Aliajele de aluminiu turnabile oferă proprietăți mecanice diverse. Tipurile comune includ A356, A357 și A380. Tratamentele termice precum T6 sporesc rezistența. Acestea sunt utilizate în industria auto, aerospațială și inginerie generală. Proprietățile cheie sunt rezistența la tracțiune, alungirea și duritatea. Alegerea aliajului depinde de nevoile aplicației.

În acest articol, veți obține cunoștințe de bază despre diferitele tipuri de aliaje de aluminiu turnabile.

Prezentare generală a aliajelor de aluminiu turnabile

Definiție și importanță

Există multe aliaje pentru turnare. Unele dintre acestea sunt aliaje de aluminiu. Aluminiul conține un amestec de alte elemente (cum ar fi magneziu sau siliciu). Asta produce diferitele sale aliaje.

Aluminiul se topește la temperaturi de aproximativ 660 °C. Această formă topită intră apoi în matriță pentru a căpăta o formă profilată.

Datorită greutății lor reduse, cu o densitate de 2,7 g/cm³, aceste aliaje sunt de 3 ori mai ușoare decât oțelul. Acesta este motivul pentru care sunt potrivite pentru multe dintre aplicații. De exemplu, mașini, avioane și utilaje.

De asemenea, acestea rezistă bine la coroziune și pot fi realizate în orice formă, fiind în același timp puternice.

Compoziția și proprietățile aliajelor de aluminiu turnabile

Compoziția aliajului

Formarea aliajelor de aluminiu turnabile include compoziția mai multor elemente. De exemplu, aluminiul poate conține siliciu (5-12%), magneziu (0,2-10%), cupru (1-4%) sau zinc (1-3%).

Siliciul se topește la 577°C, ceea ce îl face să umple mai bine matrițele. Între timp, magneziul ajută la obținerea unei rezistențe mai mari, deoarece formează precipitații fine. Cuprul dezvoltă duritate.

De exemplu, în aliajul A380 există 8-10% siliciu și 3-4% cupru. Acesta este motivul pentru care oferă o fluiditate ridicată, răspândindu-se pe spații de matriță înguste de până la 0,1 mm.

Rolul oligoelementelor

Cantități mici de elemente precum fierul (<1%) împiedică lipirea de matrițe, iar manganul (0,5%) îmbunătățește rezistența la coroziune.

Turnarea aliajelor de aluminiu evită lipirea matriței din cauza aportului de cantități mici de oligoelemente precum fierul (<1%).

În mod similar, acestea rezistă bine la coroziune și au granulații mai mici datorită manganului (0,5%) și, respectiv, titanului (0,2%). Aceasta reduce, de asemenea, fisurile ca rezultat.

Structura și compoziția microscopică

Imaginea menționată descrie efectul compoziției asupra structurii granulelor. De exemplu, granulația grosieră (50-100 µm lățime) apare în faza inițială a turnării.

Elementele de siliciu (10-20 µm) obțin o rezistență ridicată, blocând dislocațiile. Între timp, nucleația se formează într-un punct al granițelor de grăunți (GBs). Nucleele cresc până la starea matricei pe parcursul răcirii.

Proprietăți mecanice și fizice

Rezistență și ductilitate:

Aliajele turnabile au rezistențe la tracțiune care variază între 200 și 380 MPa. De exemplu, a356 obține 280 MPa și este extensibil (10%) chiar înainte de rupere.

De asemenea, tratamentul termic (de exemplu, temperarea T6) induce o rezistență sporită 20% și o ductilitate 8% în A356. Acest lucru se realizează prin încălzirea aliajelor la 500°C, stingerea lor cu apă și îmbătrânirea lor la 150°C timp de 5 ore.

Rezistența la coroziune

Atunci când un aliaj conține magneziu (de exemplu, 520.0 cu 10% Mg), acesta obține un strat de oxid protector. Acest lucru înseamnă că pot concura împotriva coroziunii timp de 15-20 de ani în medii marine.

În LM6, compoziția cu conținut ridicat de siliciu previne coroziunea în apă sărată. Ca urmare, acestea continuă să funcționeze la o presiune de 50 Mpa în produsele subacvatice.

Conductivitate termică și electrică

Aliajele precum 319 au 6% Si și 3% Cu. Astfel, conduc căldura la 150 W/m-K. Aceasta este ceea ce le face o alegere de top printre componentele motorului.

De asemenea, au o densitate scăzută, care este de aproximativ 2,7 g/cm³. Îmbunătățește eficiența consumului de combustibil (10%) datorită greutății reduse, în special în cazul automobilelor.

