Το A380 είναι ένα κοινό κράμα αλουμινίου που χρησιμοποιείται στη χύτευση. Βασικά στοιχεία είναι το πυρίτιο (7,5-9,5%) και ο χαλκός (2,5-3,5%). Η υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο εξασφαλίζει την καλή ροή του μέσα στα καλούπια. Προσφέρει καλή αντοχή, περίπου 325 MPa (UTS) κατά τη χύτευση. Το A380 είναι ελαφρύ (2,7 g/cm³) με καλή ικανότητα χειρισμού της θερμότητας.
Ας ανακαλύψουμε γιατί αυτό το κράμα αποτελεί κορυφαία επιλογή. Κατανοήστε πώς μπορεί να παράγει αξιόπιστα εξαρτήματα, γνωρίζοντας τη χυτευσιμότητά του και τη χρήση του, μαζί με συγκεκριμένες ιδιότητες.
Σύνθεση και ιδιότητες του κράματος αλουμινίου A380
1. Χημική σύνθεση
Πρωτογενή στοιχεία:
Πυρίτιο (Si):
Το κύριο στοιχείο του κράματος A380 είναι το πυρίτιο. Η αναλογία του είναι περίπου 7,5-9,5%. Τα σωματίδια αυτά μειώνουν το σημείο τήξης, δημιουργώντας ευτηκτική φάση με το αλουμίνιο.
Το πυρίτιο είναι εύθραυστο και σκληρό. Γι' αυτό βελτιώνει τη ρευστότητα και ελαχιστοποιεί τη συρρίκνωση. Ωστόσο, η υπερβολική ποσότητα (>9,5%) δεν είναι πάντα κατάλληλη. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα τη συσσώρευση χονδροειδών σωματιδίων, επηρεάζοντας την ολκιμότητα
Χαλκός (Cu):
2,5-3,5% περιεκτικότητα σε χαλκό αναμιγνύεται σε μέταλλο αλουμινίου σε περίπτωση που παράγει υψηλή αντοχή. Σχηματίζει ιζήματα Al₂Cu κατά τη διάρκεια της γήρανσης.
Η προσθήκη περισσότερων από 3,5% στοιχείων χαλκού προκαλεί προβλήματα κατά τη στερεοποίηση. Προκαλεί θερμές ρωγμές.
Σίδηρος (Fe):
Η ποσότητα σιδήρου στο A380 είναι περίπου 0,5-1,5%. Αυτό το μέταλλο εμποδίζει τα λιωμένα πλινθώματα να κολλήσουν στη μήτρα. Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχουν ενώσεις AlFeSi. Αυτό είναι αρκετά σκληρό για να το χειριστεί κανείς. Υπερβολική χρήση σιδήρου, πάνω από 1,5 %, εύθραυστη δομή β-AlFeSi. Μειώνει την επίδραση της ανθεκτικότητας.
Μαγγάνιο (Mn):
Το κράμα A380 με βάση το αλουμίνιο αποτελείται από μαγγάνιο 0,1-0,5%. Εναλλάσσει την επικίνδυνη φάση β-AlFeSi σε ελάχιστα βλαπτική α-AlFeMnSi. Εξευγενίζουν επίσης τους κόκκους κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης.
Μαγνήσιο (Mg):
Η ποσότητα του μαγνησίου (0,1-0,5%) συνδυάζεται με την περιεκτικότητα σε πυρίτιο για την παραγωγή ιζημάτων Mg₂Si. Αυξάνει τη σκληρότητα. Ωστόσο, η χυτευσιμότητα μειώνεται με mg πάνω από >0,5%
Ψευδάργυρος (Zn):
0,1-0,5% κράματος ψευδαργύρου ελαχιστοποιεί τις επιπτώσεις στο μέταλλο A380. Παρόλα αυτά, προκαλεί μείωση της αντίστασης στη διάβρωση. Αυτό συμβαίνει συνήθως με την παρουσία ακαθαρσίες.
Ιχνοστοιχεία:
- Μέχρι 0,5% νικελίου παράγουν καλύτερη σταθερότητα σε υψηλή θερμοκρασία. Αυτό οφείλεται στο σχηματισμό της φάσης Al₃Ni.
- Η παρουσία κάθε κασσίτερου (Sn) και μολύβδου (Pb) χαμηλότερη από 0,1% βελτιώνει την κατεργασιμότητα. Ωστόσο, επηρεάζει τη συγκολλησιμότητα.
- Η ενσωμάτωση <0,1% χρωμίου (Cr) βελτιώνει τους κόκκους.
