Støpbare aluminiumlegeringer har ulike mekaniske egenskaper. Vanlige typer inkluderer A356, A357 og A380. Varmebehandlinger som T6 forbedrer styrken. De brukes i bilindustrien, romfart og generell ingeniørvirksomhet. Viktige egenskaper er strekkfasthet, forlengelse og hardhet. Valg av legering avhenger av bruksområdet.

I denne artikkelen får du grunnleggende kunnskap om ulike typer støpbare aluminiumslegeringer.

Oversikt over støpbare aluminiumslegeringer

Definisjon og betydning

Det finnes mange legeringer for støping. Noen av disse er aluminiumslegeringer. Aluminium inneholder en blanding av andre grunnstoffer (for eksempel magnesium eller silisium). Det produserer sine forskjellige legeringer.

Aluminium smelter ved temperaturer på rundt 660 °C. Den smeltede formen mates deretter inn i støpeformen for å få en profilform.

På grunn av den lavere vekten, med en tetthet på 2,7 g/cm³, er disse legeringene tre ganger lettere enn stål. Dette er grunnen til at de egner seg til mange bruksområder. For eksempel biler, fly og maskiner.

De er også korrosjonsbestandige og kan formes i alle mulige former, samtidig som de er sterke.

Sammensetning og egenskaper til støpbare aluminiumslegeringer

Legeringens sammensetning

Dannelsen av støpbare aluminiumlegeringer inkluderer sammensetningen av mange elementer. Aluminium kan for eksempel inneholde silisium (5-12%), magnesium (0,2-10%), kobber (1-4%) eller sink (1-3%).

Silisium smelter ved 577 °C, noe som gjør at det fyller formene bedre. Samtidig bidrar magnesium til å øke styrken ved at det danner fine utfellinger. Kobberet utvikler hardhet.

For eksempel er det 8-10% silisium og 3-4% kobber i legering A380. Det er derfor de har høy flyteevne og sprer seg over formåpninger så smale som 0,1 mm.

Sporelementenes rolle

Små mengder jern (<1%) forhindrer at støpeformene kleber seg fast, og mangan (0,5%) forbedrer korrosjonsbestandigheten.

Ved støping av aluminiumslegeringer unngår man at støpeformen kleber seg, rett og slett på grunn av små mengder sporelementer som jern (<1%).

På samme måte motstår de korrosjon godt og har mindre kornstørrelser på grunn av henholdsvis mangan (0,5%) og titan (0,2%). Det fører også til færre sprekker.

Mikroskopisk struktur og sammensetning

Bildet viser hvordan sammensetningen påvirker kornstrukturen. For eksempel oppstår det grove kornet (50-100 µm bredt) i støpets innledende fase.

Silisiumelementer (10-20 µm) får høy styrke og blokkerer dislokasjoner. I mellomtiden dannes det kjerner ved korngrensene (GB). Kjernene vokser til matrisens tilstand gjennom avkjøling.

Mekaniske og fysiske egenskaper

Styrke og duktilitet:

Støpbare legeringer har strekkfasthet som varierer mellom 200 og 380 MPa. For eksempel får a356 280 MPa og er strekkbar (10%) rett før brudd.

På samme måte gir varmebehandling (f.eks. T6-herding) 20% økt styrke og 8% duktilitet i A356. Dette oppnås ved å varme opp legeringene til 500 °C, slukke dem med vann og la dem aldres ved 150 °C i 5 timer.

Motstandsdyktighet mot korrosjon

Når en legering inneholder magnesium (f.eks. 520.0 med 10% Mg), får den et beskyttende oksidlag. Dette betyr at de kan konkurrere mot korrosjon i 15-20 år i marine miljøer.

I LM6 forhindrer sammensetningen av høyt silisiuminnhold korrosjon i saltvann. Som et resultat fortsetter de å fungere ved 50 Mpa trykk i undervannsprodukter.

Termisk og elektrisk ledningsevne

Legeringer som 319 har 6% Si og 3% Cu. Det betyr at de leder varme med 150 W/m-K. Det er det som gjør dem til et førstevalg blant motorkomponenter.

De har også lav tetthet, som ligger på rundt 2,7 g/cm³. Det forbedrer drivstoffeffektiviteten (10%) på grunn av den lavere vekten, spesielt i biler.