Impactul tratamentului termic

Producătorii efectuează tratamentul termic pentru a reduce golurile și a rafina granulația. De exemplu, etapa de îmbătrânire crește duritatea de la 80 HB la 95 HB în aliaje precum ADC12.

În plus, procesul de recristalizare (care are loc în imagine) cauzează contracția grăunților până la 10-20 µm. Astfel, aliajul obține o rezistență crescută la oboseală (30%) ca rezultat.

Gradele comune ale aliajelor de aluminiu

A380

În aliajul de aluminiu turnabil A380 sunt prezente 8-10% siliciu, 3-4% cupru și mai puțin de 1% fier. Particula de siliciu are un punct de topire mai scăzut. Acest lucru înseamnă că acestea curg ușor în matrițe, umplând fiecare spațiu.

Duritatea este mai bună datorită elementelor de cupru, ceea ce le face ideale pentru piesele supuse unor solicitări ridicate. Acesta este motivul pentru care acest aliaj cu 320 MPa creează suporturi de motor și carcase electronice.

Acesta umple golurile în mod corespunzător și provoacă, de asemenea, mai puține defecte. În plus, acest aliaj se răcește mai repede, rezultând un timp de producție redus de aproximativ 15%.

A356

Aliajul A356 are conținut de siliciu și magneziu (7% și, respectiv, 0,3%). Acesta este motivul pentru care oferă fluiditate și rezistență mai bune.

Există aproximativ 280 MPa rezistență la tracțiune în acest aliaj și 12% ductilitate. Prin urmare, ele se pot întinde până la 12% înainte de a se rupe.

Puteți utiliza aliajul a356 pentru a realiza roți de aeronave și automobile, piese de suspensie, trenuri de aterizare pentru aeronave și rame pentru aripi.

De asemenea, are proprietatea unică de a rezista la temperaturi de 200°C timp de 500 de ore. Chiar și la acest punct, nu se fisurează ușor.

După tratamentul termic, acest aliaj are o rezistență sporită (20%). Astfel, acestea sunt ideale pentru utilizarea în aplicații aerospațiale.

6061

Aliajul 6061 este compus din 1% magneziu, 0,6% siliciu și 0,3% cupru. Aceste elemente, precum magneziul, îi sporesc capacitatea de a opri coroziunea. Acest aliaj rezistă 20 de ani în exterior și nu ruginește.

Citește și: Aliaje de aluminiu 6061 vs 6063

Rezistența la tracțiune (310 Mpa) a aliajului 6061 îl face util în poduri, grinzi și piese de șasiu precum brațe de suspensie și cadre marine. Densitatea sa scăzută contribuie în continuare la ușurarea lui 60% față de oțel.

ADC12

Conținând 10-20% siliciu și 2-3% cupru, aliajul ADC12 este destul de popular. Siliciul din acest metal permite o turnare lină, în timp ce cuprul îi crește duritatea.

Tratamentul termic aduce modificări ale durității, depășind-o la 95 HB (Brinell). Acest aliaj este utilizat pentru a face piese precum blocuri de motor auto, carcase de smartphone și carcase de cutie de viteze.

De asemenea, preia profiluri cu forme complexe în 30 de secunde, economisind producția până la 25%.

LM25

Aliajul LM25 este fabricat prin adăugarea a 0,3% magneziu și 7% siliciu. În plus, rezistența sa la tracțiune atinge 260 MPa la 200 °C. Acesta oferă o bună turnabilitate pentru fabricarea carcaselor de pompe, a structurilor marine și a supapelor hidraulice.

Pereții săi turnați în nisip sunt la fel de subțiri ca 1 mm; aceasta este ceea ce face caracteristica sa unică. Așadar, LM25 se potrivește perfect cu producția de modele ușoare.

LM6

10-13% din conținutul de siliciu și mai puțin de 0,1% de magneziu sunt prezente în aliajul LM6. Datorită cantității mai mari de siliciu, acest aliaj nu se corodează ușor. Acesta poate rezista la o presiune de 50 MPa în apa de mare.

Producătorii îl folosesc pentru turnarea elicelor de barcă și a fitingurilor de doc. Completând anii, acestea funcționează în apă sărată fără să ruginească. Asta reduce, de asemenea, costurile de întreținere cu până la 40%.

520.0

Aliajul de aluminiu turnabil 520.0 are 10% magneziu și 0,1% siliciu. Această propunere de elemente îi crește rezistența la tracțiune (380 MPa) și îi reduce greutatea cu până la 50%.

Le puteți utiliza pentru a realiza suporturi aerospațiale, carcase de rachete și echipamente militare. O altă caracteristică este aceea de a suporta vibrații de aproximativ 500 Hz, fără a prezenta fisuri.

