Что такое силумин

Силумин — литейный сплав алюминия с кремнием (обычно 4–13%, у износостойких разновидностей — до 20% и выше), с небольшими примесями железа, меди, марганца и других элементов. Кремний добавляют не столько ради прочности, сколько ради литейных свойств: он резко повышает текучесть расплава и снижает температуру плавления, что делает силумин одним из самых технологичных материалов для фасонного литья. Разберём состав, свойства, маркировку и применение этого сплава.

Зачем в сплаве кремний

Чистый алюминий довольно мягок для многих задач литья, а кремний даёт сплаву дополнительную твёрдость. Но главная причина его присутствия — не прочность, а литейные свойства: сплавы, близкие по составу к эвтектике (около 12–13% кремния), обладают исключительной текучестью и минимальной усадкой при остывании, что позволяет отливать тонкостенные детали сложной формы. Для улучшения структуры высококремнистых силуминов применяют модифицирование — чаще всего натрием: он измельчает кристаллы кремния в эвтектике, делая сплав менее хрупким и более прочным.

Родственные литейные сплавы алюминия

Кроме силумина, для литья применяют и другие алюминиевые сплавы: с магнием и кремнием — для деталей автомобильных кузовов; с оловом — для литых подшипников скольжения; отдельно магниевые алюминиевые сплавы ценят за устойчивость к агрессивным средам — их используют, например, в фасадных конструкциях.

Свойства силумина

• Отличная текучесть расплава — заполняет тонкостенные и сложные формы лучше большинства алюминиевых сплавов;
• Пониженная температура плавления — у сплавов, близких к эвтектическому составу (~12% кремния), плавление начинается уже около 577 °C — заметно ниже, чем у чистого алюминия (660 °C); это экономит энергию при плавке и снижает термическую нагрузку на литейную форму;
• Хорошая коррозионная стойкость, в том числе в морской воде;
• Малый вес — плотность заметно ниже стали;
• Хрупкость — в отличие от деформируемых алюминиевых сплавов (например, дюралюминия), силумин не куют, не гнут и не штампуют в холодном состоянии: удар или изгиб скорее расколют деталь, чем согнут её;
• Немагнитность — как и у большинства алюминиевых сплавов;
• Газовая пористость — главный литейный недостаток: расплав склонен захватывать газ при заливке, современные технологии литья позволяют заметно снизить этот эффект, но не устранить полностью.

Особенности сварки

Силумин сложен в сварке из-за той же причины, что и деформируемый алюминий: на поверхности мгновенно образуется тугоплавкая оксидная плёнка, мешающая сплавлению кромок. Сварка выполняется в среде инертного газа — обычно аргона, — который защищает расплав от контакта с атмосферным кислородом. Ремонтную сварку силуминовых деталей своими силами лучше не выполнять без подготовки: точность соблюдения температуры и защитной атмосферы напрямую определяет прочность шва.

Где применяется

• автомобиле- и мотопромышленность — блоки цилиндров, картеры двигателей, корпусные детали: сочетание малого веса и хорошей отливаемости сложной геометрии;
• сантехника — смесители, фитинги, запорная арматура;
• декор и интерьер — литые декоративные изделия;
• судостроение — благодаря коррозионной стойкости;
• авиационная и космическая техника — литые корпусные детали, где важны малый вес и низкий коэффициент теплового расширения (для нагруженных и ударопрочных элементов конструкций чаще применяют деформируемые сплавы, а не хрупкий силумин);
• корпуса пневматического оружия и страйкбольного оборудования — как один из литейных материалов для ненагруженных корпусных деталей.

Маркировка

Международная (по типу ISO): буквы «АК» означают «алюминий-кремний», число — примерное содержание кремния в процентах (например, АК15 — около 15% кремния). При значимой доле других элементов добавляют их буквенные обозначения с процентами — «АК15Ц8» означает сплав с 15% кремния и 8% цинка.

