Литейные сплавы алюминий-медь-кремний

Сплав олова и алюминия

Олово является широко распространенным металлом в природе, но также популярными есть его сплавы, такие как сплав олова и алюминия.
В соединении с оловом, чистые металлы обретают улучшенные свойства, как до процесса плавки.

В чистом виде олово используют для создания различных товаров для пищевой, легкой, авиационной, радиотехнической, текстильной и д.р. промышленности. Алюминий распространён в тепловых конструкциях, криогенной технике, легкой промышленности.

Алюминий и олово, очень разные элементы. Алюминий легкий, легкорастворимый в кислотах, поэтому процедура плавки очень непростая. Но своими положительными свойствами этот сплав часто используют в промышленности.

Система сплавов есть единственным в своем роде. Сплав стает твердый при 650 ºС, но олово до 225 ºС остается жидким. Для того чтоб ликвидировать проблему, при плавке используют большую скорость затвердевания

С развитием машинной индустрии, смесь подходит для деталей различной техники, используется для раскладки высоковольтных линий.

6% сплавы с небольшим количеством никеля и меди применяют для подшипников. Скольжение в этих соединениях предоставляет именно олово, а сами изделия становятся уникальными среди других.

Благодаря олову в самом сплаве, улучшается стойкость алюминия к коррозии, а особенно в составе с медью.

Сплав очень выгодный, так как является прочным, легким, экономичным и легко обрабатываем при низких температурах. Он легко проводит тепло и электричество, что позволяет использовать его в строительстве. Также соединение имеет высокую отражательную способность.

Несмотря на свои положительные качества, сплав алюминия и олова имеет низкий коэффициент линейного расширения.

Источник

Применение

Невысокая стоимость и хорошие характеристики материала сделали его очень популярным в различных сферах, начиная от бытовой техники и заканчивая авиастроением.

Авиастроение

Силумин получил широкое распространение в авиастроении благодаря небольшому весу и повышенной прочности. Характеристики материала позволяют использовать его в узлах и агрегатах, которые подвержены вибрациям и сильным ударам. В частности, из него может быть изготовлен корпус внутреннего прибора, кронштейны и другие важные элементы.

Авто и мото промышленность

Снижение веса автомобиля может значительно сказываться на общих характеристиках, не удивительно, что и тут высоко ценится соотношение веса и прочности силумина. Силумин применяется для изготовления кузовных элементов, картеров ДВС, в мототехнике его можно встретить даже в поршневых блоках.

Оружейное производство

В эту сферу промышленности силумин вошёл не так давно, но при этом, уже получило достаточно широкое распространение. В частности, из него делают пневматическое оружие, макеты и реплики боевого оружия, инвентарь для страйкбола и т.д.

Интересное: Холодная ковка металла своими руками

Бытовые изделия

В быту также можно встретить изделия из силумина. Изделия могут быть самыми разнообразными, начиная от мясорубок, теплообменников и запчастей для бытовой техники, заканчивая кастрюлями, сковородками и прочей кухонной утварью.

Сантехнические изделия

Комплектующие для водопроводных систем, расположенных внутри помещения крайне редко подвергаются серьёзным ударным нагрузкам. Поэтому при изготовлении смесителей, переходников, фитингов и прочих деталей сантехники широко применяется силумин.

Другие сферы

Устойчивость к коррозии и морской воде даёт возможность применять материал в судостроении, для обшивки различных конструкций из стали. Некоторые марки силумина применяются в космической отрасли.

Пайка алюминия оловом

Алюминий часто встречается при изготовлении посуды, в проводах электроустановках, корпусах различных изделий и прочих местах. Чтобы спаять алюминий использую различные виды припоев. Одним из наиболее распространенных является оловянный, так как его легче всего отыскать, а его свойства вполне подходят для получения качественного соединения. Пайка алюминия оловом проходит при помощи использования флюсов и может проводиться как в рабочих, так и в домашних условиях. Сам же припой зачастую содержит некоторые добавки, такие как цинк, который способствует лучшему спаиванию и растеканию присадочного материала.

