As ligas de alumínio sempre foram importantes na fabricação, principalmente nos setores automotivo, aeroespacial e de ferramentas. Entre todas, a AlSi10Mg é frequentemente selecionada graças às suas muitas qualidades mecânicas e térmicas positivas. Como essa liga é mais forte que o aço e mais leve, ela desempenha um papel importante na fundição e na manufatura aditiva, especialmente na fusão seletiva a laser (SLM). 

Aqui, examinamos Fundição de AlSi10Mg, fornecendo informações sobre o que é, por que é útil e os principais fatos técnicos, incluindo as características do material AlSi10Mg, sua densidade e outros dados relevantes.

O que significa AlSi10Mg?

Uma liga de AlSi10Mg tem um alumínio O teor de silício é de até 89%, cerca de 10% de silício e uma pequena quantidade de magnésio, geralmente não superior a 0,3%. A forma como é construído lhe deu esse nome. Encontrado nos grupos 4000 e 5000, o alumínio 3003 é famoso por ser muito forte, resistente à corrosão e fácil de unir por soldagem. Como resultado, a manufatura aditiva é adequada para peças fortes, leves, com erros muito pequenos e que podem funcionar por muito tempo.

A liga AlSi10Mg tem muitos usos em aplicações aeroespaciais, automóveis modernos e equipamentos industriais. Muitas pessoas a utilizam para metais de impressão 3D, principalmente devido à sua forma benéfica de fusão.

Visão geral da fundição de AlSi10Mg

Processo de fusão de ligas

No início da fundição de AlSi10Mg, a mistura é derretida a temperaturas que geralmente ficam entre 660°C e 700°C. Como os principais ingredientes da liga são alumínio, silício e magnésio, ela precisa ser aquecida uniformemente para se tornar totalmente fundida. São tomadas medidas para evitar a oxidação e a absorção de gases, pois esses efeitos podem enfraquecer e danificar a peça acabada.

As etapas necessárias para a fabricação e o preenchimento do molde

Após o aquecimento, a liga líquida é transferida para um molde para determinar a forma do item acabado. Você pode fundir sua peça usando fundição sob pressão, fundição em areia ou fundição por cera perdida. Nos casos em que são necessárias peças precisas e complexas, a fusão seletiva a laser (SLM) é preferida pela manufatura aditiva. Por fluir tão facilmente, o AlSi10Mg é bom para detalhes de moldes.

Resfriamento do líquido e sua solidificação

Assim que o molde é preenchido, o metal líquido bruto começa a esfriar. A manutenção do resfriamento adequado pode reduzir os problemas no produto acabado, como encolhimento, rachaduras ou tensões internas. A velocidade de resfriamento da liga pode impactar a estrutura interna do material e afetar sua resistência ao trabalho e sua superfície. Os materiais que esfriam mais rapidamente tendem a ter melhor estrutura e melhor desempenho geral.

Etapas de pós-processamento

A peça, uma vez solidificada e removida do molde, está em uma condição ideal. Frequentemente, são feitos tratamentos térmicos, como recozimento em solução e envelhecimento, para tornar o material mais durável. Estruturas precisas ou resultados de melhor aparência podem ser obtidos colocando-se as peças em um pacote para usinagem ou para acabamento de superfície.

Substitutos para AlSi10Mg

Como o AlSi10Mg oferece excelentes propriedades, ele é frequentemente selecionado para soldagem, mas quando outros fatores, como mecânica, temperatura ou preço, se tornam mais importantes, outros materiais podem ser necessários.

As ligas mais populares usadas para substituir o AlSi10Mg são mencionadas abaixo:

O alumínio A356 é um tipo de liga

Por que o A356 está sendo considerado em vez do AlSi10Mg?

O A356 é uma liga comparável ao AlSi10Mg, diferindo principalmente em sua ductilidade e alongamento superiores. Os risers são usados com mais frequência para fundição em areia e fundição sob pressão por gravidade.

Vantagens:

• Os clientes podem escolher um tecido com maior alongamento para melhorar a resistência.
• Grande capacidade de resistência à corrosão
• Pode ser facilmente soldada

Aplicativos:

• As peças de ferro cinzento incluem autopeças, peças para bombas e trabalhos de fundição em geral.

