Сплавы системы Al – Mg – Si

Введение кремния в сплавы типа магналий способствует уменьше­нию чувствительности к образованию трещин, увеличению жидкоте-кучести и плотности литья, а также повышению жаропрочности. По­следнее объясняется сравнительно слабым взаимодействием а- твердого раствора с фазой Mg₂Si, присутствие которой в структуре понижает интенсивность диффузионных процессов.

Фаза Mg₂Si часто кристаллизуется в этих сплавах в разветвлен­ной (паукообразной) форме, способствующей снижению их механи­ческих свойств при комнатной температуре. Вместе с тем фаза Mg₂Si снижает пластичность сплавов, поэтому содержание кремния в спла­вах типа магналий не должно превышать 1,5 %.

Таблица 2.4

Влияние кремния на жискотекучесть сплавов типа магналий с содержанием железа 0,09—0,2% при температуре заливки 700" С [164]

Введение марганца в сплавы типа магналий повышает их жаро­прочность и улучшает коррозионную стойкость.

В табл. 4 приведены данные по жидкотекучести сплавов типа магналий в зависимости от содержания кремния. Максимальная вели­чина жидкотекучести у всех сплавов с содержанием 9, 11 и 13% Mg наблюдается при 1,2% Si. Для сплавов с 5% Mg максимум жидкотеку­чести смещается к 1,6% Si. Повышение жидкотекучести в сплавах при содержании в них 1,2% Si можно объяснить увеличением коли­чества тройной эвтектики: а + Mg₂Si + Р (Al₃Mg₂), a последующее снижение жидкотекучести связано с увеличением количества первич­ных кристаллов фазы Mg₂Si в расплаве.

В табл. 5 приведены механические свойства сплавов системы Al—Mg—Si в зависимости от содержания в них магния и кремния при разных температурах, из которых видно, что сплав типа АЛ22 имеет преимущество перед другими сплавами.

В сороковых годах немецкие исследователи, особенно Мейер и Росслер, уделяли большое внимание изучению жаропрочности спла­вов типа магналий с кремнием и пытались применить их для изготов­ления поршней авиационных двигателей. При этом была поставлена цель уменьшить плотность до 2,5—2,6 г/см³, повысить твердость и теплопроводность сплавов. Однако испытания показали, что этого достичь невозможно при использовании сплава типа магналий. Был предложен сплав алюминия с содержанием 5—7% Mg и 1,—1,5% Si, обладающий повышенной жаропрочностью. Этому сплаву была при­своена марка Hg51.

В Советском Союзе такой сплав известен под маркой АЛ13. Недо­статок его — сравнительно низкая прочность при комнатной темпе­ратуре.

В настоящее время нашли промышленное применение три сплава типа магналий с кремнием: АЛ13, АМгТЛ (АЛ29). Соединение Mg₂Si образует двойную эвтектику с а -твердым раствором (8,25% Mg; 4,75% Si; остальное Al) с темпера­турой плавления 595° С. При малом содержании магния в сплаве эвтектика располагается по границам зерен твердого раствора (строе­ние ее грубеет с увеличением содержания магния в сплаве), такой характер расположения частиц фазы Mg₂Si повышает жаропрочность сплавов.

Растворимость фазы Mg₂Si в твердом алюминии во много раз меньше растворимости магния. Следовательно, все промыш­ленные тройные сплавы (АЛ 13, АЛ29, АЛ22) в закаленном состоя­нии имеют гетерогенную структуру. Поэтому у них не может быть высоких механических свойств, присущих закаленным двойным сплавам АЛ8, АЛ8М, АЛ27-1.

Один из путей повышения прочности сплава — увеличение ско­рости кристаллизации, которое может способствовать получению плотной мелкозернистой структуры и более дисперсных частиц фаз Mg₂Si. Al₃Fe, Al₃Ti. Поэтому при литье деталей из этого сплава в песчаные формы особенно желательно применять холодильники или отливать детали в металлические формы.

Исследование механических свойств литых термически не обра­ботанных сплавов (табл. 6) показывает, что предел прочности почти не зависит от содержания магния, а относительное удлинение по мере повышения содержания магния, особенно начиная с 9%, значительно снижается.

Т а б л и ц а 2.5

Механические свойства сплавов при повышенных температурах (образцы, отлитые в   песчаные формы)

Таблица 2.6

Механические свойства сплавов Al — Mg —Si в литом и закаленном состояниях (отдельно отлитые в песчаные формы образцы)

Сплавы с содержанием более 9% Mg и 0,3% Si не рекомендуется при­менять без термической обработки.

В табл. 7 приведены сравнительные типичные механические и технологические свойства четырех сплавов. Коррозионная стойкость сплава АЛ22 в сравнении с коррозионной стойкостью других сплавов следующая. При испытании сплавов в течение 30 дней в пресной воде потеря в массе сплава АЛ22 составила 2,5, а сплава АЛ4 8,8 г/ж².

При испытании в течение 45 дней методом распыления 3%-ного. раствора NaCl потеря в массе сплава АЛ22 составила 4,9, сплава АЛЗ 16,9, а сплава АЛ1 24,7 г/л;². При испытании в течение 20 дней в особо жестких условиях (раствор 3% NaCl + 0,2% Н₂О₂) потеря, в массе неанодированного сплава АЛ22 составила 1,5, а анодированного 0,1 г/л².

Из приведенных в табл. 6 и 7 данных видно, что для получения высокой прочности сплава АЛ22 содержание магния при шихтовке должно быть на верхнем пределе (до 11%), а кремния — на нижнем пределе (не больше 0,8%). Результаты сравнения жаропрочности сплавов АЛ8, АЛ13 и АЛ22 приведены в табл. 8. По жаропрочности сплавы распола­гаются в следующий восходящий ряд: АЛ8 —> АЛ 13 —> АЛ22. Сплав АЛ8 по жаропрочности очень сильно уступает сплавам АЛ13 и АЛ22 в связи с тем, что процессы распада твердого раствора протекают в нем наиболее сильно.

            Таблица 2.7