Hliníkové slitiny byly vždy důležité ve výrobě, zejména v automobilovém a leteckém průmyslu a v oblasti nástrojů. Mezi všemi je AlSi10Mg často vybírán díky mnoha pozitivním mechanickým a tepelným vlastnostem. Protože je tato slitina pevnější než ocel a zároveň lehká, hraje velkou roli při odlévání a aditivní výrobě, zejména při selektivním laserovém tavení (SLM). 

Zde zkoumáme AlSi10Mg odlitek, poskytuje informace o tom, co je to AlSi10Mg, proč je užitečný, a hlavní technická fakta, včetně vlastností materiálu AlSi10Mg, jeho hustoty a dalších důležitých údajů.

Co znamená AlSi10Mg?

Slitina AlSi10Mg má hliník obsah až 89%, asi 10% křemíku a malé množství hořčíku, obvykle ne více než 0,3%. Způsob jeho konstrukce mu dal tento název. Hliník 3003, který se vyskytuje ve skupinách 4000 a 5000, je známý tím, že je velmi pevný, odolný proti korozi a snadno se spojuje svařováním. Díky tomu je aditivní výroba vhodná pro díly, které jsou pevné, lehké, mají velmi malé chyby a mohou dlouho fungovat.

Slitina AlSi10Mg má mnohostranné využití v leteckém průmyslu, moderních automobilech a průmyslových zařízeních. Mnoho lidí ji používá pro 3D tisk kovů, a to především díky jejímu výhodnému způsobu tavení.

Přehled odlévání AlSi10Mg

Proces tavení slitin

Na začátku lití AlSi10Mg se směs taví při teplotách, které se obvykle pohybují mezi 660 °C a 700 °C. Protože hlavními složkami slitiny jsou hliník, křemík a hořčík, je třeba ji zahřívat rovnoměrně, aby se zcela roztavila. Přijímají se opatření, aby se zabránilo oxidaci i absorpci plynů, protože tyto jevy mohou oslabit a poškodit hotový díl.

Kroky potřebné pro výrobu a plnění formy

Po zahřátí se tekutá slitina přelije do formy, která určí tvar hotového výrobku. Svůj díl můžete odlít pomocí tlakového lití, lití do písku nebo investičního lití. V případech, kdy je zapotřebí přesných a složitých dílů, dává aditivní výroba přednost selektivnímu laserovému tavení (SLM). Protože AlSi10Mg snadno teče, hodí se pro detaily forem.

Ochlazení kapaliny a její ztuhnutí

Jakmile je forma naplněna, surový tekutý kov začne chladnout. Správné chlazení může snížit problémy s hotovým výrobkem, jako je smršťování, praskliny nebo vnitřní pnutí. Rychlost, jakou slitina chladne, může ovlivnit strukturu uvnitř materiálu a ovlivnit jeho pracovní pevnost i povrch. Materiály, které se ochlazují rychleji, mají obvykle lepší strukturu a lepší celkové vlastnosti.

Kroky následného zpracování

Po ztuhnutí a vyjmutí z formy je díl v ideálním stavu. Často se provádí tepelné úpravy, jako je žíhání v roztoku a stárnutí, aby byl materiál odolnější. Přesných struktur nebo lépe vypadajících výsledků lze dosáhnout uložením dílů do obalu k obrábění nebo k povrchové úpravě.

Náhrady za AlSi10Mg

Protože AlSi10Mg nabízí vynikající vlastnosti, je často volen pro svařování, ale pokud jsou důležitější jiné faktory, jako jsou mechanické, teplotní nebo cenové, může být zapotřebí použít jiné materiály.

Níže jsou uvedeny nejoblíbenější slitiny používané jako náhrada AlSi10Mg:

Hliník A356 je typ slitiny

Proč se místo AlSi10Mg uvažuje o A356?

A356 je srovnatelná slitina s AlSi10Mg, liší se především vyšší tažností a prodloužením. Stoupačky se nejčastěji používají pro odlévání do písku a gravitační lití.

Výhody:

• Zákazníci si mohou vybrat tkaninu s vyšší průtažností pro lepší houževnatost.
• Velká schopnost odolávat korozi
• Lze snadno svařovat

Aplikace:

• Mezi díly z šedé litiny patří automobilové díly, díly pro čerpadla a obecné odlitky.

