Характеристика силумина: состав, свойства, применение сплава
Использование металлического алюминия и его сплавов в последние несколько десятилетий значительно выросло. Однако одним из сдерживающих этот рост факторов является недостаточная твёрдость и прочность таких сплавов. Проблема решается, когда в обоснованных случаях использовать силумин – сплав алюминия с кремнием.
Силуминовые изделия легко получать, а наличие в их составе кремния 98 %-ной чистоты приводит к улучшению химических характеристик продукта.
Что это за материал?
Химсостав силуминов отечественного производства определяется ГОСТ 1583-93. Рассматриваемые сплавы (алюминий – основа) содержат:
-
Кремния, % – 10…13;
-
Железа, % - 0,35…0,70;
-
Марганца, % - 0,03…0,50;
-
Титана, % - 0,03…0,25;
-
Меди, % - 0,02…0,03;
-
Цинка, % - 0,04…0,08.
Важно: в силуминах, которые используют для изготовления пищевой посуды и другой продукции аналогичного назначения, ограничивается содержание токсичных химических элементов – мышьяка (не выше 0,015 %), свинца (не более 0,15 %) и бериллия (не выше 0,0005 %).
Силумины имеют меньший вес, чем обычный алюминий или другие конкурирующие с ним, в частности, сталь или титан. Добавление кремния высокой чистоты обеспечивает металлу более низкие значения коэффициента теплового расширения, улучшая жидкотекучесть литейного расплава. Наконец, кремний уменьшает усадку в процессе затвердевания сплава, добавляя ему пластичности и прочности.

Свойства силумина
Как правило, производство отливок из силумина включает несколько этапов:
-
Плавление металла;
-
Заливка расплава в форму;
-
Охлаждение отливки с использованием различных охлаждающих сред, включая воздух.
Алюминиево-кремниевые сплавы образуют бинарную эвтектику при 11,7% кремния с температурой плавления 577 °C, причем две фазы представляют собой твердые растворы кремния в алюминии - максимум 0,8% при комнатной температуре. Интерметаллических соединений нет. Для улучшения эвтектики и повышения прочности за счет улучшенного дисперсионного твердения иногда в силумины добавляют небольшое количество натрия. Железо, даже в небольших количествах, может серьёзно ухудшить ударную вязкость сплавов, поэтому для уменьшения этого эффекта при литье добавляют повышенное количество марганца.
Особо высокой жидкотекучестью характеризуется силумин, состав которого содержит повышенный процент меди. Легированная медь с добавлением магния и никеля повышают степень дисперсионного твердения, что улучшает свойства силуминов при повышенных температурах.
Химические свойства
Остановимся только на свойствах ключевых элементов, которые в незначительном количестве присутствуют практически во всех марках алюминиево-кремниевых сплавов, хотя и не определяются стандартами. Ими являются медь, натрий и стронций.
Медь используется для дисперсионного твердения силуминов, если это необходимо. По возможности стараются избегать значительного количества железа, поскольку оно может образовывать пластинчатые выделения, которые охрупчивают отливку и могут блокировать поток жидкого металла в кристаллизаторе.

Стронций, если он добавлен намеренно, помогает изменить форму кремния, как и натрий. Однако эффекты натрия относительно быстро исчезают, когда жидкий металл выдерживают при температуре в течение длительного периода перед затвердеванием. Переизбыток стронция приводит к большей пористости в окончательной отливке.
Кремний образует зародыши на частицах фосфида алюминия, присутствующих в расплаве в виде примесей. Добавление небольшого количества натрия в расплав поглощает фосфор, что затрудняет образование кремния. Таким образом, затвердевание подавляется до более низких температур, когда скорость зародышеобразования велика. Это приводит к значительному улучшению микроструктуры.
