Aliajele de aluminiu au fost întotdeauna importante în producție, în special în domeniile auto, aerospațial și al sculelor. Printre toate, AlSi10Mg este adesea selectat datorită numeroaselor sale calități mecanice și termice pozitive. Deoarece acest aliaj este atât mai rezistent decât oțelul, cât și ușor, el joacă un rol important în turnare și în fabricarea aditivă, în special în topirea selectivă cu laser (SLM). 

Aici, vom examina AlSi10Mg turnare, oferind informații despre ce este, de ce este util și principalele date tehnice, inclusiv caracteristicile materialului AlSi10Mg, densitatea acestuia și alte date relevante.

Ce se înțelege prin AlSi10Mg?

Un aliaj AlSi10Mg are o aluminiu conținut de până la 89%, aproximativ 10% siliciu și o cantitate mică de magneziu, de obicei nu mai mult de 0,3%. Modul în care este construit i-a dat acest nume. Găsit în grupele 4000 și 5000, aluminiul 3003 este renumit pentru faptul că este foarte puternic, rezistent la coroziune și ușor de îmbinat prin sudare. Ca urmare, fabricarea aditivă este potrivită pentru piese care sunt puternice, ușoare, au erori foarte mici și pot funcționa mult timp.

Aliajul AlSi10Mg are numeroase utilizări în aplicații aerospațiale, automobile moderne și echipamente industriale. Mulți oameni îl folosesc pentru imprimarea 3D a metalelor, în principal datorită modului său benefic de topire.

Prezentare generală a turnării AlSi10Mg

Procesul de topire a aliajelor

La începutul turnării AlSi10Mg, amestecul este topit la temperaturi care se situează de obicei între 660°C și 700°C. Deoarece principalele ingrediente ale aliajului sunt aluminiul, siliciul și magneziul, acesta trebuie să fie încălzit uniform pentru a deveni complet topit. Sunt luate măsuri pentru a preveni atât oxidarea, cât și absorbția de gaze, deoarece aceste efecte pot slăbi și deteriora piesa finită.

Etapele necesare pentru realizarea și umplerea matriței

După încălzire, aliajul lichid este transferat într-o matriță pentru a determina forma articolului finit. Puteți să vă turnați piesa folosind turnarea sub presiune, turnarea în nisip sau turnarea la presiune. În cazurile în care sunt necesare piese precise și complexe, topirea selectivă cu laser (SLM) este preferată de fabricarea aditivă. Deoarece curge atât de ușor, AlSi10Mg este bun pentru detaliile matrițelor.

Răcirea lichidului și transformarea acestuia în solid

Imediat ce matrița este umplută, metalul lichid brut începe să se răcească. Menținerea unei răciri corespunzătoare poate reduce problemele din produsul finit, cum ar fi contracția, fisurile sau tensiunile interne. Viteza cu care se răcește aliajul poate avea un impact asupra structurii din interiorul materialului și poate afecta atât rezistența sa la lucru, cât și suprafața sa. Materialele care se răcesc mai rapid tind să aibă o structură mai bună și o performanță generală mai bună.

Etape de post-procesare

Odată solidificată și scoasă din matriță, piesa este într-o stare ideală. Frecvent, se efectuează tratamente termice, cum ar fi recoacerea în soluție și îmbătrânirea, pentru a face materialul mai durabil. Structuri precise sau rezultate mai aspectuoase pot fi obținute prin plasarea pieselor într-un pachet pentru prelucrare sau pentru finisarea suprafeței.

Substituenți pentru AlSi10Mg

Deoarece AlSi10Mg oferă proprietăți excelente, acesta este frecvent selectat pentru sudare, dar atunci când alți factori, cum ar fi mecanicii, temperatura sau prețul devin mai importanți, pot fi necesare alte materiale.

Cele mai populare aliaje utilizate pentru a înlocui AlSi10Mg sunt menționate mai jos:

Aluminiul A356 este un tip de aliaj

De ce se ia în considerare A356 în loc de AlSi10Mg?

A356 este un aliaj comparabil cu AlSi10Mg, diferind în principal prin ductilitatea și alungirea sa superioare. Riserii sunt cel mai adesea utilizați pentru turnarea în nisip și turnarea prin gravitație.

Avantaje:

• Clienții pot alege o țesătură cu alungire mai mare pentru o rezistență mai bună.
• Capacitate mare de a rezista la coroziune
• Poate fi ușor sudat

Aplicații:

• Piesele din fier gri includ piese auto, piese pentru pompe și lucrări generale de turnare.

