A380 je běžná hliníková slitina používaná při tlakovém lití. Klíčovými prvky jsou křemík (7,5-9,5%) a měď (2,5-3,5%). Vysoký obsah křemíku zajišťuje, že dobře teče do forem. Nabízí dobrou pevnost, přibližně 325 MPa (UTS) při odlévání. A380 je lehký (2,7 g/cm³) s dobrou tepelnou odolností.
Zjistěme, proč je tato slitina nejlepší volbou. Pochopte, jak z ní lze vyrábět spolehlivé díly, a poznejte její slévatelnost a použití spolu se specifickými vlastnostmi.
Složení a vlastnosti hliníkové slitiny A380
1. Chemické složení
Primární prvky:
Křemík (Si):
Základním prvkem slitiny A380 je křemík. Jeho podíl je přibližně 7,5-9,5%. Tyto částice snižují teplotu tání a vytvářejí eutektickou fázi s hliníkem.
Křemík je křehký a tvrdý. Proto zlepšuje tekutost a minimalizuje smršťování. Nadměrné množství (>9,5%) však není vždy vhodné. To má za následek hromadění hrubých částic, což ovlivňuje tažnost.
Měď (Cu):
2,5-3,5% obsahu mědi je smícháno v hliníkovém kovu, aby se dosáhlo vysoké pevnosti. Během stárnutí tvoří sraženiny Al₂Cu.
Přidání více než 3,5% měděného prvku způsobuje problémy při tuhnutí. Způsobuje praskání za tepla.
Železo (Fe):
Množství železa v letadle A380 je přibližně 0,5-1,5%. Tento kov zabraňuje přilnutí roztavených ingotů k matrici. Je to proto, že se v něm vyskytují sloučeniny AlFeSi. Ta je dostatečně tvrdá na to, aby se s ní dalo manipulovat. Nadměrné použití železa, nad 1,5 %, způsobuje křehkou strukturu β-AlFeSi. To snižuje vliv houževnatosti.
Mangan (Mn):
Slitina A380 na bázi hliníku obsahuje 0,1-0,5% manganu. Střídá nebezpečnou fázi β-AlFeSi na minimálně poškozující α-AlFeMnSi. Zušlechťují se také zrna během tuhnutí.
Hořčík (Mg):
Množství hořčíku (0,1-0,5%) se spojuje s obsahem křemíku a vytváří sraženiny Mg₂Si. To zvyšuje tvrdost. Odlévatelnost se však snižuje s mg nad >0,5%
Zinek (Zn):
0,1-0,5% slitiny zinku minimalizuje dopad na kov A380. Přesto způsobuje snížení odolnosti proti korozi. K tomu obvykle dochází za přítomnosti nečistoty.
Stopové prvky:
- Až 0,5% niklu zajišťuje lepší stabilitu při vysokých teplotách. Důvodem je tvorba fáze Al₃Ni.
- Přítomnost cínu (Sn) a olova (Pb) nižší než 0,1% zlepšuje obrobitelnost. Ovlivňuje však svařitelnost.
- Přídavek <0,1% chromu (Cr) zjemňuje zrno.
Normy:
Specifikace slitiny A380 ve formě ASTM B85 uvádí určité limity. Například Fe ≤1,5%, Cu ≤3,5%. Předepisuje, že složení musí projít chemickou zkouškou prostřednictvím spektrometrie.
2. Fyzikální vlastnosti
- Hustota: 2,7 g/cm³
- Rozsah tání: 565 °C až 630 °C
- Tepelná vodivost: 100 W/m-K při 25 °C
- Elektrická vodivost: 35% IACS
- Teplotní roztažnost: 21,8 µm/m-°C (20-100°C)
- Odolnost proti korozi: Mírná
3. Mechanické vlastnosti
A. Pevnost a tažnost:
Jako odlitek (bez tepelné úpravy):
- Mez pevnosti v tahu (UTS): 325 MPa.
- Mez kluzu (YS): 160 MPa při posunu 0,2%.
- Prodloužení: 3% (omezeno vysokým obsahem křemíku a křehkými fázemi α-AlFeMnSi a β-AlFeSi).
- Tvrdost: 80 HB (Brinell).
T5 Teplota:
- Stárnutí při 150-200 °C po dobu 2-8 hodin
- UTS: 330 MPa
- YS: 170 MPa.
- Prodloužení: 2%
- Tvrdost: 85 HB
T6 Temperace:
- Rozpouštění při 500 °C po dobu 4-12 hodin + zrání
- UTS: 350 MPa
- YS: 185 MPa.
- Prodloužení: 2,5%
- Tvrdost: 90 HB
B. Mikrostruktura:
Slitina hliníku A380 vytváří jako primární matrice zrna o velikosti 50-200 µm.
Intermetalické fáze:
- Deskovité částice α-AlFeMnSi s dlouhou životností 5-20 µm zvyšují odolnost proti opotřebení.
- U jehlicovitých fází (β-AlFeSi) o velikosti do 10-30 µm se objevují místa indukce trhlin.
- Prvky Mn zlepšují velikost zrn a snižují ji na <100 µm. Vytvářejí lepší houževnatost.
