Что такое силумин и зачем он нужен

Известен со времен СССР. Имя взял от Si. В ряду химических веществ это обозначение кремния (силициум). Слог «мин» в слове «силумин» от алюминия. На лицо союз глинозема с силициумом. Этим и является силумин.

Суть термина

Si и Al — металлы. В союз вступают в процессе совместной переплавки. Поэтому ее итог именуют «сплав». Силумин является таким продуктом. Глинозем (второе имя алюминия) и силициум союзничают и в природе. Вспомним боксит. Это камень, основой которого служат Si и Al. Но, есть еще железо и глинистые минералы. Поэтому, считать боксит силумином нельзя, хоть сплав и можно получить на основе горной породы.

Для получения сплава металлы-исходники нужно извлечь в чистом виде и переплавить, причем, в нужных пропорциях. Чистый глинозем и силумин схожи во внешних признаках. Но, есть и отличия. К ним относится затемненность сплава. Цвет ближе к стальному. Этот серый оттенок дает кремний.  Увеличение его процентовки усиливает темный тон.

Иногда, цвет силумина ближе к чугуну. Цвет сплава с минимумом Si почти Идентичен чистому алюминию. Нужен взгляд профессионала. С точки зрения физики и химии силумина, от чистого алюминия отделяет меньшая пластичность. Сплав, как правило, не согнешь сильно без растрескивания.

Особенности формулы

Рецептура бывает разная. Al и Si присутствуют всегда. Добавочного элемента 3,5-22%. Львиная доля материала – глинозем. Увеличение его процента добавляет сплаву легкость, пластичность. Снижение доли алюминия делает итоговый материал тверже, тяжелее, но более ломким, хрупким. Доля силициума от 12 до 13% считается эвтектической, плавящейся при минимуме жара.

В небольших долях в сплав бывают добавлены:

• Стронций. Добавляется в размере 0,02000,030% . Повышает показатель относительного удлинения, пластические свойства.
• Железо. Нежелательная примесь.Чаще попадает в сплав вместе с исходными материалами для него, к примеру, в чушках. 0,8% железа приводит к образовании в силумине крупных кристаллов-игл. Эти агрегаты делают продукцию ломкой.
• Титан. Оптимизирует сваривание силумина. Эффективнее работает в связке с железом.
• Марганец. Идет в связке с магнием. Они упрочняют силумин. Пластичность, при этом, слегка снижается. Зато, силумины с магнием проще обрабатываются методом резания. Допметаллы приводят к легкому образованию и удалению стружки.

Еще в качестве лигатуры встречаются натрий, литий, цинк, медь.  В марке обязательно отражается добавочный компонент, которого в сплаве больше всего помимо алюминия и силициума. Бывает, к примеру, силумин АК15Ц7. Числа — процентная доля. А, К и Ц — сокращения названий компонентов. Получается, Si в материале 15%, а Zn — 7%. Так состав силумина читается по марке.

Типы сплава

Процентовка компонентов и их число, характер, влияют на параметры сплава. Условно выделяют такие группы силуминов:

1. Доэкветические, где Si 3,5-10%.
2. Износоустойкие. В них на силициум приходится 1/5.
3. Специализированные. К глинозему и силициуму плюсуются примеси.

У доэквектики в балансе прочностные параметры и пластичность. У вторых в фаворе прочность. Силумины третьей группы обладают так же специальными свойствами.

Силуминовые свойства

Силуминовый сплав — идея дополнить кремнезем для оптимизации его литья и прочности. Получился материал с такими химическими особенностями:

• Не поддается агрессивным средам.
• Инертен к химическим реагентам.
• Отсутствует взаимодействие с водой.

Список хим. свойств силумина аналогичен списку параметров глинозема. Добавка кремния меняет только физику сплава. Он ближе к нержавейке, чем к обычному алюминию.

