Исследование сплава с маркировкой АЛ35

Головки цилиндров двигателей ВАЗ 21083, отлитые в разные годы, направили на металлографическое исследование под условной маркировкой АЛ35. Сравнивались два образца силумина — «толстый» (1990 год выпуска) и «тонкий» (2003 год). Результаты показали, насколько сильно может различаться качество отливок одной и той же номинальной позиции.

Методика и оборудование

Проводились металлографический анализ структуры, измерение микротвердости (для оценки термического состояния), идентификация фаз и элементный анализ микроструктуры. Использовались оптический микроскоп «Neophot-2», растровый электронный микроскоп с приставкой для рентгенографического анализа и микротвердомер ПМТ-3.

Образец №2 — головка 1990 года

• металл плотный, дефектов не выявлено;
• структура — альфа-твёрдый раствор и многокомпонентная эвтектика на основе кремниевой эвтектики Al-Si с тонкодифференцированной структурой, что указывает на модифицирование при выплавке;
• выявлены типичные для силуминовых отливок избыточные ликвационные фазы: бета-фаза Al5FeSi в виде игл-пластин, фаза Al2Cu (q) в виде овалоподобных кристаллов — алюминиды Fe, Cu, Mg и силициды Mg по границам зерен и дендритных ячеек;
• микротвердость альфа-фазы ≈ 555 МПа — значение соответствует состоянию без специальной термической обработки типа Т6; вероятен только отжиг для снятия напряжений, но технологию немного сократили.

Образец №1 — головка 2003 года

• металл дефектный: многочисленные поры и рыхлости;
• эвтектика скелетного вида, дендриты альфа-фазы крупнее, эвтетические прослойки больше — признаки сниженной скорости охлаждения при заливке либо нарушения технологии модифицирования;
• объёмная доля избыточных интерметаллидов выше, чем в образце 1990 года;
• микротвердость альфа-фазы ниже — 490 МПа, что указывает на меньшую легированность твёрдого раствора;
• вероятно значительное содержание вторичного алюминия, что для данной детали недопустимо.

Результаты рентгеноструктурного анализа

Анализ подтвердил, что оба образца относятся к доэвтектическим силуминам с содержанием кремния менее 10% (по структуре — примерно 4–6%). По данным элементного анализа в матрице Al содержится Cu до 2%, Mg около 0,1%, Ti 0,05–0,1%, Fe до 0,5%; суммарное содержание этих элементов в сплаве выше, поскольку часть входит в состав алюминидов. В образце №1 обнаружено больше железа и меньше титана. Карта распределения элементов показала дендритное строение матрицы, морфологию кремния в эвтетике, расположение фазы Al2Cu по границам дендритных ячеек и однородное распределение титана по сечению отливки.