Odlévané hliníkové slitiny mají různé mechanické vlastnosti. Mezi běžné typy patří A356, A357 a A380. Tepelné úpravy, jako je T6, zvyšují pevnost. Používají se v automobilovém a leteckém průmyslu a ve všeobecném strojírenství. Klíčovými vlastnostmi jsou pevnost v tahu, prodloužení a tvrdost. Výběr slitiny závisí na potřebách aplikace.

V tomto článku se dozvíte základní informace o různých typech slitin hliníku.

Přehled litých slitin hliníku

Definice a význam

Existuje mnoho slitin pro odlévání. Některé z nich jsou slitiny hliníku. Hliník obsahuje směs dalších prvků (například hořčíku nebo křemíku). Tím vznikají jeho různé slitiny.

Hliník se taví při teplotách kolem 660 °C. Tato roztavená forma se následně vloží do formy a získá profilový tvar.

Díky své nižší hmotnosti (hustota 2,7 g/cm³) jsou tyto slitiny 3x lehčí než ocel. To je důvodem jejich vhodnosti pro mnoho aplikací. Například u automobilů, letadel a strojů.

Navíc dobře odolávají korozi a lze z nich vyrobit libovolný tvar, přičemž jsou pevné.

Složení a vlastnosti litých slitin hliníku

Složení slitiny

Tvorba slitin hliníku zahrnuje složení mnoha prvků. Hliník může například obsahovat křemík (5-12%), hořčík (0,2-10%), měď (1-4%) nebo zinek (1-3%).

Křemík se taví při 577 °C, takže lépe plní formy. Hořčík naproti tomu pomáhá získat větší pevnost, protože tvoří jemné sraženiny. Měď vyvíjí tvrdost.

Například ve slitině A380 je 8-10% křemíku a 3-4% mědi. Proto se vyznačují vysokou tekutostí a rozprostírají se přes mezery ve formě úzké až 0,1 mm.

Úloha stopových prvků

Malé množství prvků, jako je železo (<1%), zabraňuje ulpívání na formách a mangan (0,5%) zvyšuje odolnost proti korozi.

Při odlévání hliníkových slitin nedochází k lepení forem jednoduše proto, že se na něm podílí malé množství stopových prvků, jako je železo (<1%).

Podobně dobře odolávají korozi a mají menší velikost zrn díky manganu (0,5%), resp. titanu (0,2%). To v důsledku také snižuje výskyt trhlin.

Mikroskopická struktura a složení

Uvedený obrázek znázorňuje vliv složení na strukturu zrna. Například hrubá zrna (50-100 µm široká) se vyskytují v počáteční fázi odlitku.

Křemíkové prvky (10-20 µm) mají vysokou pevnost a blokují dislokace. Mezitím se v místě hranic zrn (GBs) tvoří nukleace. Jádra rostou do stavu matrice po celou dobu chlazení.

Mechanické a fyzikální vlastnosti

Pevnost a tažnost:

Pevnosti v tahu litých slitin se pohybují mezi 200 a 380 MPa. Například a356 dosahuje 280 MPa a je roztažitelná (10%) těsně před porušením.

Podobně tepelné zpracování (např. temperace T6) vyvolává u A356 zvýšenou pevnost 20% a tažnost 8%. Toho se dosáhne zahřátím slitin na 500 °C, jejich ochlazením vodou a stárnutím při 150 °C po dobu 5 hodin.

Odolnost proti korozi

Pokud slitina obsahuje hořčík (např. 520.0 s 10% Mg), získá ochrannou vrstvu oxidu. To znamená, že mohou konkurovat korozi trvající 15-20 let v mořském prostředí.

Složení LM6 s vysokým obsahem křemíku zabraňuje korozi ve slané vodě. Díky tomu fungují i při tlaku 50 MPa v podvodních výrobcích.

Tepelná a elektrická vodivost

Slitiny jako 319 mají 6% Si a 3% Cu. Vedou tedy teplo rychlostí 150 W/m-K. To z nich dělá špičkovou volbu mezi součástmi motoru.

Mají také nízkou hustotu, která se pohybuje kolem 2,7 g/cm³. Díky nižší hmotnosti zlepšuje spotřebu paliva (10%), zejména v automobilech.