Олово относится к легкоплавким припоям, что отлично подходит для работы с алюминием, так как температура его плавления является относительно низкой. Если применять твердоплавкие припои, то при сильном нагреве алюминий может утратить свои качества, или же вообще расплавиться раньше самого присадочного материала. Здесь может использоваться несколько способов пайки, причем одинаково эффективно.

Преимущества

• Пайка оловом алюминия обходится относительно недорого, так как себестоимость припоя является низкой;
• Материал является универсальным и подходит для работы, как с толстыми, так и тонкими заготовками;
• Припой отлично плавится при температурном воздействии и хорошо растекается по поверхности, образуя качественное соединение, проникая во все мелкие трещины и выемки;
• Благодаря низкой температуре плавления процесс проходит относительно быстро;
• Материал всегда доступен в продаже и нет проблем с его поиском и подбором.

Недостатки

• После завершения процесса готовое изделие будет иметь уже более низкую температуру плавления в месте спайки;
• Прочность соединения не рассчитана на высокие механические нагрузки;
• Пайка алюминия оловом в домашних условиях не дает столь высокого качества соединения, как другие способы соединения и может применяться преимущественно для мелкого ремонта изделий с небольшой ответственностью при эксплуатации.

Нюансы при пайке

Главной особенностью при спаивании алюминия является борьба с оксидной пленкой. Она стала самой большой проблемой, которую нужно решать еще до процесса спаивания при помощи очистки, растворителей и других методов. Пайка алюминия твердыми припоями требует четкого следования режимам, так как слишком большая температура может испортить сам металл, а слишком маленькая не даст произвести качественное соединение. При работе с большой толщиной металла пайка проводится в несколько слоев.

Сплавы трудные для литья

По сравнению с алюминиево-кремниевыми сплавами все сплавы алюминия с магнием имеют значительно больше проблем при разливке. Они требуют более тщательного проектирования литейных форм и более высокие градиенты температур при затвердевании для получения хороших отливок.

При литье этих сплавов нужно учитывать их повышенную склонность к окислению при плавлении. Это важно еще и потому, что для многих изделий из этих сплавов требуется высокое качество поверхности и дефекты, связанные с оксидами, крайне нежелательны.

Пайка алюминия обычным оловом

Если нет под рукой аргонодуговой сварки или специальных электродов, но паять алюминий нужно, то, можно обойтись и одним оловом. Изделия из алюминия являются самыми доступными и распространёнными, поэтому их часто приходится ремонтировать своими руками.

И хотя алюминий легко обрабатывается, паять его непросто. Основная проблема, возникающая при пайке алюминия, это оксидная плёнка на его поверхности. Разогретый алюминий быстро остывает, что мгновенно приводит к образованию окисей.

Поэтому в большинстве случаев для пайки алюминиевых изделий используют активные ртутные флюсы и сменные жала для паяльников. Однако если постараться, то можно запаять алюминий и обычным оловом, при помощи газовой горелки, канифоли и паяльника.

Алюминиевые сплавы

В последние годы появились новые группы алюминиевых сплавов. Это свариваемые алюминиевые сплавы. Многие десятилетия основным конструкционным свариваемым сплавом являлся сплав АМг6. Основной недостаток — низкая прочность — был устранен легированием марганцем, хромом, цирконием и железом. Большую работу в этом Направлении выполнили сотрудники МАТИ им. К.Э.Циолковского во главе с проф. И.Н.Фридляндером (р. 1913). «Новыми свариваемыми алюминиевыми сплавами являются сплавы 01911 и 01915. По сравнению со сплавом АМгб прочность этих сплавов в 1,5 раза выше, склонность к трещинообразованию значительно ниже (положительное влияние циркония).

