литейные алюминиевые сплавы

Когда говорят про литейные алюминиевые сплавы, многие сразу думают про марки — АК7ч, АК5М, силумины — и гонятся за 'самой прочной' или 'самой текучей' рецептуре. А по факту в цеху часто оказывается, что успех или брак зависят не столько от цифр в паспорте сплава, сколько от того, как ты его подготовил, как вел в форме, и даже от того, какой сегодня был воздух в литейке. Вот об этих нюансах, которые в учебниках мелким шрифтом, а в жизни — решают всё, и хочется порассуждать.

Марка сплава — это только начало истории

Взял, допустим, популярный для тонкостенок АК7ч (он же AlSi7Mg). В теории — отличная жидкотекучесть, подходит для сложных контуров. Но если его перегреть в печи всего на 20-30 градусов сверх нормы, начинается активное окисление и водородопоглощение. Получаешь вроде бы геометрически точную отливку, а потом на УЗК вылезают раковины, причем не у краев, а в теле детали. И ладно бы это было всегда — так нет, летом, когда в цеху влажность под 80%, эта проблема проявляется чаще, чем зимой. Приходится не просто по регламенту греть, а смотреть по факту — по виду зеркала расплава, по тому, как флюс работает.

Или вот по модифицированию. Многие до сих пор сыпят натрий 'на глазок', чтобы эвтектику измельчить. А потом удивляются, что механические свойства от партии к партии пляшут. Потому что если не выдержал время выдержки после модифицирования или не обеспечил быстрое охлаждение — вся работа насмарку. Фигурально выражаясь, сплав — это живой материал, он 'помнит' все операции с ним.

Кстати, про вакуумное литье в гипсовые формы. Тут вообще отдельная песня. Казалось бы, вакуум должен убрать все газы и дать плотную отливку. Но если в самом алюминиевом сплаве остались мелкие включения окислов (скажем, от некачественной шихты или плохой очистки лома), то вакуум их не удалит. Они станут центрами напряжения. У нас как-то была серия брака по трещинам на ответственных тонкостенных кронштейнах — полгода искали причину. Оказалось, поставщик сменил источник лома, и в нем было больше загрязненного фольгой алюминия, который давал те самые оксидные пленки.

Гипсовая форма — не просто 'слепок'

Здесь многие, особенно те, кто пришел из песчано-глинистой литейки, недооценивают гипс. Думают — залил, выдержал, разбил. На деле же гипсовая смесь — это целая химия. Важен и помол гипса, и соотношение вода/гипс, и температура затворения. Если смесь приготовлена 'вяло' или с перекосом по воде, форма после сушки будет иметь разную проницаемость в объеме. В одном месте газ уйдет, в другом — нет. Получится отливка с локальными пригарами или недоливами на тех самых тонких стенках, ради которых все и затевалось.

У нас на производстве, например, долго мучились с воспроизводимостью качества поверхности отливок для оптических корпусов. Технология вроде отлажена, а результат плавал. Стали вести журнал — температура в смесительном помещении, время замеса каждой порции. Выяснилось, что при температуре ниже 18°C гипс схватывался медленнее, и мы, торопясь, начинали заливку раньше, чем нужно. Форма не набирала достаточной 'зеленой' прочности, и первый контакт с расплавом вызывал микроосыпания. Мелочь? Но именно такие мелочи и отличают кустарщину от профессионального литья.

К слову, про профессиональных производителей. Когда смотришь на сайты компаний, типа того же ООО Чэнду Йехуа наука и техника сантай филиал предприятия, который с 2005 года работает именно с вакуумным литьем алюминия в гипс, то понимаешь — они наверняка через подобные грабли прошли. Специализация на тонкостенных деталях — это всегда высший пилотаж, тут общих фраз про 'качество' недостаточно. Нужен именно накопленный багаж таких вот микронаблюдений.

