Поршневые силумины. 
Металловедение: макро- и микроструктуры литейных алюминиевых сплавов

Поршневые силумины — это, как правило, сплавы с большой объемной долей кремниевой и Ni-содержащих фаз, что обеспечивает высокую прочность при повышенных температурах и низкий коэффициент термического расширения. Все стандартные силумины этой группы, приведенные в ГОСТах 1583—93 и 30 620—98, содержат в качестве легирующего элемента никель (табл. 4.5). Поршневые силумины имеют сложную многофазную структуру, в них может присутствовать большинство фаз, характерных для алюминиевых сплавов.

Таблица 4.5

Химический состав поршневых силуминов (ГОСТ 1583—93 и ГОСТ 30 620—98).

Сплавы АК12М2МгН и АКПММгН содержат около 12% Si и примерно по 1% Ni и Mg, они различаются в основном концентрацией меди (2 и 1% соответственно), что мало отражается на структуре и свойствах. В литом состоянии основная структурная составляющая — алюминиево-кремниевая эвтектика, внутри которой можно увидеть включения других фаз, в частности железистых. Большая часть никеля присутствует в виде крупных скелетообразных частиц соединения Al₉FeNi эвтектического происхождения, а также в виде первичных кристаллов, имеющих неправильную форму.

Часть никеля может быть связана в Cu-содержащие фазы (Al₃(Ni, Cu)₂ или Al₆Cu₃Ni), но их количество сравнительно мало. Железо кроме соединения Al₉FeNi может входить в состав фаз Al₈FeMg₃Si₆ и Al₁₅(FeMn)₃Si₂, а при его содержании более 0,6—0,8% очень вероятно образование иглообразных включений (3-фазы, которые особенно вредны в виде первичных кристаллов. Из-за высокого для силуминов содержания магния в сплавах АК12М2МгН и АК12ММгН присутствуют скелетообразные частицы силицида магния, а также четверного соединения Al₈FeMg₃Si₆. Медь входит в состав фаз Al₅Cu₂Mg_gSi₆ и А1₂Си, при этом количество последней в сплаве АК12ММгН очень мало. Часть меди и магния растворяется в (А1), что приводит к упрочнению, особенно существенному после термообработки Т1, главным образом за счет вторичных выделений метастабильных модификаций фаз Mg₂Si и Al₆Cu₂Mg₈Si₅.

Сплав АК21М2,5Н2,5 содержит более 20% Si, т. е. является типичным заэвтектическим силумином, однако кроме кремниевой фазы первично может кристаллизоваться и соединение Al₉FeNi. Именно эти первичные кристаллы позволяют легко отличить по структуре сплав АК21М2,5Н2,5 от других стандартных силуминов. Остальные элементы структуры примерно такие же, как и в других поршневых силуминах: алюминиевокремниевая эвтектика и частицы фаз Al₅Cu₂Mg₈Si₆ и А1₂Си. Образование силицида магния и (3-фазы маловероятно. Сплав АК21М2,5Н2,5 характеризуется высокой твердостью, в том числе при повышенных температурах; из-за высокой объемной доли избыточных фаз его пластичность очень мала, в то же время у него наименьший среди всех стандартных литейных сплавов коэффициент термического расширения. Сплав изготовляют из первичных и вторичных материалов, его выплавка существенно более трудоемка по сравнению с другими силуминами: необходимо вводить большое количество труднорастворимого первичного кремния при температуре около 800 °C. Применяется для производства тяжелонагруженных поршней, к которым предъявляются повышенные требования по жаропрочности и линейному расширению.