Актуальные проблемы в машиностроении Том 4 №1 2017

113 / 142

Актуальные проблемы в машиностроении. Том 4. № 1. 2017 Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
113
ниже, а механические свойства – выше, чем при комнатной температуре. Таким образом, Al–
Si-сплавы – самая удачная основа для разработки «летающих материалов».
Медь, также как и кремний, является важнейшим легирующим элементом алюминия.
Сплавы системы Al–Si–Cu широко применяются в машиностроении как конструкционные
материалы и их свойства постоянно повышаются [7]. Ранее авторским коллективом [8]
подробно изучались сплавы Al–Cu, чтобы определить возможность использования Cu в
новых композициях легких сплавов с контролируемым тепловым расширением.
Большой предшествующий опыт изучения теплового расширения сплавов Al–Si и Al–
Cu позволяет утверждать, что они могут иметь широкий спектр ТКЛР (от 22 до 11·10 -6 К -1),
величина которого, в первую очередь, определяется содержанием легирующих элементов
[9]. Кроме того, важное значение имеют условия получения сплавов, например, скорость
кристаллизации. По данным многих исследователей быстрое охлаждение расплава, а также
высокие скорости охлаждения алюминиевых сплавов в процессе кристаллизации
способствуют улучшению параметров микроструктуры и благоприятно влияют на физико-
механические свойства, в том числе и на ТКЛР[10-13].
Поэтому, целью настоящей работы являлось исследование возможности уменьшения
ТКЛР алюминиевых сплавов за счет совместного легирования элементами, ТКЛР которых
меньше, чем у алюминия, такими как кремний и медь (αSi = 2,4·10-6 К-1, Cu = 16,1∙10-6 К -1).
Учитывались также условия приготовления сплавов, а именно – скорость кристаллизации.
Методика экспериментального исследования
Сплавы готовили в лабораторных условиях в печах с силитовыми нагревателями,
исключающими наведение магнитного поля, с соблюдением всех правил подготовки шихты
и ведения плавки. Легирующие добавки вводили в виде металлов и лигатур. После
растворения легирующих элементов проводили заливку металла с разной скоростью
кристаллизации: в алюминиевый кокиль (~ 20 ºС/с) и между двумя медными плитами –
имитация жидкой штамповки (~ 100 ºС/с). Высокая скорость кристаллизации применялась с
целью фиксации пересыщенного твердого раствора водорода в Al, так как, согласно [14–16],
в жидком Al при температуре кристаллизации содержание водорода гораздо больше, чем в
твердом. Кроме того, при высоких скоростях кристаллизации силуминов происходит
измельчение в их структуре кристаллов первичного и эвтектического кремния, а также
частиц CuAl2. При этом улучшается технологичность сплавов, т.к. предельная степень
деформации до разрушения при нагреве силуминов определяется их микроструктурой, в
первую очередь, количеством и размерами кристаллов первичного кремния, а также
дисперсностью эвтектики [17].
Из полученных слитков изготавливали образцы для дилатометрического
исследования. ТКЛР определяли с помощью дифференциального оптического
фоторегистрирующего дилатометра системы Шевенара в интервале температур испытания
50–450 ºС, погрешность определения составляла ± 0,1 · 10-6 К-1. Особенности теплового
расширения силуминов, закристаллизованных с различной скоростью, изучали, сравнивая с
алюминием А7, полученным по общепринятой технологии – заливкой в алюминиевый
кокиль [18, 19].
Результаты и обсуждение
Авторами исследованы сплавы алюминия, содержащие от 1 до 50% Si, залитые с
разной скоростью кристаллизации. Результаты определения ТКЛР сплавов приведены в