Вторая группа — антифрикционные сплавы. Наиболее широко применяется сплав АСМ (система алюминий — сурьма — магний), содержащий 6,5 % сурьмы и 0,7 % магния. Этот сплав используется в тракторных двигателях всех типов. Успешно конкурируют с ним сплавы системы алюминий — олово, применяемые в виде биметаллических вкладышей со стальным основанием.

Со временем наука сделала шаг вперед и в области повышения жаропрочности алюминиевых сплавов. Были созданы сплавы типа САП (спеченная алюминиевая пудра) и типа САС (спеченный алюминиевый сплав). Данные сплавы получены методом порошковой металлургии (прессование и спекание частично окисленного порошка при температуре 500—600 °С и удельном давлении до 600 МПа). Напомним, что температура плавления алюминия 660 °С. Так получают сплавы типа САП. Их жаропрочность удивительна. Даже при температуре 500°С она составляет 15 МПа. Такая высокая жаропрочность для алюминиевого сплава объясняется наличием непрерывного каркаса из окиси алюминия.

Для получения САС в алюминиевую пудру добавляют кремний, железо, хром, никель и другие элементы. Технология получения изделий в основном аналогична предыдущей.

Область применения данных типов сплавов пока еще определена недостаточно четко.

В настоящее время налажено массовое производство консервных банок из алюминия. Их преимущества неоспоримы. Во-первых, сохраняются все витамины; во-вторых, консервная банка из алюминия в 2 раза дешевле жестяной; в-третьих, решается таким образом проблема переработки и использования металла вновь. В традиционных банках (железо, покрытое оловом) трудность разделения олова и железа делали переработку нерентабельной.

В художественной промышленности алюминиевые сплавы успешно заменяют бронзу. Алюминий и его сплавы хорошо полируются. В таком состоянии они достаточно коррозионностойки и декоративны. Основные области применения — крупные литые архитектурные детали и скульптуры, предметы интерьера. Кроме того, алюминий применяется и в ювелирном производстве: корпуса и браслеты наручных часов, пуговицы, подносы, цепочки. ^Качество и внешний вид изделий из алюминия значительно улучшается после гальванической художественной обработки. В основном используют анодирование или меднение. По медному слою алюминиевые изделия можно серебрить, никелировать и золотить.

Перспективно применение ткани полотно-алюминий. Такая ткань задерживает тепловые лучи, если повернута слоем алюминия к источнику тепла. «Из такой чудо-ткани можно шить куртки, комбинезоны, плащи, которые так нужны сталеварам и пожарникам, рыбакам и геологам, полярникам и туристам. Из нее можно делать и палатки, и защитные костюмы»,— так пишут о перспективах ее применения авторы книги «Металлы космической эры» Е. М. Савицкий и В. С. Клячко.

Среди сплавов на основе алюминия есть сплав, обладающий высокой пластичностью. Он содержит 22 % цинка и 78 % алюминия. При испытании на растяжение сплав показывает относительное удлинение до 100 %. Правда, это происходит при температуре 250 °С, но такое значение относительного удлинения в 20—50 раз больше, чем у остальных сплавов на основе алюминия.

В последние годы на алюминий стали смотреть не только как на конструкционный металл. Ученые Института органического катализа и электрохимии Академии наук Казахстана создали сплав алюминий — галлий — индий — олово, который, вступая в контакт с водой, растворяется с выделением водорода: 1 г сплава позволяет получить 1 л водорода^Реакция управляемая, процесс безотходный. Расходуется лишь алюминий, а остальные элементы, входящие в сплав, оседают на дно реактора. Их можно использовать повторно. Этот простой способ получения водорода должен решить несколько проблем: способствовать получению термоядерной энергии, передаче электроэнергии почти без потерь и производству горючего, безвредного для окружающей среды.

