Stop aluminium A380: Właściwości, skład i zastosowania

Odkryjmy, dlaczego ten stop jest najlepszym wyborem. Dowiedz się, w jaki sposób może on wytwarzać niezawodne części, znając jego właściwości odlewnicze i zastosowanie.

Skład i właściwości stopu aluminium A380

1. Skład chemiczny

Podstawowe elementy:

Krzem (Si):

Podstawowym pierwiastkiem stopu A380 jest krzem. Jego udział wynosi około 7,5-9,5%. Cząsteczki te obniżają temperaturę topnienia, tworząc fazę eutektyczną z aluminium.

Krzem jest kruchy i twardy. Dlatego poprawia płynność i minimalizuje skurcz. Jednak nadmierna ilość (>9,5%) nie zawsze jest odpowiednia. Spowoduje to nagromadzenie gruboziarnistych cząstek, wpływając na plastyczność

Miedź (Cu):

Zawartość miedzi 2,5-3,5% jest mieszana z aluminium w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości. Podczas starzenia tworzy osady Al₂Cu.

Dodanie więcej niż 3,5% elementu miedzianego powoduje problemy podczas krzepnięcia. Powoduje to pękanie na gorąco.

Żelazo (Fe):

Ilość żelaza w A380 wynosi około 0,5-1,5%. Metal ten zapobiega przywieraniu stopionych wlewków do matrycy. Wynika to z obecności związków AlFeSi. Jest to wystarczająco trudne do opanowania. Nadmierne użycie żelaza, powyżej 1,5 %, krucha struktura β-AlFeSi. Obniża to wpływ wytrzymałości.

Mangan (Mn):

Stop A380 na bazie aluminium składa się z 0,1-0,5% manganu. Zmienia niebezpieczną fazę β-AlFeSi w minimalnie uszkadzającą α-AlFeMnSi. Uszlachetnia również ziarna podczas krzepnięcia.

Magnez (Mg):

Ilość magnezu (0,1-0,5%) łączy się z zawartością krzemu, tworząc osady Mg₂Si. Zwiększa to twardość. Odlewalność jest jednak zmniejszona przy mg powyżej >0,5%

Cynk (Zn):

0,1-0,5% stopu cynku minimalizuje wpływ na metal A380. Mimo to powoduje spadek odporności na korozję. Zwykle dzieje się tak w obecności zanieczyszczenia.

Pierwiastki śladowe:

• Do 0,5% niklu zapewnia lepszą stabilność w wysokich temperaturach. Wynika to z tworzenia się fazy Al₃Ni.
• Obecność cyny (Sn) i ołowiu (Pb) poniżej 0,1% poprawia skrawalność. Wpływa to jednak na spawalność.
• Dodanie <0,1% chromu (Cr) uszlachetnia ziarno.

Standardy:

W formie ASTM B85 specyfikacja stopu A380 wykazuje pewne ograniczenia. Na przykład Fe ≤1,5%, Cu ≤3,5%. Wymaga to, aby skład przeszedł testy chemiczne poprzez spektrometria.

2. Właściwości fizyczne

• Gęstość: 2,7 g/cm³
• Zakres topnienia: 565°C do 630°C
• Przewodność cieplna: 100 W/m-K przy 25°C
• Przewodność elektryczna: 35% IACS
• Rozszerzalność cieplna: 21,8 µm/m-°C (20-100°C)
• Odporność na korozję: Umiarkowana

3. Właściwości mechaniczne

A. Wytrzymałość i plastyczność:

Jako odlew (bez obróbki cieplnej):

• Najwyższa wytrzymałość na rozciąganie (UTS): 325 MPa.
• Granica plastyczności (YS): 160 MPa przy przesunięciu 0,2%.
• Wydłużenie: 3% (ograniczone przez wysoką zawartość krzemu, a także kruche fazy α-AlFeMnSi i β-AlFeSi).
• Twardość: 80 HB (Brinell).