Effekten av varmebehandling

Produsentene utfører varmebehandling for å redusere hulrom og foredle kornene. Aldringstrinnet øker for eksempel hardheten fra 80 HB til 95 HB i legeringer som ADC12.

I tillegg fører omkrystalliseringsprosessen (som skjer i bildet) til kornkrymping på opptil 10-20 µm. Legeringen (30%) får dermed økt utmattingsmotstand.

Vanlige kvaliteter av aluminiumslegeringer

A380

Det er 8-10% silisium, 3-4% kobber og mindre enn 1% jern til stede i A380 støpbar aluminiumslegering. Silisiumpartikkelen har et lavere smeltepunkt. Dette betyr at de flyter jevnt i formene og fyller hvert gap.

Hardheten er bedre på grunn av kobberelementene, noe som gjør dem ideelle for deler med høy belastning. Det er derfor denne legeringen med 320 MPa brukes til å lage motorbraketter og elektronikkhus.

Den fyller hullene skikkelig og forårsaker også færre defekter. I tillegg kjøles denne legeringen ned raskere, noe som resulterer i en redusert produksjonstid på rundt 15%.

A356

A356-legeringen har et innhold av silisium og magnesium (henholdsvis 7% og 0,3%). Dette er grunnen til at den gir bedre flyt og styrke.

Det er omtrent 280 MPa strekkfasthet i denne legeringen og 12% duktilitet. Derfor kan de strekke seg like mye som 12% før de går i stykker.

Du kan bruke a356-legeringen til å lage hjul til fly og biler, opphengsdeler, landingsutstyr til fly og vingerammer.

Det har også den unike egenskapen at det tåler temperaturer på 200 °C i 500 timer. Selv på dette punktet sprekker den ikke lett.

Etter varmebehandling har denne legeringen økt styrke (20%). Derfor er de ideelle til bruk i romfartsapplikasjoner.

6061

6061-legeringen består av 1% magnesium, 0,6% silisium og 0,3% kobber. Disse elementene, som magnesium, øker evnen til å stoppe korrosjon. Denne legeringen holder i 20 år utendørs og ruster ikke.

Les også: 6061 vs 6063 aluminiumslegeringer

6061-legeringens strekkfasthet (310 Mpa) gjør den nyttig i broer, bjelker og chassisdeler som opphengsarmer og marine rammer. Den lave tettheten bidrar ytterligere til å gjøre 60% lettere enn stål.

ADC12

ADC12-legeringen inneholder 10-20% silisium og 2-3% kobber, og er ganske populær. Silisium i dette metallet muliggjør jevn støping, mens kobber øker hardheten.

Varmebehandling fører til endringer i hardhet, og overskrider den til 95 HB (Brinell). Denne legeringen brukes til å lage deler som motorblokker, smarttelefonhus og girkassehus.

Den kan også ta på seg komplekse formprofiler i løpet av 30 sekunder, noe som gir en produksjonsbesparelse på opptil 25%.

LM25

LM25-legeringen er laget ved å tilsette 0,3% magnesium og 7% silisium. Strekkfastheten er på 260 MPa ved 200 °C. Den gir god støpbarhet for produksjon av pumpehus, marine konstruksjoner og hydrauliske ventiler.

De sandstøpte veggene er så tynne som 1 mm; det er det som er den unike egenskapen. LM25 passer derfor godt til produksjon av lettvektsdesign.

LM6

10-13% av silisiuminnholdet og mindre enn 0,1% magnesium er til stede i LM6-legeringen. På grunn av den høyere mengden silisium korroderer ikke denne legeringen lett. Den kan overleve 50 MPa trykk i sjøvann.

Produsentene bruker det til å støpe båtpropeller og bryggebeslag. De fungerer i saltvann i årevis uten å ruste. Det reduserer også vedlikeholdskostnadene med opptil 40%.

520.0

Den støpbare aluminiumslegeringen 520.0 har 10% magnesium og 0,1% silisium. Denne sammensetningen av elementer øker strekkfastheten (380 MPa) og reduserer også vekten med opptil 50%.

