Силумин представляет собой сплав, состоящий из алюминия, кремния, железа, меди, марганца, кальция, углерода и других элементов. Благодаря присутствию в составе легирующих компонентов меняются характеристики материала: увеличивается его твердость и устойчивость к износу, улучшаются литейные свойства. Материал чаще всего используется при производстве деталей летательных аппаратов и автомобилей. Также он может применяться в медицине при изготовлении имплантов и протезов и в других отраслях.
Из чего состоит сплав?
Различные виды силумина могут иметь разный химический состав. Как правило, сплав включает алюминий и кремний. Последний, в свою очередь, позволяет сделать материал более прочным. Содержание кремния чаще всего составляет порядка 10%. Другие типы сплавов имеют повышенные прочностные характеристики за счет более высокого содержания кремния — 20%.
Кроме того, используются другие материалы, которые могут включать:
- магний и кремний — такие сплавы используются при производстве деталей кузова транспортных средств;
- олово — в сочетании с алюминием применяется для производства литых подшипников;
- магний — совместно с алюминием позволяет получить износостойкий материал, который не меняет характеристики под воздействием агрессивных веществ, благодаря чему может использоваться при проведении строительно-отделочных работ.
Основные свойства материала
В отличие от дюралюминия, силумин характеризуется устойчивостью к коррозии и высоким уровнем пластичности. Это значительно облегчает процесс его обработки. Также силумин отличается небольшим весом и отличными декоративными свойствами. Из него изготавливаются автомобильные запчасти, детали и комплектующие для мотоциклов, интерьерные изделия и т. д.
Важно учитывать, что материал имеет повышенную окислительную активность. Это ухудшает его свариваемость. Виды силумина с высоким содержанием цинка совсем не могут свариваться: при повышении температуры показатели хрупкости приобретают критические значения. Сварке поддается литейный силумин, в составе которого содержится от 5% до 22% кремния. Чтобы обеспечить дополнительную защиту, при сваривании элементов из таких материалов применяются инертные газы (например, аргон).
По химическим свойствам силумин приближен к алюминию. Различия зависят от состава и дополнительных элементов. Материал отличается устойчивостью к коррозии, повышенной влажности и агрессивным средам.
Среди физических свойств силумина можно выделить следующие:
- Прочность. По прочностным характеристикам материал уступает стали. При этом он отличается небольшим удельным весом, что дает возможность облегчать изготовленные из него изделия.
- Визуальная схожесть с алюминием.
- Текучесть. Благодаря этому свойству силумин используется при изготовлении деталей со сложной конструкцией.
- Плавление при температуре +700 °С.
К механическим свойствам силумина относятся:
- Хрупкость, в результате чего материал может разрушаться в процессе обработки.
- Повышенная плотность.
Отдельно стоит сказать о литейных свойствах силумина. Этот материал активно используется при изготовлении изделий литьем. Главный недостаток таких сплавов — повышенная газовая пористость. При этом его можно нивелировать в процессе отливки изделий.
Возможности использования
Областей применения материала множество. Благодаря прочности силумин используется в авиастроительной и автомобилестроительной промышленности. Сравнительная легкость делает его подходящим материалом для производства страйкбольного оружия. Также силумин применяется при изготовлении посуды, сантехнических элементов и т. д.
Авиастроительная отрасль
Чтобы воздушное судно могло подняться в воздух и при этом обеспечить топливную экономичность, важно, чтобы его детали были выполнены из легких материалов, которые при этом отличаются высокой прочностью. Силумин в полной мере соответствует этим параметрам. Применение этого сплава в авиастроении позволяет получить существенную экономию горючего и повысить показатели грузоподъемности.
Сравнительно небольшой вес и пониженная склонность к образованию пустот при усадке делает силумин подходящим вариантом для производства конструкций, которые будут эксплуатироваться в условиях температурных перепадов и регулярных ударных нагрузок. Например, материал марки АЛ2 применяется для изготовления кронштейнов и корпусов оборудования. Сплавы марок АЛ9 и АЛ34 используются при производстве поршней с галерейным охлаждением, насосов и т. д.
Изготовление сантехнической продукции
Материал используется при изготовлении смесителей, фитингов, переходников, гаек, ниппелей и т. д. Такие элементы используются в составе конструкций, которые не испытывают существенные нагрузки. Это связано с пористостью и зернистой структурой материала. Из-за хрупкости такие сплавы могут растрескиваться под воздействием сильных вибрационных нагрузок.
Автомобилестроительная отрасль
Отличные прочностные характеристики и небольшой вес делает силумин подходящим материалом для производства транспортных средств (автомобилей, мотоциклов). Масса деталей ТС напрямую влияет на их эксплуатационные свойства (легкость управления, топливная экономичность и т. д.). Применение силумина позволяет улучшить эти характеристики.
Сплав АЛ 34 используется при производстве деталей автомобилей и мототехники. Так, к примеру, из него изготавливаются картеры двигателей внутреннего сгорания, поршни, блоки цилиндров.
Производство пневматического оружия
В последнее время силуминовые сплавы стали активно использоваться при производстве элементов пневматического оружия. Материал применяется при изготовлении винтовок для страйкбола, пневматических копий известных моделей оружия и т. д. Востребованность силумина в этой сфере обусловлена его выгодной стоимостью, небольшим весом и хорошими литейными свойствами.
Производство бытовых товаров
Из силумина изготавливается теплообменное оборудование, запорная арматура, элементы бытовой техники. Также этот материал применяется при производстве кухонных принадлежностей (сковороды, кастрюли, прессы для овощей и многое другое).