Πρότυπα:
Στη μορφή ASTM B85, η προδιαγραφή του κράματος A380 παρουσιάζει ορισμένα όρια. Για παράδειγμα, Fe ≤1.5%, Cu ≤3.5%. Επιτάσσει ότι η σύνθεση πρέπει να περάσει από χημικές δοκιμές μέσω φασματομετρία.
2. Φυσικές ιδιότητες
- Πυκνότητα: 2,7 g/cm³
- Εύρος τήξης: °C έως 630 °C
- Θερμική αγωγιμότητα: 100 W/m-K στους 25°C
- Ηλεκτρική αγωγιμότητα: 35% IACS
- Θερμική διαστολή: 21,8 μm/m-°C (20-100°C)
- Αντοχή στη διάβρωση: Αντοχή στη διάβρωση: Μέτρια
3. Μηχανικές ιδιότητες
A. Αντοχή και ολκιμότητα:
Όπως-Χύθηκε (χωρίς θερμική επεξεργασία):
- Αντοχή σε εφελκυσμό (UTS): 325 MPa.
- Αντοχή παραγωγής (YS): 160 MPa σε 0.2% offset.
- Επιμήκυνση: 3% (περιορίζεται από την υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο καθώς και από τις εύθραυστες φάσεις α-AlFeMnSi και β-AlFeSi).
- Σκληρότητα: 80 HB (Brinell).
T5 Θερμοκρασία:
- Παλαίωση στους 150-200°C για 2-8 ώρες
- UTS: 330 MPa
- YS: 170 MPa.
- Επιμήκυνση: 2%
- Σκληρότητα: 85 HB
T6 Θερμοκρασία:
- Διαλύεται στους 500°C για 4-12 ώρες + Παλαίωση
- UTS: 350 MPa
- YS: 185 MPa.
- Επιμήκυνση: 2.5%
- Σκληρότητα: 90 HB
B. Μικροδομή:
Το κράμα αλουμινίου A380 δημιουργεί ένα μέγεθος κόκκων 50-200 μm ως πρωτογενής μήτρα.
Διαμεταλλικές φάσεις:
- Τα σωματίδια α-AlFeMnSi που μοιάζουν με πλάκα με 5-20 μm αναβαθμίζουν την αντοχή στη φθορά.
- Το είδος των φάσεων σε σχήμα βελόνας (β-AlFeSi) μέχρι 10-30 μm εμφανίζει θέσεις επαγωγής ρωγμών.
- Τα στοιχεία Mn βελτιώνουν το μέγεθος των κόκκων, μειώνοντάς το σε <100 μm. Δημιουργούν καλύτερη ανθεκτικότητα.
C. Εξειδικευμένες ιδιότητες:
Το κράμα A380 έχει καλή αντοχή σε κόπωση που κυμαίνεται από 150 MPa σε 10⁷ κύκλους (R = -1). Αυτή η ποιότητα είναι επωφελής για την κατασκευή βραχιόνων κινητήρα.
Επιπλέον, η διατμητική αντοχή αυτού του πλινθίου είναι περίπου 200 MPa. Αυτό είναι πολύ σημαντικό για τη δημιουργία σπειρωμάτων ή τη στερέωση διαφόρων συναρμολογήσεων.
Εκτός από όλα τα παραπάνω, το κράμα περιορίζεται στην αντοχή του σε κρούση (δοκιμή Charpy), η οποία είναι 5 J στους 25°C. Αυτό το όριο ελαχιστοποιεί επίσης τη χρήση του σε δυναμικά φορτία.
D. Επιδράσεις της θερμοκρασίας:
Οι υψηλότερες θερμοκρασίες γίνονται η αιτία για την κατακρήμνιση των χονδροειδών σωματιδίων. Εξαιτίας αυτού, η UTS πέφτει στα 260 MPa (-20%).
Στο σημείο χαμηλής θερμοκρασίας κάτω των -50°C, προκαλεί αύξηση του επιπέδου σκληρότητας γύρω στα 88 HB (+10%). Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η κίνηση των εξαρθρώσεων γίνεται πιο αργή.
Εφαρμογές του κράματος αλουμινίου A380
1. Χρήση της αυτοκινητοβιομηχανίας
Η αναλογία αντοχής προς βάρος στο κράμα A380 το καθιστά βέλτιστη επιλογή. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η αυτοκινητοβιομηχανία το χρησιμοποιεί για την τεράστια ποικιλία εφαρμογών της.
Βασικά συστατικά και ιδιότητες:
Τα εξαρτήματα της αυτοκινητοβιομηχανίας, όπως οι βραχίονες και τα περιβλήματα, έχουν τελική αντοχή σε εφελκυσμό περίπου 325 MPa. Θέτουν επίσης εμπόδια στην υπερβολική θερμότητα έως και 200°C.
