Aliajele de aluminiu sunt adesea alese în scopuri tehnice datorită caracteristicilor lor mecanice bune, ușurinței și rezistenței la coroziune. Dintre acestea, AlSi10Mg este cunoscut pentru performanțele sale ridicate în turnarea de precizie, precum și în fabricarea aditivă. AlSi10Mg este un aliaj de aluminiu cu performanțe bune, care este adesea selectat pentru procesele de turnare și fabricare aditivă. Siliciul și magneziul adăugate la AlSi10Mg îi îmbunătățesc atât caracteristicile mecanice, cât și pe cele termice, ceea ce îl face potrivit pentru piesele care trebuie să reziste complexității și solicitărilor puternice. Folosind turnarea AlSi10Mg, producătorii realizează piese care sunt ușoare, durabile și au detalii fine și precise. Imprimarea 3D a metalelor a făcut ca AlSi10Mg să devină și mai important în proiectarea și producția actuală, unde excelează atât prin adaptabilitate, cât și prin duritate.

 Aici, articolul explică tehnologia de turnare AlSi10Mg, împreună cu beneficiile sale, utilizările comune și motivul pentru care este aleasă pe scară largă în industria aerospațială, auto și inginerie medicală.

Ce este AlSi10Mg?

AlSi10Mg este un tip de aliaj ușor de aluminiu format în principal din aluminiu (Al), siliciu (Si) și magneziu (Mg). De obicei, AlSi10Mg conține 89-91% aluminiu, 9-11% siliciu și 0,2-0,45% magneziu. Combinația acestor elemente de aliere face ca AlSi10Mg să aibă: Este cunoscut pentru structura sa puternică, dar ușoară, conductivitate bună și protecție mare împotriva coroziunii.

Siliciul face ca aliajul să funcționeze fără probleme în timpul turnării, în timp ce magneziul îmbunătățește rezistența și duritatea prin întărirea prin îmbătrânire. Rezultă astfel un material care are o rezistență bună la presiune și poate rezista la căldură.

Ce este turnarea AlSi10Mg?

Turnarea AlSi10Mg implică turnarea aliajului AlSi10Mg topit în matrițe pentru a realiza piese și părți complicate. Este posibil să se utilizeze mai multe tehnici de turnare, de exemplu:

• Turnare sub presiune: Aluminiul fierbinte este forțat să intre într-o matriță de oțel folosind o presiune mare.
• Sand Casting: Matrițele de nisip sunt utilizate într-un proces clasic de turnare.
• Turnare de investiții: Procesul este adesea denumit turnare cu ceară pierdută și permite fabricarea de piese foarte precise.

În lumea producției moderne, turnarea AlSi10Mg este adesea utilizată în combinație cu tehnici aditive precum SLM sau DMLS. Procesul combină topirea strat cu strat a pulberii AlSi10Mg pentru a crea piese aproape gata cu o precizie foarte bună.

Compoziția chimică a AlSi10Mg

Acest aliaj de aluminiu are un conținut ridicat de siliciu, precum și magneziu și alte câteva oligoelemente. Compoziția exactă este gestionată îndeaproape pentru a obține cel mai bun amestec de turnare, rezistență și protecție împotriva coroziunii.

Compoziție tipică (% în greutate):

Note cheie:

• Cantitatea mare de siliciu face ca AlSi10Mg să fie remarcabil de turnabil și rezistent la uzură.
• Magneziul este important pentru a permite aliajului să fie întărit printr-un tratament termic.
• Urmele de impurități, cum ar fi Mn, Ti și Fe, sunt ținute sub control strict pentru a menține calitatea și a preveni fragilitatea sau problemele legate de coroziune.

Această compoziție exactă face ca turnarea AlSi10Mg să poată face față cerințelor mecanice și fizice ale ingineriei de înaltă tehnologie.