Наряду с перечисленными выше отраслями, силумин находит применение и в других сферах. В кораблестроительной отрасли этот материал используется для производства частей обшивки, которые в дальнейшем фиксируются на несущие конструкции из чугуна и стали. Также силумин применяется в авиакосмической промышленности.
Маркировка силуминовых сплавов
Силуминовые сплавы маркируются согласно международной системе стандартизации ISO. Рассмотрим на примерах:
- АК 15 — буквы указывают на то, что в основе сплава — алюминий и кремний. Цифрой обозначается процентное содержание кремния.
- АЛ 9 — буквы указывают на наличие в сплаве алюминия и лития. Цифра показывает, каково содержание лития.
Если сплав содержит другие металлы, маркировка включает соответствующую ему букву и цифру, которая указывает на его содержание. Например:
Маркировка АК 15 Ц8 указывает на то, что наряду с алюминием и 15% кремния в сплаве содержится также 8% цинка.
Наряду с международной системой стандартизации ISO используется также маркировка, утвержденная Алюминиевой Ассоциацией. В ней указывается система легирования, порядковый номер сплава, химический состав и чистота.
Типы сплавов силумина
В производстве сегодня применяются:
- Сплавы, содержащие менее 10% кремния. В них также могут быть включены магний, марганец, медь.
- Сплавы, содержащие от 10% до 20% кремния. Они считаются наиболее износостойкими.
- Сплавы с содержанием цинка, титана и других веществ.
Процентное содержание элементов может варьироваться в зависимости от эксплуатационных особенностей будущих изделий. По этому параметру можно условно поделить силуминовые сплавы на 2 большие группы:
- Сплавы, предназначенные для производства изделий в условиях повышенного давления. Они содержат большое количество легирующих компонентов, отличаются устойчивостью к сильным температурным колебаниям и воздействию нагрузок.
- Сплавы, предназначенные для эксплуатации в более щадящих условиях. Среднее содержание кремния в них — 10–12%.
Особенности производства
Активное развитие металлургической промышленности способствует появлению новых технологий производства сплавов с уникальными характеристиками для решения различных задач. Продолжают совершенствоваться и стандартные технологические методы. Согласно классической технологии, силумин изготавливается путем переплавления алюминия, который смешивается с кремнием в определенном процентном соотношении.
Кроме того, используется технология производства силумина посредством восстановления золы от бурого угля, которая остается после его сжигания на ТЭС. Смесь золы, которая содержит кремний, с криолитом перерабатывается в электролизере. В составе золы также содержатся другие компоненты (например, железо), но они не влияют на свойства сплава.
Ремонт силуминовых изделий
Ввиду хрупкости изделия из силумина могут повреждаться под воздействием больших нагрузок. При этом существующие методы восстановления позволяют вернуть деталям прежние характеристики. Для ремонта используется склеивание, пайка, сваривание.
Сваривание
Сварка силумина собственными силами — непростая задача. Для получения качественного результата лучше обратиться к специалистам. В процессе нагревания на свариваемой поверхности образуется слой оксидов, который ухудшает соединение. Это существенно осложняет процесс. Чтобы избежать такого эффекта, сварка осуществляется в аргоновой среде. Инертный газ не дает сплаву контактировать с кислородом.
Сваривание производится поэтапно. Необходимо:
- Выполнить подготовку электродов вольфрамовыми стержнями и специальный припой.
- Удалить с поверхности жир и надежно зафиксировать элементы, которые будут свариваться.
- Подложить пластину из стали, которая будет выполнять теплоотводящую функцию.
- Разогреть элемент до температуры + 220 °C.
- Использовать для сваривания ток.
Пайка
В ситуации, когда требуется ремонт силуминовых изделий, которые используются в условиях нагрузок, осуществляется пайка. Для работы нужен паяльник либо газовая горелка, которая поможет разогреть соединяемые элементы. Область вокруг зоны пайки закрывается специальными пластинами, которые защищают прилегающую часть от температурного воздействия. Температура при пайке может повышаться до 600 градусов. Убрать оксидную пленку помогает специальный флюс.
Склейка
Для склейки необходим клей для алюминия, который разводится до определенной консистенции. Склеиваемые части должны иметь обезжиренную поверхность, которая полностью очищена от загрязнений. На нее наносится слой клея, а затем соединяемые элементы плотно прижимаются друг к другу. Для схватывания клеящего состава изделие рекомендуется поместить под пресс и оставить на сутки. Склейка подходит для ремонта деталей, использование которых не сопровождается высокими нагрузками.
Холодная сварка
Этот метод, как правило, применяется для элементов из силумина при ремонте транспорта и сантехнических изделий. В основе клеевого состава — эпоксидная смола. Дополнительно в клей могут быть добавлены наполнители, повышающие прочность соединений.
Предварительно проводится подготовка соединяемых поверхностей. Они очищаются от загрязнений, обезжириваются и просушиваются. Затем готовится клеевой состав и наносится равномерным слоем. Склеиваемые части плотно прижимаются друг к другу. Клеевая масса схватывается уже в течение 30 минут. Полноценное склеивание может занять до нескольких часов.
Чем силумин отличается от других металлов?
Силумин отличается следующими характеристиками:
- Оттенком. Силумин отличается от меди, бронзы и латуни цветом: у него серая поверхность с серебристым отливом.
- Магнитными свойствами. В отличие от многих других металлов, силумин не примагничивается.
- Массой. Силуминовые сплавы имеют меньший вес, чем сталь.
Знание физических характеристик и свойств силумина позволяет максимально эффективно использовать его в промышленности.
17.04.2024