Odlewnicze stopy aluminium są przeważnie stopami wieloskładnikowymi o dużym stężeniu pierwiastków stopowych (5-15%). Są to głównie krzem, miedź, mangan, cynk oraz nikiel. Charakteryzują się dobrą lejnością i często małym skurczem odlewniczym. W stanie lanym można zastosować stopy zawierające mniej niż 5% pierwiastków stopowych
Źródłem aluminium są boksyty czyli skały składające się głównie z wodorotlenków glinu. Z czterech ton boksytu można uzyskać około dwóch ton korundu – tlenku glinu mającego postać białego proszku, natomiast z dwóch ton korundu można pozyskać tonę aluminium.
Aby przekształcić boksyt w tlenek glinu, kruszymy rude i mieszamy ją z wapnem i sodą żrącą. Nastepnie mieszanka ta pompowana jest do wysokoprężnych zbiorników i podgrzewana. Tlenek aluminium jest rozpuszczony przez sodę żrącą, a następnie wytrącany z roztworu, oczyszczany i podgrzewany w celu odparowania wody. W efekcie uzyskujemy biały proszek zwany tlenkiem glinu lub tlenkiem aluminium.
Oznaczanie stopów odlewniczych jest podobne do stopów do obróbki plastycznej, z tym że symbol AW w znaku jest zastąpiony przez AC. Na podanym przykładzie EN oznacza normę europejską,a AC stop odlewniczy. Po myślniku podaje się symbol chemiczny aluminium, a później dodatków stopowych wraz z ich zawartością.
Na końcu znak stopu może być uzupełniony symbolem sposobu odlewania:
S-do form piaskowych
K-kokilowym
D-pod ciśnieniem
L-metodą wytapianych modeli
Powszechnie stosowane siluminy wieloskładnikowe, w których jako
dodatki stopowe wykorzystuje się mangan, miedź i magnez,
poprawiające wytrzymałość i twardość oraz umożliwiające
umocnienie wydzieleniowe siluminów.
Magnez – przy zawartości 0,2-1,5% tworzy z krzemem związek międzymetaliczny o zmiennej rozpuszczalności w aluminium, w stanie stałym umożliwiający umocnienie wydzieleniowe.
Miedź – w ilości do 4% zwiększa wytrzymałość siluminów w podwyższonej temperaturze, polepsza skrawalność, w ilości przekraczającej 4% zmniejsza odporność na korozję.
Mangan – w ilości do 0,2-0,5% jest stosowany w celu obniżeniu szkodliwego wpływu żelaza, tworzącego kruchy i twardy związek krystalizujący w postaci długich igieł.
Do najważniejszych własności siluminów zaliczają się:
Dobre własności odlewnicze ( nie wykazują skłonności do pękania na gorąco)
Mały skurcz odlewniczy
Dużą rzadkopłynność ( umożliwia wykonywanie cienkich wyrobów)
Jako stopy eutektyczne krzepną w stałej temperaturze nie wykazując przy tym skłonności do segregacji
Dobrą odporność na korozję pod warunkiem, że nie mają nadmiernej ilości zanieczyszczeń, a zwłaszcza żelaza
Są one odporne również na działanie wody morskiej, wód mineralnych, a nawet sodu, amoniaku i kwasu azotowego, stężonego i rozcieńczonego
Całkiem niezłymi właściwościami mechanicznymi, które można jeszcze znacznie zwiększyć na drodze umacniania wydzieleniowego o ile stop zawiera dodatek Mg lub Cu
Aluminium tworzy z Mg roztwór stały graniczny α o rozpuszczalności zmniejszającej
się wraz z obniżaniem temperatury, krystalizujący w sieci ściennie centrowanej
typu A1 układu regularnego. W zakresie stężenia do ok. 35,5% Mg występuje
mieszanina eutektyczna roztworu α z roztworem stałym wtórnym β na osnowie
fazy elektronowej Al8Mg5, krystalizującej w sieci regularnej złożonej
W stopach przemysłowych Al z Mg stężenie Mg jest zawarte w przedziale od
0,5 do ok. 13%. Stopy o małym stężeniu Mg wykazują dużą podatność na obróbkę
plastyczną, a o dużym stężeniu – bardzo dobre własności odlewnicze.
Stopy aluminium z Mg – oprocz siluminow – są najczęściej stosowanymi stopami
odlewniczymi. Wykazują bowiem największą spośrod stopow aluminium odporność
na korozję i najmniejszą gęstość. Własności odlewnicze tych stopow są jednak
gorsze niż siluminow.
Stopy Al z Mg zawierają zwykle inne dodatki stopowe, wprowadzone jednak
w niewielkim stężeniu. Dodatek Si poprawia rzadkopłynność. Dodatki Mn lub Cr
zmniejszają niekorzystny wpływ Fe na korozję tych stopow. Miedź, dodawana rzadko,
zmniejsza podatność na pitting, pogarszając jednocześnie odporność stopow
na korozję. Cynk polepsza własności wytrzymałościowe i odlewnicze, Ti, a także
B zmniejszają wielkość ziarna, natomiast Be i dodawany niekiedy Li zmniejszają
skłonność Mg do utleniania w kąpieli metalowej przed odlaniem stopu i rownież
w stanie stałym podczas pracy w podwyższonej temperaturze. Dodatek Pb polepsza
podatność stopow Al z Mg na obrobkę skrawaniem.
Dla odlewów wykonywanych ze stopów Al-Mg wykonuje się następujące operacje obróbki cieplnej :
wyżarzanie homogenizujące: wytrzymanie 10-12 h w temp. 450-480°C, powolne chłodzenie do temp. 350°C i następnie szybkie chłodzenie
wyżarzanie odprężające przez 12-16 h w temp. 120-150°C
umacnianie wydzieleniowe ( stopów wysokomagnezowych ) :
wytrzymanie 15-20 h w temp. 435°C i przesycanie w wodzie o temp. 80°C
starzenie sztuczne w temp. 150°C przez 24 h lub naturalne w czasie do 60 dni.
Odlewnicze stopy aluminium z magnezem charakteryzują się:
Najmniejsza gęstość
Największa odporność na korozję (głównie w wodzie morskiej)
Umiarkowana lub wysoka wytrzymałość
Dobrze spawalne
Podatne na korozję naprężeniową przy zawartości powyżej 3% Mg
Nie nadają się do pracy w podwyższonej temperaturze
Znajdują one zastosowanie głównie na odlewy o dużej odporności na korozję, np. na:
Armaturę morską
Elementy aparatury chemicznej
Elementy dekoracyjne
Elementy silnie obciążone
Elementy narażone na uderzenia
Czteroskładnikowe stopy Al z Zn, zawierające Mg i Cu, zwane duralami cynkowymi, wykazują najwyższe własności wytrzymałościowe ze wszystkich stopów aluminium. W stanie utwardzonym wydzieleniowo ich wytrzymałość na rozciąganie Rm osiąga ok. 700 MPa, a granica plastyczności Rp0,2 – ok. 600 MPa, przy małym wydłużeniu A = 2÷5%.
Ograniczenie ich stosowania jest związane z małą odpornością na działanie podwyższonej temperatury.
Durale cynkowe są także mało odporne na korozję, w szczególności naprężeniową, i z tego względu często plateruje się je aluminium lub stopem Al z Zn.
Są wytwarzane w postaci blach, prętów, odkuwek i kształtowników.
Niektóre stopy aluminium z cynkiem można też stosować jako odlewnicze.