Proprietăți mecanice ale AlSi10Mg

AlSi10Mg are proprietăți mecanice bine echilibrate - poate fi utilizat în tracțiune și compresie; aplicații cu solicitări ridicate și cu performanțe ridicate. Aceste proprietăți pot diferi ușor în funcție de procesul de fabricație (turnare vs imprimare 3D) și de tratamentul termic al substanțelor.

Proprietățile mecanice comune ale AlSi10Mg sunt următoarele:

Note cheie:

• Rezistența la tracțiune poate fi îmbunătățită în mare măsură cu un tratament termic adecvat, ceea ce înseamnă că materialul este bun pentru piese structurale și portante.
• Alungirea îmbunătățește, de asemenea, post-tratamentul, prin care se poate obține o ductilitate mai mare pe piesele supuse unor sarcini dinamice.
• Duritatea și rezistența la oboseală, durabilitatea în condiții de solicitări repetate, sunt importante în componentele auto și aerospațiale.

Aceste caracteristici fac din turnarea AlSi10Mg o opțiune bună în acele cazuri în care sunt importante atât economiile de greutate, cât și performanțele mecanice.

Proprietăți fizice ale AlSi10Mg

AlSi10Mg oferă un bun echilibru între caracterizarea ușoară și variația stabilă a funcționalității fizice pe o temperatură largă. Astfel de proprietăți sunt o parte din ceea ce îl face atât de popular în producția tradițională, precum și în producția aditivă.

Note cheie:

• Densitatea scăzută a AlSi10Mg îl face să fie cel mai bun pentru zonele sensibile la greutate, cum ar fi cele în care sunt implicate piese aerospațiale și auto.
• Conductivitatea termică ridicată îi permite să disipeze bine căldura, ceea ce este vital pentru inventivitate și pentru componentele motorului.
• Este bun pentru conductivitatea electrică, fiind astfel util pentru acele piese care trebuie să prezinte performanțe electrice ușoare, deși nu este la fel de eficient ca aluminiul pur.

O astfel de combinație de caracteristici fizice și rezistență bună a proprietăților mecanice face din turnarea AlSi10Mg o opțiune versatilă și fiabilă în producția modernă.

Ce este aliajul de turnare AlSi10Mg?

AlSi10Mg aparține aliaje de aluminiu turnat care conțin aluminiu, siliciu (9-11%) și magneziu (0,2-0,45%). Acesta este produs pentru a fi o sursă bună de rezistență, greutate redusă și rezistență la coroziune. Compoziția sa permite o fluiditate ridicată în procesul de turnare și este potrivită pentru piese mici, delicate și complexe.

Principalele beneficii

Aliajul este bine cunoscut pentru echilibrul dintre performanțele mecanice și manufacturabilitate. Acesta oferă o combinație excelentă de rezistență la tracțiune, duritate și rezistență la uzură. Caracteristica sa de tratare termică permite îmbunătățirea suplimentară a unor proprietăți precum rezistența și alungirea, ceea ce îl face un material pentru componente structurale critice.

Performanță de turnare

Turnarea AlSi10Mg are o turnabilitate foarte bună, în special pentru procesele de turnare sub presiune și turnare în nisip. Poate fi utilizată pentru turnarea matrițelor complicate cu grade mici de defecte de contracție. Cu toate acestea, pentru a evita porozitatea, fisurarea, sunt necesare sisteme de control al temperaturii ridicate și de proiectare a gatingului.

Aplicații

AlSi10Mg este foarte utilizat în industria auto, aerospațială și de inginerie. Unele dintre aplicațiile generale includ piese de motor, carcase, suporturi și porțiuni structurale ușoare. Datorită microstructurii sale extrem de fine și a performanței constante, AlSi10Mg se regăsește, de asemenea, în categoria de popularitate a materialelor pentru fabricarea aditivă, pe măsură ce imprimarea 3D a metalelor crește.

Limitări

Deși versatil, aliajul nu este ductil și este susceptibil de fisurare în cazul în care nu este prelucrat corespunzător. De asemenea, are o sudabilitate medie și trebuie să se acorde atenție la repararea sau asamblarea sudurilor din acesta. Tratamentul termic și postprocesarea sunt adesea efectuate pentru a obține cele mai bune rezultate.