Αυτό σημαίνει ότι το εξάρτημα δεν απαιτεί περισσότερη ενέργεια ή κατανάλωση καυσίμου σε σύγκριση με τα παλαιότερα μπλοκ σιδήρου.
Θερμικά και μηχανικά πλεονεκτήματα:
Οι κατασκευαστές αξιοποιούν τη θερμική αγωγιμότητα του κράματος A380 (100 W/m-K) στις κυλινδροκεφαλές.
Διαθέτουν αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας. Όπου το υλικό πυριτίου ρέει ομαλά κατά τη χύτευση για να πάρει οποιοδήποτε σύνθετο σχήμα.
Ανθεκτικότητα και περιορισμοί:
Τα περιβλήματα των κιβωτίων ταχυτήτων μετά από μια διαδικασία σκλήρυνσης T6 θα ήταν πιο δύσκολα. Επιτυγχάνεται σκληρότητα 90 HB.
Ωστόσο, τα εξαρτήματα αυτά δεν ανταποκρίνονται στις ανάγκες ολκιμότητας, γεγονός που περιορίζει τη χρήση τους σε εφαρμογές υψηλής κρούσης. Γι' αυτό, χρησιμοποιείτε τα κράματα υποκατάστατά του, όπως το A383, για την κατασκευή κρίσιμων εξαρτημάτων.
Αεροδιαστημικές εφαρμογές του κράματος αλουμινίου A380
Χρήση μη δομικών στοιχείων:
Τα χαρακτηριστικά αντοχής και χυτευσιμότητας του πλινθίου A380 το καθιστούν προτιμότερο. Οι αεροδιαστημικές βιομηχανίες το χρησιμοποιούν για την κατασκευή περιβλημάτων αεροτομών, βραχιόνων πτερυγίων και βάσεων πτερυγίων.
Απόδοση θερμοκρασίας και αντοχής:
Αυτό το κράμα αντέχει σε μέτριες θερμοκρασίες (-50°C έως 150°C). Έχουν όριο διαρροής 185 MPa μετά από σκλήρυνση Τ6. Στην περίπτωση του εξοπλισμού ελέγχου πτήσεων, η κατεργασία αυτή τα καθιστά πιο κατάλληλα.
Πλεονεκτήματα της χύτευσης ακριβείας
Το υλικό A380 προσφέρει κατάλληλη χυτευσιμότητα, αναλαμβάνοντας και το πιο περίπλοκο προφίλ. Εξαιτίας αυτού, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για πράγματα όπως μεντεσέδες πηδαλίων με ακρίβεια διαστάσεων.
Περιορισμοί και βελτιώσεις:
Παρά το γεγονός ότι το κράμα προσφέρει πολλές εξαιρετικές ιδιότητες, δεν διαθέτει τις ιδιότητες του κράματος αεροπορικής ποιότητας (7075). Για παράδειγμα, κράμα υψηλής αντοχής σφυρηλατημένο.
Η βελτίωση που μπορείτε να κάνετε σε αυτό είναι η ανθεκτικότητα σε υγρές συνθήκες. Αυτό μπορεί να γίνει μέσω της θερμικής διαδικασίας T6 ή αντιδιαβρωτικών επικαλύψεων.
Άλλες βιομηχανικές εφαρμογές του κράματος αλουμινίου A380
Χρήσεις στον κατασκευαστικό τομέα:
Στον κατασκευαστικό τομέα, το κράμα A380 χύνεται για την κατασκευή αρχιτεκτονικών καλουπιών και κουφωμάτων.
Ο κλάδος αξιοποιεί τα βέλτιστα χαρακτηριστικά του. Αυτό συμβαίνει με την αντοχή στη διάβρωση και τις στενές ανοχές για ακρίβεια.
Θαλάσσιες εφαρμογές:
Η ανθεκτικότητα του Α380 δημιουργεί ανθεκτικά και ισχυρά εξαρτήματα για τις βάσεις του κινητήρα και τα εξαρτήματα του καταστρώματος.
Η επεξεργασία, όπως η ανοδίωση, προσθέτει περαιτέρω καλύτερη αντοχή έναντι του αλμυρού νερού.
Οφέλη για την ηλεκτρική βιομηχανία:
Αυτό το υλικό είναι χρήσιμο για την παραγωγή ψύκτρων θερμότητας και περιβλήματος κινητήρα. Τους προσδίδει καλή IACS και θερμική αγωγιμότητα. Γι' αυτό και η επιλογή αυτή αποτελεί μια προσφορά κόστους-απόδοσης.
