Производство отливок из алюминиевых литейных сплавов

Алюминий имеет плотность 2,7 г/см3, температуру плавления 659,8 °С, температуру кипения 2 500 °С. Фасонное литье из чистого алюминия затруднительно из-за его плохих литейных свойств и легкой окисляемости. Алюминиевые литейные сплавы широко используют в машиностроении и моторостроении, в авиационной промышленности при изготовлении всех типов летательных аппаратов. Сплавы на основе алюминия имеют высокую удельную прочность при нормальной температуре, хорошо противостоят коррозии в тяжелых атмосферных условиях, обладают высокими литейными свойствами (линейная усадка 0,8–1,4 %; объемная – 3,0–4,7 %; температура разливки 720–750 °С).

Классификация алюминиевых сплавов.Для изготовления отливок используют пять групп алюминиевых сплавов (ГОСТ 1583-93):

1) Al–Si;

2) Al–Cu;

3) Al–Mg;

4) Al–Si–Cu;

5) прочие сплавы.

Наибольшее применение в промышленности получили сплавы 1-й и 4-й групп. Сплавы системы Al–Si (силумины, содержат от 5 до 13 % Si) широко применяются в авиационной, приборостроительной, машиностроительной, судостроительной промышленности. Двойные алюминиево-кремниевые сплавы имеют невысокую прочность, для ее увеличения вводят магний, например сплав AЛ 9 (6–8 % Si; 0,2–0,4 % Mg). Магний образует с кремнием химическое соединение, упрочняющее сплав в процессе ТО (термообработки). Вредной примесью для силуминов является железо, образуя хрупкие тройные алюминий–железо–кремний фазы, кристаллизующиеся в виде пластин, железо существенно снижает пластические свойства сплавов. Для нейтрализации вредного влияния железа в сплав вводят марганец, десятые доли марганца способствуют переводу выделений железистой составляющей в более благоприятную (компактную) форму, например сплав АЛ 4 (8,0–10,5 % Si; 0,17–0,30 % Mg; 0,2–0,5 % Mn). При литье силуминов в разовые низкотеплопроводные формы наблюдается грубое выделение кремния в эвтектике (11,7 % Si), поэтому сплавы системы Al–Si модифицируют натрием (0,01–0,1 % от массы расплава). В присутствии натрия эвтектический кремний выделяется в виде тонкодисперсных пластин, что благоприятно отражается на пластических свойствах.

Сплавы системы Al–Si–Cu используют для изготовления деталей, обладающих твердостью и прочностью, отвечающих требованиям по чистоте поверхности (корпуса различных приборов, автомобильные и тракторные поршни, детали авиадвигателей – сплав АЛ 7-4).

Плавка алюминиевых сплавов. Сплавы на основе алюминия склонны к газопоглощению и окислению. Особенно энергично в них растворяется водород, что способствует получению отливок с газовой пористостью и раковинами. Предохраняют алюминиевые сплавы от окисления и поглощения водорода покровными флюсами (смесь хлоридов натрия и калия, например, 45 % NaCl + 55 % KCl. Расход флюса составляет 2 % от массы шихты. Рафинирование (очистку) алюминиевых сплавов от взвешенных неметаллических включений и водорода осуществляют продувкой инертными газами (Ar, He) или активным хлором, а также обработкой хлоридами марганца, цинка, титана. Так, при пропускании газов (расход 0,2–0,8 % от массы металла) через расплав они оказывают флотирующее действие на взвешенные включения. В результате пузырьки рафинирующего газа выносят включения на поверхность расплава.

Так как давление атомарного водорода внутри пузырька рафинирующего газа равно нулю, то растворенный в металле водород диффундирует внутрь пузырька и выносится за пределы расплава. Сплавы, содержащие более 6 % Si, перед заливкой в разовые формы подвергают модифицированию натрием (несколько сотых долей натрия от массы расплава), вследствие чего измельчаются выделения кремния и повышаются механические свойства сплавов. Плавку алюминиевых сплавов чаще всего производят в электрических индукционных печах.