Avantajele AlSi10Mg în turnare

Popularitatea turnării AlSi10Mg este determinată de combinația specială a proprietăților mecanice și chimice ale aliajului. Să vedem principalele beneficii:

1. Castabilitate excelentă

Datorită conținutului ridicat de siliciu, AlSi10Mg poate curge bine în cavitățile complicate ale matriței, evitând în același timp golurile interne. Acesta este un mod care îl face convenabil în producția de componente detaliate cu pereți subțiri.

2. Proprietăți mecanice superioare

Acest aliaj are o rezistență mare la tracțiune, o rezistență suficientă la oboseală și o duritate medie. Tratamentul termic și întărirea prin îmbătrânire pot îmbunătăți și mai mult proprietățile acestui artefact, făcându-l potențial competitiv cu alte materiale avansate.

3. Rezistența la coroziune

AlSi10Mg are o rezistență excelentă la coroziune, în special în medii atmosferice și marine. Acest lucru îl face potrivit pentru cei care sunt expuși la umiditate, sare sau temperaturi extreme.

4. Ușoară, dar puternică

Densitatea redusă a AlSi10Mg oferă o structură ușoară fără a fi lipsită de rezistență, ideală pentru piesele aerospațiale și auto, unde economiile de greutate sunt direct legate de performanță și eficiență.

5. Conductivitatea termică

Conductivitatea sa termică bună permite disiparea căldurii în piese de motor, carcase electronice și alte aplicații sensibile la căldură.

Procesul de turnare AlSi10Mg

Procesul de turnare încorporează mai mulți pași esențiali, indiferent dacă este prin abordarea tradițională sau prin utilizarea producției aditive.

1. Pregătirea materialului

Aliajul sau pulberea brută AlSi10Mg este fabricată și testată pentru a avea o compoziție constantă. Morfologia și puritatea pulberii joacă un rol important în fabricarea aditivă.

2. Topire, turnare (fuziune laser)

În turnarea tradițională, aliajul este topit în cuptor și turnat în matrița pre-pregătită. În cazul imprimării 3D, se realizează o sinterizare cu laser a pulberii în conformitate cu un tipar derivat dintr-un model digital.

3. Solidificarea și răcirea

Aliajul topit se va solidifica în matriță. Răcirea conservată și reglată este esențială pentru a evita tensiunile interne, porozitatea sau fisurarea.

4. Post-procesare

Acestea sunt curățarea, tratamentul termic, prelucrarea și finisarea suprafețelor. De exemplu, tratamentul termic poate spori semnificativ rezistența și duritatea prin provocarea proceselor de întărire prin precipitare.

La ce este echivalentul aluminiului AlSi10Mg?

AlSi10Mg este un aliaj de aluminiu cu o prezență în Europa și un profil puternic în industria de turnare și fabricare aditivă datorită rezistenței sale stelare, protecției împotriva coroziunii și naturii ușoare. Acesta face parte din seria EN AC-43000 în ceea ce privește standardele europene.

Echivalent SUA (A360.0 / A360.1)

În America, nu există un echivalent exact al AlSi10Mg; cu toate acestea, A360.0 poate fi considerat cel mai apropiat echivalent (cunoscut și ca A360.1 în formă forjată). Acest aliaj are un conținut aproape similar de siliciu și magneziu și are proprietăți mecanice și de turnare similare. Este utilizat pe scară largă în aplicații de turnare sub presiune.

Echivalent german (G-AlSi10Mg)

În Germania, aliajul corespunzător este denumit G-AlSi10Mg prin standardul DIN 1725-2. Acesta are o compoziție aproape similară cu AlSi10Mg și este utilizat în industria automobilelor și a utilajelor pentru piese turnate de înaltă performanță.

Echivalent chinez (YL104 / ZL104)

În China, AlSi10Mg este la fel ca YL104 sau ZL104, care sunt aliajele standard de aluminiu pentru turnare. Aceste aliaje sunt aplicate în piese de motor, carcase și alte componente care necesită rezistență și rezistență la coroziune.

