Исследование сплава с маркировкой АЛ35

©LIMM 2005

Была причина, заставившая меня отнести на исследования два куска алюминия, отрезные от ГБЦ моторов 21083 1990 и 2003 гв. Мягко говоря, результаты шокировали. Т.е., я понимал, что мне не скажут, что метал абсолютно правильный. Но реально полученные результаты привели в глубокую задумчивость. Человек, проводивший исследования, имеет непосредственное отношение к сплаву АЛ35. Дословно было сказано так: «Головка 1990 г.в. делалась в конце месяца (судя по всему), немного сократили технологию, но ездить должно. Металл, примененный в головке 2003 г.в., отношение к АЛ35 имеет весьма далекое. Очевидно применение большого процента вторичного алюминия, что абсолютно недопустимо».

Скажем так. Грустно. Много всякой ерунды наблюдается в процессе разбирания и собирания моторов, но понимание, что это норма, а хороший мотор – это случайность, созданная вопреки всему, неприятно.

Текст полученный из лаборатории:

На исследование поступили 2 образца под условной маркировкой «толстый» и «тонкий» из силумина.

Проводился металлографический анализ структур, измерялась микротвердость (с целью определения термически обработанного состояния), а также идентификация фаз и элементарный анализ микроструктуры. Были задействованы оптический прибор «Neophot‑2», растровый электронный микроскоп JEOL JSXA-733 с приставкой для рентгенографического анализа, микротвердомер ПМТ‑3.

Толстый образец №2 (1990‑й год выпуска)

Метал плотный, дефектов не выявлено. Структура образована основными фазами – a твердым раствором и многокомпонентной эвтетикой, основой которой составляет кремниевая эвтектика Al-Si (рис. 1a, рис. 1c). Она имеет тонкодифференцированную структуру (рис 1в), что указывает на модифицирование в процессе выплавки.

Кроме того, по всей поверхности шлифа наблюдаются избыточные фазы ликвационного происхождения (рис. 1b, рис. 1d)

Согласно данным оптической металлографии, они являются типичными для отливок из силумина и представляют собой бинарные или более сложные алюминиды Fe, Cu, Mg и силициды Mg, которые выделяются в структурно свободном виде или в в эвтетических соединениях. Это b фаза Al5FeSi в виде игл-пластин; q фаза – Al2Cu в виде оволоподобных кристаллов (рис. 1b). Интерметаллидные фазы образуются из-за дендритной ликвации, поэтому их расположение локализовано в границах зерен и дендридных ячеек (рис. 1b, рис.1c)

Микротвердость a фазы составляет ~ 555Мпа. Данное значение указывает на то, что металл не был подвергнут специальной термической обработке типа Т6 (закалка и искусственное старение). По всей вероятности производился только отжиг для снятия напряжений.

 Тонкий образец №1 (2003‑й год выпуска)

Микроструктура этого образца представлена на рис. 2a – 2d. Метал дефектный, с многочисленными порами, рыхлотами (рис. 2b).

Структурные составляющие идентичны толстому образцу. Основу также составляет a – твердый раствор и сложная эвтектика, отличие последней в её морфологии (она скелетного вида – рис. 2c). Дендриты a – фазы крупнее, а эвтетические прослойки больше (рис. 1a, рис. 2a), можно предположить, что причинной этому служат либо снижение скорости охлаждения при заливке в форму, либо неправильная технология модифицирования силумина.

Избыточные фазы (с Fe, Cu, Mg) кристаллизационной природы те же, что и в хорошем металле «толстого» образца. Они выделяются в виде игл-пластин, кристаллов неправильной формы, овалов. Объемная доля избытоных интерметаллидов больше, чем в предыдущем образце.

Микротвердость a – фазы ниже и составляет 490 МПа, что указывает на меньшую легированность полученного твердого раствора.

Рентгеноструктурный анализ (рис.3 и рис.4) подтвердил выводы металлографических исcлледований, что данные сплавы относятся к доэвтетическим силуминам (SI<10%). На рис 3,4 а,б приведена общая структура во вторичных и отраженных электронах, а на рис 3,4 (в‑з) дано изображение в характеристических излучениях Al, Si, Cu, Fe, Mg и Ti соответственно. На основании этих изображений можно четко проследить расположение фаз, входящих в состав сплава (светлые области на каждом рисунке). Например на рис показано следующее: рис 3,4 в – дендритное строение a матрицы; рис 3,4 г – морфология кремния в Al-Si эвтетике; 3, 4 д размеры и расположение фозы Al2Cu по границам дендритной ячейки и зерен матрицы; рис 3, 4 е – размеры и расположение интерметаллида Fe по границам зерен матрицы. Рис 3,4ж – небольшое количество алюминидов Mg по границам зерен, основной Mg расположен равномерно по всему сечению. Рис 3,4 д – однородное расположение Ti по сечению отливки.

Согласно количественному анализу в Al матрице содержится Cu до 2%, Mg ‑0,1%, Ti – 0,05 – 0,1%, Fe до 0,5%. Однако учитывая, что Cu, Mg и Fe содержаться также и в составе алюминидов, то суммарное содержание этих компонентов в сплаве должно быть больше. Кроме того в образце № 1 железа больше, а титана меньше. Точную концентрацию Si в сплаве без химического анализа указать трудно, тем не менее, по имеющимся структурам можно предположить, что его содержание находиться в пределах 4 – 6%.

Таким образом, на основании проведенных исследований можно указать на следующие отличия образца №1 от №2:

· наличие дефектов литья (рыхлости и поры);
· более грубая эвтектика;
· меньшая твердость;
· наличие крупных избыточных алюминидов;
· менее равномерная структура по сечению, причиной этому может быть несоответствие оптимальной технологии литья отливки.