Un aliaj care conține siliciu 12%

De ce schimbăm AlSi10Mg cu AlSi12?

Fiind bogat în siliciu, AlSi12 oferă o rezistență sporită la uzură și calități de curgere îmbunătățite la turnarea sub presiune.

Avantaje:

• Capacitatea lor de turnare este mai bună decât cea a alamei.
• Rezistența la uzură este foarte eficientă.
•  Prețuri mai mici pentru accesorii

Aplicații:

• Acestea sunt potrivite pentru piese turnate complexe, fragile, carcase de motor și piese decorative.

EN AW-7075 (EN 7075Aluminiumm Alloy)

De ce ar trebui înlocuit AlSi10Mg cu 7075?

Aliajul puternic 7075 este utilizat în industria aerospațială și prezintă o rezistență mult mai mare decât AlSi10Mg. Cu toate acestea, deoarece nu poate fi turnat, este mai potrivit pentru realizarea de produse prelucrate sau forjate.

Avantaje:

• Gamă de tensiune impresionant de puternică
• Rezistență excelentă la uzură din cauza utilizării excesive

Limitări:

• Este dificil de sudat
• Adesea, acestea sunt mai scumpe
• Nu poate fi utilizat pentru turnare

Aplicații:

• Aeronavele, piesele pentru sporturile cu motor și echipamentele grele utilizează materiale compozite.

Ti-6Al-4V este un aliaj de titan

De ce aplicațiile ar trebui să adopte titanul în locul AlSi10Mg?

Comparativ cu aliajele de aluminiu, titanul este mult mai ușor și mai rezistent la coroziune atunci când este utilizat pentru piese care trebuie să reziste la presiune.

Avantaje:

• Rezistență excelentă și siguranță pentru corp
• Capacitate excelentă de a rezista la căldură

Limitări:

• Pentru costuri foarte mari
• Este greu de fabricat și procesat

Utilizări:

• Lucrări de inginerie privind avioanele, produsele, medicamentele și sistemele spațiale

Aliajele comune de magneziu sunt AZ91D și altele similare

De ce ar trebui înlocuit AlSi10Mg cu magneziu?

Acestea sunt mult mai ușoare decât AlSi10Mg și sunt selectate atunci când este necesară cea mai mare reducere a greutății.

Avantaje:

• Densitatea sa foarte scăzută este de numai 1,74 grame pe centimetru cub.
• Acesta poate fi turnat bine

Limitări:

• Atât rezistența cât și rezistența la coroziune sunt mai scăzute
• Fiind prelucrate, acestea sunt mai predispuse să ia foc

Scop: 

• Construirea containerelor electronice, a structurilor de susținere a articolelor sportive și a interiorului avioanelor

Tabel comparativ

Aveți grijă cu articolele dvs. alternative

Ar trebui să vă alegeți înlocuitorul în funcție de:

• Ar trebui să utilizați 7075 sau Ti-6Al-4V pentru a adăuga rezistență la o piesă.
• A356 sau AlSi12 pot fi de obicei turnate mai ușor decât alte tipuri.
• Aliajele de magneziu au fost alese pentru greutatea lor redusă.
• AlSi10Mg sau Titanul este mai rezistent la coroziune decât altele.
• Economiile pot fi realizate folosind AlSi12 sau A356.

Proprietăți ale aliajului AlSi10Mg

Inginerii, proiectanții și producătorii acestui aliaj trebuie să știe ce poate face AlSi10Mg. Pentru rezistența, greutatea redusă și calitățile sale termice, AlSi10Mg își găsește aplicații în turnare, precum și în imprimarea 3D. Principalele tipuri de proprietăți utilizate de imobiliare sunt explicate mai jos:

Proprietăți mecanice

Proprietățile mecanice ale AlSi10Mg se îmbunătățesc considerabil prin tratament termic sau atunci când este prelucrat în fabricația aditivă. Următoarele valori trebuie considerate ca fiind estimative, deoarece condițiile de prelucrare le pot modifica.

• Rezistența la tracțiune este dată ca: 320-450 MPa
• Rezistența la curgere este de 230-260 MPa.
• La rupere alungirea: 2-12% (mai mare pentru probele după tratament termic)
• Duritatea fiecărui grad este cuprinsă între 100 și 120 HB (Brinell).
• Rezistența la oboseală a șuruburilor variază de la 100 MPa în funcție de metoda lor de producție și de numărul de utilizări sub sarcină.