Slitina obsahující křemík 12%

Proč měníme AlSi10Mg za AlSi12?

AlSi12 je bohatý na křemík, a proto poskytuje zvýšenou odolnost proti opotřebení a lepší tokové vlastnosti při tlakovém lití.

Výhody:

• Jejich slévatelnost je lepší než u mosazi.
• Odolnost proti opotřebení je velmi účinná.
•  Nižší ceny příslušenství

Aplikace:

• Jsou vhodné pro složité, křehké odlitky, skříně motorů a dekorativní díly.

EN AW-7075 (Slitina hliníku EN 7075)

Proč by měl být AlSi10Mg nahrazen materiálem 7075?

Pevná slitina 7075 se používá v leteckém průmyslu a má mnohem lepší pevnostní vlastnosti než slitina AlSi10Mg. Protože ji však nelze odlévat, je vhodnější pro výrobu obráběných nebo kovaných výrobků.

Výhody:

• Působivě silný rozsah napětí
• Vynikající odolnost proti opotřebení při nadměrném používání

Omezení:

• Svařování je obtížné
• Často jsou dražší
• Nelze použít k odlévání

Aplikace:

• Kompozitní materiály se používají v letectví, motoristickém sportu i v těžkém vybavení.

Ti-6Al-4V je slitina titanu

Proč by aplikace měly využívat titan místo AlSi10Mg?

V porovnání s hliníkovými slitinami je titan mnohem lehčí a odolnější vůči korozi, pokud se používá pro díly, které musí vydržet tlak.

Výhody:

• Vynikající pevnost a bezpečnost pro tělo
• Vynikající schopnost odolávat teplu

Omezení:

• V případě velmi vysokých nákladů
• Je těžké ji vyrobit a zpracovat

Použití:

• inženýrské práce na letadlech, vesmírných produktech, lécích a systémech.

Běžné hořčíkové slitiny jsou AZ91D a podobné.

Proč by měl být AlSi10Mg nahrazen hořčíkem?

Jsou mnohem lehčí než AlSi10Mg a vybírají se v případě, že je třeba co nejvíce snížit hmotnost.

Výhody:

• Jeho velmi nízká hustota je pouze 1,74 gramu na centimetr krychlový.
• Lze jej dobře odlít

Omezení:

• Pevnost i odolnost proti korozi jsou nižší
• Zpracování zvyšuje jejich náchylnost ke vznícení.

Účel: 

• Stavba elektronických kontejnerů, nosných konstrukcí sportovních potřeb a interiérů letadel.

Srovnávací tabulka

Opatrně s alternativními předměty

Náhradu byste měli zvolit podle:

• Pro zvýšení pevnosti dílu by se měl použít materiál 7075 nebo Ti-6Al-4V.
• A356 nebo AlSi12 lze obvykle odlévat snadněji než jiné typy.
• Hořčíkové slitiny byly vybrány pro svou nízkou hmotnost.
• AlSi10Mg nebo titan jsou odolnější proti korozi než ostatní.
• Úspory lze dosáhnout použitím AlSi12 nebo A356.

Vlastnosti slitiny AlSi10Mg

Inženýři, konstruktéři a výrobci této slitiny musí vědět, co AlSi10Mg dokáže. Pro svou pevnost, nízkou hmotnost a tepelné vlastnosti nachází AlSi10Mg uplatnění při odlévání i 3D tisku. Níže jsou vysvětleny hlavní typy vlastností, které se používají u nemovitostí:

Mechanické vlastnosti

Mechanické vlastnosti AlSi10Mg se výrazně zlepšují tepelným zpracováním nebo při aditivní výrobě. Následující hodnoty je třeba považovat za odhad, protože podmínky zpracování je mohou změnit.

• Pevnost v tahu se udává jako: 320-450 MPa
• Mez kluzu je 230-260 MPa.
• Prodloužení při přetržení: 2-12% (vyšší u vzorků po tepelném zpracování)
• Tvrdost každé třídy se pohybuje mezi 100 a 120 HB (Brinell).
• Únavová pevnost šroubů se pohybuje od 100 MPa v závislosti na způsobu jejich výroby a na tom, kolikrát jsou zatíženy.

Užitečné mechanické vlastnosti AlSi10Mg umožňují jeho použití jako nosného dílu v leteckém a automobilovém průmyslu a v nástrojářství.