Vliv tepelného zpracování

Výrobci provádějí tepelné zpracování za účelem snížení dutin a zjemnění zrn. Například u slitin, jako je ADC12, se stárnutím zvyšuje tvrdost z 80 HB na 95 HB.

Kromě toho proces rekrystalizace (který probíhá v obraze) způsobuje smrštění zrn až o 10-20 µm. Výsledkem je zvýšená únavová odolnost slitiny (30%).

Běžné třídy hliníkových slitin

A380

V odlévané hliníkové slitině A380 je 8-10% křemíku, 3-4% mědi a méně než 1% železa. Částice křemíku mají nižší teplotu tání. To znamená, že ve formách hladce tečou a vyplňují každou mezeru.

Tvrdost je vyšší díky měděným prvkům, které jsou ideální pro vysoce namáhané díly. Proto se z této slitiny o tlaku 320 MPa vytvářejí držáky motorů a kryty elektroniky.

Správně vyplňuje mezery a také způsobuje méně defektů. Kromě toho tato slitina rychleji chladne, což vede ke zkrácení výrobní doby přibližně 15%.

A356

Slitina A356 obsahuje křemík a hořčík (7% a 0,3%). Proto nabízí lepší tekutost a pevnost.

Tato slitina má pevnost v tahu zhruba 280 MPa a tažnost 12%. Proto se mohou před porušením protáhnout až na 12%.

Ze slitiny a356 lze vyrábět letecká a automobilová kola, díly zavěšení, podvozky letadel a rámy křídel.

Má také jedinečnou vlastnost odolávat teplotám 200 °C po dobu 500 hodin. Ani při této teplotě nepraská snadno.

Po tepelném zpracování má tato slitina zvýšenou pevnost (20%). Jsou tedy ideální pro použití v leteckém průmyslu.

6061

Slitina 6061 se skládá z 1% hořčíku, 0,6% křemíku a 0,3% mědi. Tyto prvky, stejně jako hořčík, zvyšují její schopnost zastavit korozi. Tato slitina vydrží ve venkovním prostředí 20 let a nerezaví.

Přečtěte si také: 6061 vs. 6063 hliníkové slitiny

Slitina 6061 je díky své pevnosti v tahu (310 Mpa) vhodná pro výrobu mostů, nosníků a podvozkových dílů, jako jsou ramena závěsů a lodní rámy. Její nízká hustota dále napomáhá tomu, že je 60% lehčí než ocel.

ADC12

Slitina ADC12 obsahuje 10-20% křemíku a 2-3% mědi a je poměrně oblíbená. Křemík v tomto kovu umožňuje hladké lití, zatímco měď zvyšuje jeho tvrdost.

Tepelné zpracování přináší změny v tvrdosti, která přesahuje 95 HB (Brinell). Tato slitina se používá k výrobě dílů, jako jsou bloky motorů automobilů, skříně chytrých telefonů a skříně převodovek.

Během 30 sekund také přebírá složité tvarové profily, čímž šetří výrobu až 25%.

LM25

Slitina LM25 se vyrábí přidáním 0,3% hořčíku a 7% křemíku. Její pevnost v tahu navíc dosahuje 260 MPa při 200 °C. Poskytuje dobrou odlévatelnost pro výrobu těles čerpadel, lodních konstrukcí a hydraulických ventilů.

Její stěny odlévané z písku jsou tenké pouhý 1 mm; to je její jedinečná vlastnost. LM25 se tak dobře hodí k výrobě lehkých konstrukcí.

LM6

10-13% obsahu křemíku a méně než 0,1% hořčíku ve slitině LM6. Díky vyššímu obsahu křemíku tato slitina nepodléhá snadno korozi. V mořské vodě vydrží tlak 50 MPa.

Výrobci ji používají k odlévání lodních šroubů a přístavních armatur. Po celá léta fungují ve slané vodě, aniž by rezavěly. To také snižuje náklady na údržbu až o 40%.

520.0

Odlévaná hliníková slitina 520.0 má 10% hořčíku a 0,1% křemíku. Tento návrh prvků zvyšuje její pevnost v tahu (380 MPa) a také snižuje její hmotnost až o 50%.

Můžete z nich vyrábět letecké držáky, kryty raket a vojenské vybavení. Další vlastností je, že zvládnou vibrace kolem 500 Hz a nevykazují žádné praskliny.