Перспективно применение алюминиевых сплавов, армированных волокнами бора, бериллия и углерода. Создание таких сплавов стало объектом особого внимания только последние 30 лет. Этого потребовала авиакосмическая техника. Особый интерес представляет углеродное волокно, для которого предел прочности составляет 21 100 МПа, а модуль упругости — 1 020 000 МПа, т. е. углеродное волокно имеет предел прочности в 10 раз, а модуль упругости в 2 раза выше, чем у осмия. А осмий среди металлов по этим показателям является «чемпионом».

Первая попытка армирования дюралюмина углеродным волокном была выполнена в 1961 г. Композиционный материал, состоящий на 40% из углеродного волокна, по прочности и модулю Юнга был соизмерим с показателями лучших высокопрочных сталей.

Из химических соединений алюминия практический интерес представляют: оксид алюминия, применяемый в производстве огнеупорного кирпича (шамота); хлорид алюминия — катализатор при переработке нефти и в различных органических синтезах; сульфат алюминия, с помощью которого очищают воду от взвешенных частиц и бактерий. Алюмокалиевые квасцы служат для дубления кожи и широко применяются в качестве протравы при окраске хлопчатобумажных тканей.

Алюминий — молодой металл, но уже сегодня, как о железе, о нем можно сказать: «Алюминий всюду — от космических аппаратов до кухонной посуды!».

Мировое производство алюминия в 1980 г. составляло более 26 млн. т, а цена 1 т дюралюминов — около 900 р., силуминов — 1200 р.

Статистика мирового производства последних 50 лет показывает, что производство алюминия возрастает в 2 раза за каждые 8—12 лет. Если заглянуть в завтра, то прогнозы о том, что к концу XX в. мировое производство превысит 100 млн. т, кажутся вполне реальными.

Пайка алюминия обычным оловом и канифолью

После того, как поверхности алюминиевых изделий обработаны камнем, на них наносится тонкий слой разогретой канифоли. Можно использовать уже готовую жидкую канифоль, а можно растопить сосновую при помощи паяльника или газовой горелки.

Далее процесс пайки алюминия мало чем отличается от пайки меди или других, цветных металлов. Для этого берётся паяльник, и разогретое олово наносится на место спаивания деталей. Можно разогревать олово горелкой, а затем втирать его жалом паяльника в алюминий.

Даже жидкое олово в виду особенностей алюминия не будет растекаться на поверхности детали. Поэтому берём паяльник и тщательно втираем олово в место соединения. При этом, как было сказано выше, из-за присутствия пыли на поверхности алюминия, разрушается оксидная плёнка.

После пайки даём деталям остыть, и проверяем соединение на прочность. И, как показывает практика, спаянное соединение алюминиевых изделий, таким образом, оказывается намного прочнее, чем из меди.

Всё это объясняется тем, что температура плавления меди намного выше, чем у алюминия. Также алюминий имеет большую способность диффузии с другими металлами.

Это наиболее простой и доступный способ соединить две детали из алюминия или «залатать» дыру. Он не требует каких-либо специальных средств и сварки. Вполне возможно, что способ окажется вполне пригодным для пайки деталей и из других цветных металлов.

Источник

Отличие силумина от других металлов и сплавов

Что бы понять, что перед вами, силумин или сталь, достаточно запомнить и обратить внимание на несколько простых вещей:

• цвет, силумин отличается серым цветом поверхности и серебристым цветом на срезе. Запомнив это можно легко отличить его от меди, бронзы или латуни. Поверхность этих металлов имеет жёлтый или красноватый оттенок;
• магнитные свойства, силумин в отличии от стали не магнитится;
• вес, силумин имеет меньший вес, чем аналогичные стальные изделия.

Интересное: Виды резьбы по металлу и их классификация

Пайка алюминия оловом: методы и правила

Алюминий представляет собой распространенный материал, из которого создают провода, посуду и многое другое. Ввиду своих особенностей алюминий от времени или других воздействий может разрушаться, что вызывает необходимость в проведении ремонтных работ. Оптимальным вариантом в этом случае является пайка, которая может осуществляться различными способами и с помощью разных элементов. Наиболее удобным способом считается использование олова для пайки алюминия.