Uma liga contendo silício 12%

Por que trocamos o AlSi10Mg pelo AlSi12?

Por ser rico em silício, o AlSi12 oferece maior resistência ao desgaste e melhores qualidades de fluxo na fundição sob pressão.

Vantagens:

• Sua capacidade de fundição é melhor do que a do latão.
• A resistência ao desgaste é muito eficaz.
•  Preços mais baixos para acessórios

Aplicativos:

• Eles são adequados para peças fundidas complexas e frágeis, carcaças de motores e peças decorativas.

EN AW-7075 (EN 7075Aluminiumm Alloy)

Por que o AlSi10Mg deve ser substituído pelo 7075?

A forte liga 7075 é usada na indústria aeroespacial e tem um desempenho muito melhor em termos de resistência do que a liga AlSi10Mg. Entretanto, como não pode ser fundida, é mais adequada para a fabricação de produtos usinados ou forjados.

Vantagens:

• Faixa de tensão impressionantemente forte
• Excelente resistência ao desgaste por uso excessivo

Limitações:

• É difícil de soldar
• Em geral, eles são mais caros
• Não pode ser usado para fundição

Aplicativos:

• Aeronaves, peças para esportes motorizados e equipamentos para serviços pesados usam compostos.

Ti-6Al-4V é uma liga de titânio

Por que os aplicativos devem adotar o titânio em vez do AlSi10Mg?

Em comparação com as ligas de alumínio, o titânio é muito mais leve e resistente à corrosão quando usado em peças que precisam resistir à pressão.

Vantagens:

• Excelente resistência e segurança para o corpo
• Excelente capacidade de resistir ao calor

Limitações:

• Para custos muito altos
• É difícil de produzir e processar

Usos:

• Trabalho de engenharia em aviões, produtos espaciais, medicamentos e sistemas

As ligas de magnésio comuns são AZ91D e similares

Por que o AlSi10Mg deve ser substituído por magnésio?

Eles são muito mais leves que o AlSi10Mg e são escolhidos quando a maior redução de peso é necessária.

Vantagens:

• Sua densidade muito baixa é de apenas 1,74 gramas por centímetro cúbico.
• Ele pode ser bem moldado

Limitações:

• A força e a resistência à corrosão são menores
• O fato de serem processados os torna mais propensos a pegar fogo

Objetivo: 

• Construção de contêineres eletrônicos, estruturas de suporte em artigos esportivos e interiores de aviões

Tabela de comparação

Cuidado com seus itens alternativos

Você deve escolher sua substituição de acordo com:

• Deve-se usar 7075 ou Ti-6Al-4V para aumentar a resistência de uma peça.
• A356 ou AlSi12 podem ser fundidos mais facilmente do que outros tipos.
• As ligas de magnésio foram escolhidas por seu baixo peso.
• O AlSi10Mg ou o titânio são mais resistentes à corrosão do que outros.
• É possível economizar usando AlSi12 ou A356.

Propriedades da liga AlSi10Mg

Os engenheiros, projetistas e fabricantes dessa liga precisam saber o que o AlSi10Mg pode fazer. Por sua resistência, leveza e qualidades térmicas, o AlSi10Mg encontra aplicação tanto na fundição quanto na impressão 3D. Os principais tipos de propriedade usados pelo setor imobiliário são explicados a seguir:

Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas do AlSi10Mg melhoram consideravelmente com o tratamento térmico ou quando ele é processado na manufatura aditiva. Os valores a seguir devem ser considerados como estimativas, pois as condições de processamento podem alterá-los.

• A resistência à tração é dada como: 320-450 MPa
• A resistência ao escoamento é de 230-260 MPa.
• Alongamento na ruptura: 2-12% (maior para amostras após tratamento térmico)
• A dureza de cada grau varia entre 100 e 120 HB (Brinell).
• A resistência à fadiga dos parafusos varia de 100 MPa com base em seu método de produção e no número de vezes que são usados sob carga.