Fyzikální vlastnosti

Díky svým silným stránkám je AlSi10Mg vhodný pro použití, kde hraje velkou roli teplo a hmotnost.

• Hustota: ~2,68 gcm-3
• Efektivní tepelná vodivost se odhaduje na ~150-170 W/m-K.
• Rozsah tání: 570 až 590 °C
• Koeficient tepelné roztažnosti kovů je přibližně ~20 x 10⁶/°C.
• Mírná elektrická vodivost (hodnoty jsou nižší než u hliníku)

Díky nízké hustotě a vhodným tepelným vlastnostem je ideální pro použití v elektronice a leteckých systémech.

Chemické složení

Hlavní složení slitiny AlSi10Mg je:

• Nejvyšší počet složek v barvách je hliník, který se vyskytuje v množství přibližně 89-91%.
• Křemík (Si): Rozsah je 9,0% až 11,0%.
• Hořčík (Mg): Jeho koncentrace je přibližně 0,25-0,45%.
• Množství železa nesmí být vyšší než 0,55%.
• ≤ 0,5% celkem pro Mn, Zn, Cu, Ti a řadu dalších prvků.

Přítomnost křemíku usnadňuje odlévání a zvyšuje odolnost dílů proti opotřebení. Přídavek hořčíku zvyšuje pevnost i tepelnou zpracovatelnost odlitků.

Ostatní vlastnosti

• Odolnost proti korozi je obzvláště dobrá v suchém a vlhkém prostředí.
• Svařování hliníku je velmi snadné, takže se hodí jak pro opravy, tak pro spojování tištěných nebo litých dílů.
• Ošetření, zejména tepelné, výrazně usnadňuje obsluhu strojů na výrobu surovin.
• Vysoká recyklovatelnost PET podporuje snahu o udržitelnost.

Díky svým pevným a pružným vlastnostem si tuto slitinu často vybírají průmyslová odvětví, která se zaměřují na výkon, spolehlivost a design.

Tepelné vlastnosti AlSi10Mg

AlSi10Mg je ideálním materiálem, pokud je důležitá tepelná odolnost, tepelná účinnost a minimální změny tvaru při změnách teploty. Díky svým vynikajícím vlastnostem hrají v případě potřeby klíčovou roli při chlazení leteckých, automobilových a elektronických součástek.

Tabulka tepelných vlastností pro AlSi10Mg

Souhrn

• Protože AlSi10Mg dobře přenáší teplo, používá se pro chladiče, skříně a součásti motorů.
• Díky své mírné teplotní roztažnosti si za normálních podmínek zachovává stabilitu.
• Při teplotách nad 200 °C se mechanická pevnost plastů pravděpodobně postupně nebo náhle snižuje.

Hustota a její vliv na AlSi10Mg

Hustota AlSi10Mg hraje velkou roli při jeho výběru pro případy, kdy je klíčovou vlastností nižší hmotnost. Obvyklá hustota AlSi10Mg je 2,68 g/cm³. Lehkost je jednou z největších výhod hliníku, přestože má stále houževnatost potřebnou pro většinu použití.

Hustota AlSi10Mg je velmi výhodná při výrobě lehkého kování letadel, rámů elektromobilů nebo robotických ramen, aniž by byla obětována jejich pevnost. Letecký průmysl je příkladem, kdy nižší hmotnost zlepšuje úsporu paliva a zvyšuje užitečné zatížení.

Hustota AlSi10Mg může být ovlivněna způsobem výroby, rychlostí ochlazování a mírou pórovitosti konečného předmětu. Proto je nezbytné provádět kontroly kvality, především v odvětvích s přísnými požadavky na shodu. 

Efekty v designu a výrobě

Při použití slitiny AlSi10Mg mají konstruktéři výhodu, že mohou zeštíhlit tvary dílů, aby se snížila jejich hmotnost při zachování pevnosti. Díky nízké hustotě slitiny pomáhá 3D tisk i odlévání vytvářet lehké konstrukce, které jsou přesto mechanicky pevné. Zpracování materiálu se pro výrobce stává jednodušší a snazší.

U objektů, jako jsou chladiče nebo pouzdra, kde pomáhá účinný odvod tepla, navíc méně hustý AlSi10Mg znamená, že systém lze sestavit z menšího počtu dílů, ušetřit místo a účinněji jej chladit.