Caracteristicile mecanice utile ale AlSi10Mg îi permit să fie utilizat ca piesă portantă în domeniile aerospațial, auto și al sculelor.

Proprietăți fizice

Punctele forte ale AlSi10Mg îl fac potrivit pentru utilizări în care căldura și greutatea joacă un rol important.

• Densitate: ~2,68 gcm-3
• Conductivitatea termică efectivă este estimată la ~150-170 W/m-K.
• Interval pentru topire: 570 până la 590°C
• Coeficientul de dilatare termică al metalelor este de aproximativ ~20 x 10⁶/°C
• Conductivitate electrică moderată (valorile sunt mai mici decât în cazul aluminiului)

Densitatea redusă și proprietățile termice adecvate îl fac perfect pentru utilizarea în sistemele electronice și aerospațiale.

Compoziție chimică

Componența principală a aliajului AlSi10Mg este:

• Cel mai mare număr de ingrediente din vopsele este aluminiul, care se găsește la aproximativ 89-91%.
• Siliciu (Si): Intervalul este de la 9,0% la 11,0%
• Magneziu (Mg): Concentrația sa este de aproximativ 0,25-0,45%.
• Cantitatea de fier nu trebuie să fie mai mare de 0,55%.
• ≤ 0,5% total pentru Mn, Zn, Cu, Ti și o varietate de alte elemente

Atunci când este prezent siliciul, turnarea devine mai ușoară, iar piesele capătă o rezistență sporită la uzură. Adaosul de magneziu sporește atât rezistența, cât și capacitatea de tratare termică a pieselor turnate.

Alte proprietăți

• Rezistența la coroziune este deosebit de bună în medii uscate și umede.
• Este foarte ușor de sudat aluminiul, ceea ce îl face util atât pentru reparații, cât și pentru îmbinarea pieselor imprimate sau turnate.
• Tratamentele, în special tratamentul termic, fac mașinile de producție a resurselor mult mai ușor de utilizat.
• Reciclabilitatea ridicată a PET sprijină eforturile de a fi durabil

Datorită proprietăților sale puternice și flexibile, aliajul este adesea ales de industriile care se concentrează pe performanță, fiabilitate și design.

Proprietățile termice ale AlSi10Mg

AlSi10Mg este un material ideal atunci când sunt importante rezistența la căldură, eficiența termică și variațiile minime de formă în timpul schimbărilor de temperatură. Datorită proprietăților lor excelente, acestea joacă un rol cheie în răcirea componentelor aerospațiale, auto și electronice atunci când este necesar.

Tabelul proprietăților termice pentru AlSi10Mg

Rezumat

• Deoarece AlSi10Mg transferă bine căldura, este ales pentru radiatoare, carcase și piese de motor.
• Datorită expansiunii sale moderate în funcție de temperatură, acesta își menține stabilitatea în condiții normale.
• Atunci când temperaturile depășesc 200°C, rezistența mecanică a materialelor plastice este susceptibilă de a scădea treptat sau brusc.

Densitatea și efectele acesteia asupra AlSi10Mg

Densitatea AlSi10Mg joacă un rol important în alegerea sa pentru cazurile în care greutatea redusă este o caracteristică cheie. Densitatea obișnuită pentru AlSi10Mg este de 2,68 g/cm³. Ușurința este unul dintre cele mai mari avantaje ale aluminiului, deși acesta are totuși rezistența necesară pentru majoritatea utilizărilor.

Densitatea AlSi10Mg este extrem de benefică atunci când se încearcă realizarea de accesorii ușoare pentru aeronave, cadre pentru vehicule electrice sau brațe robotizate fără a sacrifica rezistența acestora. Industria aerospațială este un exemplu în care greutatea redusă îmbunătățește economia de combustibil și crește sarcina utilă.

Densitatea AlSi10Mg poate fi afectată de modul în care este fabricată piesa, de rapiditatea cu care este răcită și de gradul de porozitate prezent în obiectul final. Acesta este motivul pentru care este vital să se efectueze controale de calitate, în special în sectoarele cu cerințe stricte de conformitate. 

Efecte în proiectare și fabricație

Atunci când se utilizează aliajul AlSi10Mg, proiectanții au avantajul de a subția formele pieselor pentru a menține greutatea scăzută, păstrând în același timp rezistența acestora. Datorită densității scăzute a aliajului, atât imprimarea 3D, cât și turnarea ajută la realizarea unor modele ușoare, care sunt totuși puternice din punct de vedere mecanic. Prelucrarea materialului devine mai simplă și mai ușoară pentru producători.