As características mecânicas úteis do AlSi10Mg permitem que ele seja usado como peça de suporte de carga nos setores aeroespacial, automotivo e de ferramentas.

Propriedades físicas

Os pontos fortes do AlSi10Mg o tornam adequado para usos em que o calor e o peso desempenham um papel importante.

• Densidade: ~2,68 gcm-3
• A condutividade térmica efetiva é estimada em ~150-170 W/m-K.
• Faixa para derretimento: 570 a 590°C
• O coeficiente de expansão térmica dos metais é de cerca de ~20 x 10⁶/°C
• Condutividade elétrica moderada (os valores são menores do que os do alumínio)

Tanto sua baixa densidade quanto suas propriedades térmicas adequadas o tornam perfeito para uso em sistemas eletrônicos e aeroespaciais.

Composição química

A principal composição da liga AlSi10Mg é:

• O maior número de ingredientes em tintas é o alumínio, que é encontrado em cerca de 89-91%.
• Silício (Si): A faixa é de 9,0% a 11,0%
• Magnésio (Mg): Sua concentração é de aproximadamente 0,25-0,45%.
• A quantidade de ferro não deve ser superior a 0,55%.
• ≤ 0,5% total para Mn, Zn, Cu, Ti e uma variedade de outros elementos

Quando o silício está presente, a fundição se torna mais fácil e as peças ganham maior resistência ao desgaste. A adição de magnésio aumenta a resistência e a capacidade de tratamento térmico das peças fundidas.

Outras propriedades

• A resistência à corrosão é particularmente boa em ambientes secos e úmidos.
• É muito fácil soldar alumínio, o que o torna útil tanto para reparos quanto para unir peças impressas ou fundidas.
• Os tratamentos, especialmente o tratamento térmico, tornam as máquinas de produção de recursos muito mais fáceis de operar.
• A alta capacidade de reciclagem do PET apoia os esforços para ser sustentável

Devido às suas propriedades fortes e flexíveis, a liga é frequentemente escolhida por setores que se concentram em desempenho, confiabilidade e design.

As propriedades térmicas do AlSi10Mg

O AlSi10Mg é um material ideal quando a resistência ao calor, a eficiência térmica e as variações mínimas de forma durante as mudanças de temperatura são importantes. Devido às suas excelentes propriedades, ele desempenha um papel fundamental no resfriamento de componentes aeroespaciais, automotivos e eletrônicos, quando necessário.

Tabela de propriedades térmicas para AlSi10Mg

Resumo

• Como o AlSi10Mg transfere bem o calor, ele é escolhido para dissipadores de calor, carcaças e peças de motor.
• Devido à sua expansão moderada com a temperatura, ele mantém sua estabilidade em condições normais.
• Quando as temperaturas ultrapassam 200°C, a resistência mecânica dos plásticos pode diminuir gradual ou repentinamente.

A densidade e seus efeitos sobre o AlSi10Mg

A densidade do AlSi10Mg desempenha um papel importante em sua escolha para casos em que o menor peso é um recurso fundamental. A densidade normal do AlSi10Mg é de 2,68 g/cm³. A leveza é uma das maiores vantagens do alumínio, embora ele ainda tenha a resistência necessária para a maioria dos usos.

A densidade do AlSi10Mg é altamente benéfica quando se tenta fabricar acessórios leves para aeronaves, estruturas de veículos elétricos ou braços robóticos sem sacrificar sua resistência. O setor aeroespacial é um exemplo em que ter menos peso melhora a economia de combustível e aumenta a carga útil.

A densidade do AlSi10Mg pode ser afetada pela forma como a peça é fabricada, pela rapidez com que é resfriada e pela quantidade de porosidade presente no objeto final. Por isso, é fundamental realizar verificações de qualidade, principalmente em setores com requisitos rigorosos de conformidade. 

Efeitos no design e na fabricação

Ao usar a liga AlSi10Mg, os projetistas têm a vantagem de reduzir as formas das peças para manter o peso baixo e, ao mesmo tempo, a resistência. Devido à baixa densidade da liga, tanto a impressão 3D quanto a fundição ajudam a produzir designs leves que ainda são fortes mecanicamente. O processamento do material se torna mais simples e fácil para os fabricantes.