T5 Temper:

• Starzenie w temperaturze 150-200°C przez 2-8 godzin
• UTS: 330 MPa
• YS: 170 MPa.
• Wydłużenie: 2%
• Twardość: 85 HB

T6 Temper:

• Roztwarzany w temperaturze 500°C przez 4-12 godzin + Starzony
• UTS: 350 MPa
• YS: 185 MPa.
• Wydłużenie: 2,5%
• Twardość: 90 HB

B. Mikrostruktura:

Stop aluminium A380 tworzy ziarno o wielkości 50-200 µm jako podstawowa matryca.

Fazy międzymetaliczne:

• Płytkowe cząstki α-AlFeMnSi o długości 5-20 µm zwiększają odporność na zużycie.
• Rodzaj faz w kształcie igieł (β-AlFeSi) do 10-30 µm wykazuje miejsca indukcji pęknięć.
• Pierwiastki Mn poprawiają rozmiar ziarna, zmniejszając go do <100 µm. Zapewniają one lepszą wytrzymałość.

C. Specjalistyczne właściwości:

Stop A380 ma dobrą wytrzymałość zmęczeniową wynoszącą od 150 MPa przy 10⁷ cyklach (R = -1). Jakość ta jest korzystna dla produkcji wsporników silnika.

Co więcej, wytrzymałość na ścinanie tego wlewka wynosi około 200 MPa. Jest to bardzo ważne przy tworzeniu gwintów lub mocowaniu różnych zespołów.

Oprócz wszystkich powyższych, stop jest ograniczony do swojej udarności (test Charpy'ego), która wynosi 5 J w temperaturze 25°C. Ograniczenie to minimalizuje również jego zastosowanie w przypadku obciążeń dynamicznych.

D. Wpływ temperatury:

Wyższe temperatury stają się przyczyną wytrącania się gruboziarnistych cząstek. Z tego powodu UTS spada do 260 MPa (-20%).

W punkcie niskiej temperatury poniżej -50°C, powoduje to wzrost poziomu twardości około 88 HB (+10%). Dzieje się tak, ponieważ ruch dyslokacji staje się wolniejszy.

Zastosowania stopu aluminium A380

1. Zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym

Stosunek wytrzymałości do masy stopu A380 czyni go optymalnym wyborem. Właśnie dlatego przemysł motoryzacyjny wykorzystuje go do szerokiej gamy zastosowań.

Kluczowe składniki i właściwości:

Części samochodowe, takie jak wsporniki i obudowy, mają wytrzymałość na rozciąganie około 325 MPa. Stanowią one również barierę dla nadmiernego ciepła do 200°C.

Oznacza to, że część ta nie wymaga większego zużycia energii ani paliwa w porównaniu do starszych bloków żeliwnych.

Zalety termiczne i mechaniczne:

Producenci wykorzystują przewodność cieplną stopu A380 (100 W/m-K) w głowicach cylindrów.

Posiadają wydajne rozpraszanie ciepła. Materiał silikonowy płynnie przepływa podczas odlewania, przyjmując dowolny złożony kształt.

Trwałość i ograniczenia:

Obudowy przekładni po procesie odpuszczania T6 byłyby twardsze. Osiąga ona twardość 90 HB.

Części te nie spełniają jednak wymagań w zakresie ciągliwości, co ogranicza ich zastosowanie w aplikacjach o wysokiej udarności. Z tego powodu do produkcji krytycznych części używa się stopów zastępczych, takich jak A383.

Zastosowania lotnicze stopu aluminium A380

Użycie komponentów niestrukturalnych:

Wytrzymałość i łatwość odlewania wlewka A380 sprawiają, że jest on preferowany. Przemysł lotniczy wykorzystuje go do produkcji obudów spojlerów, wsporników klap i mocowań lotek.

Temperatura i wytrzymałość:

Stop ten może wytrzymać umiarkowane temperatury (od -50°C do 150°C). Jego granica plastyczności po hartowaniu T6 wynosi 185 MPa. W przypadku urządzeń kontroli lotów obróbka ta czyni je bardziej odpowiednimi.