Echivalent japonez (AC4CH / AC4C)

În Japonia, aliaje precum AC4CH și AC4C sunt considerate a fi apropiate de AlSi10Mg în ceea ce privește performanța lor. Deși nu sunt cele exacte, acestea oferă formule similare de aluminiu siliciu-magneziu utilizabile pentru turnarea de înaltă rezistență.

Echivalent ISO (Al-Si10Mg)

În ceea ce privește ISO 3522, clasificarea internațională a AlSi10Mg este următoarea. Acesta păstrează aceleași proprietăți chimice și mecanice, indiferent de standardele de fabricație, în special la aplicațiile globale de imprimare 3D.

Orientări de proiectare și limitări ale pieselor din AlSi10Mg

Atunci când este vorba de turnarea AlSi10Mg, trebuie utilizate principii bune de proiectare pentru a garanta performanța pieselor, precizia dimensională și durabilitatea pe termen lung. Deși aliajul oferă o turnabilitate și o rezistență excelente, acesta are totuși unele limitări pe care proiectanții trebuie să le ia în considerare.

1. Grosimea peretelui

AlSi10Mg prezintă cel mai bun design în cazul în care grosimea peretelui este uniformă și cuprinsă între 2-5 mm. Modificările rapide ale grosimii pot cauza tensiuni interne, deformări și neumpluturi în timpul turnării sau imprimării 3D. Tranzițiile lente și filetele sunt recomandabile în atenuarea concentrațiilor de tensiuni.

2. Geometrii complexe

Datorită capacității sale bune de turnare și adaptării la producția aditivă, AlSi10Mg face posibilă producerea de forme complexe și canale interne. Cu toate acestea, pentru turnarea tradițională, evitați secțiunile mici și subdimensionarea, cu excepția cazului în care utilizați matrițe sau miezuri avansate. În imprimarea 3D, ar putea fi nevoie de structuri de susținere pentru supraînălțări.

3. Contracții și toleranțe

AlSi10Mg, ca și alte aliaje de aluminiu, se contractă în procesul de solidificare. Ratele de contracție (de obicei ~1,1%) trebuie luate în considerare de către proiectanți, iar toleranțele corespunzătoare trebuie specificate. Pentru ajustările de precizie, în special pentru piesele care se potrivesc, pot fi necesare și toleranțe de prelucrare.

4. Finisaj de suprafață

Finisajul suprafeței AlSi10Mg, așa cum a fost turnat sau imprimat, ar putea fi aspru și ar putea fi necesară o finisare secundară (de exemplu, prelucrarea, lustruirea sau împușcarea). Caracteristicile de proiectare trebuie să permită accesul la instrumentele de postprocesare, dacă este necesar.

5. Puncte de tensiune și muchii ascuțite

Piesele din AlSi10Mg pot suferi colțuri ascuțite în ceea ce privește deteriorarea în cazul în care pot apărea fisuri la aceste colțuri. Utilizați filete și modificări netede ori de câte ori este posibil. Asigurați distribuția egală a greutății pentru suporturile de sarcină cu geometrie optimizată.

6. Compatibilitatea tratamentului termic

Procesele de tratament termic după turnare, cum ar fi T6 sau îmbătrânirea, pot provoca variații dimensionale nesemnificative, iar acest lucru ar trebui luat în considerare la proiectare. Caracteristicile cu toleranțe strânse ar trebui să fie prelucrate după tratamentul termic.

7. Orientarea construcției (pentru imprimarea 3D)

În fabricarea aditivă, orientarea piesei are o influență asupra rezistenței, calității suprafeței și structurii de suport. Optimizarea orientării trebuie făcută pentru a minimiza deformarea, susținerea și menținerea performanțelor mecanice.

