Сплав АК12: химический состав и свойства литейного алюминия

Сплав алюминия АК12 широко используется в промышленности благодаря уникальному сочетанию легкости, прочности и коррозионной стойкости. Он находит применение в авиастроении, машиностроении, пищевой промышленности. Давайте разберемся, из чего состоит этот удивительный материал и какие свойства делают его незаменимым во многих отраслях.

Химический состав сплава АК12

Сплав АК12 относится к категории силуминов. Основу его составляют алюминий (до 90%) и кремний (10-13%). Кроме того, в состав входят небольшие добавки марганца, титана, никеля и других элементов.

Высокое содержание кремния обеспечивает сплаву АК12 отличную жидкотекучесть и литейные качества. Добавки других металлов позволяют улучшить эксплуатационные характеристики материала.

• Марганец повышает прочность и препятствует прилипанию расплава к форме.
• Титан уменьшает размер зерна и улучшает обрабатываемость.
• Никель увеличивает коррозионную стойкость.

Для модифицирования сплава используют соединения натрия, лития, калия или стронция. Они связывают кремний в расплаве, улучшая свойства АК12.

Состав сплава АК12 регламентируется ГОСТ 1583-93. Он включает до 13% Si, 0,8% Mn, 0,5% Mg, 0,1% Ti и 0,1% Ni.

Варьируя состав добавок, можно получать разные модификации сплава АК12 с улучшенными характеристиками под конкретные задачи.

Физические свойства сплава АК12

Благодаря наличию легких элементов, плотность сплава АК12 составляет всего 2,66 г/см³. Это значительно меньше, чем у чистого алюминия.

При литье сплав АК12 дает небольшую усадку - около 0,8%. Кроме того, он обладает высокой жидкотекучестью и малой склонностью к образованию трещин. Это обеспечивает высокое качество отливок из АК12.

В то же время сплав плохо поддается механической обработке. Его сложно резать, сверлить и полировать. Поэтому чаще всего детали из АК12 изготавливают методом литья.

Другая особенность сплава - ограниченная свариваемость из-за склонности к разупрочнению и коррозии в зоне шва.

Как видно из сравнения, АК12 превосходит чистый алюминий по многим показателям, оставаясь легким сплавом.

Механические свойства АК12

Предел прочности при растяжении у сплава АК12 составляет 140-220 МПа. Это достаточно высокий показатель для алюминиевого сплава.

По твердости сплав АК12 уступает некоторым более прочным алюминиевым сплавам, например дуралюминам. Его твердость по Бринеллю - 40-50 единиц.

Сплав обладает невысокой ударной вязкостью - около 15 кДж/м2. Это связано с хрупкостью алюминиевого твердого раствора.

АК12 имеет высокий предел выносливости при циклических нагрузках - порядка 100 МПа. Это важно для деталей, работающих в условиях усталостного разрушения.

К сожалению, термическая обработка практически не повышает прочностные характеристики сплава АК12. Поэтому для упрочнения используют легирование и модифицирование.

Технологичность сплава АК12

Благодаря отличной жидкотекучести, сплав АК12 широко применяется для литья. Используют различные методы:

• Литье в песчаные формы
• Литье в металлические формы (кокиль)
• Литье под давлением

Литье в песчаные формы - самый распространенный способ. Он позволяет получать сложные детали, но требует большого расхода металла.

При литье в кокиль расходуется меньше материала, но возможно изготовление только простых деталей. Литье под давлением обеспечивает высокую точность, но требует дорогостоящей оснастки.

Из-за плохой обрабатываемости, механическая обработка отливок из АК12 ограничена. Используют только сверление и полирование неответственных поверхностей.

Коррозионная стойкость

Сплав АК12 обладает довольно высокой коррозионной стойкостью. В пресной воде и нейтральных средах он практически не подвержен коррозии.

Однако в морской воде и кислых средах скорость коррозии сплава АК12 возрастает. Это связано с влиянием легирующих элементов, в первую очередь меди.

Для защиты от коррозии к отливкам из сплава АК12 часто применяют различные покрытия - краски, лаки, анодирование. Это позволяет использовать его в агрессивных средах.

В целом коррозионная стойкость у сплава АК12 выше, чем у технического алюминия. Это делает его предпочтительнее для ответственных деталей, работающих в условиях воздействия влаги и агрессивных сред.

Области применения АК12

Благодаря своим уникальным свойствам, сплав АК12 находит широкое применение в различных отраслях промышленности:

• Авиастроение - корпусные детали самолетов и вертолетов, обтекатели, элементы шасси.
• Ракетостроение - корпуса ракет, обтекатели, узлы крепления.
• Судостроение - корпусные конструкции морских судов, элементы надстройки.
• Автомобилестроение - кузовные панели, облицовки, детали интерьера.
• Электротехническая промышленность - корпуса электроприборов, радиаторы, кожухи.

В пищевой промышленности из сплава АК12 повышенной чистоты изготавливают различную кухонную утварь - кастрюли, сковородки, ложки и вилки.

В строительстве АК12 используется для изготовления архитектурных деталей - панелей, профилей, украшений фасадов.

Благодаря сочетанию прочности, пластичности и коррозионной стойкости, сплав АК12 широко применяется для отливки заготовок самых разных деталей в машиностроении.

Аналоги и заменители АК12

Основными аналогами сплава АК12 являются:

• АК7 - силумин с 7% Si, лучшая жидкотекучесть
• АК9 - силумин с 9% Si, более высокая прочность
• АК15 - силумин с 15% Si, повышенная износостойкость

При выборе аналога необходимо учитывать требования по прочности, пластичности, коррозионной стойкости и технологичности конкретного изделия.

В ответственных деталях авиакосмической техники АК12 часто заменяют на более прочные дуралюмины - В95, 1914, Д16.

Перспективы применения АК12

В ближайшие годы ожидается расширение использования сплава АК12 в автомобилестроении - для производства элементов кузова, узлов подвески, колесных дисков.

Активно ведутся работы по модифицированию АК12 углеродными нанотрубками и графеном. Это позволит увеличить прочностные характеристики сплава практически вдвое при сохранении низкого веса.

Развитие аддитивных технологий открывает новые возможности использования порошков АК12 в 3D-печати. Это упростит и удешевит производство сложных деталей из сплава.

Выводы

Сплав алюминия АК12 занимает важное место в промышленности благодаря оптимальному сочетанию физико-механических и технологических свойств. Широкий спектр областей применения и перспективы модификации сплава говорят о его высоком потенциале и востребованности в будущем.