Физические свойства
Силумины состоят из мягкой сплошной матрицы (твёрдого раствора алюминия), которая содержит включения кремния различной морфологии. С увеличением количества таких включений твёрдость сплава возрастает. Коэффициент интенсивности напряжений зависит от упругости и пластичности матрицы и размера частиц хрупкой фазы.
Внутренние напряжения в структуре не зависят от температуры и выражают взаимодействие между дислокациями, выделениями.
Важно: степень дисперсности микроструктуры (в частности, размеры включений кремния) определяет её стойкость к внешним нагрузкам.
Увеличение прочности мягкой матрицы может быть достигнуто вследствие её упрочнения точечными дефектами, которые определяют силу межатомных связей в решетке кремния. В частности, имеют значение силы взаимодействия между двухфазной микроструктурой хрупкого, но твёрдого кремния и частицами, которые составляют мягкую и пластичную алюминиевую матрицу.
Снижение риска хрупкого разрушения в многофазных областях может реализовываться только за счет снижения интенсивности напряжений, на которые влияет концентрация частиц кремния и количество микрообластей, склонных к зарождению трещин. Поэтому при назначении режимов термообработки важны степень разрушения кремниевых включений и их сфероидизация.

Механические свойства
Силумин – что это за материал и каковы его эксплуатационные свойства? Во многом они зависят от свойств кремния. Этот элемент имеет кристаллическую структуру алмаза и, следовательно, очень хрупкий. Поэтому большие пластины кремния ухудшают механические свойства. Они могут быть улучшены за счёт применения более совершенной технологии литья и процессов термообработки, которые обеспечивают:
-
Повышение прочности мягкой матрицы
-
Снижение риска хрупкого разрушения в многофазных областях.
-
Повышение степени дисперсности дендритной структуры.
Положительные механические свойства силуминов проявляются в превосходной стойкости к износу и коррозии, низким коэффициентам теплового расширения и в высокой прочности.

Добавление композитов улучшает механические свойства данных сплавов в части повышения прочности на разрыв, модуля упругости, твёрдости, ударной вязкости, сопротивления и прочности на сжатие. Установлено, что для улучшения качественных характеристик алюминиево-кремниевых литейных сплавов для литья (при одновременном снижении температуры плавления) в состав исходного сырья необходимл вводить нанодобавки.
Литейные качества
Силумины легируются кремнием для простоты литья. Это связано с тем, что кремний увеличивает текучесть расплава, снижает температуру плавления, уменьшает усадку, связанную с затвердеванием, и в качестве сырья является очень дешёвым.
Кремний также имеет низкую плотность (2,34 г/ см3), что может быть преимуществом в снижении общего веса литой заготовки. Данный химический элемент имеет очень низкую растворимость в алюминии; поэтому он осаждается в виде практически чистых частиц, которые улучшают сопротивление истиранию.
Большинство силуминов образуют эвтектику при 11,7 % кремния, температура эвтектики составляет 577 oC. Такие температуры обуславливают высокую жидкотекучесть сплавов и малые затраты на образование расплава.
Области применения
Силумины используют:
-
В автомобильной промышленности, в частности, для замены стали в рамах автомобилей с электроприводом;
-
В авиации и железнодорожном транспорте, где они снижают аэробное трение, улучшают скорость подвижного состава, уменьшают затраты на топливо;
-
В строительстве, где меньшая плотность силуминов способствует снижению веса конструкций;
-
В пищевой промышленности, поскольку простота изготовления кухонной посуды уменьшает итоговые производственные затраты.
Важно: несмотря на свою термостойкость сварка силумина ограничена, поскольку эффективное соединение деталей может быть обеспечено лишь при сварке в аргоне или в других инертных газах. Но из-за высокой текучести и низкой чувствительности к жаростойкости данные сплавы обычно используются в качестве присадочного металла для сварных швов.
