской воды. ADC12 заполняет небольшие зазоры не более чем за 30 секунд, но при перегреве свыше 600°C может растрескаться.

Проблемы термообработки

термообработка алюминиевого штампа

Горячая зона в печах нагревает сплавы. Использование температуры 500 °C и работа в течение 4 часов придают им ярко выраженные свойства.

Закалочный бак в этом процессе помогает предотвратить появление трещин, поскольку охлаждает детали со скоростью 10°C/мин. Однако температура охлаждения не должна быть низкой. Это может привести к хрупкости. Например, правильная закалка повышает прочность сплава 20% до уровня сплава 6061.

Заключение:

Литейные алюминиевые сплавы очень важны во многих отраслях промышленности, таких как автомобильная, аэрокосмическая, промышленная и даже потребительская. Они имеют небольшой вес, поэтому снижают расход топлива.

Кроме того, благодаря способности противостоять коррозии они могут прослужить более 25 лет. Именно поэтому они более требовательны к условиям эксплуатации в суровых климатических условиях.

Если возникают проблемы, такие как усадка или пористость, вы можете устранить их с помощью специальных технологий. Итак, создавайте универсальные изделия, используя алюминиевые сплавы по своему усмотрению.

Вам также может понравиться

Custom Aluminum Die Casting

Custom Aluminum Die Casting

In the die casting world, aluminum is the most widely used metal. It is known for its lightweight nature and high...

0 Комментариев

Оставить комментарий

ru_RURussian