Pohled na další materiály

Na základě údajů se AlSi10Mg nachází v optimální zóně, protože je pevnější a houževnatější než hořčík, aniž by byl pro některé aplikace těžší než ocel.

Jaké výhody přináší použití slitiny AlSi10Mg?

Existuje řada důvodů, proč se slitina AlSi10Mg začala široce používat v mnoha průmyslových odvětvích. Protože je velmi dobře odlévatelná, dobře odolává korozi a má dobré tepelné vlastnosti, používá se při různých způsobech výroby dílů. Proč se konstruktéři často rozhodují právě pro tuto slitinu?

• Vzhledem k tomu, že tyto díly ztrácejí na hmotnosti, ale zachovávají si pevnost, jsou nejvhodnější pro použití na důležitých místech, jako je sport.
• Dobrý přenos tepla - To mu dává uplatnění ve výměnících tepla a v pouzdrech elektroniky.
• Velkým problémem je koroze, proto je pryž užitečná zejména tam, kde hrozí riziko působení vody a chemikálií.
• Vysoká průtočnost - materiál je vhodný pro přesné aplikace.
• Tuto slitinu lze po výrobě snadno svařovat a obrábět.

Protože slitina AlSi10Mg zůstává spolehlivá i v náročných klimatických podmínkách nebo při častém namáhání, je vhodnou volbou pro klíčové systémové komponenty.

Výhody AlSi10Mg

Má vysokou pevnost a zároveň je lehký.

Pevný a nepříliš těžký AlSi10Mg se často používá v letectví a automobilovém průmyslu, protože nabízí skvělý poměr pevnosti a hmotnosti.

Dobrý výkon při odlévání a tisku

AlSi10Mg se snadno formuje a dobře se používá v aditivní výrobě, zejména v selektivním laserovém tavení, které umožňuje vyrábět složité tvary.

Odolnost proti korozi

Díky obsahu křemíku a hořčíku je A286 vysoce odolný vůči venkovním nebo drsným podmínkám a nepotřebuje další ochranu.

Vynikající tepelná vodivost

AlSi10Mg je materiál pro přenos tepla se součinitelem tepelné vodivosti v rozmezí 150 až 170 W/m-K a lze jej snadno použít při výrobě krytů a chladičů.

Tepelné zpracování umožňuje další výhody

Tepelným zpracováním slitiny, například stárnutím T6, se zvyšuje její pevnost a tvrdost.

Vysoká recyklovatelnost

AlSi10Mg lze snadno recyklovat, což pomáhá udržet výrobu šetrnou k životnímu prostředí.

Problémy spojené s AlSi10Mg

V případě hliníku je tažnost považována za omezenou.

Když se slitina AlSi10Mg odlévá nebo tiskne, často nemá dostatečnou tažnost (2-4%), takže ji nelze použít v aplikacích, které vyžadují velké ohýbání nebo tvrdý náraz.

Měknutí materiálu vlivem vysoké teploty

Pokud je keramika dlouhodobě tepelně zpracovávána při teplotách nad 200 °C, ztrácí část své pevnosti a nelze ji použít v konstrukcích vystavených vysokým teplotám.

Jíl, který má pórovitost

Pokud je odlévání nebo 3D tisk proveden špatně, často dochází ke vzniku plynných pórů, které oslabují strukturu, pokud se s nimi nezachází vhodným způsobem.

Mírná obrobitelnost

Tvrzená varianta AlSi10Mg je při obrábění náročná na řezné nástroje. V důsledku toho se nástroje rychleji opotřebovávají a mohou vyžadovat lepší chladicí systémy, které zvyšují celkové náklady na obráběcí stroj.

Cena za aditivní výrobu

Přestože 3D tisk s práškem AlSi10Mg funguje skvěle, je tento prášek nákladný, takže výroba malých dávek je dražší.

Souhrnná tabulka

Použití odlitků AlSi10Mg

Díky svým skvělým vlastnostem se AlSi10Mg používá v několika průmyslových odvětvích:

Letectví a kosmonautika

Díky své nízké hmotnosti a vysoké tuhosti pomáhá slitina AlSi10Mg vyrábět držáky, pouzdra a další součásti, které váží méně než podobné díly.

Automobilový průmysl

V blocích motorů, převodovkách a zavěšeních zvyšuje AlSi10Mg palivovou účinnost, aniž by snižoval bezpečnost.