Zalety odlewania precyzyjnego

Materiał A380 oferuje odpowiednią zdolność do odlewania, przyjmując najbardziej skomplikowane profile. Z tego powodu można go używać do takich rzeczy jak zawiasy sterów z zachowaniem dokładności wymiarowej.

Ograniczenia i ulepszenia:

Pomimo tego, że stop ten oferuje wiele wyjątkowych właściwości, brakuje mu właściwości stopu lotniczego (7075). Na przykład wysokowytrzymałego stopu kutego.

Ulepszeniem, które można wprowadzić, jest trwałość w wilgotnych warunkach. Można to zrobić za pomocą procesu cieplnego T6 lub powłok antykorozyjnych.

Inne zastosowania przemysłowe stopu aluminium A380

Zastosowania w sektorze budowlanym:

W sektorze budowlanym stop A380 jest odlewany do produkcji form architektonicznych i ram okiennych.

Przemysł wykorzystuje swoje najbardziej optymalne cechy. Jest to odporność na korozję i wąskie tolerancje zapewniające dokładność.

Zastosowania morskie:

Wytrzymałość A380 zapewnia długotrwałe i mocne części mocowań silnika i osprzętu pokładowego.

Obróbka, taka jak anodowanie, dodatkowo zwiększa odporność na słoną wodę.

Korzyści dla branży elektrycznej:

Materiał ten jest korzystny do produkcji radiatorów i obudów silników. Zapewnia im dobry IACS i przewodność cieplną. Dlatego też ta opcja stanowi ofertę opłacalną.

Zalety specyficzne dla branży:

Kluczowe właściwości A380 obejmują, najczęściej, stabilność wymiarową w całej konstrukcji i odporność na korozję w warunkach morskich.

Tymczasem kombinezony do zarządzania termicznego są przeznaczone do systemów elektrycznych. Oznacza to, że stop A380 należy do kategorii metali wszechstronnych.

Charakterystyka odlewnicza stopu aluminium A380

Proces odlewania

Ponieważ stop A380 ma znacznie lepszą płynność, jest odlewany z parametrami procesowymi. Parametry te obejmują temperaturę topnienia 660-680°C i ciśnienie wtrysku 30-150 MPa.

Odlewanie ciśnieniowe:

Odlew aluminiowy jest najlepszą techniką. Daje ona wyniki w ciągu kilku minut i zapewnia wąską tolerancję. Proces ten wiąże się jednak z ryzykiem przywierania formy do cząstek żelaza.

Odlewanie piaskowe:

W przypadku odlewania piaskowego nie ma potrzeby stosowania wysokiego ciśnienia lub wysokich temperatur. Wynika to z faktu, że tworzy on kształt profilu ze stopionego stopu przy użyciu mniejszej ilości (ciśnienie 1-5 do 600-650°C).

Procesu tego można używać do odlewania dłuższych części, takich jak bloki silnika. Jest on jednak bardzo powolny i tworzy chropowate powierzchnie.

Stałe odlewanie form:

Stałe odlewanie form zapewnia zrównoważone korzyści w zakresie kosztów i precyzji wyników.

Działa w temperaturze 630-670°C.

Odpowiednie szybkości chłodzenia są niezbędne do kontrolowania krzepnięcia. Zmniejszy to ryzyko wystąpienia gorących łez.

Wady odlewów

Wady odlewnicze występujące podczas produkcji mogą obejmować porowatość, skurcz lub wtrącenia.

• Porowatość: powietrze lub gazy zmieszane z odlewem powodują porowatość. Można to sprawdzić za pomocą kontroli rentgenowskiej. Aby to kontrolować, należy zastosować odgazowanie próżniowe.
• Skurcz: Nierównomierne chłodzenie odlewu powoduje kurczenie się części. Oprogramowanie do symulacji termicznej pomaga w analizie gorących punktów. Zlikwiduj te błędy dzięki zoptymalizowanym projektom podajników.
• Inkluzja: Dzieje się tak z powodu obecności zanieczyszczeń. Przefiltruj metal przed użyciem, aby zminimalizować rozmiar cząstek. Należy również wybrać technikę wstępnego podgrzewania formy.