Особенности маркировки
Маркировка силуминов отечественного производства описана в ГОСТ 1583-93. Вначале идут буквы АК, которые определяют наличие алюминия и кремния соответственно. Затем следует число, указывающее на процент кремния, как дополнительного компонента в сплаве. После цифр могут вводиться дополнительные обозначения, касающиеся степени химической чистоты сплава, наличия дополнительных компонентов или указывающие на способ литья. Список таких обозначений лимитирует ОСТ 48-178.
Школьная программа без скуки: смысл произведений за 3 минуты, тесты на знание классики и ловушки русского языка. Короткие статьи, которых нет на сайте.
Перемена: игры на пять минут
Все тесты
- Английский язык
- Биология
- Химия
- География
- Окружающий мир
- История
- Русский язык
- Литература
- Биографии
- Краткие содержания
- Анализ стихотворений
- Орфография
- Правоведение
- Пунктуация
- Математика
- Подготовка к ЕГЭ
- Помощь студенту
- Физкультура
- Экономика
- ОБЖ
- Сочинения
- Обществознание
- Стихи
- Физика
- Информатика
- Религия
- Фонетический разбор
- Тест на тему To be going to: значение, правила употребления 5 вопросов
- Тест на тему Конструкция go on: значения, правила употребления, примеры 5 вопросов
- Тест на тему Be familiar with: значение и правила употребления 5 вопросов
- Тест на тему Британский vs американский английский: в чем разница? 5 вопросов
- Тест на тему Be mad about - как переводится и как использовать в речи 5 вопросов
- Тест на тему Be hooked on в английском языке: значение и примеры предложений 5 вопросов
- Тест на тему История сибирской язвы и как она стала оружием 5 вопросов
- Тест на тему Что такое “железное легкое” и как жилось узникам аппарата 5 вопросов
- Тест на тему Суть и методы клеточной инженерии 5 вопросов
- Тест на тему Злаковые растения - общая характеристика, признаки и список представителей 7 вопросов
- Тест на тему Семейство бобовые - общая характеристика, строение и представители 7 вопросов
- Тест на тему Суровый климат тайги: особенности, влияние на природу 10 вопросов
- Тест на тему Острова и полуострова Зарубежной Европы 10 вопросов
- Тест на тему Уровень урбанизации Африки: города растут, вызовы множатся 5 вопросов
- Тест на тему Уровень и особенности урбанизации Канады 5 вопросов
- Тест на тему Как найти полярную звезду и зачем ее искать? 5 вопросов
- Тест на тему Что нужно знать про контурные карты 5 вопросов
- Тест на тему Сколько в нашем мире языков? 10 вопросов
- Тест на тему Золото: сколько его осталось на планете и что это значит для нас? 10 вопросов
- Тест на тему Русские по всему земному шару: сколько нас на самом деле? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире фамилий? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире самолетов? 10 вопросов
- Тест на тему Сколько всего в мире денег? 10 вопросов
- Тест на тему Команда реформ: сподвижники Петра I 10 вопросов
- Тест на тему Экономика и управление: реформы Афанасия Ордина-Нащокина 10 вопросов
- Тест на тему Положение крестьян и указ Павла I о трехдневной барщине 10 вопросов
- Тест на тему Программа Южного общества и декабрист П. И. Пестель 10 вопросов
- Тест на тему Комитет общественного блага или Негласный комитет 10 вопросов
- Тест на тему Планы переустройства России: «Конституция» Муравьева 10 вопросов
- Тест на тему Как выполнить разбор наречия по составу 5 вопросов
- Тест на тему Правила правописания суффиксов наречий 5 вопросов
- Тест на тему Морфологический признак наречий: неизменяемость 5 вопросов
- Тест на тему Чем отличаются и как найти тему и рему в тексте? 5 вопросов
- Тест на тему Способы и примеры образования наречий 5 вопросов
- Тест на тему Особенности и применение составных предлогов 5 вопросов
- Тест на тему История создания рассказа «Матренин двор» А. Солженицына 5 вопросов
- Тест на тему История создания песни «Смуглянка» 5 вопросов
- Тест на тему История создания поэмы “Кому на Руси жить хорошо” Н. Некрасова 5 вопросов
