Отливки алюминиевых сплавов

Когда слышишь ?алюминиевые сплавы?, первое, что приходит в голову — лёгкость и коррозионная стойкость. Но на практике всё упирается в то, как именно ты подошёл к литью. Сплавы алюминия — это не просто расплавленный металл, а целая история о том, почему одна партия прошла ОТК, а другая пошла в утиль.

Основные ошибки при выборе сплава

Многие до сих пор путают литейные и деформируемые сплавы. Силумины — это одно, а дюрали — совсем другое. Если взять для литья под давлением Д16, получишь трещины ещё до того, как форма остынет. Самый частый косяк — неверный подбор марки сплава под конкретные нагрузки. Видел, как заказчик настоял на АК12, хотя деталь должна была работать при вибрации. В итоге — разрушение через месяц.

Здесь важно не только содержание кремния, но и мелочи вроде примесей железа. Превысил железо выше 0,8% — жди хрупкости. Приходилось объяснять технологам, что даже 0,1% меди в АЛ9 резко меняет поведение сплава в форме. Особенно если речь идёт о тонкостенных отливках.

Кстати, по поводу тонких стенок. На отливках алюминиевых сплавов для электроники часто экономят на массе, уменьшая толщину до 2-3 мм. Но если не добавить модификатор (скажем, стронций), вместо равномерной структуры получишь игольчатый силумин с трещинами по границам зёрен.

Технологические нюансы литья под давлением

Литьё под давлением — это не просто ?залил и вынул?. Скорость прессования, температура пресс-формы, выдержка под давлением... Однажды настраивали машину для корпусов приборов, и оказалось, что при скорости поршня меньше 0,5 м/с появляются раковины в рёбрах жёсткости. Увеличили — пошли газовые поры. Пришлось подбирать компромисс с подогревом формы до 220°C.

Особенно сложно с пресс-формами для алюминиевых сплавов. Сталь для формы должна держать до 500°C без отпуска, иначе через 10 тысяч циклов начинается искривление направляющих. Мы как-то заказали форму у сторонней компании — сэкономили, а через полгода пришлось переделывать самим, потому что посадки разбились.

Ещё момент — смазка форм. Силиконовые разделители иногда дают плёнку на отливке, которую потом не возьмёт анодирование. Пришлось переходить на водно-графитовые составы, хотя они и дороже. Но зато брак по поверхности упал с 15% до 3%.

Проблемы термообработки

Закалка алюминиевых отливок — отдельная головная боль. Если для проката всё более-менее предсказуемо, то в литье из-за неоднородности структуры могут быть участки с разной скоростью охлаждения. Как-то попробовали ускорить закалку для АК7ч — получили коробление на плоских панелях. Вернулись к старому методу: нагрев до 515°C, выдержка 6 часов, охлаждение в воде 60°C.

Искривление после термообработки — обычное дело. Особенно для длинных профильных отливок. Пришлось разрабатывать правку в горячем состоянии, но и это не панацея. Иногда проще изменить конструкцию литниковой системы, чтобы остаточные напряжения шли в менее ответственные зоны.

Со старением тоже не всё однозначно. Естественное старение (Т1) даёт стабильность размеров, но низкую прочность. Искусственное (Т6) — прочность выше, но если передержать при 180°C, пластичность падает ниже нормы. Для ответственных деталей иногда применяем Т62 — двойное старение, но это уже для спецзаказов.

Контроль качества: между теорией и цехом

Ультразвуковой контроль для алюминиевых отливок — вещь капризная. Крупнозернистая структура после литья даёт такое рассеяние, что дефекты размером до 2 мм могут быть не видны. Пришлось комбинировать с рентгеном, особенно для тонкостенных изделий.

Механические испытания — отдельная тема. Предел прочности на образцах-свидетелях часто не соответствует реальной детали из-за разной скорости охлаждения. Теперь берём пробы непосредственно из припусков на обработку — так надёжнее.

Химический анализ — без этого никуда. Спектрометр — хорошо, но для контроля легирования используем старый добрый метод — пробу на излом. По структуре излома опытный мастер сразу скажет, есть ли пережог или недолив.

Опыт сотрудничества со специализированными компаниями

Когда нужны были отливки алюминиевых сплавов с особыми свойствами (высокая теплопроводность + прочность), обратились в ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии?. Их подход к подбору композиций впечатлил — не просто продают сплав, а рассчитывают режимы литья под конкретную деталь. Сайт https://www.lianxin-metal.ru стал для нас настольной книгой по техпроцессам.

Особенно полезным оказался их опыт в комбинированных материалах. Медно-алюминиевые композиты для теплоотводов — это то, что нам как раз требовалось для нового проекта. Правда, пришлось повозиться с режимами пайки, но это уже наши проблемы.

Что интересно, они одни из немногих, кто нормально работает с бериллиевыми бронзами и алюминиевыми сплавами в одном техпроцессе. Это редкость, обычно компании специализируются на чём-то одном. А здесь — полный цикл от подбора материала до покрытий.

Перспективы и тупиковые ветви

Последнее время много экспериментируем с литьём по выплавляемым моделям для сложнопрофильных деталей. Точность выше, но стоимость производства растёт в разы. Для серийных изделий пока невыгодно, хотя для прототипов — идеально.

Пробовали вакуумное литьё — да, нет пор, но производительность падает катастрофически. Для массового производства не вариант, разве что для аэрокосмической отрасли, где каждый грамм на счету.

Интересное направление — литьё с подогревом формы до температур, близких к температуре плавления сплава. Структура получается мелкозернистой, почти как у деформированных сплавов. Но энергозатраты такие, что экономически оправдано только для премиум-сегмента.

В целом, отливки алюминиевых сплавов — это постоянный поиск компромисса между стоимостью, качеством и сроком службы. Теория — это одно, а когда видишь, как из-за мелочи в 0,2% магния вся партия идёт в переплавку — понимаешь, что в этом ремесле мелочей не бывает.