Du kan bruke dem til å lage braketter til romfart, raketthus og militært utstyr. En annen egenskap er at de tåler vibrasjoner på rundt 500 Hz, uten at det oppstår sprekker.

319

Denne legeringen har 6% silisium sammen med 3% kobber. Silisium gir bedre flyt, men kobber oppnår bedre varmeledningsevne (150 W/m-K).

De støpes for å lage topplokk og kjøleribber. Det gir maksimal presisjon i deler som ±0,02 mm og passer godt inn i motorer.

413

Legering 413 inneholder 12% silisium og 2% jern. Dette er grunnen til at den gir en trykktetthet på rundt 50 MPa. Delene, som hydrauliske pumper og ventiler, er deres bruksområder.

Denne legeringen tetter også lekkasjer i åpninger, som kan være så små som 0,5 mm, noe som sparer væske.

535

Produsenter legger til 7% magnesium og 0,15% silisium i sammensetningen av 535 legering. Korrosjonsbestandigheten er i samsvar med nøyaktighet i pH 8-10-miljøer som sjøvann.

De brukes til å produsere skipsskrog og offshore-rigger, samt til sveising ved 300 °C. De sprekker ikke under denne temperaturen og kan vare i 25 år under marine forhold.

Støpeprosesser for aluminiumslegeringer

Pressstøping

Støpeprosessen inkluderer smelting av aluminiumslegeringen og injisering av den i formen under høyt trykk. Den støper deler på ikke mer enn 10-30 sekunder, og utgangsresultatet oppfyller raske og presise parametere.

Blant de andre legeringene er A380 og ADC12 de mest brukte til å produsere motorbraketter til biler og dørhåndtak til fly.

Sandstøping

Sandstøpeprosessen bruker sandformer. Kornstørrelsen varierer mellom 0,10 og 0,5 mm. Prosessen er velegnet og passer godt til produksjon av deler som motorblokker. Den er mye rimeligere (50%) enn pressstøping, men gir ikke glatte overflater.

Investeringsstøping

Investeringsstøping inkluderer voksmønstre med keramiske belegg. De produserer deler med detaljerte elementer, som turbinblader.

Det gir også strammere toleranser på ±0,05 mm, men det tar svært lang tid (48 timer per støpeform).

Utfordringer og løsninger innen aluminiumstøping

Støpefeil

Støpbare aluminiumslegeringer forårsaker defekter som porøsitet og krymping, noe som svekker delene. Det er nettopp derfor du må bruke vakuumstøping for å redusere porøsiteten med opptil 70%.

For å forbedre overflateruheten (opp til 12,5 µm) er det viktig å bruke 0,5 mm kuler ved 80 psi.

Ved å forvarme formene før injisering av smeltet legering unngår man også at legeringen kleber og fyller de indre områdene med bedre flyt.

Valg av legering

Å velge feil legering kan ødelegge hele prosjektet. A380 egner seg for eksempel best til tynnveggede kjøretøydeler.

LM6 skaper i mellomtiden en motstandsbærer som vender mot sjøvann. ADC12 fyller mindre hull på maks. 30 sekunder, men kan sprekke ved overoppheting til over 600 °C.

Utfordringer med varmebehandling

Den varme sonen i ovnene varmer opp legeringer. Bruk av 500 °C temperatur og drift i 4 timer gir sterke egenskaper i dem.

Slukningstanken i denne prosessen bidrar til å forhindre sprekkdannelser ved at den kjøler ned delene med 10 °C/min. Kjøletemperaturen må imidlertid ikke være for lav. Det kan nemlig føre til sprøhet. For eksempel gir riktig bråkjøling 20% styrke til legering 6061.

Konklusjon

Støpbare aluminiumlegeringer er svært viktige i mange bransjer, som bilindustrien, romfart, industri og til og med forbrukerprodukter. De er lette i vekt, og derfor reduserer de drivstofforbruket.

Dessuten har de en korrosjonshindrende evne som gjør at de kan vare i mer enn 25 år. Dette er også grunnen til at de er mer krevende i tøffe miljøer.

Hvis det oppstår utfordringer som krymping eller porøsitet, kan du fikse dem ved hjelp av spesielle teknikker. Så lag allsidige produkter med aluminiumslegeringer etter eget valg.