По ГОСТ: силуминовые сплавы маркируют индексом «АЛ» — от «алюминий литейный», то есть литейного (в отличие от деформируемого) типа; буква «Л» здесь означает именно литейный способ обработки, а не легирование литием. Реальные марки — АЛ2, АЛ4, АЛ9 и другие — различаются содержанием кремния (сплавы до 10% кремния универсальны, 10–20% — относятся к износостойким) и дополнительными добавками (магний, марганец, медь, иногда цинк или титан), подобранными под конкретную деталь и условия эксплуатации.

Производство

Классический способ — переплавка алюминия с кремнием в заданной пропорции; сырьё для шихты получают из соответствующих руд. Существует и альтернативный, менее распространённый путь — извлечение кремнистого сплава из золы, остающейся после сжигания бурого угля на тепловых электростанциях: зольную смесь обрабатывают в электролизере с добавлением криолита. Железо, присутствующее в золе (обычно 0,8–1,5%), в этом случае не превышает допустимой концентрации для легирующей примеси. В природе алюминий и кремний встречаются вместе в бокситовых рудах, но для получения качественного силумина используют искусственно составленные смеси с точными пропорциями компонентов.

Ремонт изделий из силумина

Из-за хрупкости силуминовые детали чаще трескаются и ломаются при ударе, чем деформируются, — восстанавливают их несколькими способами:

• Сварка — в аргоновой среде вольфрамовым электродом; деталь предварительно разогревают (ориентировочно до +220 °C) и подкладывают стальную пластину для отвода тепла. Процесс требует навыка — стоит потренироваться на ненужной детали перед ремонтом рабочей.
• Пайка — для декоративных или ненагруженных элементов: мощным паяльником или горелкой, с флюсом для удаления оксидной плёнки, при нагреве зоны пайки примерно до +200…+600 °C в зависимости от материалов.
• Склейка — специальным клеем для алюминия на очищенные и обезжиренные поверхности, с выдержкой под нагрузкой около суток; подходит только для ненагруженных изделий.
• Холодная сварка — двухкомпонентный эпоксидный состав (иногда в форме «пластилина» с отвердителем внутри бруска); схватывается за полчаса, набирает полную прочность за несколько часов-суток. Популярна при ремонте сантехники и деталей транспорта.

Как отличить силумин от других металлов

• по цвету — сероватая поверхность, серебристый блеск на свежем срезе;
• по магнитным свойствам — не магнитится, в отличие от стальных сплавов;
• по весу — заметно легче стали при том же объёме.

Силумин и наше производство

Силумин — литейный сплав: детали из него получают заливкой расплава в форму, а не раскроем листа, поэтому лазерная резка для силумина не применяется. Мы работаем с деформируемым (прокатным) алюминием — листом марок АД1, АМц, АМг и другими: лазерная резка и гибка алюминия на собственном производстве в Видном. Если ваша задача — деталь из листового алюминия, а не силуминовая отливка, пришлите чертёж — посчитаем стоимость в день обращения.

Частые вопросы

Можно ли гнуть силумин, как обычный алюминиевый лист?
Нет — силумин хрупкий литейный сплав, попытка согнуть деталь скорее расколет её, чем изменит форму. Гибке хорошо поддаются деформируемые алюминиевые сплавы вроде АД1 или АМц, а не силумин.

Правда ли, что «Л» в марке АЛ означает литий?
Нет, это частое заблуждение — «Л» означает «литейный», то есть сплав предназначен для литья, а не для обработки давлением. Лития в стандартных марках силумина нет.

Почему у силумина низкая температура плавления?
Из-за высокого содержания кремния: у составов, близких к эвтектическому (~12% кремния), плавление начинается уже около 577 °C — заметно ниже, чем у чистого алюминия (660 °C). Это одна из причин, почему силумин так удобен для литья.

Почему силуминовые детали часто трескаются при падении?
Из-за хрупкости сплава: в отличие от пластичных деформируемых алюминиевых сплавов, силумин почти не гнётся под ударом — вместо деформации он раскалывается.

Данилов Иван

Редактор колонки о металлообработке

See Full Bio