Силуминовый сплав это: свойства, состав, температура плавления, применение

alexxlab | 24.05.2023 | 0 | Разное

свойства, состав, температура плавления, применение

Немногие знают о существовании такого сплава как силумин, но большинство встречает его в виде различных изделий. Из него производят водопроводные краны, посуду и множество других металлических предметов.

 Так что же представляет собой этот сплав? Силумин – сплав на основе алюминия и кремния. Большую часть, а именно около 90%, сплава составляет алюминий, остальную часть – кремний. Изготовление силумина очень похоже на производство дюралюминия, но в состав второго также входят медь, магний и марганец.

Главное отличие этого сплава от обычного алюминия заключается в том, что силумин обладает более высоким уровнем прочности.

Химические свойства

Несмотря на то, что к этой группе относят сплавы алюминия и кремния, следует отметить, что силумин может содержать в малом количестве множество других элементов. Состав сплава напрямую влияет на характеристики готовых изделий. Главное условие для причисления сплава к силуминам заключается в процентном соотношении кремния.

Он должен составлять от 10% до 15%.

Благодаря тому, что алюминий составляет около 90%, структура силумина очень похожа на структуру алюминия. Невооруженным глазом отличить их практически невозможно.

Свойства силумина отличаются в зависимости от типа алюминиевого сплава. Различают два типа металлов этой группы:

• нормальные силумины;
• износостойкие.

Нормальная группа отличается содержанием кремния в районе 12%. Прочность сплавов этой группы находится не на высоком уровне, но они имеют другие преимущества. В первую очередь – простота обработки и отличные литейные свойства. Отсутствие различных примесей делает этот тип силумина нейтральным к воздействию агрессивной среды и различных химических веществ. Износостойкие сплавы содержат в составе около 20% кремния. Такой состав придает силумину повышенную прочность, значительно превышающую прочность алюминия. Но обработка изделий из этого сплава более сложная и требует приложения больших усилий.

 Характеризуя химические свойства силумина, следует отметить, что они практически не отличаются от свойств алюминия. Лишь немного изменяются в зависимости от процентного соотношения различных добавок. В первую очередь, добавления кремния к алюминию напрямую влияет на физические свойства.

Физические свойства

Такой сплав как силумин по физическим свойствам очень часто сравнивают с нержавеющей сталью. Но он значительно легче стали, что является главным его достоинством. Несмотря на низкий вес, прочность силумина не уступает стали и другим металлам-аналогам. Как и алюминий, этот сплав не поддается коррозии   этому способствует защитная пленка, которая образуется из оксидных соединений. Такая пленка образуется на поверхности при малейших повреждения путем взаимодействия кислорода и молекул алюминия. Цвет силумина серый, при разрезе серебристый, очень сильно напоминает цвет алюминия. Легкий вес сплава при высокой прочности возможен благодаря низкой плотности состава, которая значительно ниже чем у стали. Учитывая вышеизложенные преимущества, применение силумина на сегодняшний день предпочтительней применению стали. Учитывая относительно низкую стоимость сплава, силумин используется для производства дешевой бытовой техники, которая часто не уступает в надежности дорогим аналогам. Его преимуществом также является пластичность. Благодаря этому он подходит для литься сложных форм, требующих равномерного распределения металла и прочной структуры. Литье в данном случае требует меньше усилий, что делает производство экономичнее.

Температура плавления силумина составляет около 670 градусов, что намного ниже температуры плавления стали. Такое физическое свойство также влияет на снижение себестоимости металлических изделий.

Следует отметить, что физические свойства напрямую зависят от количества примесей. К таким относятся магний и марганец, которые добавляют целенаправленно. Или же цинк, кальций и железо, от которых просто не избавляются на производстве. Поэтому качество силумина может отличатся даже при одинаковой маркировке – оно зависит от технологии производства и добросовестности производителя. К физически свойствам также относиться повышенная износостойкость. Изделия из этого вещества отличаются устойчивостью к механическим нагрузкам и длительным сроком эксплуатации. К недостатком материала можно отнести хрупкость. Изделия обладают повышенным уровнем прочности, но при превышении этого порога они могут треснуть. Их можно отремонтировать, для чего используют либо эпоксидный клей, либо сварку. Но сварочные работы следует проводить с осторожностью, чтобы не расплавить изделие. Обычно используют аргон с припоями для сварки алюминия.