C. Specializované vlastnosti:
Slitina A380 má dobrou únavovou pevnost od 150 MPa při 10⁷ cyklech (R = -1). Tato vlastnost je výhodná pro výrobu držáků motorů.
Kromě toho se pevnost ve smyku tohoto ingotu pohybuje kolem 200 MPa. To je velmi důležité pro vytváření závitů nebo upevňování různých sestav.
Kromě výše uvedeného je slitina omezena svou rázovou houževnatostí (Charpyho zkouška), která je 5 J při 25 °C. Tento limit také minimalizuje její použití při dynamickém zatížení.
D. Vliv teploty:
Vyšší teploty jsou příčinou srážení hrubých částic. Z tohoto důvodu klesá UTS na 260 MPa (-20%).
Při nízké teplotě pod -50 °C dochází k nárůstu tvrdosti kolem 88 HB (+10%). Důvodem je zpomalení pohybu dislokací.
Aplikace hliníkové slitiny A380
1. Využití v automobilovém průmyslu
Poměr pevnosti a hmotnosti u slitiny A380 z ní činí optimální volbu. Proto ji automobilový průmysl používá pro širokou škálu aplikací.
Klíčové složky a vlastnosti:
Automobilové díly, jako jsou držáky a skříně, mají mez pevnosti v tahu přibližně 325 MPa. Rovněž vytvářejí bariéry proti nadměrnému teplu až do 200 °C.
V porovnání se staršími železnými bloky tak díl nevyžaduje více energie ani paliva.
Tepelné a mechanické výhody:
Výrobci využívají tepelnou vodivost slitiny A380 (100 W/m-K) do hlav válců.
Vyznačují se účinným odvodem tepla. Křemíkový materiál v nich při odlévání plynule teče a může nabývat jakýchkoli složitých tvarů.
Trvanlivost a omezení:
Skříně převodovek po procesu popouštění T6 by byly tvrdší. Dosahuje tvrdosti 90 HB.
Tyto díly však neodpovídají požadavkům na tažnost, což omezuje jejich použití v aplikacích s vysokou odolností proti nárazům. Proto se k výrobě kritických dílů používají jejich náhradní slitiny, jako je A383.
Letecké aplikace hliníkové slitiny A380
Používání nekonstrukčních součástí:
Pevnostní a odlévací vlastnosti ingotu A380 jej činí výhodnějším. Letecký průmysl jej používá k výrobě krytů spoilerů, držáků klapek a držáků křidélek.
Teplotní a pevnostní parametry:
Tato slitina snáší mírné teploty (-50 °C až 150 °C). Jejich mez kluzu po popuštění T6 je 185 MPa. V případě zařízení pro řízení letů jsou díky této úpravě vhodnější.
Výhody přesného lití
Materiál A380 nabízí vhodnou odlévatelnost, která umožňuje odlévání i těch nejsložitějších profilů. Díky tomu jej můžete s rozměrovou přesností použít například pro závěsy kormidel.
Omezení a vylepšení:
Přestože tato slitina nabízí mnoho výjimečných vlastností, nedosahuje kvalit letecké slitiny (7075). Například vysokopevnostní tepaná slitina.
Vylepšení, které můžete provést, je odolnost ve vlhkém prostředí. Toho lze dosáhnout tepelným procesem T6 nebo antikorozními nátěry.
Další průmyslové aplikace hliníkové slitiny A380
Využití ve stavebnictví:
Ve stavebnictví se slitina A380 odlévá k výrobě architektonických forem a okenních rámů.
Průmysl využívá své nejoptimálnější vlastnosti. A to díky odolnosti proti korozi a přísným tolerancím pro přesnost.
Mořské aplikace:
Díky odolnosti letounu A380 jsou díly pro uchycení motoru a palubní příslušenství dlouhotrvající a pevné.
Úprava, jako je eloxování, dále zvyšuje odolnost proti slané vodě.
Výhody pro elektrotechnický průmysl:
Tento materiál je výhodný pro výrobu chladičů a krytů motorů. Poskytuje jim dobrou IACS a tepelnou vodivost. Proto tato možnost představuje cenově výhodnou nabídku.
Výhody specifické pro dané odvětví:
Mezi klíčové vlastnosti, které A380 obsahuje, patří nejčastěji rozměrová stálost v celé konstrukci a odolnost proti korozi pro námořní použití.
Obleky pro tepelný management jsou určeny pro elektrické systémy. To znamená, že slitina A380 spadá do kategorie univerzálních kovů.
Charakteristiky odlévání hliníkové slitiny A380
Proces odlévání
Protože slitina A380 má mnohem lepší tekutost, odlévá se s procesními parametry. Tyto parametry zahrnují teploty tání 660-680 °C a vstřikovací tlaky 30-150 MPa.
Tlakové lití:
Hliníkové tlakové lití je nejlepší technikou. Poskytuje výstupní výsledky během několika minut a poskytuje těsnou toleranci. Při tomto postupu však hrozí riziko přilepení formy na částečky železa.
