Проектирование и производство литых заготовок - часть 9

 

35

Основным компонентом (кроме алюминия) в сплавах является: 1 группы – 

кремний, 2 группы – кремний  и  медь, 3 группы – медь, 4 – магний.  В  пятую 
группу входят сложнолегированные сплавы. 

В табл. 1.21 приведены технологические свойства и назначение некоторых 

марок литейных алюминиевых сплавов. 

 

Таблица 1.21. 

Основные  технологические  свойства  и  применение  некоторых  алюминие-

вых литейных сплавов. 

Марка

 сп

лав

а 

по

 

ГОСТ

2685-81 

Обрабатывае

-

мость

 резаньем

 

Сварив

аемость

 

Коррозионная

 

стойкость

 

Рабочая

 те

м

пе

-

ратура

 

0

С

 не

 бо

-

лее

 

Примеры применения 

1 2  3  4 5 

6 

АЛ1 

Хорошая 

Пони-

женная 

300 

Поршни и малоребри-
стые головки цилиндров 

АЛ2  Пониженная 

Хорошая 200 

Тонкостенное литьё 

АЛ3 

Удовлетворительная 275 

Детали малой и средней 
нагруженности (корпуса 
и арматура приборов) 

АЛ4  Пониженная 

Хорошая 200 

Крупные и средние 
сложные по конфигура-
ции высоконагруженные 
детали ответственного 
назначения 

АЛ5 250 

Средненагруженные 
корпусные детали, го-
ловки цилиндров порш-
невых двигателей 

АЛ6 

Удовлетворительная 

Детали карбюраторов и 
арматура двигателей 

АЛ7 

Хорошая 

Пониженная 

225 

Небольшие несложной 
формы детали, рабо-
тающие при средних на-
грузках 

 

36

Продолжение табл. 1.21

. 

1 2  3  4 5 

6 

АЛ8 

Хорошая 

Удовле-

твори-

тельная 

Отличная

80 

Высоконагруженные де-
тали, а также  детали, 
воспринимающие по-
вышенные вибрацион-
ные нагрузки 

АЛ9 

Хорошая 200 

Средне нагруженные де-
тали сложной конфигу-
рации 

АЛ10

В 

Удовлетво-

рительная 

Удовле-

твори-

тельная 

250 

Различные машино-
строительные детали. Не 
рекомендуется для 
поршней. 

АЛ19 

Хорошая 

Пони-

женная 

300 

Детали сравнительно 
простой формы, рабо-
тающие в условиях по-
вышенных статических 
и ударных нагрузок. 

АЛ20 

Удовле-

твори-

тельная 

275 

Различные детали. 

АЛ21 

Хорошая 

Удовле-

твори-

тельная 

Пони-

женная 

325 

Крупногабаритные дета-
ли. 

 
1.5.1. Особенности плавки и литья алюминиевых сплавов 

При  плавке  на  воздухе  алюминиевые  сплавы  окисляются  и  насыщаются 

водородом. По мере окисления на их поверхности образуется оксидная плёнка. 
В процессе плавки оксидные плёнки разрушаются, их обрывки замешиваются в 
расплаве, а, попадая в отливки, ослабляют их сечения, снижают прочность. 

Алюминиевые  сплавы  растворяют  до 3 см

3

  водорода  на 100 г  расплава. 

Щелочные и щелочноземельные металлы увеличивают растворимость водорода 
в сплавах. 

Проведение  плавки  под  флюсом  предохраняет  алюминиевые  расплавы  от 

окисления  и  насыщения  водородом.  Для  сплавов,  содержащих  не  более 1% 
магния, в качестве покрывного флюса применяют смесь хлоридов натрия и ка-
лия (55%) в количестве 1…2% от массы шихты. Для алюминиевых сплавов, со-
держащих  более 1% магния,  в  качестве  флюса  используют  карналлит  (MgCl

2 

×KCl) и смесь карналлита с 10…15% фторида кальция или магния. В тех случа-
ях,  когда  применение  флюса  невозможно,  защиту  этих  сплавов  от  окисления 
проводят  введением 0,01…0,05% бериллия.  В  последние  годы  для  этой  цели 
успешно  применяют  газовые  смеси,  например  воздух  с 0,1% шестифтористой 
серы (SF

6

). 

 

37

Из  газов  печной  атмосферы  для  алюминиевых  сплавов  наиболее  опасны 

пары  воды.  Взаимодействие  их  с  алюминием  приводит  к  загрязнению  распла-
вов оксидными плёнками и насыщению водородом:  

2Al+3H

2

O 

→ Al

2

O

3

+6H. 

В  целях  предотвращения  такого  взаимодействия  принимают  ряд  мер  для 

удаления  влаги:  сушат  шихтовые  материалы,  прокаливают  футеровку  печей  и 
разливочных ковшей, окрашивают плавильный инструмент, сушат и переплав-
ляют флюсы. Однако полностью предотвратить окисление не удаётся. Поэтому 
перед заливкой в формы сплав необходимо рафинировать. 

Рафинирование  сплава  от  взвешенных  неметаллических  включений  водо-

рода  осуществляют  продувкой  инертными  газами  (аргон,  азот)  и  активными 
(хлор,  смесь  азота  с 10% хлора)  и  последующим  фильтрованием  через  зерни-
стые и спечённые фильтры. 