Область применения силумина

На сегодняшний день сфера применения силумина разнообразна, но наиболее часто его используют на производстве автомобилей и самолетов. Основные сферы применения:

1. Высокую популярность в авиастроении он обрел благодаря сочетанию малого веса и высокой прочности, что очень важно для подъема летальных аппаратов в небо и экономии топлива.
2. Подобные свойства желательны и в производстве автомобилей. Так, вес автомобиля напрямую влияет на ходовые свойства авто, маневренность на дороге и расход топлива. В сфере машиностроения сплав применяется для производства деталей двигателя.
3. В последнее время особую популярность силумин получил в оружейной сфере, особенно для производств пневматических винтовок. Страйкболисты предпочитают оружие из этого материала из-за легкого веса, высокой прочности и надежности, что на фоне высокой стоимости таких винтовок является незаменимым качеством.
4. Также его применяют в производстве множества бытовых изделий, от кастрюлей и сковородок до водопроводных смесителей. Бытовые изделия из силумина популярны из-за низкой стоимости.

Маркировка

Исходя из вариативности сплавов, была разработана специальная маркировка силумина. Благодаря ей есть возможность быстро и точно подобрать материал с желаемыми свойствами, определить состав, процентное соотношение элементов и физические свойства. Маркировка основана на сочетании буквенных и цифровых обозначений. Буквами указываются компоненты, входящие в состав сплава, например, А-алюминий, К-кремний, Ц-цинк. Порядок буквенных обозначений определяется исходя из процентного соотношения компонентов, поэтому марка силумина всегда начинается на букву А. Цифры указывают на процентное соотношение каждого компонента, кроме алюминия в составе. К примеру, АК20 свидетельствует о наличии в составе 20% кремния и соответственно 80% алюминия.

Следует отметить, что маркировка может отличаться в зависимости от производителей и страны производства. Поэтому при покупке изделий с непонятной маркировкой лучше проконсультироваться с продавцом.

Силумин (сплав): состав, свойства

Поделиться:

Силумин (сплав): состав, свойства

07.02.2020

Группа литейных сплавов, основой которых является алюминий, содержащая кремний от 4 до 22%, называется силумином. Сплавы обладают высокой стойкостью к коррозии во влажной среде и морской воде. В состав силумина (сплава) также входит малое количество примесей марганца, цинка, титана, железа, меди и кальция. Они имеют хорошие литейные и механические свойства, их легко резать. Внешний вид материала больше напоминает чугун, и распознать его, не имея опыта работы с ним, сложно.

Основные свойства

По свойствам его часто сравнивают со сталью (нержавеющей). Следует отметить, что он по сравнению с последней имеет меньший удельный вес. Силумины – это сплавы алюминия с кремнием. Обладают следующими свойствами: удельной прочностью. Показатели сплава и сталей близки по значениям, но, учитывая, что вес силумина меньше, конструкции из него выигрышнее; устойчивостью к износу; антикоррозийностью. На поверхности металла образуется защитная пленка, которая оберегает его от негативного влияния окружающей среды; низким удельным весом, равным 2,8 г/см3; пластичностью. При заливке в формы из сплава получают детали, имеющие сложные конфигурации. Благодаря хорошей жидкотекучести процесс литья удешевляется; невысокой температурой плавления. Она равна примерно 600 градусов по Цельсию, что значительно ниже, чем температура плавления стали. Это свойство также оказывает влияние на литье и удешевляет стоимость проводимых работ; доступной ценой.

Перечисленные свойства силумина (сплава) показывают, что этот материал выгодно использовать при производстве различных изделий. Следует, однако, отметить, что он обладает повышенной хрупкостью. При падении деталь, изготовленная из силумина, может треснуть.

Маркировка

Силумины – это сплавы на основе алюминия. В них добавляют кремний и некоторые другие элементы для улучшения свойств. Для быстрого и точного подбора материала с определенным составом и процентным содержанием входящих элементов разработали маркировку сплавов.

Она включает в себя сочетание цифровых и буквенных символов. Буквами указывают входящие в состав компоненты, а цифрами – их процентное содержание, кроме алюминия. Буквы располагаются в порядке убывания процентного содержания элемента. Запись АК12Ц3 означает, что сплав содержит 12% кремния, 3% цинка, а все остальное – 85% – алюминий.

Виды силумина

Силумины в цветной металлургии делятся на:

1. Деформируемые (доэвтектические и эвтектические). При литье доэвтектические сплавы используют легированные только кремнием 4–10%.

Иногда допускается небольшое количество примесей из меди и марганца. Эвтектика имеет около 13% кремния.
2. Литейные (заэвтектические). Они обладают повышенной жидкотекучестью, что обеспечивает изготовление отливок, имеющих сложную форму и тонкие стенки, низкую усадку, невысокую склонность образовывать трещины. Содержание кремния доходит до 20%.

Ремонт изделий из силумина

Силумин – это сплав, обладающий повышенной хрупкостью, поэтому изделия из него при эксплуатации могут треснуть.

