Силумины

Силумины подразделяют на двойные (простые) и специальные, в которых помимо кремния содержатся в небольшом количестве и другие легирующие элементы (медь, магний, марганец, никель). Структура простых силуминов определяется диаграммой состояния Al-Si. Кремний имеет переменную растворимость в алюминии (от 1,6 до 0,1% при комнатной температуре), при содержании кремния 14% формируется эвтектика, состоящая из α-фазы - твердого раствора кремния в алюминии и игольчатых кристаллов кремния - β-фазы. Она имеет грубое строение, что дает низкие значения прочности и пластичности сплавов (при содержании кремния 12% предел прочности примерно 80 МПа, относительное удлинение 2%). Улучшить свойства термической обработкой не удается, поскольку простые силумины относят к числу термически не упрочняемых сплавов. Для повышения свойств применяется модифицирование силуминов добавками натрия, лития, стронция. Часто вводят натрий в виде смеси солей 2/3 NaF + 1/3 NaCl в количестве примерно 2%, чтобы в расплаве оказалось необходимых 0,01% Na (иногда его количество увеличивают до 0,08%). Это приводит к резкому измельчению кристаллов эвтектического кремния, эвтектика становится мелкой, следствием чего является увеличение прочности и одновременно пластичности более чем в два раза. При этом понижается температура кристаллизации эвтектики более чем на 10^оС, и эвтектическая точка сдвигается в область меньших концентраций (11,6% кремния). Поэтому эвтектический до модифицирования силумин приобретает после модифицирования структуру доэвтектического сплава со светлыми кристаллами первичного твердого раствора на темном фоне дисперсной эвтектики. Применяют модифицирование для сплавов с содержанием кремния более 6%.

Маркируют силумины в соответствии со средним химическим составом (см. табл.2). Из дополнительных легирующих элементов в силуминах наибольшее значение имеют магний и медь, введение которых делает сплавы термически упрочняемыми. Магний образует фазу Mg₂Si, а при введении одновременно меди и магния могут существовать упрочняющие фазы S (Al₂CuMg) и др.

Эвтектический силумин АК12, не упрочняемый термообработкой, не образует усадочной пористости, его рекомендуют применять для герметичных деталей приборов и агрегатов невысокой нагруженности. Однако образование концентрированных усадочных раковин вызывает трудности при отливке крупных и сложных по конфигурации деталей..

Примером доэвтектического силумина является более прочный термоупрочняемый сплав АК9ч. Для него применяют закалку от 530^оС с выдержкой 2-6 ч и охлаждением в горячей воде и старение при 175^оС в течение 15 ч (этот режим термообработки характерен для большинства специальных силуминов). Применяют его для наиболее ответственных нагруженных крупногабаритных деталей, например, картеров двигателей внутреннего сгорания.

Высоколегированный заэвтектический силумин АК21М2,5Н2,5 относят к группе поршневых сплавов (для изготовления поршней цилиндров двигателей внутреннего сгорания). В структуре этих сплавов присутствуют кристаллы первичного кремния на фоне эвтектики. Эти сплавы, предназначенные для работы при повышенных температурах 250-270^оС, отличаются высокой жаропрочностью, износостойкостью и низким коэффициентом термического расширения.