Valettavat alumiiniseokset tarjoavat erilaisia mekaanisia ominaisuuksia. Yleisiä tyyppejä ovat A356, A357 ja A380. Lämpökäsittelyt, kuten T6, parantavat lujuutta. Niitä käytetään autoteollisuudessa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa sekä yleisessä konepajateollisuudessa. Tärkeimmät ominaisuudet ovat vetolujuus, venymä ja kovuus. Seoksen valinta riippuu sovelluksen tarpeista.

Tässä artikkelissa saat perustiedot erityyppisistä valettavista alumiiniseoksista.

Yleiskatsaus valettaviin alumiiniseoksiin

Määritelmä ja merkitys

Valamiseen on olemassa monia seoksia. Jotkut näistä ovat alumiiniseoksia. Alumiini sisältää seoksen muita alkuaineita (kuten magnesiumia tai piitä). Siitä syntyy sen erilaisia seoksia.

Alumiini sulaa noin 660 °C:n lämpötilassa. Tämä sulanut muoto syötetään muottiin ja muotoutuu profiilin muotoon.

Koska näiden seosten tiheys on 2,7 g/cm³, ne ovat kolme kertaa kevyempiä kuin teräs. Tämä on syy niiden soveltuvuuteen monissa sovelluksissa. Esimerkiksi autot, lentokoneet ja koneet.

Lisäksi ne kestävät hyvin korroosiota, ja ne voidaan muotoilla mihin tahansa muotoon, vaikka ne ovat vahvoja.

Valettavien alumiiniseosten koostumus ja ominaisuudet

Seoksen koostumus

Valettavien alumiiniseosten muodostumiseen kuuluu monien alkuaineiden koostumus. Alumiini voi esimerkiksi sisältää piitä (5-12%), magnesiumia (0,2-10%), kuparia (1-4%) tai sinkkiä (1-3%).

Pii sulaa 577 °C:ssa, minkä ansiosta se täyttää muotit paremmin. Samaan aikaan magnesium auttaa saamaan lisää lujuutta, koska se muodostaa hienoja saostumia. Kupari kehittää kovuutta.

Esimerkiksi A380-seoksessa on 8-10% piitä ja 3-4% kuparia. Siksi ne ovat erittäin juoksevia ja leviävät jopa 0,1 mm:n kapeisiin muottien väleihin.

Hivenaineiden rooli

Pienet määrät alkuaineita, kuten rautaa (<1%), estävät muottiin tarttumista, ja mangaani (0,5%) parantaa korroosionkestävyyttä.

Alumiiniseosten valussa vältetään muottiin tarttuminen yksinkertaisesti siksi, että se sisältää pieniä määriä hivenaineita, kuten rautaa (<1%).

Vastaavasti ne kestävät hyvin korroosiota ja niiden raekoko on pienempi mangaanin (0,5%) ja titaanin (0,2%) vuoksi. Tämän seurauksena myös halkeamat vähenevät.

Mikroskooppinen rakenne ja koostumus

Mainittu kuva kuvaa koostumuksen vaikutusta raerakenteeseen. Esimerkiksi karkea rae (50-100 µm leveä) esiintyy valun alkuvaiheessa.

Piielementit (10-20 µm) saavat suuren lujuuden ja estävät sijoiltaanmenon. Samaan aikaan ydintyminen tapahtuu raerajojen (GB) kohdalla. Ytimet kasvavat matriisin tilaan koko jäähdytyksen ajan.

Mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet

Lujuus ja sitkeys:

Valettavien seosten vetolujuudet vaihtelevat 200 ja 380 MPa välillä. Esimerkiksi a356 saa 280 MPa ja on venyvä (10%) juuri ennen murtumista.

Samoin lämpökäsittely (esim. T6-karkaisu) lisää A356:n lujuutta 20% ja sitkeyttä 8%. Tämä saavutetaan kuumentamalla seokset 500 °C:seen, sammuttamalla ne vedellä ja vanhentamalla niitä 150 °C:ssa 5 tuntia.

Korroosionkestävyys

Kun seos sisältää magnesiumia (esim. 520.0, jossa on 10% Mg), se saa suojaavan oksidikerroksen. Tämä tarkoittaa, että ne voivat kilpailla korroosiota vastaan 15-20 vuotta kestävissä meriympäristöissä.

LM6:n korkea piipitoisuus estää suolaisen veden korroosiota. Tämän ansiosta ne toimivat edelleen 50 Mpa:n paineessa vedenalaisissa tuotteissa.

Lämmön- ja sähkönjohtavuus

Seoksissa, kuten 319, on 6% Si ja 3% Cu. Ne johtavat siis lämpöä 150 W/m-K:n lämpötilassa. Tämän vuoksi ne ovat huippuvalinta moottorin komponenttien joukossa.

Lisäksi niiden tiheys on alhainen, noin 2,7 g/cm³. Se parantaa polttoainetehokkuutta (10%), koska sen paino on pienempi, erityisesti autoissa.