Физические данные союза Al и Si следующие:

• Примерно аналогичная стали прочность.
• Малый вес. Связан с плотностью и в разы меньше массы стали.
• Антикоррозийность. На поверхности материала есть защитная пленка из оксидов. Не дает проникать к металлу воде, воздуху.
• Серость на поверхности и тон серебра на срезе.
• Пластичность. Уступает Al, но выигрывает перед сталью.

Переплавляют материал примерно при 7 сотнях по Цельсию. Литье силумина экономит 700 градусов. Сталь, для сравнения, переплавляют при 1400 градусах. Значит, энергозатраты в 2 раза больше и, как следствие, цена стальных изделий выше. Получается, температура плавления силумина — его весомое преимущество. Физика силуминового материала обуславливает стойкость к механическим повреждениям, делает долговечным. Перечисленные качества силумина положительные. Есть и отрицательные — излишняя пористость, наличие крупных зерен, ломкость.

Изготовление сплава

Метода 2. Изначально, компоненты шихты извлекали из руды. Минус метода — невозможность качественно отделить все ненужные примеси. Второй способ получения сплава — работа с золой теплоэнергоцентралей. Это побочный продукт их функционирования. Соответственно, сырье дешевое. При этом, если смешать золу с криолитом (минерал из класса фторидов), рождается силуминовый материал. Помогает электронизация исходной массы.

Где и как используют силумин

Сплав алюминия с кремнием нужен промышленникам. Из него делают:

1. Детали воздушных судов.
2. Детали машин.
3. Части водных судов.
4. Конструкции космической техники.
5. Пневматику.
6. Сантехнические элементы.
7. Приборы и технику для кухни.
8. Статуэтки.
9. Ключи.

Делая машины, сплав пускают на колесные диски, поршни, цилиндры, коробки передач. В самолетостроении применяют марку АЛ2. Идет на детали с малой температурной и физической нагрузкой. Еще пригождаются марки АЛ9 и АЛ34. Они нужны уже для узлов с солидной нагрузкой, типа насосов и поршней галлейного охлаждения. Изготавливая и обслуживая корабли, лодки, сплавом алюминия и кремния обшивают детали. Силумин устойчив к агрессии моря, блокирует доступ влаги к боящимся ее материалам.

В космонавтике материал идеален для деталей и приборов с маленьким показателем линейного расширения и минимальной плотность. Металл силумин превращают, также, в смесители, краны, фитинги, гайки, ниппеля, переходники. Есть недочет. В долгосрок силумин чувствителен к горячей воде. Когда слой сплава не достаточно толстый, а в целях экономии это не редкость, кран треснет и потечет уже через год.

Учитывая ценник даже на бюджетные краны, трубы и смесители, лучше переплатить за латунные изделия, но которые прослужат долгие годы. На кухнях можно встретить силуминовые сковороды, кастрюли. Элементы из сплава присутствуют в тостерах и прочей технике на кухне. Пневматическое оружие из сплава алюминия и кремния делают, обычно, бюджетной группы. Материал идет на корпуса.

Ремонт силуминовых вещей

Череда положительных свойств материала дополнена «ложкой дегтя» — хрупкость. Из-за нее изделие может треснуть. Есть 2 способа отремонтировать его:

1. Склеить. Это возвращает исключительно внешний вид вещи, но не свойства. Большие нагрузки склейка не переживет. Состав применяют эпоксидный. Поверхности предварительно обезжиривают и подсушивают. Потом, наносится клей. Остается плотно прижать детали и выдержать так сутки.
2. Сварить. Нужен аргон. Подготавливают электроды из вольфрама (тугоплавкие). Берут припой для сварки алюминиевых деталей. Обезжиривают поверхность. Фиксируют ремонтируемое изделие. Свариваемые детали кладут на стальную подложку. Она отводит тепло. Разогревают свариваемую поверхность до 220 градусов. Сваривают переменным током. Обрабатывают швы для ровности, незаметности.