Технология продувки состоит в пропускании газов через пористые вставки 

из  спечённого  глинозёма  для  получения  газовых  пузырьков  диаметром 1,5…2 
мм. Продувку азотом проводят при 720…730 

0

С в течении 15…20 мин (в зави-

симости от объёма расплава) с расходом газа 0,5…1 м

3

 на тонну расплава. Ра-

финирование  смесью  азота  с  хлором  проводят  при 710…720 

0

С  в  течение 

10…12 минут с расходом газа 0,5…0,8 м

3

 на тонну расплава. 

При  рафинировании  хлоридами  последние  вводят  в  расплав  в  количестве 

0,1…0,3% при температуре 720…750 

0

С. Взаимодействие хлоридов с алюмини-

ем сопровождается образованием хлористого алюминия, пары которого дейст-
вуют  также  как  азот  или  аргон.  Для  удаления  мелких  пузырьков  рафинирую-
щих газов расплавы после рафинирования отстаивают в течение 10…15 мин. 

Рафинирование  флюсом  осуществляется  при  температуре 730…750 

0

С, 

расход  флюса 0,5…1% от  массы  расплава.  Перед  использованием  флюс  пере-
плавляют  для  удаления  кристаллизованной  влаги.  Обезвоженный  флюс  насы-
пают на поверхность расплава или вводят в расплав, который энергично пере-
мешивают. 

Вакуумирование  алюминиевых  сплавов  ведут  при  остаточном  давлении 

6,6…13,3 МПа в течение 15…20 минут. 

Эффективным  способом  очистки  от  неметаллических  включений  и  плён 

является фильтрование расплавов через сетчатые, зернистые или пористые ке-
рамические фильтры. Сетчатые фильтры, изготовленные из стеклоткани с раз-
мером  ячейки  от 0,5

×0,5 до 1,5×1,5 мм или титана, установленные в литнико-

вых чашах, под стояками или в шлакоуловителях, позволяют в 1,5…2 раза сни-
зить количество попавших в отливку включений и плён, размер которых боль-
ше размера ячейки сетки. 

Значительно  больший  эффект  дают  зернистые  фильтры,  представляющие 

собой  слой  (толщиной 100…150 мм.)  зёрен  фильтрующего  материала  диамет-
ром 5…10 мм. Такие фильтры изготовляют из магнезита, графита, сплавов хло-
ридов  и  фторидов,  алунда  и  других  материалов.  При  оптимальных  условиях 
фильтрования зернистые фильтры работают в 2…4 раза эффективней, чем сет-
чатые. 

 

38

Эффективность операций рафинирования перечисленными способами кон-

тролируют с помощью технологических проб, химического и газового анализа. 

Алюминиевые сплавы модифицируют с целью измельчения зёрен. Для из-

мельчения  зерен  в  расплавы  вводят  титан,  цирконий,  бор,  ванадий,  титан  со-
вместно с бором. Измельчение зерен отливок повышает однородность их меха-
нических свойств в различных по толщине сечениях и увеличивает относитель-
ное  удлинение.  В  качестве  модификаторов  используют  смесь  фтористого  и 
хлористого  натрия (33% NaCl, 67% NaF)  или (25% NaF, 62,5% NaCl, 12,5% 
KCl).  В  некоторых  случаях  модифицирование  совмещают  с  рафинированием, 
используя  для  этой  цели  универсальный  флюс (40% NaF, 45% NaCl, 15% 
Na

3

AlF

6

). 

Эффект от модифицирования натрием сохраняется в течение 20…30 мин. 

Модифицирующие  действие  стронция,  который  вводят  в  расплав  лигатурой 
алюминий – стронций (Sr 10%), при температуре 750…780 

0

С, сохраняется бо-

лее 3 ч. 

Заэвтектические  силумины  модифицируют  с  целью  измельчения  первич-

ных кристаллов кремния. В качестве модификатора используют фосфор, кото-
рый вводят в расплавы в количестве 0,05…0,1% лигатурой медь – фосфор или 
смесью красного фосфора (20%) с фторцирконатом калия (K

2

ZrF

6

) (10%)и хло-

ристым калием (70%) при 790…825 

0

С. 

Для измельчения формы выделения кристаллов железистой составляющей 

(получение  компактных,  округлых  кристаллов  вместо  иглообразных,  резко 
снижающих  пластические  свойства)  в  алюминиевые  сплавы  вводят 0,3…0,4% 
марганца или бериллия. 

Тщательно очищенный расплав может быть опять загрязнен в процессе за-

ливки форм. Падение струи металла с высоты более 300 мм вызывает вспени-
вание  и  образование  оксидов,  часть  которых  попадает  в  отливки.  Для  алюми-
ниевых  сплавов  недопустимо  образование  оксидов,  часть  которых  попадает  в 
отливку.  В  связи  с  этим  применяют  расширяющиеся  литниковые  системы, 
обеспечивающие отделение неметаллических включений и минимально допус-
тимую  линейную  скорость  движения  струи  расплава  на  выходе  из  питателей. 
Очень часто в шлакоуловителях устанавливают сетки (из стеклоткани, титана, 
стержневой  смеси),  усложняют  литниковые  системы  поворотами,  используют 
зернистые фильтры. 

Алюминиевые сплавы склонны к образованию усадочной пористости, уст-

ранение которой в отливках достигают установкой массивных прибылей, холо-
дильников, а для ответственных отливок кристаллизацией под давлением сжа-
того воздуха в автоклавах. 

Отливки  из  алюминиевых  сплавов  изготовляют  всеми  известными  спосо-

бами литья. 

Очищают оливки на гидропескоструйных установках. 
В зависимости от состава сплава отливки проходят термическую обработку 

по определённым режимам.