Πλεονεκτήματα ειδικά για τον κλάδο:
Οι βασικές ιδιότητες που περιέχει το A380 περιλαμβάνουν, συνήθως, σταθερότητα διαστάσεων σε όλη την κατασκευή και αντοχή στη διάβρωση για τη θάλασσα.
Εν τω μεταξύ, οι στολές θερμικής διαχείρισης είναι για ηλεκτρικά συστήματα. Αυτό σημαίνει ότι το κράμα A380 εμπίπτει στην κατηγορία του ευέλικτου μετάλλου.
Χαρακτηριστικά χύτευσης του κράματος αλουμινίου A380
Διαδικασία χύτευσης
Επειδή το κράμα A380 έχει πολύ καλύτερη ρευστότητα, χύνεται με παραμέτρους διεργασίας. Αυτές οι παράμετροι περιλαμβάνουν σημεία τήξης 660-680°C και πιέσεις έγχυσης 30-150 MPa.
Χύτευση σε μήτρα:
Χύτευση αλουμινίου είναι η καλύτερη τεχνική που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε. Παράγει αποτελέσματα εξόδου μέσα σε λίγα λεπτά και παρέχει στενή ανοχή. Η διαδικασία αυτή, ωστόσο, ενέχει τον κίνδυνο να κολλήσει το καλούπι στα σωματίδια σιδήρου.
Χύτευση με άμμο:
Στη χύτευση με άμμο, δεν υπάρχει ανάγκη χρήσης υψηλής πίεσης ή υψηλών θερμοκρασιών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σχηματίζει ένα σχήμα προφίλ με λιωμένο κράμα χρησιμοποιώντας μικρότερη ποσότητα (1-5 πίεση στους 600-650°C).
Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αυτή τη διαδικασία για τη χύτευση μακρύτερων εξαρτημάτων, όπως μπλοκ κινητήρων. Ωστόσο, είναι πολύ αργή και παράγει τραχιές επιφάνειες.
Μόνιμη χύτευση καλουπιών:
Η χύτευση σε μόνιμο καλούπι παρέχει ισορροπημένα οφέλη κόστους μαζί με αποτελέσματα ακριβείας.
Λειτουργεί στους 630-670°C.
Οι σωστοί ρυθμοί ψύξης είναι απαραίτητοι για τον έλεγχο της στερεοποίησης. Αυτό θα μειώσει τον κίνδυνο θερμών δακρύων.
Ελαττώματα χύτευσης
Τα ελαττώματα χύτευσης που εμφανίζονται κατά την κατασκευή μπορεί να είναι πορώδες, συρρίκνωση ή εγκλείσματα.
- Πορώδες: ο αέρας ή τα αέρια που αναμειγνύονται στο χυτό προκαλούν πορώδες. Ανακαλύψτε το με επιθεώρηση με ακτίνες Χ. Για να το ελέγξετε αυτό, χρησιμοποιήστε απαέρωση υπό κενό.
- Συρρίκνωση: Η ανομοιόμορφη ψύξη της χύτευσης προκαλεί συρρίκνωση των εξαρτημάτων. Το λογισμικό θερμικής προσομοίωσης βοηθά στην ανάλυση των θερμών σημείων. Αντιμετωπίστε αυτά τα σφάλματα με βελτιστοποιημένα σχέδια τροφοδοσίας.
- Συμπερίληψη: Ενσωμάτωση: Συμβαίνει λόγω της παρουσίας ακαθαρσιών. Φιλτράρετε το μέταλλο πριν από τη χρήση για να ελαχιστοποιήσετε το μέγεθος των σωματιδίων. Επίσης, επιλέξτε τεχνικές καλουπιού προθέρμανσης.
Θερμική επεξεργασία
Θερμική επεξεργασία διαλύματος:
Σε αυτό το είδος επεξεργασίας, οι κατασκευαστές θερμαίνουν το μέταλλο στους 500°C για 4-12 ώρες. Έτσι διαλύονται τα ιζήματα Al₂Cu. Αυτό γίνεται μέσω ενός ρυθμού ψύξης >100°C/s (νερό απόσβεσης).
Τεχνητή γήρανση
Η τεχνητή γήρανση, όπως η τεχνική T6 temper, λειτουργεί στους 150-200°C για 2-8 ώρες. Παράγει υπερβολική αντοχή στα πλινθώματα. Για το σκοπό αυτό, σχηματίζουν φάσεις Mg₂Si και Al₂Cu. Αυξάνει επίσης τη σκληρότητα.
