Термическая обработка литейных алюминиевых сплавов: структура, свойства и технологии

Литейные алюминиевые сплавы (ЛАС) широко применяются в машиностроении, авиационной промышленности и судостроении благодаря их низкой плотности, коррозионной стойкости и хорошим литейным свойствам. Однако их эксплуатационные характеристики во многом зависят от термической обработки. В статье рассмотрены ключевые аспекты технологии, структуры и свойств ЛАС.

________________________________________________________________________________________________________________________

КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЕЙНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

ЛАС делятся на группы по системам легирования:

Al-Si (силумины)

• Высокие литейные свойства, герметичность, коррозионная стойкость.
• Примеры: АЛ2 (эвтектический, 11–13% Si), АЛ4, АЛ9 (термически упрочняемые).
• Модифицирование натрием или стронцием измельчает структуру, повышая пластичность.

Al-Si-Cu

• Жаропрочность (до 270°C), но пониженная коррозионная стойкость.
• Пример: АК5М.

Al-Cu

• Высокая прочность и жаропрочность (до 350°C), но низкие литейные свойства.
• Примеры: АЛ7, АЛ19, АЛ33.

Al-Mg (магналии)

• Пластичность, коррозионная стойкость, но низкая жаропрочность (до 100°C).
• Примеры: АЛ8, АЛ27.

Сложные системы (Al-Zn-Mg, Al-Cu-Mg-Ni и др.)

• Комбинация жаропрочности, износостойкости и свариваемости.
• Пример: АЛ24 (Al-Zn-Mg).

________________________________________________________________________________________________________________________

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ЛАС

Основные виды термообработки:

Отжиг (Т2)

• Устраняет остаточные напряжения и неоднородность структуры.
• Температура: 250–350°C.

Закалка (Т4)

• Нагрев до 450–560°C с выдержкой (до десятков часов) для растворения интерметаллидов.
• Охлаждение в воде, масле или на воздухе.

Старение

• Естественное (Т4): Повышает пластичность.
• Искусственное (Т5, Т6): Увеличивает прочность (например, для АЛ9: σв = 200–260 МПа).
• Стабилизирующее (Т7, Т8): Снижает остаточные напряжения.

Критические параметры:

• Время переноса в закалочную среду — не более 30 секунд (иначе снижение σв на 15–50 МПа).
• Ступенчатый нагрев для сплавов с неравновесной эвтектикой (например, АЛ19).

________________________________________________________________________________________________________________________

МИКРОСТРУКТУРА И ПРИМЕСИ:

Силумины:

• Немодифицированные: грубая эвтектика с иглами кремния.
• Модифицированные: мелкодисперсная эвтектика, повышающая пластичность.

Дефекты:

• Окисные плёнки (Al₂O₃, MgO): Снижают усталостную прочность на 20–30%.
• Шлаковые включения: Источники трещин.

Влияние железа:

• Образует хрупкие фазы (Al-Fe-Si). Добавка марганца (0.2–0.5%) нейтрализует их вредное воздействие.

________________________________________________________________________________________________________________________

ПРИМЕРЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ СПЛАВОВ

________________________________________________________________________________________________________________________

ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ УРОЧНЕНИЯ

Лазерная обработка:

• Режим оплавления: Измельчение структуры, повышение микротвёрдости.
• Режим предоплавления: Формирование псевдоэвтектики для увеличения износостойкости.

________________________________________________________________________________________________________________________

Выводы

• Выбор сплава зависит от требований к прочности, коррозионной стойкости и температурным условиям.
• Термическая обработка (особенно закалка и старение) критически влияет на механические свойства.
• Модифицирование и контроль примесей (Fe, Si) необходимы для улучшения структуры.
• Современные технологии, такие как лазерная обработка, расширяют возможности применения ЛАС.

«Качество отливок определяется не только составом сплава, но и точностью соблюдения режимов термической обработки» — ключевой принцип металловедения.