319

Acest aliaj are 6% siliciu și 3% cupru. Siliciul îmbunătățește fluiditatea, dar cuprul obține o conductivitate termică mai bună (150 W/m-K).

Acestea sunt turnate pentru a face capete de cilindri și radiatoare. Oferă o precizie maximă în piese, cum ar fi ±0,02 mm și se potrivește perfect în motoare.

413

Aliajul 413 include 12% siliciu și 2% fier. Acesta este motivul pentru care oferă o etanșeitate la presiune de aproximativ 50 MPa. Piesele, cum ar fi pompele și supapele hidraulice, sunt aplicațiile lor.

De asemenea, acest aliaj sigilează scurgerile în spații, care pot fi la fel de mici ca 0,5 mm, economisind lichid.

535

Producătorii adaugă 7% magneziu și 0,15% siliciu în compoziția aliajului 535. Rezistența sa la coroziune este conformă cu exactitatea în medii cu pH 8-10, cum ar fi apa de mare.

Acestea sunt utilizate pentru a produce carene de nave și platforme offshore, împreună cu sudarea la 300°C. Acestea nu se fisurează la această temperatură și pot rezista 25 de ani în condiții marine.

Procese de turnare pentru aliaje de aluminiu

Turnare sub presiune

Procesul de turnare sub presiune include topirea aliajului de aluminiu și injectarea acestuia în matriță sub presiune ridicată. Piesele sunt turnate în nu mai mult de 10-30 de secunde, iar rezultatul de ieșire îndeplinește parametrii rapizi și preciși.

Dintre celelalte aliaje, A380 și ADC12 sunt cele mai frecvent utilizate pentru fabricarea suporturilor pentru motoare auto și a mânerelor ușilor de avion.

Sand Casting

Procesul de turnare în nisip utilizează matrițe de nisip. Granulația acestora fluctuează între 0,10 și 0,5 mm. Procesul este potrivit și se potrivește cu fabricarea unor piese precum blocuri motor. Este mult mai accesibil (50%) decât turnarea sub presiune, dar nu oferă suprafețe netede.

Turnare de investiții

Turnare de investiții include modele de ceară cu acoperiri ceramice. Acestea produc piese care adaugă elemente detaliate, cum ar fi paletele turbinei.

De asemenea, se obțin în mod eficient toleranțe mai strânse de aproximativ ± 0,05 mm, dar durează foarte mult timp (48 de ore pe matriță).

Provocări și soluții în turnarea aluminiului

Defecte de turnare

Aliajele de aluminiu turnabile provoacă defecte precum porozitatea și contracția, care slăbesc piesele. Acesta este exact motivul pentru care trebuie să utilizați turnarea în vid pentru a reduce porozitatea cu până la 70%.

Pentru a îmbunătăți rugozitatea suprafeței (de până la 12,5 µm), este important să se efectueze degroșarea cu bile de 0,5 mm la 80 psi.

De asemenea, preîncălzirea matrițelor înainte de injectarea aliajului topit evită lipirea și umple zonele interne cu o fluiditate mai bună.

Selectarea aliajului

Alegerea aliajului greșit poate distruge întregul proiect. De exemplu, A380 este cel mai potrivit pentru piese de vehicule cu pereți subțiri.

Între timp, LM6 creează un suport de rezistență care face față apei de mare. ADC12 umple golurile mai mici în cel mult 30 de secunde, dar poate crăpa dacă este supraîncălzit la peste 600°C.

Provocările tratamentului termic

Zona fierbinte a cuptoarelor încălzește aliajele. Utilizarea unei temperaturi de 500 °C și funcționarea timp de 4 ore le conferă caracteristici puternice.

Rezervorul de călire din acest proces ajută la prevenirea fisurilor, deoarece răcește piesele la 10°C/min. Cu toate acestea, temperatura de răcire nu trebuie să fie slabă. Acest lucru se datorează faptului că se poate risca fragilitatea. De exemplu, călirea corectă aduce rezistența 20% la aliajul 6061.

Concluzie:

Aliajele de aluminiu turnabile sunt foarte importante în multe industrii, cum ar fi industria auto, aerospațială, industrială sau chiar produsele de consum. Ele sunt ușoare în greutate, motiv pentru care reduc consumul de combustibil.

De asemenea, capacitatea lor de a opri coroziunea înseamnă că pot dura mai mult de 25 de ani. Acesta este și motivul pentru care sunt mai pretențioase în medii dificile.

Dacă există provocări precum contracția sau porozitatea, le puteți rezolva folosind tehnici speciale. Așadar, realizați produse versatile folosind aliaje de aluminiu la alegerea dvs.