Сварка силумина возвращает не только внешность вещи, но и, частично, ее эксплуатационные параметры. Вещь вновь применима, как говориться, без фанатизма. Самое главное  – отвести тепло от рабочих поверхностей сварки. Излишний нагрев ведет к образованию оксидной пленки. Она препятствует надежному свариванию деталей. Поэтому, сварка сплава не под силу каждому. Нужно понимать нюансы, иметь хотя бы минимальный опыт.

Формы выпуска и марки

Прежде, чем из силумина получат изделия, его отольют в определенные формы. Их закупают производители машин, самолетов и т. д. Формы выпуска 2: отливки и чушки. Их масса от 100 граммов до 200 килограммов. Марки прописаны в ГОСТ 158393. Он делит литейные алюминиевые материалы на 5 групп:

Силумины системы алюминий-кремний-магний

Это сплавы:

* АК13. В нем силициума 11-13,5%. Еще есть 0,1-0,2% магния и от 0,01 до 0,5% марганца. Получается материал с временным сопротивлением разрыву в 176 МПа.

* АК12. Второй вариант маркировки — АЛ2. В нем 10-13% кремния. Сплав состаривают при 300 градусах Цельсия, выдерживая около 3 часов.

* АК9. Кремния в сплаве от 8 до 11%. Магния от 0,2 до 0,45%. Материал искусственно состаривают при 175 градусах без предварительной закалки. Состаривание длится в пределах 17 часов. Минимум — 5 часов.

* АК9с. Кремния в нем 8-10,5%. Плюсом от 0,2 до 0,5% марганца. Его искусственно состаривают уже на протяжении 10-15 часов, достигая временного сопротивления разрыву минимум 175 МПа. Верхний предел — 235 МПа.

*АК9пч. Второй вариант маркировки этого силумина — АК4-1. Силициума в сплаве от 9 до 10.5%. Примесь марганца — 0,2-0,35%. Еще есть 0,08-0,15% титана. Закаливают и состаривают по схеме АК9ч. Но, сопротивление отливки разрыву выше — минимум 157 МПа.

* АК9ч. Вторая маркировка — АЛ4. Силициума в сплаве 8-10,5%. От 0,2 до 0,35% магния. Еще 0,2-0,5% марганца. Сплав закаливают при 535 градусах и состаривают при 175 по Цельсию 10-15 часов. Минимальный показатель сопротивления на разрыв равно 145 МПа.

* АК8л (АЛ34). Si 6,5-8,5%. От 0,4 до 0,6% Mg и 0,1-0,3% Ti. Еще добавлено около 0,4% бериллия. Сплав состаривают, обжигают. На разрыв терпит до 175 МПа. Верхняя граница — почти 300 МПа.

Есть, также, сплавы АК7, АК7ч (АЛ), АК7пч или АЛ9-1, АК10Су. Требования к ним подробно прописаны в ГОСТе.

Силумины Al-Si-Cu

Медь добавлена в 14 утвержденных государственным стандартом марок:

* АК5М (АЛ5). Si в нем 4,5-5,5%. Mg 0,5-0,6%. Плюсом 1-1,5% Cu. Получают стойкость на разрыв 157-235 мегапаскалей. Относительное удлинение материалы от половины до целого процента.

* АК5Мч. Вторая аббревиатура — АЛ5-1. Содержание силициума идентично АК5М. Доля Mg и Cu тоже совпадает. Но, есть добавка Ti. Его от 0,08 до 0,15%. Противостоит разрыву в пределах 176- 294 мегапаскалей. Относительное удлинение — 1-1,5%.

* АК8М3. Силициума 7,5-9%. Еще о2-4,5 купрума. Получается материал с сопротивлением на разрыв 147-216 МПа и 1-процентным относительным удлинением.

* АК5М2. Силициума 4-6%. Магния и марганца 0,2-0,85%. 1,5-3,5% купрума. 0,05 до 0,2% занимает титан. Стойкость материала к разрыву равна 119-206 мегапаскалей. Относительное удлинение достигает 2%.