Для их восстановления применяют эпоксидный клей. Внешний вид восстановится, но использовать его при больших нагрузках не стоит. Для склеивания следует: обезжирить то место, на которое будет наноситься клей, дать подсохнуть; развести клей в соответствии с приложенной инструкцией и нанести на обезжиренную поверхность; плотно соединить сломанные части и забыть о них на сутки.

Ремонт сваркой

В некоторых случаях поврежденное изделие лучше подвергнуть сварке. Эту процедуру проводят самостоятельно в домашних условиях или обращаются к специалисту. При проведении работ температура материала повышается, вследствие этого на сплаве появляется оксидная пленка, препятствующая соединению частей изделия. Для устранения этих негативных явлений для сварки используют аргон, обеспечивающий защиту от отрицательных факторов. Для работы необходимо: подготовить неплавящиеся вольфрамовые электроды и припой для сварки конструкций из алюминия; обезжирить поверхность; изделие зафиксировать; разогреть поверхность до 220 градусов по Цельсию. Для отвода тепла свариваемую деталь положить на стальную прокладку; сварить шов, используя переменный ток; произвести обработку швов для эстетики внешнего вида.

Изделие готово к эксплуатации при небольших нагрузках.

Применение

Низкая стоимость в сочетании с технологичностью дает возможность сплав силумин, в состав которого входят алюминий с кремнием, широко применять в народном хозяйстве: машиностроении – поршни, детали для корпуса, цилиндры, двигатели; авиастроении – блоки цилиндров, поршни для охлаждения, авиационные узлы; оружейном деле – коробки для стволов, узлы для пневматических винтовок; газотурбинном оборудовании – генераторы, теплообменники; изготовлении бытовых приборов – кастрюли, сковородки, казаны, коптильни; скульптурной технике.

В составе силумина (сплава) могут присутствовать добавки цинка, титана, железа, калия, меди в небольших количествах. Все его марки обладают значительными литейными качествами, жидкотекучестью, и просто свариваются. Сплаву присущи износостойкость и прочность, но он является хрупким материалом. Изделия из силумина выдерживают большую нагрузку, но при падении могут расколоться. В этом заключается главный недостаток материала.

Группы сплавов

Существует несколько групп силумина, связанных с его применением:

1. Эвтектический. Его маркировка АК12, относится к литейным сплавам, содержит 12% кремния. Для него характерна стойкость к коррозии, небольшая литейная усадка, значительная твердость, герметичность. Применяется для отливки аппаратуры, деталей техники, приборов сложной формы. Из-за хрупкости не рекомендуется отливать ответственные детали для работы под нагрузкой.
2. Доэвтектический.

Маркируется АК9ч, имеет высокие литейные технологические свойства, коррозийную стойкость и механическую прочность. Применяется для изготовления сложных деталей крупного и среднего размера. Сохраняет свойства при температуре до 200 градусов по Цельсию. Крупногабаритные детали из него работают под большой нагрузкой.
3. Заэвтектический. Высоколегированный сплав АК21М2 отличается высокой жаропрочностью и износоустойчивостью. Используется для изготовления фасонных отливок. Идет для изготовления поршней, работающих в среде повышенных температур.

Заключение

Силумин – сплав, в составе которого алюминий является основным элементом. Добавка из кремния делает материал твердым и износоустойчивым. При получении силумина методом литья не образуется трещин. Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы не использовались алюминиевые сплавы.

Силумин применяют для изготовления корпусов огнестрельного оружия, запчастей к автомашинам, мотоциклам, морским судам, посуды. Все сплавы алюминия с кремнием называют силуминами. И все они обладают разными свойствами. Это зависит от содержания в составе силумина (сплава) кремния, который может составлять 4–22% общего объема. Чем больше его в сплаве, тем он тверже, но в то же время становится и более хрупким.

Источник:  fb.ru

Литейные сплавы алюминий-кремний

Алюминиевые литейные сплавы отличаются от деформируемых алюминиевых сплавов в основном тем, что содержат значительно большее количество кремния.

Алюминиевые литейные сплавы должны содержать помимо армирующих элементов достаточное количество элементов, образующих эвтектику. Это необходимо для того, чтобы литейные сплавы обладали высокой текучестью для питания и заполнения пор и трещин при усадке, неизбежно возникающих во всех отливках, кроме того, может быть, и простейших.

Силумин – сплавы алюминий-кремний

Сплавы алюминий-кремний, не содержащие добавки меди, то применяют, когда требуются хорошие литейные свойства и высокая коррозионная стойкость. Часто их называют силуминами. Металлографическая структура чистых компонентов, алюминия и кремния, а также ряд промежуточных химических составов показаны ниже. Промежуточные соединения представляют собой алюминиевую смесь, содержащую около 1 % растворенного кремния и частицы практически чистого кремнезема. Сплавы с содержанием кремния менее 12 % называются эвтектическими, с содержанием кремния около 12 % — эвтектическими, более 12 % — заэвтектическими.

