Силумин — сплав алюминия с кремнием¶
Силумин — общее название группы алюминиевых сплавов, содержащих кремний в качестве основного легирующего элемента (обычно 4–25 %), а также небольшие добавки меди, марганца, магния и других металлов. Относится к классу литейных алюминиевых сплавов; характеризуется низкой плотностью (около 2,6–2,7 г/см³), хорошей текучестью в жидком состоянии и способностью к литью под давлением. В промышленности силумины занимают одно из первых мест среди алюминиевых сплавов по объёму производства.
¶Состав и маркировка
Кремний повышает текучесть расплава и снижает линейную усадку при затвердевании, что делает силумины пригодными для изготовления сложных отливок. В зависимости от содержания кремния различают:
- Силумины низкокремнистые (4–10 % Si) — обладают повышенной пластичностью, применяются для деталей, работающих на растяжение и изгиб.
- Силумины высококремнистые (12–25 % Si) — близки по составу к эвтектике системы Al–Si (12,6 % Si), обладают высокой износостойкостью и малой усадкой, но хрупки.
В России и странах СНГ силумины маркируются по ГОСТ 1583—93 «Алюминиевые литейные сплавы». К основным маркам относятся:
| Марка | Содержание Si, % | Особенности |
|---|---|---|
| АК7ч (АЛ9) | 6,0–8,0 | Универсальный литейный сплав, хорошая коррозионная стойкость |
| АК12 (АЛ2) | 10,0–13,0 | Эвтектический состав, высокая текучесть, для тонкостенных отливок |
| АК9ч (АЛ4) | 8,0–10,5 | С добавкой Mg и Mn, повышенная прочность |
| АК5М2 | 4,5–5,5 Cu 1,5–2,5 | С медной добавкой, для деталей, работающих при нагреве |
| АК12М2 | 11,0–13,0 Cu 1,5–2,5 | Литейный сплав для сложных отливок |
Зарубежные аналоги: силумин 12 (Silumin 12) в немецкой классификации, сплавы серии A356/A380 в американской системе (хотя последние содержат больше меди).
¶Свойства
Основные технические характеристики силуминов (на примере марки АК12):
- Плотность — 2,65 г/см³;
- Температура плавления — около 570–600 °C (вблизи эвтектической точки);
- Предел прочности при растяжении — 150–250 МПа в зависимости от марки и термообработки;
- Относительное удлинение — 1–6 % (у низкокремнистых марок выше);
- Хорошая текучесть расплава и низкая склонность к горячим трещинам.
Силумины обладают высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и в пресной воде. Добавка магния (марки АК9ч, АК7ч) позволяет проводить термоупрочнение с повышением прочности до 250–300 МПа.
¶Производство
Сплавы получают в электропечах, обычно дуговых, с последующей модифицированием расплава — введением натрия, стронция или титановых солей для измельчения зёрен кремниевой фазы и повышения пластичности. Литьё осуществляется несколькими способами:
- Литьё под давлением — основной способ для массового производства тонкостенных деталей (корпуса, картеры, крышки);
- Кокильное литьё — для крупных отливок;
- Литьё по выплавляемым моделям — для точных деталей;
- Конвейерное литьё — для простых отливок.
¶Применение
Силумины широко используются в машиностроении, приборостроении и авиации:
- Автомобилестроение — блоки цилиндров, головки блока, картеры, корпуса коробок передач, колёсные диски, детали подвески;
- Авиастроение — лопатки компрессоров (у высококремнистых марок), детали шасси;
- Приборостроение — корпуса приборов, кронштейны, рычаги;
- Судостроение — винты, детали гребных агрегатов;
- Бытовая техника — детали стиральных машин, компрессоры холодильников.
В России силумины производят «Русал», «Братский алюминиевый завод», «Саянский алюминиевый завод» и другие предприятия. Основные потребители — автомобильные заводы (ВАЗ, ГАЗ, КАМАЗ), авиационные предприятия и машиностроительные заводы.
¶Сравнение с другими алюминиевыми сплавами
В отличие от деформируемых сплавов серии АД (АД0, АД31), силумины не поддаются проковке и штамповке — они хрупки и предназначены только для литья. По прочности они уступают сплавам системы Al–Cu (Д16, В95), но превосходят их по текучести и коррозионной стойкости. Сплавы Al–Mg (АМг) более пластичны, но хуже льются.
Стоимость силуминов ниже, чем у большинства других алюминиевых сплавов, что определяет их широкое применение в массовом производстве.
¶Историческая справка
Сплавы системы Al–Si были впервые получены в конце XIX века. Немецкий металлург Альфред Вильм в 1906 году открыл дюралюминий, а в 1920-х годах в Германии были разработаны первые промышленные силумины (Silumin). В СССР производство литейных алюминиевых сплавов было налажено в 1930-е годы на заводах в Днепропетровске, Красноярске и Братске.
¶Источники
- ГОСТ 1583—93. Алюминиевые литейные сплавы. Технические условия.
- Пухов В. М., Сорокин В. И. Литейные свойства алюминиевых сплавов. — М.: Металлургия, 1977.
- Финк В. Л., Фридляндер Л. Н. Алюминиевые сплавы. — М.: Металлургия, 1972.
- Полищук Н. М. Алюминий и его сплавы. — Киев: Вища школа, 1979.