În plus, pentru obiecte precum radiatoare sau carcase unde disiparea eficientă a căldurii ajută, AlSi10Mg mai puțin dens înseamnă că sistemul poate fi construit cu mai puține piese, economisește spațiu și este răcit mai eficient.

O privire la alte materiale

Pe baza datelor, AlSi10Mg se află în zona optimă, deoarece este mai puternic și mai rezistent decât magneziul, fără a fi mai greu decât oțelul pentru mai multe aplicații.

Ce avantaje rezultă din utilizarea aliajului AlSi10Mg?

Există o serie de motive pentru care aliajul AlSi10Mg a devenit utilizat pe scară largă în multe industrii. Deoarece este foarte ușor de turnat, rezistă bine la coroziune și are caracteristici termice bune, este utilizat în diverse metode de fabricare a pieselor. De ce inginerii aleg adesea acest aliaj?

• Deoarece aceste piese scad în greutate, dar își mențin rezistența, ele sunt cele mai bune pentru utilizarea în locuri cruciale, cum ar fi sporturile.
• Bun transfer de căldură - îi oferă o aplicație în schimbătoare de căldură și în carcasa electronicelor.
• Coroziunea este o mare problemă, astfel încât cauciucul este util mai ales acolo unde există risc de apă și substanțe chimice.
• Capacitate mare de curgere - face ca materialul să fie potrivit pentru aplicații precise.
• Este ușor să sudați și să prelucrați acest aliaj după producție.

Deoarece aliajul AlSi10Mg rămâne fiabil în condiții de climă severă sau la solicitări frecvente, este o alegere bună pentru componentele cheie ale sistemului.

Beneficiile AlSi10Mg

Rezistența este ridicată, în timp ce este, de asemenea, ușoară

AlSi10Mg puternic și nu foarte greu este adesea utilizat în aviație și în automobile, deoarece oferă un raport excelent între rezistență și greutate.

Performanță bună în turnare și imprimare

AlSi10Mg este ușor de modelat și se comportă bine în fabricarea aditivă, în special în topirea selectivă cu laser, care îi permite să producă forme complexe.

Rezistența la coroziune

Datorită siliciului și magneziului său, A286 este foarte rezistent la condițiile exterioare sau dure și nu necesită protecție suplimentară.

Conductivitate termică excelentă

Fiind un material de transfer de căldură cu conductivitate termică cuprinsă între 150 și 170 W/m-K, AlSi10Mg poate fi utilizat cu ușurință în producția de carcase și radiatoare.

Tratabilitatea termică permite beneficii suplimentare

Prin supunerea aliajului la tratament termic, cum ar fi îmbătrânirea T6, se îmbunătățește rezistența și duritatea acestuia.

Reciclabilitate ridicată

AlSi10Mg poate fi reciclat cu ușurință, ceea ce contribuie la menținerea producției ecologice.

Probleme asociate cu AlSi10Mg

Ductilitatea este considerată limitată în cazul aluminiului

Când aliajul AlSi10Mg este turnat sau imprimat, adesea nu are suficientă ductilitate (2-4%), astfel încât nu poate fi utilizat în aplicații care necesită o mulțime de îndoiri sau impact dur.

Înmuierea materialului din cauza temperaturii ridicate

Dacă ceramica este tratată termic la temperaturi de peste 200°C pentru o perioadă lungă de timp, aceasta își pierde o parte din rezistență și nu poate fi utilizată în structuri expuse la temperaturi ridicate.

O argilă care are porozitate

În cazul în care turnarea sau imprimarea 3D sunt realizate necorespunzător, rezultă adesea o porozitate a gazului care slăbește structura dacă nu este tratată corespunzător.

Mașinabilitate moderată

Varianta întărită de AlSi10Mg este dură cu sculele de tăiere atunci când este prelucrată. Ca urmare, sculele se uzează mai repede și pot necesita sisteme de răcire mai bune, care se adaugă la costul total al mașinii-unelte.

Preț pentru fabricarea aditivă

Chiar dacă imprimarea 3D funcționează excelent cu pulberea AlSi10Mg, pulberea este costisitoare, astfel încât producerea de loturi mici este mai costisitoare.

Tabel recapitulativ

Utilizări ale turnării AlSi10Mg

Deoarece are proprietăți deosebite, AlSi10Mg este utilizat în mai multe industrii:

Industria aerospațială

Datorită masei sale reduse și rigidității ridicate, aliajul AlSi10Mg ajută la producerea de suporturi, carcase și alte componente care cântăresc mai puțin decât piesele similare.

