Az önthető alumíniumötvözetek változatos mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A leggyakoribb típusok közé tartozik az A356, az A357 és az A380. Az olyan hőkezelések, mint a T6, növelik a szilárdságot. Ezeket az ötvözeteket az autóiparban, a repülőgépiparban és az általános gépgyártásban használják. A legfontosabb tulajdonságok a szakítószilárdság, a nyúlás és a keménység. Az ötvözet kiválasztása az alkalmazási igényektől függ.

Ebben a cikkben alapvető ismereteket szerezhet a különböző típusú önthető alumíniumötvözetekről.

Az önthető alumíniumötvözetek áttekintése

Meghatározás és fontosság

Számos ötvözet létezik az öntéshez. Ezek közül néhány alumíniumötvözet. Az alumínium más elemek (például magnézium vagy szilícium) keverékét tartalmazza. Ebből keletkeznek a különböző ötvözetei.

Az alumínium 660 °C körüli hőmérsékleten olvad meg. Ez az olvadt forma ezután a szerszámba kerül, hogy profilformát öltsön.

A 2,7 g/cm³ sűrűségű, kisebb súlyuk miatt ezek az ötvözetek 3x könnyebbek, mint az acél. Ez az oka annak, hogy számos alkalmazásban alkalmasak. Például autók, repülőgépek és gépek.

Emellett jól ellenállnak a korróziónak, és bármilyen alakúra alakíthatók, miközben erősek.

Önthető alumíniumötvözetek összetétele és tulajdonságai

Ötvözet összetétele

Az önthető alumíniumötvözetek kialakulásához számos elem összetétele tartozik. Az alumínium például tartalmazhat szilíciumot (5-12%), magnéziumot (0,2-10%), rezet (1-4%) vagy cinket (1-3%).

A szilícium 577 °C-on olvad, ami miatt jobban kitölti a formákat. Eközben a magnézium segíti a nagyobb szilárdság elérését, mivel finom csapadékot képez. A réz keménységet fejleszt.

Például az A380 ötvözetben 8-10% szilícium és 3-4% réz található. Ezért nagy folyékonyságot biztosítanak, és akár 0,1 mm-es szerszámhézagokon is terjednek.

A nyomelemek szerepe

Az olyan kis mennyiségű elemek, mint a vas (<1%) megakadályozzák a formákhoz való ragadást, a mangán (0,5%) pedig javítja a korrózióállóságot.

Az alumíniumötvözetek öntése elkerüli a szerszámok ragadását, egyszerűen a kis mennyiségű nyomelemek, például a vas (<1%) hozzájárulása miatt.

Hasonlóképpen jól ellenállnak a korróziónak és kisebb szemcsemérettel rendelkeznek a mangán (0,5%) és a titán (0,2%) miatt. Ennek következtében a repedések is csökkennek.

Mikroszkopikus szerkezet és összetétel

Az említett kép az összetétel szemcseszerkezetre gyakorolt hatását mutatja. Például a durva szemcsék (50-100 µm szélesek) az öntés kezdeti fázisában fordulnak elő.

A szilíciumelemek (10-20 µm) nagy szilárdságot kapnak, blokkolják a diszlokációkat. Eközben a magképződés a szemcsehatárok (GB) egy pontján alakul ki. A magok a hűtés során a mátrix állapotáig nőnek.

Mechanikai és fizikai tulajdonságok

Szilárdság és alakíthatóság:

Az önthető ötvözetek szakítószilárdsága 200 és 380 MPa között változik. Az a356 például 280 MPa-t kap, és közvetlenül a törés előtt nyújtható (10%).

Hasonlóképpen, a hőkezelés (pl. T6 temperálás) 20% megnövelt szilárdságot és 8% alakíthatóságot eredményez az A356-ban. Ezt úgy éri el, hogy az ötvözeteket 500°C-ra hevíti, vízzel oltja, majd 150°C-on 5 órán át öregíti.

Korrózióállóság

Ha egy ötvözet magnéziumot tartalmaz (pl. 520.0 10% Mg-vel), akkor az egy védő oxidréteget kap. Ez azt jelenti, hogy tengeri környezetben 15-20 évig képesek felvenni a versenyt a korrózióval szemben.

Az LM6 esetében a magas szilíciumtartalmú összetétel megakadályozza a sósvízi korróziót. Ennek eredményeképpen 50 Mpa nyomáson is működnek a víz alatti termékek.

Hő- és elektromos vezetőképesség

Az olyan ötvözetek, mint a 319, 6% Si és 3% Cu. Tehát 150 W/m-K hővezetési sebességgel rendelkeznek. Ez teszi őket a legjobb választássá a motoralkatrészek között.

Emellett alacsony sűrűségűek, ami körülbelül 2,7 g/cm³. Alacsonyabb súlya miatt javítja az üzemanyag-hatékonyságot (10%), különösen az autókban.

A hőkezelés hatása

A gyártók hőkezelést végeznek az üregek csökkentése és a szemcsék finomítása érdekében. Az öregítési lépés például 80 HB-ról 95 HB-ra növeli a keménységet az ADC12-hez hasonló ötvözetekben.

Ezenkívül az átkristályosodási folyamat (amely a képen is megjelenik) akár 10-20 µm-es szemcseméretű zsugorodást is okoz. Így az ötvözet ennek következtében megnövekedett fáradási ellenállást kap (30%).

Közös alumínium ötvözet fokozatok

A380

Az A380 önthető alumíniumötvözetben 8-10% szilícium, 3-4% réz és kevesebb mint 1% vas van jelen. A szilíciumrészecskék olvadáspontja alacsonyabb. Ez azt jelenti, hogy simán folyik a formákban, kitöltve minden rést.

A rézelemek miatt jobb a keménységük, így ideálisak a nagy igénybevételnek kitett alkatrészekhez. Ezért ebből a 320 MPa értékű ötvözetből motorkonzolok és elektronikai házak készülnek.

Megfelelően kitölti a hézagokat, és kevesebb hibát is okoz. Továbbá ez az ötvözet gyorsabban lehűl, ami a gyártási idő csökkenését eredményezi 15% körül.

A356

Az A356 ötvözet szilícium- és magnéziumtartalma (7% és 0,3%). Ezért jobb folyékonyságot és szilárdságot kínál.

Ebben az ötvözetben nagyjából 280 MPa szakítószilárdság és 12% alakíthatóság van. Ezért a törés előtt akár 12%-ig is nyújthatják.

Az a356 ötvözetet repülőgép- és autóipari kerekek, felfüggesztési alkatrészek, repülőgép-felszerelések és szárnykeretek készítéséhez használhatja.

Egyedülálló tulajdonsága, hogy 500 órán keresztül ellenáll a 200 °C-os hőmérsékletnek. Még ezen a ponton sem reped meg könnyen.

Hőkezelés után ez az ötvözet megnövekedett szilárdsággal rendelkezik (20%). Így ideálisak a repülőgépipari alkalmazásokban való felhasználásra.

6061

A 6061 ötvözet 1% magnéziumból, 0,6% szilíciumból és 0,3% rézből áll. Ezek az elemek, mint a magnézium, növelik a korrózió megállításának képességét. Ez az ötvözet 20 évig bírja a szabadban, és nem rozsdásodik.

Olvassa el: 6061 vs 6063 alumínium ötvözetek

A 6061-es ötvözet szakítószilárdsága (310 Mpa) miatt hidak, gerendák és alvázrészek, például felfüggesztőkarok és hajóvázak esetében hasznos. Alacsony sűrűsége tovább segíti, hogy a 60% könnyebb legyen, mint az acél.

ADC12

A 10-20% szilíciumot és 2-3% rezet tartalmazó ADC12 ötvözet igen népszerű. A szilícium ebben a fémben sima öntést tesz lehetővé, míg a réz növeli a keménységet.

A hőkezelés a keménység változását eredményezi, 95 HB-ra túllépve azt. (Brinell). Ezt az ötvözetet olyan alkatrészek gyártására használják, mint az autómotorok blokkjai, az okostelefonok házai és a sebességváltóházak.

Az összetett alakú profilokat is 30 másodpercen belül felveszi, így akár 25% gyártási időt is megtakaríthat.

LM25

Az LM25 ötvözet 0,3% magnézium és 7% szilícium hozzáadásával készül. A szakítószilárdsága 200 °C-on eléri a 260 MPa értéket. Jó önthetőséget biztosít szivattyúházak, hajószerkezetek és hidraulikaszelepek gyártásához.

Homokba öntött falai mindössze 1 mm vékonyak; ez az egyedülálló tulajdonsága. Így az LM25 jól megy a könnyűszerkezetes formatervek gyártásához.

LM6

10-13% szilíciumtartalom és kevesebb mint 0,1% magnézium van jelen az LM6 ötvözetben. A magasabb szilíciumtartalom miatt ez az ötvözet nem korrodálódik könnyen. Tengeri vízben 50 MPa nyomást is képes túlélni.

A gyártók hajócsavarok és kikötői szerelvények öntéséhez használják. Évekig kitartva, rozsdásodás nélkül működnek sós vízben. Ez szintén csökkenti a karbantartási költségeket akár 40%.

520.0

Az 520.0 önthető alumíniumötvözet 10% magnéziumot és 0,1% szilíciumot tartalmaz. Az elemeknek ez a javaslata növeli a szakítószilárdságát (380 MPa) és 50%-ig csökkenti a tömegét.

Használhatja őket repülőgépipari konzolok, rakétaházak és katonai felszerelések készítéséhez. Egy másik tulajdonsága, hogy 500 Hz körüli rezgéseket kezel, és nem mutat repedéseket.