- Тест на тему История создания романа “Как закалялась сталь” Н. Островского 5 вопросов
- Тест на тему История создания оперы М. Глинки «Иван Сусанин» 5 вопросов
- Тест на тему История создания знаменитой песни “Катюша” 5 вопросов
- Тест на тему Биография Владимира Вольфовича Жириновского 5 вопросов
- Тест на тему Биография поэта и писателя Льва Рубинштейна 5 вопросов
- Тест на тему Биография президента Белоруссии Александра Лукашенко 5 вопросов
- Тест на тему 10 интересных фактов про Афанасия Фета 5 вопросов
- Тест на тему 10 интересных фактов про Ивана Тургенева 5 вопросов
- Тест на тему Биография писателя и поэта Вячеслава Урюпина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание повести «А тем временем где-то» А. Алексина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание комедии «Мнимый больной» Жана-Батиста Мольера 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание комедии “Доходное место” А. Островского 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание новеллы “Падение дома Ашеров” Эдгара По 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание рассказа “Крепкий мужик” В. Шукшина 5 вопросов
- Тест на тему Краткое содержание пьесы «Золотая карета» Л. Леонова 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Каким бы малым ни был...” К. Кулиева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения «Цицерон» Ф. Тютчева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Поэт” М. Лермонтова 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Пора, мой друг, пора” А. Пушкина 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения «Шестое чувство» Н. Гумилева 5 вопросов
- Тест на тему Анализ стихотворения “Юбилейное” В. Маяковского 5 вопросов
- Тест на тему Особенности раздельного написания местоимений с предлогами 5 вопросов
- Тест на тему Правописание падежных окончаний прилагательных 5 вопросов
- Тест на тему Правописание слов с непроверяемой безударной гласной в корне 5 вопросов
- Тест на тему Нужно ли ставить запятую к фразе - "с уважением"? 5 вопросов
- Тест на тему «Во-вторых» или «во вторых» – как правильно пишется? 5 вопросов
- Тест на тему "Нету" или "нет" - как правильно писать и говорить? 5 вопросов
- Тест на тему Что нужно сдавать на бухгалтера? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на пилота 5 вопросов
- Тест на тему Какие экзамены нужно сдавать на фотографа? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на хореографа? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на актера? 5 вопросов
- Тест на тему Какие предметы нужно сдавать на режиссера? 5 вопросов
- Тест на тему Реферат по физкультуре на тему: «Здоровое питание» 5 вопросов
- Тест на тему История развития лыжного спорта в разных странах - классификация и интересные факты 6 вопросов
- Тест на тему Важность самоконтроля при занятиях спортом 5 вопросов
- Тест на тему Как выполняются прыжки через козла? 5 вопросов
- Тест на тему Что такое здоровый образ жизни? 5 вопросов
- Тест на тему Как правильно выполнять кувырки? 5 вопросов
- Тест на тему Образ Шарикова в повести «Собачье сердце» М. Булгакова 5 вопросов
- Тест на тему Образы героев в повести «Невский проспект» Н. Гоголя 5 вопросов
- Тест на тему Московские главы в романе «Мастер и Маргарита» Булгакова 7 вопросов
- Тест на тему Описание образа бирюка из рассказа И. Тургенева 7 вопросов
- Тест на тему Образы героев в романе «Отцы и дети» И. Тургенева 7 вопросов
- Тест на тему Образы героев в повести «Котлован» А. Платонова 7 вопросов
- Тест на тему "Банты" - как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Конечно же» - выделяется ли слово запятыми? 5 вопросов
- Тест на тему «Подчеркивать» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Лифты» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Строку» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов
- Тест на тему «Апостроф» – как правильно ставить ударение в слове? 5 вопросов