Рисунок – Диаграмма состояния микроструктуры алюминиево-кремниевых отливок и чистого алюминия и кремния, а также сплавов различного химического состава

Если требуется высокая прочность и твердость, в эти сплавы добавляют магний, что делает их термически армирующими. Сплавы с низким содержанием кремния, например 2 %, иногда используют для литья, но обычно содержание кремния в литейных сплавах колеблется от 5 до 10 %.

Прочность и пластичность этих сплавов, особенно с высоким содержанием кремния, можно значительно улучшить путем модификации эвтектики алюминий-кремний. 9Эвтектические сплавы модификации 0003

(содержание кремния менее 12 %) особенно часто применяются при литье в песчаные формы. Эта модификация достигается введением в расплав контролируемых добавок натрия или стронция, эвтектическая фаза которого измельчается. В качестве строителей также используются кальций и сурьма. В заэвтектических алюминиево-кремниевых сплавах для измельчения заэвтектоидных частиц кремния и повышения качества отливок применяют фосфорные добавки.

Содержание кремния в пределах от 4 до 12 % снижает потери от литейного брака, а также позволяет отливать более сложные отливки с большой разницей по толщине, а также обеспечивает более высокое качество поверхности и внутреннее качество металла. Это происходит за счет влияния кремния на улучшение текучести сплава, уменьшение трещинообразования и улучшение заполнения форм.

Оптимальная эвтектика алюминий-кремний

Необходимое количество эвтектики также зависит от характеристик процесса литья. Сплавы для литья в песчаные формы, как правило, имеют более низкую эвтектику, чем те, которые разливают в металлические формы. Это связано с тем, что «мягкие» литейные формы меньше трескаются, чем жесткие металлические. Повышенной стойкости к растрескиванию при литье способствует небольшой диапазон температур затвердевания. При содержании кремния 1 % он составляет 78 oC, а при содержании 12 % снижается до нуля.

В алюминиево-кремниевых сплавах без других элементов в неравновесных условиях литья объемная доля эвтектики линейно возрастает от 0 до 1 с увеличением содержания кремния от 1 до 12 %.

Источники:

Алюминий и алюминиевые сплавы, ASM International, 1996

Отливки из алюминиевых сплавов: свойства, процессы и применение – Дж. Гилберт Кауфман, Элвин Л. Рой

Диего Монтеррей

25.01.2023 – 15:29 — Общество

© Форпост Северо-Запад/ Горный музей

Почему механическая мясорубка из силумина в 10 раз дешевле своего аналога из нержавеющей стали? Хотя бы потому, что резьба прижимного винта из этого алюминиево-кремниевого сплава может сорвать уже после первой попытки закрепить классический кухонный прибор на столешнице.

Тем не менее, на силумин приходится примерно 55% мирового производства алюминиевых металлов. Из него делают водопроводные краны и краны, кастрюли, сковородки, замки, мебельную фурнитуру и самую дешевую бижутерию. Настольные скульптуры из этого недорогого материала были популярны 50-70 лет назад. Широкое распространение, конечно, и более серьезное применение. Например, в поршнях, цилиндрах и корпусных деталях автомобильных и авиационных двигателей. Здесь востребовано главное положительное свойство сплава — легкость.

Например, силумин используется в блоке цилиндров спортивного купе Mercedes Benz 300 SLR Uhlenhaut, недавно проданного коллекционеру за 143 миллиона долларов. Модель 1955 года к настоящему времени сильно подорожала, но даже при ее создании такой автомобиль никогда нельзя было назвать серийным продуктом. В раритетном двигателе, несмотря на почтенный возраст, силумин точно не раскалывается, как в современных китайских сантехнических изделиях. Потому что плавление сплавов неодинаково. Все дело в пропорциях между компонентами.

© Andrew Dawes, unsplash.com

Доля кремния может варьироваться от 4 до 22%. Чем он выше, тем более выражен темно-серый оттенок материала. Силумин прочнее чистого алюминия, но присущая металлу пластичность уменьшается по мере увеличения присутствия кремния. Материал становится хрупким.

Кремний — второй по распространенности элемент в земной коре после кислорода. Его двуокись кремния является основой песка. Как говорится в пословице, на песке дом не построишь. Однако кремниевое сырье дешевле алюминия, поэтому у производителей товаров народного потребления возникает соблазн сместить баланс химического состава сплава в его сторону. Увеличивается хрупкость и пористость материала, но снижается себестоимость производства. Короткий срок жизни продуктов в обществе потребления – это не минус, а плюс. Они быстрее купят новый.

За последние полвека силумин стал символом хлама, хотя в свое время внес решающий вклад в победу Советского Союза над гитлеровской Германией.