Přehled slévárenských hliníkových slitin

Slévárenské slitiny hliníku...

... mají vůči slévárenským slitinám z jiných kovů řadu výhod, které lze formulovat následovně:

► dobrá slévatelnost, která se výrazně zlepšuje se zvyšujícím se podílem příslušného eutektika podle chemického složení,

► nízká teplota tavení,

► malý interval krystalizace,

► obsah vodíku v odlitku, který je jediným rozpustným plynem v hliníku, lze minimalizovat vhodnými technologickými podmínkami,

► dobrá chemická stabilita (odolnost vůči korozi),

► dobré povrchové vlastnosti odlitku,

► u většiny slitin je nízká náchylnost k tvorbě trhlin za tepla.

Volba vhodné slitiny pro vyhotovení odlitku požadovaného tvaru a rozměru je ovlivňována těmito pěti hlavními faktory.

1. Slévárenské vlastnosti: slévatelnost, odolnost vůči vzniku trhlin za tepla, malý interval krystalizace, dobré vlastnosti pro tlakové lití. Je nutno uvést, že slévatelnost je především ovlivněná teplotním intervalem krystalizace, viskozitou a povrchovým nap tím taveniny. Odolnost vůči vzniku trhlin za tepla je všeobecně tím nižší, čím má slitina větší interval krystalizace a nižší pevnostní vlastnosti za vyšších teplot.

2. Požadované mechanické vlastnosti: pevnostní a plastické vlastnosti, tvrdost, možnost zvýšení pevnostních vlastností tepelným zpracováním.

3. Chemické vlastnosti: odolnost vůči korozi, možnost povrchové úpravy – eloxování. U hliníkových slitin je odolnost vůči korozi výrazně zhoršována přítomností Cu.

4. Vlastnosti hotových výrobk: nepropustnost kapalin v odlitku působením tlaku, rozměrová a teplotní stabilita.

5. Ekonomické faktory: náklady na mechanické obráb ní, tavení a lití, tepelné zpracování, svařitelnost.

Společným znakem všech slévárenských slitin hliníku je celkově vyšší obsah legujících prvků než u slitin pro tváření. Ze strukturálního hlediska jde o heterogenní slitiny s přítomností eutektika.

V současnosti, dle ASM (ASM International–The Materials Information Society), dělíme slévárenské slitiny hliníku, na základě obsahu legujícího prvku nebo legujících prvků, do šesti základních typů:

1. Slitiny typu Al – Cu. Obsah Cu je obvykle v rozmezí 4 – 5 %. Tepelným zpracováním lze zvýšit jejich pevnostní vlastnosti vůči litému stavu. Vyrábějí se také slitiny s obsahem 9 – 11 % Cu, vyznačující se dobrými pevnostními vlastnostmi za vyšších teplot a také odolností vůči otěru. Velmi dobrých pevnostních vlastností za vyšších teplot lze docílit přidáním Ni a Mg. Nevýhodou těchto slitin je horší slévatelnost a nízká korozní odolnost. Představitelé v Českých normách jsou tyto slitiny: ČSN EN 1706 i slitina AC – AlCu4MgTi (4.2 – 5.0 % Cu, 0.15 – 0.35 % Mg, 0.15 – 0.35 % Ti) a ČSN 42 4315, slitina AlCu4Ni2Mg2 (3.75 – 4.5 %Cu, 1.75 – 2.25 % Ni, 1.25 – 1.75 % Mg).

2. Slitiny typu Al – Cu – Si. Jedná se o značně používané slitiny, u kterých se legováním Si, vůči prvnímu typu slitin, zlepšily slévárenské vlastnosti. U těchto slitin je buď v převaze Cu, nebo Si. Slitiny s obsahem Cu nad 3 % jsou tepelně zpracovatelné. Většinou se tepelně zpracují jen slitiny, u kterých je legován také Mg. Slitiny s vysokým obsahem Si (nad 10 %) jsou aplikované tam, kde se vyžaduje nízký koeficient teplotní roztažnosti. Vysokou odolnost vůči otěru vykazují slitiny, kde obsah Si může dosáhnout až 22 %. Dle ČSN jsou k dispozici například slitiny: ČSN 42 4339 - slitina AlSi8Cu2Mn (7.5 – 9.5 % Si, 2 – 3 % Cu, 0.3 – 0.5 % Mn), ČSN EN 1706 - slitina AC-AlSi6Cu4 (5.0 – 7.0 % Si, 3.0 – 5.0 % Cu) a ČSN 42 4386 - slitina AlSi20Cu2NiMgMn (19.0 – 22.0 % Si, 1.5 – 2.0 % Cu, 0.5 – 1.0 % Ni, 0.8 – 1.2 % Mg, 0.1 – 0.4 % Mn).

3. Slitiny typu Al – Si. Jsou aplikovány při požadavku na dobrou slévatelnost a odolnost vůči korozi. Obsah Si se u těchto slitin pohybuje většinou mezi 5 až 13 %. Podle obsahu křemíku jsou rozdělovány na podeutektické (méně než 12 % Si), eutektické (kolem 12 % Si) a nadeutektické (nad 12 % Si). V případě nelegování Mg je možnost tepelného zpracování těchto slitin a nejsou legovány mědí. Dle ČSN je k dispozici ČSN 42 4330 - slitina AlSi12Mn (11.00 – 13.00 % Si, 0.1 – 0.4 % Mn).

4. Slitiny typu Al – Mg. Mají velmi dobrou odolnost vůči korozi především v mořské vodě. Nejlepší odolnost vůči korozi vykazují slitiny vyrobené z vysokočistých surovin. Jsou svařovatelné a mají také dobrou mechanickou obrobitelnost. Při aplikaci v architektuře lze u odlitku realizovat eloxování. Nevýhodou těchto slitin je špatná slévatelnost a náchylnost hořčíku k oxidaci v procesu tavení. Představiteli těchto slitin u nás jsou například ČSN 42 4515 - slitina AlMg5Si1Mn (4.40 – 5.50 % Mg, 0.60 – 1.50 % Si, 0.25 – 0.6 % Mn) a ČSN 42 4519 - slitina AlMg10SiCa (7.00 – 10.00 % Mg, 0.01 –2.00 % Si, 0.01 – 0.15 % Ca).

5. Slitiny typu Al – Zn – Mg. Typické pro tyto slitiny jsou dobré pevnostní vlastnosti již v litém stavu, dobrá odolnost vůči korozi (ne za napětí). V případ tepelného zpracování není nutné drastické ochlazování z kalící teploty (v porovnání se slitinami typu Al – Cu) a maximálních pevnostních vlastností lze dosáhnout po 20 až 30 dnech přirozeným stárnutím. Slévatelnost slitin tohoto typu je špatná a mají také náchylnost k tvorbě trhlin za tepla. Zástupce najdeme v ČSN EN 1706, slitina EN AC AlZn5Mg (4.50 – 6.00 % Zn, 0.40 – 0.70 % Mg).

6. Slitiny typu Al – Sn. Jedná se o slitiny s obsahem cca 6 % Sn a malým množstvím Cu a Ni (s cílem zvýšení pevnostních vlastností) speciálně určenými pro výrobu kluzných ložisek. Ze slévárenského hlediska je hlavním problémem velký interval krystalizace a možnost segregace Sn. V ČSN není k dispozici zástupce tohoto typu slitin. V amerických normách najdeme slitinu s označením AA850.0 – 6.5Sn-1Cu-1Ni.

Je potřeba se zmínit také o moderních slitinách typu Al – Li, které nejsou ze slévárenského hlediska doposud komerčně využity tak jako slitiny pro tváření.