Odlévání do písku:
Při odlévání do písku není třeba používat vysoký tlak ani vysoké teploty. Je to proto, že se při něm vytváří profilový tvar z roztavené slitiny za použití nižšího množství (1-5 tlaků až 600-650 °C).
Tento postup můžete použít k odlévání delších dílů, například bloků motorů. Je však velmi pomalý a vytváří drsné povrchy.
Odlévání do trvalých forem:
Trvalé lití do forem přináší vyvážené výhody nákladů a přesných výsledků.
Pracuje při teplotách 630-670 °C.
Správná rychlost chlazení je nezbytná pro kontrolu tuhnutí. Tím se sníží riziko vzniku horkých trhlin.
Vady odlitků
Vady odlitků, které se vyskytují při výrobě, mohou být pórovitost, smrštění nebo vměstky.
- Pórovitost: vzduch nebo plyny přimíchané do odlitku způsobují pórovitost. Zjistěte to pomocí rentgenové kontroly. Pro kontrolu použijte vakuové odplynění.
- Smršťování: Nerovnoměrné chlazení odlitku způsobuje smršťování dílů. Software pro tepelnou simulaci pomáhá při analýze horkých míst. Vyřešte tyto chyby pomocí optimalizovaných návrhů podavačů.
- Zařazení: K tomu dochází v důsledku přítomnosti nečistot. Před použitím kov filtrujte, abyste minimalizovali velikost částic. Zvolte také techniku předehřevu formy.
Tepelné zpracování
Tepelné zpracování roztoku:
Při tomto způsobu úpravy výrobci zahřívají kov při teplotě 500 °C po dobu 4-12 hodin. Tím se rozpustí sraženiny Al₂Cu. To se provádí prostřednictvím chlazení rychlostí >100 °C/s (kalicí voda).
Umělé stárnutí
Umělé stárnutí, stejně jako technika popouštění T6, probíhá při teplotě 150-200 °C po dobu 2-8 hodin. Vytváří nadměrnou pevnost ingotů. Za tímto účelem vytvářejí fáze Mg₂Si a Al₂Cu. Zvyšuje také tvrdost.
Přestárnutí nad 250 °C však způsobuje hrubé srážení. To v důsledku ovlivňuje pevnost a snižuje ji až o 15 %.
Také popouštění T6 zvyšuje odolnost proti únavě a vytváří rafinovanou mikrostrukturu. Přesto snižuje míru prodloužení až na 2,5%.
Odolnost hliníkové slitiny A380 proti korozi
Korozní mechanismy:
U letounů A380 existuje pravděpodobnost vzniku důlkové koroze v místech bohatých na chloridy, jako je pobřeží. Podobně jako tento problém se ve stagnujících místech (pod šrouby) vyskytuje štěrbinová koroze.
Galvanická koroze dochází při vzniku elektrochemických potenciálových rozdílů. Obsah železa a mědi je také příčinou zhoršující se koroze.
Ochrana proti korozi:
Existuje mnoho možností ochrany dílů před korozí. Mezi ně patří eloxování, které přidává vrstvu oxidu o tloušťce 10-25 µm.
Proces chromátování pomáhá zbavit se vlhkosti nebo odolávat soli. Mezitím nátěry (epoxidové) zvyšují pevnost tím, že blokují expozici.
Dalšími možnostmi jsou práškové nátěry a tmely. Ty zlepšují výkon lodních nebo automobilových dílů a zvyšují jejich trvanlivost.
Obrábění a výroba hliníkové slitiny A380
Obrábění:
Hliníková slitina a380 s hodnotou 65 až 70% se velmi snadno obrábí. Obsahuje příbuzné prvky, které mohou být tvrdé, jako jsou částice křemíku. Proto můžete k jejímu řezání použít karbidové nebo PCD nástroje.
Například úhel sklonu 15° a ostré hrany napomáhají procesu řezání. Jak ukazuje obrázek, řezejte při rychlosti 300-500 m/mi, posuvu 0,5 mm/otáčku a hloubce ≤3,25 mm.
Také správné techniky chlazení mohou zabránit přehřátí nástrojů a zvýšit jejich životnost.
Výroba:
Svařování materiálu A380 je poměrně obtížné. Protože praská. Ale můžete použít svařování třením. Při 500-1500 otáčkách za minutu a rychlosti 1-3 mm/s odvádí skvělou práci.
Při pájení pomáhá také předehřev a hliníkové silikonové plnivo. K upevnění nebo nýtování je třeba pracovat ručně, abyste mohli nýty propíchnout, nebo použít houževnaté nýty, např. 1-5 mm.
Závěr:
Nejdůležitějším kovem je hliníková slitina A380. Obsahuje menší hmotnost, ale přitom je houževnatá. Jejich vynikající slévatelnost umožňuje výrobu více aplikací s působivou tepelnou odolností. Jedná se o kombinaci cenové výhodnosti a vyvážených výkonů.
Můžete se však potýkat s jeho nízkou tažností. Úprava temperováním T6 a povlaky mohou zlepšit jeho odolnost. Proto je důležitá pro většinu významných průmyslových odvětví, jako je automobilový a průmyslový průmysl.