Сплавы алюминий-магний

Алюминиево-магниевые сплавы являются однофазными бинарными сплавами с уровнем прочности от среднего до высокого и хорошими вязкими свойствами. То, что они являются однофазными, означает, что они не способны повышать свою прочность в результате термической обработки.

Главная особенность этих Al-Mg сплавов состоит в их высокой коррозионной стойкости, в том числе, в морской воде и морской атмосфере. Самая высокая коррозионная стойкость достигается при минимуме примесей – и твердых, и газообразных. Поэтому эти сплавы изготавливают из высококачественных металлов и с особенной тщательностью при его выплавке и разливке. Эти сплавы хорошо свариваются и часто применяются в строительстве для декоративной отделки. Алюминиево-магниевые сплавы легко обрабатываются резанием и имеют привлекательный вид после анодирования.

Особенности

Алюминий представляет собой металл, обладающий достаточной плотностью, но при этом имеющий небольшой вес. Именно эти преимущества позволили так широко применять данный материал для изготовления посуды. Процесс эксплуатации изделий из алюминия несложный, но время от времени возникают ситуации, когда необходимо ликвидировать трещину, дырку или припаять части посуды. Помимо кухонной утвари, из алюминия делают проволоку, с которой удобно работать ввиду ее мягкости, но хорошей прочности.

Минус у такой проволоки только один – ее очень трудно паять.

Большую часть металлов можно нагреть и спаять, но алюминий представляет собой особое вещество, окисляющееся при контакте с воздухом и покрывающееся оксидной пленкой, поверх которой не ложится ни один металл. Чтобы спаять данный материал, нужно подобрать подходящий флюс.

Флюс – это вещество или несколько компонентов, при помощи которых удается изъять оксиды из металлов, которые нужно спаять. Благодаря органическим и неорганическим соединениям флюсов получится снять поверхностное натяжение и улучшить растекание жидкого припоя. Кроме того, он позволяет защитить материал от действий окружающей среды.

Поскольку алюминий представляет собой необычный металл, то и флюс для него стоит искать особенный. Пайка алюминия оловом считается наиболее простым и удобным вариантом, при котором можно получить желаемый результат. К достоинствам использования олова для плавки алюминия можно отнести:

• невысокую цену материала;
• возможность использования олова для деталей с разной толщиной;
• высокую скорость плавления и способность покрыть всю поверхность алюминиевой детали, на которой проводятся работы;
• низкую температуру плавления, что позволяет быстро справляться с задачей;
• общедоступность олова.

Свойства силумина

Силумин имеет свойства, которые сделали его очень популярным материалом на современном рынке. Он достаточно прочен и надёжен, а невысокая стоимость и удобство изготовления сложных элементов, часто делают этот материал незаменимым. Рассмотрим более подробно его свойства.

Интересное: Как обозначается шероховатость поверхности на чертеже — классы и ГОСТ

Химические свойства

Силуминовый сплав схож по своим химическим свойствам с чистым алюминием, всё зависит лишь от количества примесей. Например, в отличии от дюралюминия силумин не подвержен коррозии в условиях повышенной влажности, в том числе и морской воде.

Физические свойства

Силумин по своим физическим свойствам часто сравнивают с нержавейкой, но при этом он гораздо легче. Сплав обладает следующими физическими свойствами:

• прочность материала мало уступает стальным аналогам. Добиться соотношения небольшого веса и высокой прочности становится возможным более низкой по сравнению со сталью плотностью сплава;
• внешне силумин очень похож на чистый алюминий, цвет изделий – серый, а в разрезе – серебристый;
• материал обладает высокой текучестью, что позволяет изготавливать из него изделия сложной формы;
• температура плавления силумина – относительно невысокая, и составляет около 700 °С;
• вместе с отличной прочностью, силумин имеет высокую хрупкость;
• силумин не магнитится.