Věda o robotice

Tyto materiály vynikají při konstrukci přizpůsobených robotických ramen, kloubů a koncových efektorů uzpůsobených pro lehkou činnost.

Spotřební elektronika

Je účinným materiálem pro chladiče a konstrukční rámy, protože má dobré tepelné vlastnosti.

Zdravotnické prostředky

Stále častější používání protéz a nástrojů vyrobených ze slitiny AlSi10Mg je dáno jejich přesností a bezpečností pro tělo.

Problémy a otázky

I přes mnoho dobrých stránek AlSi10Mg je třeba mít na paměti některé věci:

• Křemík je tvrdidlo a bez správného zacházení vede jeho nadbytek ke křehké kamenině.
• Kontrola poréznosti dílu je zásadní pro zajištění toho, aby nedošlo k jeho strukturálnímu selhání.
• Díky pokročilé výrobě je titan obvykle dražší než jiné známé hliníkové slitiny.

Omezení těchto problémů vyžaduje vhodné tepelné zpracování a optimální volbu nastavení odlitků. Vliv smrštění a pórovitosti je také možné zjistit ještě před samotným odléváním pomocí softwaru pro rozšířenou simulaci.

Výhled do budoucna

Vzhledem k tomu, že stále více firem potřebuje pevné a zároveň lehké výrobky, předpokládá se, že používání AlSi10Mg bude narůstat, k čemuž přispěje zejména aditivní výroba. Nedávný pokrok v práškové metalurgii, následném zpracování a tepelném zpracování zvyšuje spolehlivost a užitečnost tohoto materiálu.

Probíhají experimenty s nanosráženými slitinami AlSi10Mg, které obsahují příměsi keramiky nebo grafenu, aby se zpevnily a byly odolnější po mnoho cyklů. Inovace mohou propojit oblasti, jako je obrana, vynášení objektů do vesmíru a vývoj inovativních lékařských zařízení.

Závěr

Třída AlSi10Mg kombinuje skvělé mechanické vlastnosti, lehkou strukturu a výjimečné tepelné vlastnosti. Protože je spolehlivý v mnoha oborech, od leteckého průmyslu až po elektroniku, a přitom váží jen málo, je stále ideálním materiálem pro konstruktéry a designéry. Díky díky svým charakteristickým vlastnostem AlSi10Mg, jedinečné hustotě AlSi10Mg a silnému výkonu jako slitina AlSi10Mg je toto složení pevně zakotveno v moderních průmyslových odvětvích. Při navrhování kritických leteckých dílů i uměleckých 3D tištěných modelů je AlSi10Mg lídrem v posouvání nových hranic materiálové vědy. S tím, jak se objevují nové trendy, můžeme očekávat, že analýza dat bude hrát ještě větší roli a bude se využívat na mnoha dalších místech.

Nejčastější dotazy 

K čemu slouží AlSi10Mg?

Díky své lehkosti, odolnosti a dobrým tepelným vlastnostem je AlSi10Mg vhodný pro aplikace v letectví, automobilovém průmyslu, robotice a elektronice. Mnohdy se plast používá při odlévání a 3D tisku, kde velmi záleží na stabilitě i přesnosti.

Které vlastnosti jsou při studiu materiálů AlSi10Mg nejdůležitější?

Ty vyrobené z AlSi10Mg vykazují vysokou pevnost v tahu (až 450 MPa), jsou dobrými tepelnými vodiči, nepodléhají snadno korozi a mají střední úroveň tvrdosti. Proto je tento materiál vhodný pro oblasti, které jsou vystaveny velkým silám.

Jaká je hustota AlSi10Mg?

S hustotou 2,68 g/cm³ je AlSi10Mg lehčí než ocel a má pevnost potřebnou pro konstrukce, kde je důležitá hmotnost.

Je možné tepelně zpracovat AlSi10Mg?

Slitina AlSi10Mg může být tepelně zpracována tak, aby byla pevnější a tvrdší. Nejběžnějšími úpravami jsou žíhání v roztoku a stárnutí.

Je AlSi10Mg dobrou volbou pro aditivní výrobu?

Rozhodně. AlSi10Mg se hojně používá při 3D tisku kovů a zejména při selektivním laserovém tavení (SLM), protože má hladký tok, silný výkon a jemnou strukturu.