Automobile

În blocurile motorului, cutiile de viteze și suspensii, AlSi10Mg crește eficiența consumului de combustibil fără a diminua siguranța.

Știința roboticii

Aceste materiale excelează în construcția de brațe de robot personalizate, articulații și efectoare finale adaptate pentru acțiuni ușoare.

Electronică de consum

Este un material eficient pentru radiatoare și cadre structurale, deoarece are caracteristici termice bune.

Dispozitive medicale

Utilizarea din ce în ce mai frecventă a protezelor și a uneltelor realizate din aliajul AlSi10Mg se datorează preciziei și siguranței lor pentru organism.

Probleme și aspecte

În ciuda numeroaselor părți bune ale AlSi10Mg, există câteva lucruri de care trebuie să țineți cont:

• Siliciul este un agent de întărire și, dacă nu este manipulat corespunzător, o supraabundență de siliciu duce la producerea de gresie fragilă.
• Controlul gradului de porozitate al unei piese este esențial pentru a se asigura că aceasta nu va ceda structural.
• Producția avansată de titan îl face de obicei mai scump decât alte aliaje de aluminiu bine cunoscute.

Reducerea acestor probleme necesită un tratament termic adecvat și selectarea optimă a setărilor de turnare. De asemenea, este posibil să se vadă efectele contracției și porozității înainte de turnarea propriu-zisă cu ajutorul unui software de simulare îmbunătățit.

Perspective de viitor

Deoarece tot mai multe companii au nevoie de articole rezistente, dar ușoare, se preconizează că utilizarea AlSi10Mg va crește, iar acest lucru va fi favorizat în special de fabricarea aditivă. Progresele recente în metalurgia pulberilor, postprocesarea și tratamentele termice sporesc fiabilitatea și utilitatea acestui material.

Sunt în curs de desfășurare experimente cu aliaje AlSi10Mg nano precipitate care includ adaosuri de ceramică sau grafen pentru a le consolida și a le face mai durabile pentru mai multe cicluri. Inovațiile pot conecta domenii precum apărarea, lansarea de obiecte în spațiu și dezvoltarea de echipamente medicale inovatoare.

Concluzie

Gradul AlSi10Mg combină performanțe mecanice excelente, o structură ușoară și calități termice excepționale. Deoarece este fiabil în multe domenii, de la cel aerospațial la cel electronic, și cântărește puțin, este încă un material ideal pentru ingineri și proiectanți. Mulțumiri pentru caracteristicile sale distinctive AlSi10Mg, densitatea unică AlSi10Mg și performanța puternică ca aliaj AlSi10Mg, această compoziție este ferm prezentă în industriile moderne. Atât în proiectarea pieselor aerospațiale esențiale, cât și a modelelor artistice imprimate 3D, AlSi10Mg este lider în depășirea noilor limite ale științei materialelor. Pe măsură ce apar noi evoluții, ne putem aștepta ca analiza datelor să joace un rol și mai important și să fie utilizată în mult mai multe locuri.

Întrebări frecvente 

Care este scopul AlSi10Mg?

Lejeritatea, durabilitatea și bunele abilități termice fac ca AlSi10Mg să fie potrivit pentru aplicații aerospațiale, auto, robotice și electronice. Multe utilizează plasticul în turnare și imprimare 3D, unde atât stabilitatea, cât și precizia contează foarte mult.

Care proprietăți sunt cele mai importante în studiul materialelor AlSi10Mg?

Cele fabricate din AlSi10Mg prezintă o rezistență ridicată la tracțiune (până la 450 MPa), sunt buni conductori termici, nu se corodează ușor și au un nivel moderat de duritate. De aceea, acest material este bun pentru zonele care se confruntă cu forțe mari.

Cât de dens este AlSi10Mg?

Cu o densitate de 2,68 g/cm³, AlSi10Mg este mai ușor decât oțelul și are rezistența necesară pentru proiectele în care greutatea este importantă.

Este posibilă tratarea termică a AlSi10Mg?

Aliajul AlSi10Mg poate fi supus unui tratament termic care îl face mai puternic și mai dur. Cele mai comune tratamente sunt recoacerea prin soluție și îmbătrânirea.

Este AlSi10Mg o alegere bună pentru fabricarea aditivă?

Absolut. AlSi10Mg este utilizat pe scară largă în imprimarea 3D a metalelor și în special în topirea selectivă cu laser (SLM), deoarece are o curgere lină, o performanță puternică și o structură fină.