319

Tato slitina obsahuje 6% křemíku a 3% mědi. Křemík zlepšuje tekutost, ale měď dosahuje lepší tepelné vodivosti (150 W/m-K).

Odlévají se pro výrobu hlav válců a chladičů. Poskytuje maximální přesnost dílů, například ±0,02 mm, a těsně zapadá do motorů.

413

Slitina 413 obsahuje 12% křemíku a 2% železa. Proto poskytuje tlakovou těsnost kolem 50 MPa. Jejími aplikacemi jsou díly, jako jsou hydraulická čerpadla a ventily.

Tato slitina také utěsňuje netěsnosti v mezerách, které mohou být až 0,5 mm, a šetří tak kapalinu.

535

Výrobci přidávají do složení slitiny 535 hořčík 7% a křemík 0,15%. Její odolnost proti korozi přesně odpovídá prostředí s pH 8-10, jako je mořská voda.

Používají se k výrobě lodních trupů a pobřežních plošin, spolu se svařováním při teplotě 300 °C. Při této teplotě nepraskají a v mořských podmínkách vydrží až 25 let.

Procesy odlévání hliníkových slitin

Tlakové lití

Proces tlakového lití zahrnuje tavení hliníkové slitiny a její vstřikování do formy pod vysokým tlakem. Odlévání dílů trvá maximálně 10-30 sekund a výstupní výsledek splňuje rychlé a přesné parametry.

Z ostatních slitin se k výrobě držáků motorů automobilů a klik dveří letadel nejčastěji používají slitiny A380 a ADC12.

Odlévání do písku

Při odlévání do písku se používají pískové formy. Velikost zrn se pohybuje mezi 0,10 a 0,5 mm. Tento proces je vhodný a dobře se hodí pro výrobu dílů, jako jsou bloky motorů. Je mnohem cenově dostupnější (50%) než tlakové lití, ale neposkytuje hladké povrchy.

Investiční odlévání

Investiční lití obsahuje voskové vzory s keramickými povlaky. Vyrábějí díly s přidáním detailních prvků, jako jsou lopatky turbín.

Také se tím efektivně dosáhne přesnějších tolerancí ±0,05 mm, ale trvá to velmi dlouho (48 hodin na formu).

Výzvy a řešení při odlévání hliníku

Vady odlitků

U slitin hliníku, které lze odlévat, vznikají vady, jako je pórovitost a smršťování, které oslabují díly. Právě proto je třeba použít vakuové lití, které sníží pórovitost až o 70%.

Pro zlepšení drsnosti povrchu (až 12,5 µm) je důležité zpevňování kuličkami o průměru 0,5 mm při tlaku 80 psi.

Předehřátí forem před vstřikováním roztavené slitiny také zabraňuje lepivosti a lépe vyplňuje vnitřní prostory.

Výběr slitiny

Výběr špatné slitiny může zničit celý projekt. Například A380 je nejvhodnější pro tenkostěnné díly vozidel.

Mezitím LM6 vytváří nosič odporu, který čelí mořské vodě. ADC12 vyplní menší mezery do 30 sekund, ale při přehřátí nad 600 °C může prasknout.

Výzvy při tepelném zpracování

V horké zóně pecí se zahřívají slitiny. Použití teploty 500 °C a provozu po dobu 4 hodin v nich poskytuje silné vlastnosti.

Kalicí nádrž v tomto procesu pomáhá předcházet vzniku trhlin, protože ochlazuje díly rychlostí 10 °C/min. Teplota chlazení však nesmí být nízká. Může totiž hrozit riziko křehnutí. Například správné kalení přináší slitině 6061 pevnost 20%.

Závěr:

Odlévané hliníkové slitiny jsou velmi důležité v mnoha průmyslových odvětvích, například v automobilovém, leteckém, průmyslovém nebo i spotřebním průmyslu. Jsou lehké, a proto snižují spotřebu paliva.

Díky své schopnosti zastavit korozi mohou vydržet i více než 25 let. To je také důvod, proč jsou náročnější v drsném prostředí.

Pokud se vyskytnou problémy, jako je smršťování nebo pórovitost, můžete je odstranit pomocí určitých technik. Vyrábějte tedy univerzální výrobky z hliníkových slitin podle vlastního výběru.