Obróbka cieplna

Obróbka cieplna w roztworze:

W tego rodzaju obróbce producenci podgrzewają metal w temperaturze 500°C przez 4-12 godzin. W ten sposób rozpuszczane są osady Al₂Cu. Odbywa się to z szybkością chłodzenia >100°C/s (woda hartownicza).

Sztuczne starzenie się

Sztuczne starzenie, podobnie jak technika odpuszczania T6, działa w temperaturze 150-200°C przez 2-8 godzin. Wytwarza nadmierną wytrzymałość wlewków. W tym celu tworzą się fazy Mg₂Si i Al₂Cu. Zwiększa również twardość.

Jednak starzenie powyżej 250°C powoduje gruboziarniste wytrącanie. W rezultacie wpływa to na wytrzymałość, zmniejszając ją nawet o 15%.

Ponadto odpuszczanie T6 poprawia odporność na zmęczenie, tworząc wyrafinowaną mikrostrukturę. Mimo to obniża współczynnik wydłużenia do 2,5%.

Odporność na korozję stopu aluminium A380

Mechanizmy korozji:

W A380 istnieje ryzyko korozji wżerowej w miejscach bogatych w chlorki, takich jak wybrzeża. Podobnie, korozja szczelinowa występuje w miejscach zastoju (pod śrubami).

Korozja galwaniczna Dzieje się tak, gdy występują elektrochemiczne różnice potencjałów. Zawartość żelaza i miedzi jest również przyczyną pogarszającej się korozji.

Ochrona przed korozją:

Istnieje wiele opcji ochrony części przed korozją. Wśród nich jest anodowanie, które dodaje warstwę tlenku o grubości 10-25 µm.

Proces chromianowania pomaga pozbyć się wilgoci lub jest odporny na sól. Tymczasem powłoki malarskie (epoksydowe) zwiększają wytrzymałość poprzez blokowanie ekspozycji.

Inne opcje to powłoki proszkowe i uszczelniacze. Działają one w celu poprawy wydajności części morskich lub samochodowych i zwiększenia ich trwałości.

Obróbka i produkcja stopu aluminium A380

Obróbka skrawaniem:

Z oceną 65 do 70%, stop aluminium a380 jest bardzo łatwy w obróbce. Zawiera pierwiastki, które mogą być twarde, takie jak cząsteczki krzemu. W tym celu do cięcia można użyć narzędzi z węglików spiekanych lub PCD.

Na przykład, kąt natarcia 15° i ostre krawędzie wspomagają proces cięcia. Jak pokazano na ilustracji, należy ciąć z prędkością 300-500 m/mi, posuwem 0,5 mm/obr i głębokością ≤3,25 mm.

Ponadto, odpowiednie techniki chłodzenia mogą zapobiec przegrzaniu narzędzi i zwiększyć ich trwałość.

Produkcja:

Spawanie materiału A380 jest dość trudne. Ponieważ pęka. Ale można użyć zgrzewania tarciowego z przemieszaniem. Robi świetną robotę przy 500-1500 RPM, 1-3 mm/s.

Ponadto, podgrzewanie wstępne i aluminiowy wypełniacz silikonowy pomagają również w lutowaniu. Aby przymocować lub nitować, musisz pracować ręcznie, aby przebić lub użyć twardych nitów, takich jak 1-5 mm.

Wnioski:

Stop aluminium A380 jest najważniejszym metalem. Charakteryzuje się mniejszą wagą, a jednocześnie wytrzymałością. Ich doskonała odlewalność pozwala na produkcję wielu aplikacji z imponującą odpornością na ciepło. Jest to połączenie opłacalności i zrównoważonej wydajności.

Można jednak zmagać się z jego niską ciągliwością. Obróbka cieplna T6 i powłoki mogą poprawić jego trwałość. Z tego powodu jest to ważne dla większości głównych gałęzi przemysłu, takich jak motoryzacja i przemysł.