Термообработка: где кроется запас прочности

После литья история не заканчивается. Особенно для сплавов типа АК5М или зарубежных аналогов 356, которые идут на детали с нагрузкой. Закалка и искусственное старение (Т6) — казалось бы, все по ГОСТу или ASTM. Но вот момент: если отливка имеет резкие перепады сечения, то при закалке в воде (а тем более в полигликоле) возникают высокие внутренние напряжения. Они могут не привести к немедленной трещине, но снизят усталостную прочность в разы.

Был у нас печальный опыт с одной партией корпусов насосов. Все отлили хорошо, термообработали по режиму, механические испытания образцов-свидетелей показали норму. А в эксплуатации через 200 часов пошли трещины по посадочным фланцам. Разбирались — оказалось, режим закалки (температура и скорость переноса в закалочную среду) был подобран под 'среднюю' конфигурацию детали, а для массивного фланца он оказался слишком резким. Пришлось разрабатывать ступенчатый режим, с выдержкой при промежуточных температурах для выравнивания тепловых полей. Теперь это — обязательный пункт техпроцесса для подобных геометрий.

И это еще без учета того, что сам литейный алюминиевый сплав после литья в гипсовую форму имеет особую, довольно грубую, литую структуру. И если не провести перед термообработкой гомогенизацию (что часто экономят), то эффект от закалки и старения будет неравномерным по сечению. В итоге получаешь деталь, у которой паспортные свойства есть только в паспорте.

Контроль — не для ОТК, а для технолога

Многие воспринимают контроль качества как финальную стадию: сдал партию — ОТК проверило. В литейном деле, особенно с тонкостенными отливками, контроль должен быть встроен в каждый шаг. И самый главный инструмент здесь — не сложный спектрометр (хотя и он важен), а глаза и опыт оператора.

Например, визуальная оценка струи расплава при заливке в вакуумную установку. Если струя брызжет, 'плюется' — значит, в ней есть газ, или температура упала, и вязкость выросла. Такую заливку лучше остановить, даже если это ведет к браку нескольких форм. Потому что дальше пойдет брак всей оснастки. Или оценка цвета гипсовой формы после предварительного прогрева. Пережженная форма дает характерный сероватый оттенок и становится слишком хрупкой — это сразу видно.

Конечно, без инструментального контроля никуда. Но и тут важно, что именно мерить. Для ответственных деталей мы давно перешли от выборочного контроля механических свойств на образцах-свидетелях к обязательному рентгеновскому просвечиванию 100% отливок в критичных зонах. Да, это дороже и медленнее. Но это позволяет отловить те самые скрытые раковины, которые образец-свидетель, отлитый отдельно, может и не показать — у него ведь своя, идеальная, тепловая история.

Именно такой подход к контролю, как к части технологического цикла, а не к фильтру в конце, и позволяет компаниям вроде упомянутого ООО Чэнду Йехуа позиционировать себя как известных профессиональных производителей. Потому что клиенту нужна не просто деталь из алюминиевого сплава, а гарантированно рабочая деталь, которая не подведет в устройстве.

Вместо заключения: мысль вслух о будущем литейки

Смотрю иногда на новые разработки — компьютерное моделирование затвердевания, 3D-печать гипсовых форм, 'умные' печи с точным контролем атмосферы. Все это здорово и неизбежно. Но кажется, что основа все равно останется прежней: понимание физики процесса. Ни одна программа не скажет тебе, как сегодня поведет себя конкретная партия литейного алюминиевого сплава с небольшим отклонением по кремнию, если в цеху сквозняк. Ни один датчик не заменит взгляда мастера на излом пробной отливки.

Поэтому, возвращаясь к началу, хочется сказать: не гонитесь за модными марками сплавов или 'самой продвинутой' технологией. Сначала досконально разберитесь с тем, что у вас уже есть в цеху. С температурными режимами, с подготовкой шихты, с поведением гипса. Накопите свою базу этих самых 'цеховых' наблюдений. Именно она, а не красивые буклеты, в итоге и определяет качество тонкостенной алюминиевой отливки. Все остальное — лишь инструменты в руках того, кто эту базу имеет.