* АК5М7. Структура силумина состоит из: 4,5-6,5% Si, 0,3-0,6% Mg, 6-8% Cu. На разрыв держит 118-167 мегапаскалей.

* АК6М2 с долей силициума 5,5-6,5%. Прибавляются: 35-0,5% Mg, 1,8-2,3% Cu, 0,1-0,2% Ti. На разрыв выдерживает 197-204 мегапаскалей. Отношение абсолютного удлинения к изначальному равно 1-2%.

* АК5М4 с 3,5-6% Si, 0,5% Mg и Mr, 1,5% Cu и 0,05% Ti. Разрыв держит до 196 мегапаскалей. Минимум — 118 МПа. Отношение абсолютного удлинения к изначальному от половины процента до 1%.

* АК8М. Обозначается так же, АЛ32. Характеризуется 7-9-процентной долей силициума, примерно 0,5% магния и марганца. На купром приходятся 1,5%, а на титан — 0,2%. 176-284 мегапаскалей — интервал разрыва. Отношение абсолютного удлинения к изначальному — 1-2%.

* АК8 М3ч (ВАЛ8) с 8% силициума, 0,5% магния, 0,7% цинка, 3% меди, 0,2% титана, 0,005% бора и 0,2% бериллия. Такая ударная артиллерия обеспечивает 215-392 МПа на разрыв и до 5% на удлинение.

* АК12М2. Есть альтернативные обозначения: АК11М2 и АК11М2р. Si 11-13%. Около 2% Cu. Еще 1% Fe. Сопротивление разрыву достигает 260 мегапаскалей. Минимум — 187 единиц. Относительное удлинение равно полутора процентам.

* АК9М2 с 10% Si,0,8% Mg, 0,3% Mr, 0,5-2% Cu, 0,2% Ti. На разрыв идентичен АК12М2. А вот удлинение в узких границах от 1,4 до 1,5%.

Есть еще сплав АК12ММГн (АЛ30), АК12М2МГн или АЛ25 и АК21М2 (ВУЖЛС-2) с никелем. Этой добавки  0,8-2,3%. Показатель разрыва и растяжения никелесодержащих отливок низкий. Зато, по Бринеллю максимальная твердость— 90 единиц.

Силумины Al-Si-прочие компоненты

Среди них стандарт 158393 предусматривает 2 марки:

* АК9Ц6.Число, указанное рядом с Ц указывает на среднюю долю цинка. По факту его может быть от 5 до 7%. Силициума 8-10%. Магния — 0,3-0,55%. Есть 1% ферума. Получается материал с показателем на разрыв 147-167 мегапаскалей. Отношение абсолютного удлинения к изначальному на 0,2% меньше 1%.

* АК7Ц9. Еще называется АЛ11. С 7-12% Zn. Si 6-8%. 0,3% Mg. На разрыв терпит 176-206 мегапаскалей. Относительное удлинение материала в рамках 1-2%. Твердость примерно 70 единиц.

Указанный ГОСТ утверждает параметры всех алюминиевых литейных сплавов.

Стоимость силумина

Стоимость — одна из причин популярности. Он выгоднее близких по свойствам вариантов. Цена силумина зависит  от формы выпуска и марки. Есть варианты с допкомпонентами. Они не всегда бюджетные. Отсюда разброс от 80 до 500 рублей за килограмм сплава. Закупая металл тоннами, можно сэкономить на оптовых условиях. Цена на вещи обусловлена не только маркой металла, но и сложностью, сферой применения. Влияет на стоимость и бренд производителя. Продают и покупают, также, лом силумина.

Не все приемщики пускают сплав отдельной строку в прайсе. Зачастую, материал включен в «лом алюминия» и покупается примерно по 60 рублей за 1000 граммов.  Если берут отдельно силумин, платят 70-80 рублей за килограмм. 2021 год показал рост цены на большинство металлов. 2022, по прогнозам аналитиков, продолжит тенденцию. Поэтому, относительно своей прежней цены, силумин не кажется уже столь бюджетным.

Видео о силумине и других сплавах