Lämpökäsittelyn vaikutus

Valmistajat suorittavat lämpökäsittelyn tyhjätilojen vähentämiseksi ja rakeiden hienontamiseksi. Esimerkiksi ADC12:n kaltaisten seosten kovuus nousee ikääntymisvaiheessa 80 HB:sta 95 HB:hen.

Lisäksi uudelleenkiteytymisprosessi (joka tapahtuu kuvassa) aiheuttaa jopa 10-20 µm:n raekokoonpanon kutistumista. Näin ollen seoksen väsymiskestävyys kasvaa (30%).

Yhteinen alumiiniseos Laadut

A380

A380:n valettavassa alumiiniseoksessa on 8-10% piitä, 3-4% kuparia ja alle 1% rautaa. Piihiukkasen sulamispiste on alhaisempi. Tämä tarkoittaa, että ne virtaavat sujuvasti muoteissa ja täyttävät jokaisen aukon.

Kovuus on parempi kuparielementtien ansiosta, mikä tekee niistä ihanteellisia korkean rasituksen alaisille osille. Siksi tästä 320 MPa:n seoksesta valmistetaan moottorin kiinnikkeitä ja elektroniikkakoteloita.

Se täyttää aukot kunnolla ja aiheuttaa myös vähemmän vikoja. Lisäksi tämä metalliseos jäähtyy nopeammin, mikä lyhentää tuotantoaikaa noin 15%.

A356

A356-seoksessa on pii- ja magnesiumpitoisuuksia (7% ja 0,3%). Siksi se tarjoaa paremman juoksevuuden ja lujuuden.

Tässä seoksessa on noin 280 MPa vetolujuus ja 12% sitkeys. Siksi ne voivat venyä yhtä paljon kuin 12% ennen rikkoutumista.

Voit käyttää a356-seosta lentokoneiden ja autojen pyörien, jousitusosien, lentokoneiden laskutelineiden ja siipirunkojen valmistukseen.

Sillä on myös ainutlaatuinen ominaisuus kestää 200 °C:n lämpötiloja 500 tuntia. Edes tässä vaiheessa se ei halkeile helposti.

Lämpökäsittelyn jälkeen tämän seoksen lujuus on kasvanut (20%). Ne soveltuvat siis erinomaisesti käytettäväksi ilmailu- ja avaruussovelluksissa.

6061

6061-seos koostuu 1% magnesiumista, 0,6% piistä ja 0,3% kuparista. Nämä elementit, kuten magnesium, lisäävät sen kykyä pysäyttää korroosio. Tämä metalliseos kestää 20 vuotta ulkona eikä ruostu.

Lue myös: 6061 vs 6063 alumiiniseokset

6061-seoksen vetolujuus (310 Mpa) tekee siitä käyttökelpoisen siltojen, palkkien ja alustan osien, kuten jousitusvarsien ja laivojen runkojen, valmistuksessa. Sen alhainen tiheys auttaa lisäksi tekemään siitä 60% kevyemmän kuin teräksestä.

ADC12

ADC12-seos, joka sisältää 10-20% piitä ja 2-3% kuparia, on varsin suosittu. Tämän metallin pii mahdollistaa tasaisen valun, kun taas kupari lisää sen kovuutta.

Lämpökäsittely aiheuttaa muutoksia kovuudessa, joka ylittää 95 HB:n rajan (Brinell). Tätä metalliseosta käytetään esimerkiksi autojen moottorilohkojen, älypuhelinkoteloiden ja vaihteistokoteloiden valmistukseen.

Se ottaa myös monimutkaisia muotoprofiileja 30 sekunnissa, mikä säästää tuotantoa jopa 25%.

LM25

LM25-seos valmistetaan lisäämällä siihen 0,3% magnesiumia ja 7% piitä. Lisäksi sen vetolujuus on 260 MPa 200 °C:ssa. Se on hyvin valettavissa pumppujen koteloiden, laivarakenteiden ja hydrauliventtiilien valmistukseen.

Sen hiekkavaletut seinät ovat jopa 1 mm ohuet, mikä on sen ainutlaatuinen ominaisuus. LM25 sopii siis hyvin kevyiden mallien valmistukseen.

LM6

10-13% piipitoisuudesta ja alle 0,1% magnesiumista on LM6-seoksessa. Suuremman piipitoisuuden vuoksi tämä seos ei syöpynyt helposti. Se kestää 50 MPa:n paineen merivedessä.

Valmistajat käyttävät sitä veneiden potkureiden ja laituriliitosten valamiseen. Ne toimivat suolavedessä ruostumatta vuosia. Se vähentää myös huoltokustannuksia jopa 40%.

520.0

Valettavassa alumiiniseoksessa 520,0 on 10% magnesiumia ja 0,1% piitä. Tämä alkuaineita koskeva ehdotus lisää sen vetolujuutta (380 MPa) ja vähentää sen painoa jopa 50%.

Niitä voi käyttää ilmailu- ja avaruusteollisuuden kannattimien, rakettien koteloiden ja sotilasvarusteiden valmistukseen. Toinen ominaisuus on, että ne kestävät noin 500 Hz:n värähtelyä ilman halkeamia.