Além disso, para objetos como dissipadores de calor ou carcaças em que a dissipação eficiente de calor é útil, o AlSi10Mg menos denso significa que o sistema pode ser construído com menos peças, economiza espaço e é resfriado com mais eficiência.

Uma olhada em outros materiais

Com base nos dados, o AlSi10Mg está dentro da zona ideal, pois é mais forte e mais resistente que o magnésio, sem ser mais pesado que o aço para várias aplicações.

Quais são as vantagens de usar a liga AlSi10Mg?

Há vários motivos para a liga AlSi10Mg ter se tornado amplamente utilizada em muitos setores. Por ser muito resistente à fundição, resistir bem à corrosão e ter boas características térmicas, ela é usada em vários métodos de fabricação de peças. Por que os engenheiros geralmente optam por essa liga?

• Como essas peças perdem peso, mas mantêm a resistência, elas são melhores para uso em locais cruciais, como esportes.
• Boa transferência de calor - permite sua aplicação em trocadores de calor e em caixas de eletrônicos.
• A corrosão é um grande problema, por isso a borracha é especialmente útil quando há risco de água e produtos químicos.
• Capacidade de alto fluxo - torna o material adequado para aplicações precisas.
• É fácil soldar e usinar essa liga após a produção.

Como a liga AlSi10Mg permanece confiável em climas severos ou sob estresse frequente, ela é uma boa opção para os principais componentes do sistema.

Benefícios do AlSi10Mg

A resistência é alta, mas também é leve

O AlSi10Mg, forte e não muito pesado, é usado com frequência na aviação e em carros porque oferece uma ótima relação entre resistência e peso.

Bom desempenho em fundição e impressão

O AlSi10Mg é fácil de moldar e se sai bem na manufatura aditiva, especialmente na fusão seletiva a laser, que permite a produção de formas complexas.

Resistência à corrosão

Devido ao silício e ao magnésio, o A286 é altamente resistente a condições externas ou adversas e não precisa de proteção adicional.

Excelente condutividade térmica

Por ser um material de transferência de calor com condutividade térmica que varia de 150 a 170 W/m-K, o AlSi10Mg pode ser facilmente usado na produção de carcaças e dissipadores de calor.

A capacidade de tratamento térmico permite benefícios extras

Ao submeter a liga a um tratamento térmico, como o envelhecimento T6, ele melhora sua resistência e dureza.

Alta capacidade de reciclagem

O AlSi10Mg pode ser reciclado facilmente, o que ajuda a manter a fabricação ecologicamente correta.

Problemas associados ao AlSi10Mg

A ductilidade é considerada limitada no caso do alumínio

Quando a liga AlSi10Mg é fundida ou impressa, ela geralmente não tem ductilidade suficiente (2-4%) e, portanto, não pode ser usada em aplicações que exijam muita flexão ou impactos fortes.

Amolecimento do material devido à alta temperatura

Se a cerâmica for tratada termicamente acima de 200°C por um longo período, ela perderá parte de sua resistência e não poderá ser usada em estruturas expostas a altas temperaturas.

Uma argila que tem porosidade

Se a fundição ou a impressão 3D for mal feita, isso geralmente resulta em porosidade de gás que enfraquece a estrutura, a menos que seja tratada adequadamente.

Usinabilidade moderada

A variante endurecida do AlSi10Mg é resistente às ferramentas de corte quando é usinada. Como resultado, as ferramentas se desgastam mais rapidamente e podem precisar de sistemas de refrigeração melhores, o que aumenta o custo geral da máquina-ferramenta.

Preço para manufatura aditiva

Embora a impressão 3D funcione muito bem com o pó de AlSi10Mg, o pó é caro, portanto, produzir pequenos lotes é mais caro.

Tabela de resumo

Usos da fundição de AlSi10Mg

Por ter ótimas propriedades, o AlSi10Mg é usado em vários setores:

Aeroespacial

Graças à sua baixa massa e alta rigidez, a liga AlSi10Mg ajuda a produzir suportes, carcaças e outros componentes que pesam menos do que peças semelhantes.

