Промышленные сплавы на базе систем А1—Mg и А1—Mg—Zn

Составы и свойства основных промышленных магналиев представлены в табл. 4.9 — 4.11.

Состав сплавов на основе систем AI—Мд и AI—Мд—Zn (ГОСТ 1583—93).

Механические свойства сплавов на основе системы AI—Мд.

Таблица 4.11

Коррозионные и литейные свойства сплавов AI—Мд.

Сплав АМгбл содержит 6—7% Mg, концентрации малых добавок (Zr, Ti, Be) и примесей (в том числе Fe и Si) не превышают 0,2%. В литом состоянии магний распределяется между (А1) и эвтектическими прожилками фазы Al₈Mg₅ в зависимости от скорости охлаждения. На нетравленых механически полированных шлифах эта фаза с трудом выявляется в световом микроскопе. Из-за наличия примесей Fe и Si наиболее вероятно ожидать образование фаз Al₈Fe₂Si и Mg₂Si. Поскольку их количество не может быть большим, они обычно имеют вид тонких прожилок и располагаются по границам дендритных ячеек вместе с частицами основной фазы Al₈Mg₅. Нагрев под закалку для растворения последней в (А1) обычно проводят при 430—440 °С, т. е. ниже неравновесного солидуса. Механические свойства сплава АМгбл после закалки существенно ниже по сравнению с литым состоянием.

Сплав АМгблч является модификацией базового сплава, отличаясь от него еще более жестким ограничением примесей, в частности допуск по железу и кремнию составляет 0,05%, поэтому он должен выплавляться только из алюминия высокой чистоты. Этот магналий в закаленном состоянии имеет однофазную структуру, он является наиболее коррозионностойким среди всех литейных алюминиевых сплавов.

В литом состоянии сплавы типа АМгбл предназначены для деталей, несущих средние статические и небольшие ударные нагрузки (как и АК7ч), а в закаленном (Т4) — для деталей, работающих при средних статических и ударных нагрузках. Эти магналии используется в пищевой промышленности.

Сплав АМгЮ отличается от предыдущих более высокой концентрацией магния (около 10%), что делает его более прочным, особенно в состоянии Т4. Он содержит тот же набор малых добавок (Zr, Ti, Be) и так же строго ограничен по примесям. Его литая структура отличается от структуры сплава АМгбл большим количеством прожилок фазы Al₈Mg₅, которые отрицательно влияют как на механические, так и на коррозионные свойства. В связи с этим сплав АМгЮ используется только в состоянии Т4. Сплав АМгЮч является модификацией базового сплава, отличаясь от него сверхжестким допуском по примесям железа и кремния (0,05%), что обеспечивает более высокую коррозионную стойкость, а также улучшает усталостные характеристики. Кроме наиболее высокой среди магналиев прочности (а_в > 350 МПа), высокомагниевые сплавы АМгЮ и АМгЮч имеют и более высокие литейные свойства по сравнению со сплавом АМгбл.

Сплавы АМгЮ и АМгЮч рекомендуются для применения в силовых деталях, работающих при температурах от -60 до +60 °С в различных климатических условиях, включая воздействие морской воды (взамен бронз, латуней, нержавеющих сталей и деформируемых алюминиевых сплавов).

Сплав АМг5Мц содержит до 1% Мп, т. е. он по составу аналог деформируемого магналия АМгб. Этот сплав предназначен для получения фасонных отливок практически всеми методами литья (в землю, кокиль, под давлением). Он используется главным образом в литом состоянии, поскольку добавка марганца, входя при неравновесной кристаллизации в состав (А1), приводит к заметному твердорастворному упрочнению. Магний, примерно так же как и в сплаве АМгбл, распределяется между (А1) и эвтектическими прожилками фазы Al₈Mg₅. Наличие примесей железа и кремния может привести к образованию фаз Al₁₅(Fe, Mn)₂Si₃ и Mg₂Si. Появление в литой структуре других фаз маловероятно. Сплав АМг5Мц применяют для изготовления деталей арматуры трубопроводов пресной воды, масляных и топливных систем, судовых механизмов и оборудования при рабочей температуре до 100 °C.

Добавка марганца (0,2—0,6%) присутствует также в составе сплава АМг7, который предназначен для литья под давлением, обеспечивая неплохие механические (о_в > 250 МПа, 6 > 5%) и литейные свойства. Этот сплав содержит также добавку кремния (0,5—1%), которая в основном связывается в силицид магния, что способствует повышению литейных свойств, но снижению пластичности. Примесь железа в основном входит в состав скелетообразных включений фазы Al₁₅(Fe, Mn)₂Si₃. Отливки сплава АМг7 используют без термообработки.

Сплав AMrll содержит максимальное количество магния (до 13%) среди всех стандартных алюминиевых сплавов (как литейных, так и деформируемых). Такая высокая концентрация основного легирующего элемента вместе с добавкой кремния (около 1%) позволяет получить на этом сплаве хорошую жидкотекучесть, более высокую, чем у сплава АМгЮ. Сплав AMrll предназначен для получения фасонных отливок различными методами литья. Из-за высоких концентраций железа (до 1%) и, соответственно, большой объемной доли Feи Si-содержащих фаз его механические свойства невысоки даже в состоянии Т4. В структуре сплава AMrll обычно присутствуют иглообразные включения фазы Al₃Fe, а также скелетообразные частицы силицида магния.

Силицид магния является основной фазой в сплаве АМг5К1, который отличается от других магналиев наименьшей склонностью к образованию горячих трещин. Это связано с тем, что в нем не кристаллизуется легкоплавкая эвтектика, содержащая фазу Al₈Mg₅, т. е. интервал кристаллизации (и, вероятно, эффективный) уже, чем в других сплавах А1—Mg.

Таким образом, магний распределяется между (А1) и фазой Mg₂Si. Последняя имеет разветвленную скелетную морфологию («китайский шрифт») и, являясь наиболее хрупкой среди избыточных фаз, обусловливает низкие механические свойства (о_в ~ 150 МПа, 8 ~ 1%). Поскольку сплав АМг5К содержит добавку марганца, примесь железа полностью связана в фазу Al₁₅(Fe, Mn)₂Si₃, которая часто обнаруживается в составе колоний тройной эвтектики (Al) + Mg₂Si + Al_]5(Fe, Mn)₂Si₃. Излитых отливок сплава АМг5К изготавливают детали для судостроения, несущие средние нагрузки и работающие в морской воде или слабощелочных растворах при температурах до 200 °C, т. е. выше предельных температур для других магналиев.

Сплав АМг4К1,5 М отличается от других магналиев тем, что содержит в качестве добавки медь (около 1%). Это позволяет получить некоторый эффект дисперсионного твердения после термообработки по режиму Тб, который, вероятно, обусловлен образованием вторичных выделений фазы Т" (Al₆Mg₄Cu), так как это вытекает из диаграммы состояния А1—Си—Mg—Si.

Сплав АЦ4Мг является единственным (из входящих в ГОСТ 1583–93) представителем системы А1—Zn—Mg. По составу он близок деформируемому аналогу 1915. Сплав АЦ4Мг имеет относительно высокие механические свойства без нагрева под закалку. Однако из-за низких литейных свойств широкое использование этого сплава затруднено. В сплаве АЦ4Мг кристаллизация заканчивается по неравновесной эвтектической реакции с участием фазы Al₂Mg₃Zn₃, однако количество последней мало и выявить ее в световом микроскопе непросто. Примеси железа и кремния связаны в частицы фаз Mg₂Si и Al₁₅(Fe, Mn)₂Si₃, обычно имеющих скелетообразную морфологию.