Limitări de luat în considerare

• Nu este potrivit pentru piese foarte ductile - Deși puternic, AlSi10Mg are o alungire limitată în comparație cu unele aliaje forjate.
• Sudabilitate slabă - Sudarea este îmbinată acolo unde este necesară o atenție deosebită, iar procedura greșită de sudare poate slăbi piesa.
• Risc de porozitate - Dacă nu se mențin controalele de turnare, porozitatea are potențialul de a compromite integritatea piesei, mai ales în cazul aplicațiilor etanșe la presiune.

Prin utilizarea acestor linii directoare de proiectare și înțelegerea limitelor sale, inginerii pot optimiza performanța și fiabilitatea pieselor turnate din AlSi10Mg în ceea ce privește procesele de fabricație tradiționale și avansate.

Aplicații ale turnării AlSi10Mg

Datorită combinației unice de proprietăți, turnarea AlSi10Mg își găsește aplicarea în diferite domenii de înaltă performanță:

1. Industria aerospațială

Particularitățile precum suporturile, carcasele și suporturile structurale sunt îmbunătățite în ceea ce privește performanța și greutatea în virtutea rezistenței ridicate și a greutății reduse a aliajului. Fabricarea aditivă permite realizarea unor geometrii complexe care anterior nu puteau fi realizate sau la costuri inutile.

2. Sectorul automobilelor

Componentele blocurilor motor, transmisia și piesele ușoare ale suspensiei sunt materiale tipice prelucrate cu ajutorul turnării AlSi10Mg. Capacitatea acestui aliaj de a rezista la temperaturi și sarcini mecanice ridicate, precum și de a rezista la materiale care au intensitatea efectelor termice sau la materiale lipicioase, îl face perfect pentru astfel de aplicații.

3. Dispozitive medicale

AlSi10Mg este biocompatibil și rezistent la coroziune și, prin urmare, poate fi utilizat pentru instrumente chirurgicale și dispozitive ortopedice, în special în cazurile în care sunt necesare piese de precizie și personalizate.

4. Robotică și automatizare

Turnarea AlSi10Mg permite ca ușurința și rigiditatea acestui material să fie utilizate în beneficiul brațelor robotice, al suporturilor pentru senzori, precum și al altor componente de precizie.

5. Electronice de consum

Conductivitatea termică și rezistența la coroziune ale aliajelor sunt utilizate de radiatoare și carcase pentru electronice de înaltă performanță.

Provocări în turnarea AlSi10Mg

În ciuda variației sale comune în turnare și a valorilor apreciate în rezistență, greutate redusă și turnabilitate excelentă, turnarea AlSi10Mg are diverse provocări pe care producătorii și inginerii ar trebui să le ia în considerare în producție. Cele mai frecvente probleme sunt enumerate mai jos:

1. Formarea porozității

Porozitatea în piesele turnate din AlSi10Mg este un fenomen obișnuit care se datorează captării gazelor sau contracției în timpul procesului de solidificare. Aceasta poate cauza proprietăți mecanice reduse și o performanță de etanșare degradată. Proiectarea optimă a matriței, degazarea, precum și ratele de răcire controlate sunt importante pentru a minimiza porozitatea.

2. Rupere și fisurare la cald

Din cauza conținutului său ridicat de siliciu, AlSi10Mg este predispus la ruperea la cald atunci când componenta este solidificată. Acest lucru se întâmplă atunci când metalul se contractă , deși este parțial topit, și formează fisuri. Controlul precis al ratei de solidificare și al temperaturii matriței ajută la minimizarea acestui risc.

3. Oxidarea în timpul topirii

Toate aliajele de aluminiu sunt foarte reactive la oxigen, inclusiv AlSi10Mg. La expunerea la aer prin topire, se formează un strat de oxid de suprafață care poate afecta turnarea. Utilizarea atmosferelor de protecție, a fluxurilor sau topirea în vid poate atenua oxidarea.

4. Probleme de acuratețe dimensională

Formele cu numeroase dimensiuni vor fi dificil de menținut și în cazul pieselor complicate, în special atunci când se utilizează o turnare convențională în nisip. Factori precum uzura matriței, contracția metalului și controlul defectuos al temperaturii pot duce la abateri. În majoritatea cazurilor, utilizarea turnării sub presiune sau a imprimării 3D produce toleranțe mai bune.