Automotivo

Em blocos de motor, caixas de câmbio e suspensão, o AlSi10Mg aumenta a eficiência do combustível sem diminuir a segurança.

A ciência da robótica

Esses materiais são excelentes para a construção de braços de robôs personalizados, articulações e efetores finais adaptados para ações leves.

Eletrônicos de consumo

É um material eficaz para dissipadores de calor e quadros estruturais, pois tem boas características térmicas.

Dispositivos médicos

O uso crescente de próteses e ferramentas feitas com a liga AlSi10Mg se deve à sua precisão e segurança para o corpo.

Problemas e questões

Apesar dos muitos aspectos positivos do AlSi10Mg, há algumas coisas que devem ser lembradas:

• O silício é um agente endurecedor e, sem o manuseio adequado, sua superabundância resulta em um grés quebradiço.
• O controle do grau de porosidade de uma peça é essencial para garantir que ela não falhará estruturalmente.
• A produção avançada do titânio geralmente o torna mais caro do que outras ligas de alumínio conhecidas.

A redução desses problemas requer um tratamento térmico adequado e a seleção ideal das configurações de fundição. Também é possível ver os efeitos da contração e da porosidade antes da fundição real com um software de simulação aprimorado.

Perspectivas futuras

Como cada vez mais empresas precisam de itens resistentes, porém leves, a previsão é de que o uso do AlSi10Mg aumente, o que será especialmente favorecido pela manufatura aditiva. O progresso recente na metalurgia do pó, no pós-processamento e nos tratamentos térmicos está aumentando a confiabilidade e a utilidade desse material.

Estão em andamento experimentos com ligas AlSi10Mg nanoprecipitadas que incluem adições de cerâmica ou grafeno para fortalecê-las e torná-las mais duráveis por muitos ciclos. As inovações podem conectar áreas como defesa, lançamento de objetos ao espaço e desenvolvimento de equipamentos médicos inovadores.

Conclusão

A classe AlSi10Mg combina excelente desempenho mecânico, estrutura leve e qualidades térmicas excepcionais. Como é confiável em muitos campos, do aeroespacial ao eletrônico, e pesa pouco, ainda é um material ideal para engenheiros e projetistas. Agradecimentos Devido às suas características distintas de AlSi10Mg, à densidade única de AlSi10Mg e ao forte desempenho como liga de AlSi10Mg, essa composição está firmemente presente nos setores modernos. Tanto no projeto de peças aeroespaciais essenciais quanto em modelos artísticos impressos em 3D, o AlSi10Mg está liderando o caminho para ampliar os novos limites da ciência dos materiais. Com o surgimento de novos desenvolvimentos, podemos esperar que a análise de dados desempenhe um papel ainda maior e seja usada em muitos outros lugares.

Perguntas frequentes 

Qual é a finalidade do AlSi10Mg?

Sua leveza, durabilidade e boa capacidade térmica tornam o AlSi10Mg adequado para aplicações aeroespaciais, automotivas, robóticas e eletrônicas. Muitos usam o plástico em fundição e impressão 3D, onde a estabilidade e a precisão são muito importantes.

Quais propriedades são mais importantes no estudo de materiais AlSi10Mg?

Aqueles feitos de AlSi10Mg apresentam alta resistência à tração (até 450 MPa), são bons condutores térmicos, não corroem facilmente e têm um nível moderado de dureza. É por isso que esse material é bom para áreas que enfrentam grandes forças.

Qual é a densidade do AlSi10Mg?

Com uma densidade de 2,68 g/cm³, o AlSi10Mg é mais leve que o aço e tem a resistência necessária para projetos em que o peso é importante.

É possível fazer o tratamento térmico do AlSi10Mg?

A liga AlSi10Mg pode ser submetida a um tratamento térmico que a torna mais forte e mais dura. Os tratamentos mais comuns são o recozimento em solução e o envelhecimento.

O AlSi10Mg é uma boa opção para a manufatura aditiva?

Com certeza. O AlSi10Mg é amplamente utilizado na impressão 3D de metal e, em particular, na fusão seletiva a laser (SLM), porque tem fluxo suave, desempenho forte e estrutura fina.