Механические свойства

Механические свойства напрямую зависят от химического состава сплава, и процесса его изготовления. Главными механическими характеристиками силумина можно считать:

• хрупкость, при обработке материал может крошиться;
• высокая плотность;
• невысокая микротвёрдость.

Литейные свойства

Алюминиево-кремниевые сплавы отлично подходят для изготовления литых изделий. При этом, материал обладает высокой удельной прочностью, небольшим весом и устойчивостью к коррозии. Дополнительным преимуществом является невысокая стоимость готового изделия.

Несмотря на явные преимущества у силумина есть и недостаток – повышенная газовая пористость, однако современные технологические процессы дают возможность устранить эту особенность в процессе литья.

Методы

В процессе расплавления алюминия оловом возникает оксидная пленка, которую можно убрать лишь с помощью растворителей или металлических щеток. Чтобы правильно расплавить основной металл, нужно правильно выбрать температурный режим. При высоких показателях будет разрушаться алюминий, при низких – не получится качественно спаять материалы.

Существует несколько методов пайки оловом.

1. С использованием газовой горелки, которая крепится шлангом к баллону, что дает возможность регулировки мощности поступающего газа. Температуру огня можно отрегулировать изменением давления внутри баллона.
2. С использованием бензиновых горелок. Применяется для соединения тонких слоев металла ввиду невозможности менять и повышать температуру пламени.
3. С использованием паяльника. Для работы необходимы дополнительные материалы, такие как канифоль. Паяльник нужно разогреть до той температуры, которая расплавит и канифоль, и олово.

Для подобной работы необходимо использовать флюс для алюминия Ф-59А, Ф-61А и активный флюс для пайки алюминия. При расплавлении металла нужно иметь при себе такие инструменты:

• растворитель;
• щетка из металла;
• паяльник или горелка;
• инструмент для резки;
• флюс.

При наличии всего необходимого можно приступать к работе.

Роль магния и кремния в сплавах 6060, 6063 и АД31

• Алюминиевый сплав 6060, а также
• алюминиевый сплав 6063 и
• их аналог – алюминиевый сплав АД31

являются типичными термически упрочняемыми алюминиевыми сплавами. Они достигают своей прочности за счет термической обработки, а не деформационного упрочнения. Ключевыми элементами этих алюминиевых сплавов являются магний (Mg) и кремний (Si), которые образуют частицы Mg2Si. Эти частицы могут принимать несколько форм, которые обычно объединяют в три основных категории:

• β”-Mg2Si – самые мелкие частицы Mg2Si, которые имеют стержневидную форму и вносят основной вклад в прочностные свойства, когда имеют большую плотность распределения;
• β’-Mg2Si – укрупненная версия стержневидных выделений, которые вырастают из β”-категории. Эти частицы дают пренебрежимо малый вклад в повышение прочностных свойств;
• β-Mg2Si – самые крупные частицы Mg2Si, которые имеют кубическую форму и из-за своих больших размеров не дают никакого вклада в повышение прочностных свойств.

Большинство алюминиевых сплавов серии 6ххх, в которую входят сплавы 6060, 6063 и АД31, «сконструированы» так, чтобы иметь сбалансированные («стехиометрические») содержания магния и кремния, то есть в тех пропорциях, в которых они содержатся в силициде магния Mg2Si. На рисунке ниже показана граничная линия для сбалансированного химического состава.

Рисунок 1 – Сравнение химического состава алюминиевых сплавов 6ххх

Избыток кремния предпочтительнее, чем избыток магния по следующим причинам:

• избыточный магний не дает прироста прочностных свойств готового изделия;
• избыточный магний повышает напряжение течения сплава и делает прессование сплава более трудным;
• избыточный кремний повышает эффективность искусственного старения и таким образом повышает прочностные свойства готового изделия