Силумин — алюминиево-кремниевый сплав¶

Силумин — общее название группы алюминиевых сплавов системы Al–Si, содержащих от 4 до 22 % кремния и отличающихся высокой текучестью при литье. Относится к классу литейных алюминиевых сплавов; кремний снижает температуру плавления сплава до 577 °C (температура эвтектики системы Al–Si) и повышает жидкотекучесть, что позволяет отливать тонкостенные и сложнопрофильные детали. Силумины широко применяются в машиностроении, приборостроении и авиастроении.

¶Состав и легирование

Основу силуминов составляют алюминий и кремний. Кремний образует с алюминием эвтектику при 12 % Si и 577 °C, поэтому сплавы с содержанием Si около 12 % обладают минимальной температурой плавления и максимальной жидкотекучестью. Помимо кремния, в силумины вводят легирующие добавки:

• Медь (до 5 %) — повышает прочность и твёрдость;
• Магний (0,2–0,6 %) — образует интерметаллид Mg₂Si, усиливающий сплав после термообработки;
• Марганец — нейтрализует вредное влияние железа, связывая его в безвредные соединения;
• Никель, титан, цирконий — уточняют зерно и повышают жаропрочность;
• Натрий, стронций, эвропий — модификаторы, изменяющие форму эвтектического кремния из пластинчатой на волокнистую, что повышает пластичность.

¶Классификация

Силумины делятся на две основные группы:

По назначению различают конструкционные силумины (для деталей, работающих под нагрузкой) и литейные (для корпусных деталей, картеров, корпусов приборов). В отечественной классификации сплавы этой системы обозначаются буквой «А» с указанием содержания кремния — например, АК7, АК9, АК12 (содержание Si 7 %, 9 % и 12 % соответственно).

¶Свойства

Силумины обладают рядом характеристик, определяющих их широкое применение:

• Низкая плотность — 2,6–2,7 г/см³, что примерно втрое меньше плотности стали;
• Высокая жидкотекучесть — сплавы хорошо заполняют сложные литейные формы, включая тонкостенные отливки;
• Низкая усадка при затвердевании — 1,0–1,3 %, что снижает риск образования трещин и раковин;
• Хорошая обрабатываемость резанием — особенно у сплавов с содержанием Si около 12 %;
• Коррозионная стойкость — оксидная плёнка на поверхности алюминия обеспечивает защиту в атмосферных условиях.

Прочность простых силуминов в литейном состоянии составляет 150–200 МПа, после модифицирования и термообработки (закалка + искусственное старение) — до 250–300 МПа. Пластичность относительного удлинения достигает 3–8 %.

¶Производство

Силумины получают в электропечях, сплавляя первичный алюминий с кремнием (как правило, в виде ферросилиция или кремниевого сплава). Кремний вводят в расплав при температуре 800–850 °C. Модифицирование проводят непосредственно перед заливкой в форму — вводят натрий, стронций или эвропий в количестве 0,01–0,05 % от массы расплава.

Литьё выполняют в металлические и песчаные формы, в кокиль, а также под давлением (давлением заливки) — методом, обеспечивающим высокую точность и производительность. В России производством силуминовых отливок занимаются заводы «Уралхиммаш», «КамАЗ-Литейщик» и ряд других предприятий.

¶Применение

Силумины применяются в следующих отраслях:

• Автомобилестроение — блоки цилиндров, головки блока цилиндров, картеры, поршни, литые детали подвески;
• Авиастроение — детали двигателей, несущие конструкции (силумины с добавками никеля и циркония);
• Приборостроение — корпуса приборов, радиаторы, детали насосов;
• Строительство — оконные и дверные профили (сплавы системы Al–Si с добавками магния и марганца);
• Бытовая техника — детали стиральных машин, холодильников.

Наиболее массово силумины используются в литейном производстве: по данным отраслевых обзоров, литейные алюминиевые сплавы системы Al–Si составляют около 80 % всех алюминиевых отливок в мире.

¶Интересные факты

• Эвтектический силумин АК12 плавится при 577 °C — это одна из самых низких температур плавления среди конструкционных металлических сплавов.
• Модифицирование стронцием изменило промышленное производство силуминов: до внедрения этого метода в 1920-х годах эвтектический кремний в сплаве имел пластинчатую форму и делал сплав хрупким.
• В СССР разработаны силумины с рекордной жаропрочностью, работающие при температурах до 350 °C — они применялись в авиационных двигателях.

¶Источники

• Справочник «Металловедение и термическая обработка металлов», под ред. М. Л. Бернштейна
• ГОСТ 1583-93. Сплавы алюминиевые литейные
• Пономарёва И. Н., Лозинская Л. А. «Алюминиевые сплавы в литейном производстве»
• Полиаков А. А. «Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов»