A380 er en vanlig aluminiumslegering som brukes i pressstøping. Nøkkelelementene er silisium (7,5-9,5%) og kobber (2,5-3,5%). Det høye silisiuminnholdet sørger for at den flyter godt i formene. Det gir god styrke, rundt 325 MPa (UTS) ved støping. A380 er lett (2,7 g/cm³) og har god varmehåndteringsevne.
La oss finne ut hvorfor denne legeringen er et førstevalg. Forstå hvordan den kan produsere pålitelige deler, kjenne til støpbarheten og bruken av den, samt dens spesifikke egenskaper.
Sammensetning og egenskaper til A380-aluminiumslegeringen
1. Kjemisk sammensetning
Primære elementer:
Silisium (Si):
Det primære elementet i legering A380 er silisium. Andelen er rundt 7,5-9,5%. Disse partiklene senker smeltepunktet og skaper en eutektisk fase med aluminium.
Silisium er sprøtt og hardt. Derfor forbedrer det flyteevnen og minimerer krymping. En for stor mengde (>9,5%) er imidlertid ikke alltid egnet. Dette vil føre til opphopning av grove partikler, noe som påvirker duktiliteten
Kobber (Cu):
2,5-3,5% av kobberinnhold blandes i aluminiummetall i tilfelle for å produsere høy styrke. Det danner Al₂Cu-utfellinger under aldring.
Tilsetning av mer enn 3,5% kobberelement induserer problemer under størkning. Det forårsaker varm sprekkdannelse.
Jern (Fe):
Mengden jern i A380 er rundt 0,5-1,5%. Dette metallet forhindrer at smeltede ingots fester seg til matrisen. Dette er fordi det er AlFeSi-forbindelser. Det er vanskelig nok å håndtere. Overforbruk av jern, over 1,5 %, sprø β-AlFeSi-struktur. Det senker virkningen av seighet.
Mangan (Mn):
Den aluminiumbaserte legeringen A380 består av 0,1-0,5% mangan. Den veksler den farlige fasen β-AlFeSi til den minimalt skadelige α-AlFeMnSi. De foredler også korn under størkning.
Magnesium (Mg):
Mengden magnesium (0,1-0,5%) kombineres med silisiuminnholdet for å produsere Mg₂Si-utfellinger. Det øker hardheten. Støpbarheten reduseres imidlertid med mg over >0,5%
Sink (Zn):
0,1-0,5% sinklegering minimerer påvirkningen på A380-metallet. Til tross for dette fører det til en reduksjon i korrosjonsmotstanden. Dette skjer vanligvis med tilstedeværelsen av urenheter.
Sporelementer:
- Opp til 0,5% nikkel gir bedre stabilitet ved høy temperatur. Dette skyldes dannelsen av Al₃Ni-fasen.
- Tilstedeværelsen av tinn (Sn) og bly (Pb) lavere enn 0,1% forbedrer maskinbearbeidbarheten. Det påvirker imidlertid sveisbarheten.
- Ved å tilsette <0,1% krom (Cr) foredles kornet.
Standarder:
I ASTM B85-skjemaet viser spesifikasjonen for A380-legering visse grenser. For eksempel Fe ≤1,5%, Cu ≤3,5%. Den foreskriver at sammensetningen må bestå kjemisk testing gjennom spektrometri.
2. Fysiske egenskaper
- Tetthet: 2,7 g/cm³
- Smelteområde: 565 °C til 630 °C
- Varmeledningsevne: 100 W/m-K ved 25 °C
- Elektrisk ledningsevne: 35% IACS
- Termisk ekspansjon: 21,8 µm/m-°C (20-100°C)
- Motstandsdyktighet mot korrosjon: Moderat
3. Mekaniske egenskaper
A. Styrke og duktilitet:
Som støpt (ingen varmebehandling):
- Ultimate Tensile Strength (UTS): 325 MPa.
- Strekkfasthet (YS): 160 MPa ved 0,2% forskyvning.
- Forlengelse: 3% (begrenset av det høye silisiuminnholdet samt de sprø α-AlFeMnSi- og β-AlFeSi-fasene).
- Hardhet: 80 HB (Brinell).
T5 Temper:
- Lagring ved 150-200 °C i 2-8 timer
- UTS: 330 MPa
- YS: 170 MPa.
- Forlengelse: 2%
- Hardhet: 85 HB
T6 Temper:
- Oppløst ved 500 °C i 4-12 timer + Lagret
- UTS: 350 MPa
- YS: 185 MPa.
- Forlengelse: 2,5%
- Hardhet: 90 HB
B. Mikrostruktur:
A380-legeringen av aluminium skaper en kornstørrelse på 50-200 µm som primærmatrise.
Intermetalliske faser:
- De platelignende partiklene av α-AlFeMnSi med 5-20 µm lang levetid oppgraderer slitestyrken.
- De nåleformede fasene (β-AlFeSi) på opptil 10-30 µm viser induksjonssteder for sprekker.
- Mn-elementer forbedrer kornstørrelsen og reduserer den til <100 µm. De skaper bedre seighet.
C. Spesialiserte egenskaper:
A380-legeringen har god utmattingsstyrke på 150 MPa ved 10⁷ sykluser (R = -1). Denne kvaliteten er gunstig for produksjon av motorbraketter.
Videre er skjærfastheten til denne barren rundt 200 MPa. Det er svært viktig for å lage gjenger eller feste ulike sammenstillinger.
I tillegg til alt det ovennevnte er legeringen begrenset til slagseigheten (Charpy-test), som er 5 J ved 25 °C. Denne grensen minimerer også bruken av legeringen ved dynamiske belastninger.
D. Temperatureffekter:
Høyere temperaturer blir årsaken til utfelling av grove partikler. På grunn av dette synker UTS til 260 MPa (-20%).
Ved lave temperaturer under -50 °C fører det til en kraftig økning i hardhetsnivået på rundt 88 HB (+10%). Dette skyldes at dislokasjonenes bevegelse blir langsommere.
Bruksområder for A380 aluminiumslegering
1. Bruk i bilindustrien
Styrke/vekt-forholdet i legeringen A380 gjør den til et optimalt valg. Det er derfor bilindustrien bruker den til et stort utvalg av bruksområder.
Nøkkelkomponenter og egenskaper:
Bildelene, som braketter og hus, har en bruddstyrke på rundt 325 MPa. De utgjør også en barriere mot sterk varme opp til 200 °C.
Dette betyr at delen ikke krever mer energi eller drivstoff sammenlignet med eldre jernblokker.
Termiske og mekaniske fordeler:
Produsentene utnytter varmeledningsevnen til A380-legeringen (100 W/m-K) i topplokkene.
De har effektiv varmespredning. Silisiummaterialet flyter jevnt under støpingen, slik at det kan anta en hvilken som helst kompleks form.
Holdbarhet og begrensninger:
Girkassehusene etter en T6-herdingsprosess vil være hardere. Den oppnår en hardhet på 90 HB.
Delene oppfyller imidlertid ikke kravene til duktilitet, noe som begrenser bruken av dem i bruksområder med høy slagfasthet. Derfor bruker man erstatningslegeringer som A383 til å produsere kritiske deler.
Bruksområder for A380-aluminiumslegeringer i luft- og romfart
Bruk av ikke-strukturelle komponenter:
Styrken og støpbarheten til A380-blokken gjør den til et foretrukket materiale. Luftfartsindustrien bruker den til produksjon av spoilerhus, flapbraketter og aileronfester.
Temperatur og styrkeytelse:
Denne legeringen tåler moderate temperaturer (-50 °C til 150 °C). De har en flytegrense på 185 MPa etter T6-herding. Denne behandlingen gjør dem mer egnet for flykontrollutstyr.
Fordeler med presisjonsstøping
A380-materialet har gode støpeegenskaper, og det kan støpes med de mest intrikate profiler. Det gjør at du kan bruke det til for eksempel rorhengsler med nøyaktige dimensjoner.
Begrensninger og forbedringer:
Til tross for at legeringen har mange eksepsjonelle egenskaper, har den ikke de samme kvalitetene som romfartslegeringen (7075). For eksempel smidd legering med høy styrke.
Den forbedringen du kan gjøre, er holdbarheten under fuktige forhold. Dette kan gjøres ved hjelp av T6-varmeprosessen eller korrosjonsbeskyttende belegg.
Andre bruksområder for A380 aluminiumslegering i industrien
Bruksområder i bygg- og anleggssektoren:
I bygg- og anleggsbransjen brukes A380-legeringen til å støpe arkitektoniske former og vindusrammer.
Industrien utnytter sine mest optimale egenskaper. Det er med korrosjonsbestandighet og stramme toleranser for nøyaktighet.
Marine bruksområder:
A380s slitestyrke gir lang levetid og sterke deler til motorfester og dekksbeslag.
Behandling, som anodisering, bidrar ytterligere til bedre motstand mot saltvann.
Fordeler for elektrobransjen:
Dette materialet er gunstig for produksjon av kjøleribber og motorhus. Det gir dem en god IACS og varmeledningsevne. Derfor er dette alternativet et tilbud som gir god kostnadseffektivitet.
Bransjespesifikke fordeler:
Viktige egenskaper som A380 har, er vanligvis dimensjonsstabilitet på tvers av konstruksjonen og korrosjonsbestandighet for marine formål.
I mellomtiden er termostyringsdraktene for elektriske systemer. Dette betyr at legeringen A380 faller i kategorien allsidig metall.
Støpeegenskaper for A380 aluminiumslegering
Støpeprosessen
Fordi legeringen A380 har mye bedre flytbarhet, støpes den med prosessparametere. Disse parameterne inkluderer smeltepunkter på 660-680 °C og injeksjonstrykk på 30-150 MPa.
Pressstøping:
Pressstøping av aluminium er den beste teknikken å bruke. Den gir resultater i løpet av noen få minutter og gir en tett toleranse. Denne prosessen risikerer imidlertid at støpeformen fester seg til jernpartiklene.
Sandstøping:
Ved sandstøping er det ikke nødvendig å bruke høyt trykk eller høye temperaturer. Dette er fordi det dannes en profilform med smeltet legering ved hjelp av en lavere mengde (1-5 trykk til 600-650 °C).
Du kan bruke denne prosessen til å støpe lengre deler som motorblokker. Den er imidlertid svært langsom og gir ru overflater.
Permanent støping av støpeform:
Permanent støping gir balanserte fordeler med hensyn til kostnader og presisjonsresultater.
Den fungerer ved 630-670 °C.
Riktig avkjølingshastighet er nødvendig for å kontrollere størkningen. Dette vil redusere risikoen for varmavrivning.
Støpefeil
Støpefeil som oppstår under produksjonen, kan være porøsitet, krymping eller inneslutninger.
- Porøsitet: Luft eller gasser blandet i støpestykket forårsaker porøsitet. Finn ut med røntgeninspeksjon. For å kontrollere dette, bruk vakuumavgassing.
- Krymping: Ujevn avkjøling av støpegods gir krymping i delene. Programvaren for termisk simulering hjelper deg med å analysere hotspots. Få bukt med disse feilene med optimaliserte materdesign.
- Inklusjon: Det skjer på grunn av tilstedeværelsen av urenheter. Filtrer metallet før bruk for å minimere partikkelstørrelsen. Velg også teknikker for forvarming av støpeformen.
Varmebehandling
Løsningsvarmebehandling:
Ved denne typen behandling varmer produsentene opp metallet ved 500 °C i 4-12 timer. Slik at Al₂Cu-utfellinger løses opp. Dette gjøres med en avkjølingshastighet på >100 °C/s (slukkevann).
Kunstig aldring
Kunstig aldring, som T6-teknikken, fungerer ved 150-200 °C i 2-8 timer. Det gir overdreven styrke i ingots. For å oppnå dette danner de Mg₂Si- og Al₂Cu-faser. Det øker også hardheten.
Overmodning over 250 °C fører imidlertid til grov utfelling. Det påvirker styrken og reduserer den med opptil 15 prosent.
T6-temperaturen forbedrer også utmattingsmotstanden, noe som gir en raffinert mikrostruktur. Til tross for dette senker det forlengelseshastigheten opp til 2,5%.
Korrosjonsbestandighet for A380 aluminiumslegering
Korrosjonsmekanismer:
På A380-fly er det fare for gropkorrosjon der det finnes kloridrike områder, som f.eks. kyster. I likhet med dette problemet oppstår spaltekorrosjon på stillestående steder (under bolter).
Galvanisk korrosjon skjer når det oppstår elektrokjemiske potensialforskjeller. Jern- og kobberinnholdet er også årsaken til at korrosjonen forverres.
Beskyttelse mot korrosjon:
Det finnes mange alternativer for å beskytte deler mot korrosjon. Blant dem er anodisering, som legger et oksidlag på 10-25 µm.
Kromateringsprosessen hjelper til med å bli kvitt fuktighet eller motstå salt. I mellomtiden øker malingsbelegget (epoksy) styrken ved å blokkere eksponering.
De andre alternativene er pulverlakk og tetningsmidler. De forbedrer ytelsen til marine- eller bildeler og øker holdbarheten.
Maskinering og fabrikasjon av A380-aluminiumslegering
Maskinering:
Med en vurdering på 65 til 70% er aluminiumslegering a380 veldig enkel å bearbeide. Det er innhold av allierte elementer, som kan være harde, som silisiumpartikler. For dette kan du bruke karbid- eller PCD-verktøy til å kutte det.
En spakvinkel på 15° og skarpe kanter hjelper for eksempel til med skjæreprosessen. Som bildet viser, kutter du ved 300-500 m/mi, mating 0,5 mm/turtall og dybde ≤3,25 mm.
Riktig kjølehastighet kan også bidra til å unngå overoppheting av verktøy og øke holdbarheten.
Fabrikasjon:
Det er ganske vanskelig å sveise A380-materiale. Fordi det sprekker. Men du kan bruke friksjonsomrøringssveising. Det gjør en god jobb ved 500-1500 RPM, 1-3 mm/s.
Forvarming og aluminiumsilisiumfyllstoff hjelper også til lodding. For å feste eller nagle må du jobbe manuelt for å stikke hull eller bruke tøffe nagler som 1-5 mm.
Konklusjon
Aluminiumslegering A380 er det viktigste metallet. Den inneholder mindre vekt, men likevel tøft innhold. Deres utmerkede støpbarhet lar deg produsere flere applikasjoner med imponerende varmebestandighet. Det er en kombinasjon av kostnadseffektivitet og balanserte utøvere.
Du kan imidlertid slite med den lave duktiliteten. T6-behandling og belegg kan forbedre holdbarheten. Derfor er det viktig for de fleste store industrier, som bil- og industriindustrien.