319

Ez az ötvözet 6% szilíciumot tartalmaz 3% rézzel együtt. A szilícium javítja a folyékonyságot, de a réz jobb hővezető képességet ér el (150 W/m-K).

Ezeket hengerfejek és hűtőbordák készítéséhez öntik. Maximális pontosságot biztosít az alkatrészeknél, például ±0,02 mm-t, és szorosan illeszkedik a motorokhoz.

413

A 413-as ötvözet 12% szilíciumot és 2% vasat tartalmaz. Ezért ad 50 MPa körüli nyomásállóságot. Az alkatrészek, mint a hidraulikus szivattyúk és szelepek, az alkalmazásuk.

Emellett ez az ötvözet tömíti a hézagokat, amelyek akár 0,5 mm-esek is lehetnek, így folyadékot takarít meg.

535

A gyártók 7% magnéziumot és 0,15% szilíciumot adnak az 535 ötvözet összetételéhez. Korrózióállósága pontosan megfelel a pH 8-10-es környezetben, például tengervízben.

Hajótestek és tengeri fúrótornyok gyártására, valamint 300 °C-os hegesztésre használják. Ezen a hőmérsékleten nem repednek meg, és tengeri körülmények között 25 évig is elállnak.

Öntési eljárások alumíniumötvözetekhez

öntvények

Az öntési folyamat során az alumíniumötvözetet megolvasztják és nagy nyomás alatt a formába fecskendezik. Az alkatrészeket legfeljebb 10-30 másodperc alatt önti ki, és a kimeneti eredmény megfelel a gyors és pontos paramétereknek.

A többi ötvözet közül az A380 és az ADC12 a leggyakrabban használt ötvözetek, amelyeket autómotor-konzolok és repülőgép-ajtókilincsek gyártásához használnak.

Homoköntés

A homoköntési eljárás homokformákat használ. Ezek szemcsemérete 0,10 és 0,5 mm között változik. Az eljárás alkalmas és jól megy olyan alkatrészek gyártására, mint a motorblokkok. Sokkal olcsóbb (50%), mint a szerszámöntés, de nem ad sima felületet.

Beruházási öntés

Beruházási öntés magában foglalja a viaszmintákat kerámia bevonatokkal. Részletes elemeket, például turbinalapátokat tartalmazó alkatrészeket gyártanak.

Emellett hatékonyan elérhetők a ±0,05 mm-es tűréshatárok, de ez nagyon hosszú időt vesz igénybe (48 óra per forma).

Kihívások és megoldások az alumíniumöntésben

Öntési hibák

Az önthető alumíniumötvözetek olyan hibákat okoznak, mint a porozitás és a zsugorodás, amelyek gyengítik az alkatrészeket. Pontosan ezért kell vákuumöntést alkalmazni a porozitás 70%-ig történő csökkentésére.

A felületi érdesség javítása érdekében (12,5 µm-ig) fontos a 0,5 mm-es gyöngyökkel történő, 80 psi nyomáson történő lövészhúzás.

Az olvadt ötvözet befecskendezése előtti előmelegítéssel elkerülhető a ragacsosodás, és a belső területek jobb folyékonysággal töltődnek ki.

Ötvözet kiválasztása

A rossz ötvözet kiválasztása tönkreteheti az egész projektet. Az A380 például a legmegfelelőbb a vékonyfalú járműalkatrészekhez.

Eközben az LM6 egy olyan ellenálláshordozót hoz létre, amely a tengervízzel szemben áll. Az ADC12 legfeljebb 30 másodperc alatt tölti ki a kisebb hézagokat, de 600°C feletti túlmelegedés esetén megrepedhet.

Hőkezelési kihívások

A kemencék forró zónája az ötvözeteket melegíti. Az 500 °C-os hőmérséklet és a 4 órás üzemidő alkalmazása erős tulajdonságokat biztosít bennük.

Az eljárás során az olvasztótartály segít megelőzni a repedéseket, mivel 10°C/perc sebességgel hűti le az alkatrészeket. A hűtési hőmérséklet azonban nem lehet rossz. Ez ugyanis a ridegség kockázatát rejti magában. Például a megfelelő árasztás a 20% szilárdságát a 6061 ötvözethez hozza.

Következtetés:

Az önthető alumíniumötvözetek nagyon fontosak számos iparágban, például az autóiparban, a repülőgépiparban, az iparban vagy akár a fogyasztói termékekben. Könnyűek, ezért csökkentik az üzemanyag-felhasználást.

A korrózió megállításának képessége azt is jelenti, hogy több mint 25 évig tarthatnak. Ez az oka annak is, hogy a zord környezetben nagyobb igénybevételt jelentenek.

Ha vannak olyan kihívások, mint a zsugorodás vagy a porozitás, akkor ezeket bizonyos technikák alkalmazásával javíthatja. Tehát, készítsen sokoldalú termékeket az Ön által választott alumíniumötvözetek felhasználásával.