Обоснование выбора сплавов для исследования. Сплавы системы Al - Si широко используются для производства поршней. Как правило, они классифицируются как 1 доэвтектические содержание Si 6 9 2 эвтектические 10 12 3 заэвтектические сплавы 17 21 Например Mahle124, АК 12 D, Mahle 138,1379 и т.д. Также используются поршни из сплавов системы Al - Cu - Mg - Fe - Ni RR 58, АК 4-1 и т.д Эти сплавы обеспечивают повышенную жаропрочность при высоких температурах 200 250 o C, но по сравнению со сплавами системы Al - Si имеют более высокий коэффициент линейного расширения и более низкую износостойкость. Для производства поршней используются различные технологические методы литьё, штамповка, твёрдо - жидкая штамповка и т.д. Существует ярко выраженная тенденция улучшения свойств, характеристик поршневых материалов путём использования гранулируемых сплавов RSR PM и композиционных материалов с металлической матрицей MMC . Например, гранулируемый сплав RSR PM 1379 17 19 Si выпускается в российской промышленности.
Этот сплав имеет коэффициент линейного расширения 17 18 ppm oC , плотность 2,70 г см3, теплопроводность около 120 130 W moC, очень высокую износостойкость и высокую размерную стабильность.
Уменьшение плотности алюминиевого сплава может способствовать его легированию элементами, имеющими меньшую по сравнению с алюминием плотность, например, Mg. Магний хорошо растворим в твёрдом растворе и понижает теплопроводность и жаропрочность. Для сохранения положительного влияния Mg на плотность и удаления негативного влияния на теплопроводность, он должен находиться во всех фазах в виде соединений, например, Mg2Si. Растворимость Mg2Si в алюминии намного ниже, чем у Mg. Разработка сплава с высоким содержанием Mg2Si фазы является главной идеей дальнейшего исследования.
Соединение сплавов системы Al - Mg с Si способствует повышению жаропрочности серии алюминиевых сплавов, что достигается в результате плохого взаимодействия a - твердого раствора с Mg2Si фазой.
Это понижает интенсивность процесса диффузии. В то же время, Mg2Si фаза уменьшает вязкость сплавов и, согласно литературным данным, содержание Si в Mg2Si сплавах не должно превышать 1,5 2 . В 40-х годах немецкие учёные Майер и Росслер изучали Al - Mg - Si сплавы и пытались применить их для производства поршней для авиадвигателя. Задача заключалась в понижении плотности до 2,5 - 2,6 г см3 и повышении жесткости и теплопроводности.
Тем не менее, согласно результатам исследований, они не достигли такого уровня. Был разработан сплав 5-7 Mg и 1,0 - 1,5 Si. Этот сплав получил название Mg 51. Позднее был разработан сплав Magsimal 59 5 Mg, 2 Si для производства автомобильных деталей путём литья и реокастинга. Промышленные сплавы типа AD 31 по зарубежным стандартам серия 6000 содержат Mg и Si не более 1,5 . В этом случае всё количество фазы Mg2Si во время охлаждения оказывается в растворённом виде пропитка раствором и, после искусственного старения, выпавшие в осадок фазы укрепляли сплав.
Соотношение Mg к Si в Mg2Si составляет 1,73. Растворимость Mg2Si при 520о С около 2 . 3.2