319

Tässä seoksessa on 6% piitä ja 3% kuparia. Pii parantaa juoksevuutta, mutta kupari saavuttaa paremman lämmönjohtavuuden (150 W/m-K).

Niitä valetaan sylinterinpäiden ja jäähdytyslevyjen valmistukseen. Osat ovat erittäin tarkkoja, esimerkiksi ±0,02 mm, ja ne sopivat tiiviisti moottoreihin.

413

Seos 413 sisältää 12% piitä ja 2% rautaa. Tämän vuoksi se antaa noin 50 MPa:n painetiiviyden. Osat, kuten hydraulipumput ja venttiilit, ovat niiden käyttökohteita.

Lisäksi tämä seos tiivistää vuotavat aukot, jotka voivat olla jopa 0,5 mm:n kokoisia, mikä säästää nestettä.

535

Valmistajat lisäävät seoksen 535 koostumukseen 7% magnesiumia ja 0,15% piitä. Sen korroosionkestävyys vastaa tarkasti pH 8-10 -ympäristöissä, kuten merivedessä.

Niitä käytetään laivojen runkojen ja offshore-lauttojen valmistukseen sekä 300 °C:n hitsaukseen. Ne eivät halkeile tässä lämpötilassa, ja ne voivat kestää 25 vuotta meriolosuhteissa.

Alumiiniseosten valuprosessit

Die Casting

Valuprosessissa alumiiniseos sulatetaan ja ruiskutetaan muottiin korkeassa paineessa. Se valaa osat enintään 10-30 sekunnissa, ja lopputulos täyttää nopeat ja tarkat parametrit.

Muista seoksista A380 ja ADC12 ovat yleisimmin käytettyjä autojen moottorin kiinnikkeiden ja lentokoneiden ovenkahvojen valmistukseen.

Hiekkavalu

Hiekkavaluprosessissa käytetään hiekkamuotteja. Niiden raekoko vaihtelee 0,10 ja 0,5 mm välillä. Prosessi soveltuu ja sopii hyvin moottorinlohkojen kaltaisten osien valmistukseen. Se on paljon edullisempi (50%) kuin painevalu, mutta sillä ei saada aikaan sileitä pintoja.

Sijoitusvalu

Sijoitusvalu sisältää vahakuvioita keraamisilla pinnoitteilla. Ne tuottavat osia, joihin lisätään yksityiskohtaisia elementtejä, kuten turbiinin lavat.

Lisäksi sillä saadaan tehokkaasti tiukempia toleransseja noin ±0,05 mm, mutta se vie hyvin paljon aikaa (48 tuntia per muotti).

Alumiinivalun haasteet ja ratkaisut

Valuviat

Valettavat alumiiniseokset aiheuttavat vikoja, kuten huokoisuutta ja kutistumista, jotka heikentävät osia. Juuri siksi sinun on käytettävä tyhjiövalua huokoisuuden vähentämiseksi jopa 70%:llä.

Pintakarheuden parantamiseksi (jopa 12,5 µm) on tärkeää valita haulikointi 0,5 mm:n helmillä 80 psi:n paineella.

Myös muottien esilämmitys ennen sulan metalliseoksen ruiskuttamista estää tarttumisen ja täyttää sisäiset alueet paremmin.

Seoksen valinta

Väärän seoksen valinta voi pilata koko projektin. Esimerkiksi A380 soveltuu parhaiten ohutseinäisiin ajoneuvojen osiin.

Samaan aikaan LM6 luo vastuskannattajan, joka kohtaa meriveden. ADC12 täyttää pienemmät aukot enintään 30 sekunnissa, mutta se voi halkeilla, jos se ylikuumenee yli 600 °C:n lämpötilaan.

Lämpökäsittelyn haasteet

Uunien kuuma vyöhyke kuumentaa seoksia. 500 °C:n lämpötilan käyttö ja 4 tunnin käyttöaika antavat niille vahvat ominaisuudet.

Tässä prosessissa jäähdytyssäiliö auttaa ehkäisemään halkeamia, koska se jäähdyttää osia 10 °C:n minuutissa. Jäähdytyslämpötila ei kuitenkaan saa olla huono. Se voi nimittäin aiheuttaa haurastumisen vaaran. Esimerkiksi oikea sammutus tuo 20%:n lujuuden seos 6061:een.

Johtopäätökset:

Valettavat alumiiniseokset ovat erittäin tärkeitä monilla teollisuudenaloilla, kuten autoteollisuudessa, ilmailu- ja avaruusteollisuudessa, teollisuudessa ja jopa kuluttajatuotteissa. Ne ovat kevyitä, minkä vuoksi ne vähentävät polttoaineen käyttöä.

Lisäksi niiden kyky estää korroosiota tarkoittaa, että ne voivat kestää yli 25 vuotta. Tämä on myös syy siihen, että ne ovat vaativampia vaativissa ympäristöissä.

Jos on haasteita, kuten kutistumista tai huokoisuutta, voit korjata ne käyttämällä tiettyjä tekniikoita. Tee siis monipuolisia tuotteita valitsemillasi alumiiniseoksilla.