5. Sudabilitate limitată

AlSi10Mg este slab sudabil, în special în cazul turnării. O îmbinare sudată poate produce porozitate și defecțiuni de structură, cu excepția cazului în care se utilizează tehnici speciale, cum ar fi sudarea TIG cu material de adaos adecvat. De obicei, este necesară preîncălzirea și aplicarea căldurii de impact asupra sudurii.

6. Necesitatea post-procesării

Pentru a obține cele mai bune proprietăți mecanice, piesele turnate din AlSi10Mg tind să fie supuse unui tratament termic sub formă de revenire T6. Finisarea suprafeței, cum ar fi prelucrarea sau lustruirea, poate fi necesară pentru îmbunătățirea calității suprafeței, în special în aplicațiile de precizie.

Atunci când producătorii studiază aceste provocări și le abordează în consecință, ei vor fi în măsură să producă piese turnate AlSi10Mg de înaltă calitate, care au cerințe stricte de performanță și fiabilitate.

Viitorul turnării AlSi10Mg

Perspectivele de viitor ale turnării AlSi10Mg sunt luminoase, mai ales odată cu încorporarea tehnologiilor digitale de fabricație. Fabricarea aditivă este în creștere, iar inginerii sunt capabili să producă structuri ușoare concepute pe principiul topologiei pentru a reduce cantitatea de material utilizat sau pentru a îmbunătăți performanța.

De asemenea, se fac cercetări pentru îmbunătățirea variantelor de AlSi10Mg cu ranforsarea nanoparticulelor sau a aliajelor hibride care combină rezistența cu o ductilitate și o rezistență la oboseală mai bune.

Concluzie

Turnarea AlSi10Mg combină noua știință a materialelor cu tehnologia contemporană de fabricație. Raportul său excepțional rezistență/greutate, rezistența la coroziune și versatilitatea atât în ceea ce privește procedeele tradiționale, cât și tipuri digitale de turnare fac din AlSi10Mg încă un material foarte popular pentru industriile cu cerere mare. Deși există anumite obstacole tehnologice, beneficiile pe termen lung ale acestui aliaj de aluminiu îl fac un material esențial pentru viitorul ingineriei și al producției.

Întrebări frecvente

1: Din ce este făcut AlSi10Mg?

AlSi10Mg este un aliaj de aluminiu care este compus în principal din aluminiu (Al), siliciu (Si) și magneziu (Mg). În mod normal, are 9-11% siliciu; 0,2-0,45% magneziu și restul este aluminiu. Turnabilitatea și fluiditatea sunt îmbunătățite de siliciu, în timp ce rezistența prin tratament termic este îmbunătățită de magneziu.

2: Pentru ce este utilizată turnarea AlSi10Mg?

Turnarea AlSi10Mg este aplicată pentru producerea de piese ușoare, dar puternice pentru structuri aerospațiale, piese de motoare auto, implanturi medicale și carcase electronice. Capacitatea sa de a produce piese complexe de înaltă rezistență o face potrivită pentru industriile de precizie.

3: AlSi10Mg poate fi imprimat 3D?

Da, AlSi10Mg este unul dintre materialele care își găsesc cele mai mari aplicații în imprimarea 3D a metalelor, în special atunci când sunt utilizate abordări precum topirea selectivă cu laser (SLM) sau sinterizarea directă cu laser a metalelor (DMLS). Acest material permite realizarea de piese detaliate, rezistente și ușoare, cu o post-procesare redusă.

4: Are AlSi10Mg nevoie de tratament termic după ce este turnat?

Într-adevăr, tratamentul termic este o metodă comună de tratare a pieselor turnate din AlSi10Mg pentru a crește rezistența și duritatea, sporind astfel durabilitatea. Procedee precum recoacerea în soluție și îmbătrânirea artificială sporesc performanța, în special în condiții mecanice sau termice dificile.