Ωστόσο, η υπερήλικηση πάνω από τους 250°C προκαλεί χονδροειδή καθίζηση. Αυτό, ως αποτέλεσμα, επηρεάζει την αντοχή, μειώνοντάς την έως και κατά 15 τοις εκατό.
Επίσης, η ιδιοσυγκρασία T6 βελτιώνει την αντοχή στην κόπωση, δημιουργώντας μια εκλεπτυσμένη μικροδομή. Παρόλα αυτά, μειώνει το ποσοστό επιμήκυνσης έως και 2,5%.
Αντοχή στη διάβρωση του κράματος αλουμινίου A380
Μηχανισμοί διάβρωσης:
Στα αεροσκάφη A380, υπάρχουν πιθανότητες διάβρωσης από τις περιοχές που είναι πλούσιες σε χλωριόντα, όπως οι ακτές. Παρόμοια με αυτό το ζήτημα, η διάβρωση ρωγμών εμφανίζεται σε στάσιμα σημεία (κάτω από βίδες).
Γαλβανική διάβρωση συμβαίνει όταν εμφανίζονται διαφορές ηλεκτροχημικού δυναμικού. Η περιεκτικότητα σε σίδηρο και χαλκό είναι επίσης η αιτία για την επιδείνωση της διάβρωσης.
Προστασία από τη διάβρωση:
Υπάρχουν πολλές επιλογές για την προστασία των εξαρτημάτων από τη διάβρωση. Μεταξύ αυτών, η ανοδίωση είναι μία από αυτές που προσθέτει ένα στρώμα οξειδίου 10-25 μm.
Η διαδικασία επιχρωμίωσης βοηθά στην απομάκρυνση της υγρασίας ή στην αντίσταση στο αλάτι. Εν τω μεταξύ, οι επικαλύψεις βαφής (εποξειδικές) αυξάνουν την αντοχή εμποδίζοντας την έκθεση.
Οι άλλες επιλογές είναι οι επιστρώσεις σε σκόνη και τα στεγανωτικά. Λειτουργούν για να βελτιώσουν την απόδοση των εξαρτημάτων της ναυτιλίας ή της αυτοκινητοβιομηχανίας και να αυξήσουν την ανθεκτικότητα.
Κατεργασία και κατασκευή κράματος αλουμινίου A380
Κατεργασία:
Με βαθμολογία 65 έως 70%, το κράμα αλουμινίου a380 είναι πολύ εύκολο να επεξεργαστεί. Υπάρχει περιεκτικότητα σε συμμαχικά στοιχεία, τα οποία μπορεί να είναι σκληρά, όπως τα σωματίδια πυριτίου. Για αυτό, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εργαλεία καρβιδίου ή PCD για την κοπή του.
Για παράδειγμα, η γωνία τριβής 15° και οι αιχμηρές ακμές βοηθούν στη διαδικασία κοπής. Όπως δείχνει η εικόνα, κόψτε με 300-500 m/mi, πρόωση 0,5 mm/rev και βάθος ≤3,25 mm.
Επίσης, οι κατάλληλες τεχνικές ψύξης μπορούν να αποφύγουν την υπερθέρμανση των εργαλείων και να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής τους.
Κατασκευή:
Είναι αρκετά δύσκολο να συγκολληθεί το υλικό A380. Επειδή ραγίζει. Αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη συγκόλληση τριβής. Κάνει εξαιρετική δουλειά σε 500-1500 στροφές ανά λεπτό, 1-3 mm/s.
Επίσης, η προθέρμανση και το πληρωτικό πυριτίου αλουμινίου βοηθούν επίσης για την συγκόλληση. Για να στερεώσετε ή να καρφώσετε, πρέπει να εργαστείτε με το χέρι για να τρυπήσετε ή να χρησιμοποιήσετε σκληρά πριτσίνια όπως 1-5 mm.
Συμπέρασμα:
Το κράμα αλουμινίου A380 είναι το πιο σημαντικό μέταλλο. Περιέχει μικρότερο βάρος αλλά σκληρό περιεχόμενο. Η εξαιρετική χυτευσιμότητά τους σας επιτρέπει να κατασκευάζετε πολλαπλές εφαρμογές με εντυπωσιακή αντοχή στη θερμότητα. Είναι ένας συνδυασμός οικονομικής αποδοτικότητας και ισορροπημένων επιδόσεων.
Ωστόσο, μπορεί να δυσκολευτείτε με τη χαμηλή ολκιμότητά του. Η επεξεργασία T6 και οι επιστρώσεις μπορούν να βελτιώσουν την ανθεκτικότητά του. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι σημαντικός για τις περισσότερες από τις μεγάλες βιομηχανίες, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία και η βιομηχανία.