Алюминиевые сплавы всегда играли важную роль в производстве, в основном в автомобильной, аэрокосмической и инструментальной отраслях. Среди всех сплавов часто выбирают AlSi10Mg благодаря его многочисленным положительным механическим и термическим свойствам. Поскольку этот сплав одновременно прочнее стали и легче, он играет большую роль в литье и аддитивном производстве, особенно в селективном лазерном плавлении (SLM). 

Здесь мы исследуем Литье AlSi10Mg, Информация о том, что это такое, почему он полезен, и основные технические факты, включая особенности материала AlSi10Mg, его плотность и другие важные данные.

Что означает AlSi10Mg?

Сплав AlSi10Mg имеет алюминий Содержание до 89%, около 10% кремния и небольшое количество магния, обычно не более 0,3%. Способ изготовления и дал ему такое название. Алюминий 3003, встречающийся в группах 4000 и 5000, известен тем, что очень прочен, устойчив к коррозии и легко соединяется сваркой. В результате аддитивное производство подходит для деталей, которые прочны, легки, имеют очень маленькие погрешности и могут работать долгое время.

Сплав AlSi10Mg находит широкое применение в аэрокосмической отрасли, современных автомобилях и промышленном оборудовании. Многие используют его для 3D-печати металлов, в основном благодаря его выгодному способу плавления.

Обзор литья AlSi10Mg

Процесс плавления сплавов

В начале литья AlSi10Mg смесь расплавляется при температуре, которая обычно находится в диапазоне от 660 до 700 °C. Поскольку основными компонентами сплава являются алюминий, кремний и магний, его необходимо равномерно нагреть, чтобы он стал полностью расплавленным. Принимаются меры для предотвращения окисления и поглощения газов, поскольку эти эффекты могут ослабить и повредить готовую деталь.

Действия, необходимые для изготовления и заполнения формы

После нагрева жидкий сплав переносится в форму, которая придает готовому изделию нужную форму. Вы можете отлить деталь с помощью литья под давлением, литья в песчаные формы или литья по выплавляемым моделям. В случаях, когда требуются точные, сложные детали, предпочтение отдается аддитивному производству с использованием селективного лазерного плавления (SLM). Благодаря своей легкости AlSi10Mg хорошо подходит для изготовления деталей форм.

Охлаждение жидкости и превращение ее в твердое тело

Как только форма заполняется, сырой жидкий металл начинает охлаждаться. Правильное охлаждение позволяет уменьшить количество проблем в готовом изделии, таких как усадка, трещины или внутренние напряжения. Скорость охлаждения сплава может влиять на структуру внутри материала и воздействовать как на его рабочую прочность, так и на поверхность. Материалы, которые охлаждаются быстрее, обычно имеют лучшую структуру и лучшие общие характеристики.

Этапы постобработки

После застывания и извлечения из формы деталь находится в идеальном состоянии. Часто для придания материалу большей прочности проводится термическая обработка, например, отжиг в растворе или старение. Точных структур или лучшего внешнего вида можно добиться, поместив детали в пакет для механической обработки или обработки поверхности.

Заменители AlSi10Mg

Поскольку AlSi10Mg обладает превосходными свойствами, его часто выбирают для сварки, но когда другие факторы, такие как механические, температурные или ценовые, становятся более важными, могут потребоваться другие материалы.

Ниже приведены наиболее популярные сплавы, используемые для замены AlSi10Mg:

Алюминий A356 является одним из видов сплавов

Почему вместо AlSi10Mg рассматривается A356?

A356 - это сплав, сопоставимый с AlSi10Mg, отличающийся, главным образом, более высокой пластичностью и удлинением. Чаще всего ризеры используются для литья в песчаные формы и гравитационного литья под давлением.

Преимущества:

• Клиенты могут выбрать ткань с большим удлинением для повышения прочности.
• Отличная способность противостоять коррозии
• Легко поддается сварке

Приложения:

• Детали из серого чугуна включают в себя автозапчасти, детали для насосов и общее литье.

Сплав, содержащий кремний 12%

Почему мы заменяем AlSi10Mg на AlSi12?

Богатый кремнием, AlSi12 обеспечивает повышенную износостойкость и улучшенную текучесть при литье под давлением.

Преимущества:

• Их литейные свойства лучше, чем у латуни.
• Износостойкость очень эффективна.
•  Низкие цены на аксессуары

Приложения:

• Они подходят для сложных, хрупких отливок, корпусов двигателей и декоративных деталей.

EN AW-7075 (EN 7075Aluminiumm Alloy)

Почему AlSi10Mg следует заменить на 7075?

Прочный сплав 7075 используется в аэрокосмической промышленности и по прочности значительно превосходит AlSi10Mg. Однако, поскольку он не поддается литью, его лучше использовать для изготовления изделий, прошедших механическую обработку или ковку.

Преимущества:

• Впечатляюще сильный диапазон натяжения
• Отличная устойчивость к износу при интенсивном использовании

Ограничения:

• Трудно сваривать
• Часто они стоят дороже
• Не может быть использован для литья

Приложения:

• В самолетах, деталях для автоспорта и тяжелом оборудовании используются композитные материалы.

Ti-6Al-4V - титановый сплав

Почему приложения должны использовать титан вместо AlSi10Mg?

По сравнению с алюминиевыми сплавами, титан гораздо легче и устойчивее к коррозии, когда речь идет о деталях, которые должны выдерживать давление.

Преимущества:

• Отличная прочность и безопасность для тела
• Отличная способность противостоять высоким температурам

Ограничения:

• Для очень дорогих расходов
• Его трудно изготовить и обработать

Используется:

• Инженерная работа над самолетами, космической продукцией, лекарствами и системами

Распространенными магниевыми сплавами являются AZ91D и аналогичные

Почему AlSi10Mg следует заменить магнием?

Они гораздо легче, чем AlSi10Mg, и выбираются в тех случаях, когда требуется наибольшее снижение веса.

Преимущества:

• Его очень низкая плотность - всего 1,74 грамма на кубический сантиметр.
• Его можно хорошо отлить

Ограничения:

• Прочность и коррозионная стойкость ниже
• Обработка делает их более склонными к возгоранию

Цель: 

• Создание электронных контейнеров, несущих конструкций в спортивных товарах и интерьеров самолетов

Сравнительная таблица

Бережное отношение к альтернативным предметам

Выбирайте замену в соответствии с:

• Для повышения прочности детали следует использовать 7075 или Ti-6Al-4V.
• A356 или AlSi12, как правило, отливаются легче, чем другие типы.
• Магниевые сплавы были выбраны из-за их малого веса.
• AlSi10Mg или титан более устойчивы к коррозии, чем другие.
• Экономия может быть достигнута при использовании AlSi12 или A356.

Свойства сплава AlSi10Mg

Инженеры, дизайнеры и производители этого сплава должны знать, на что способен AlSi10Mg. Благодаря своей прочности, малому весу и термическим свойствам AlSi10Mg находит применение как в литье, так и в 3D-печати. Ниже приведены основные типы материалов, используемых в недвижимости:

Механические свойства

Механические свойства AlSi10Mg значительно улучшаются при термообработке или при обработке в аддитивном производстве. Приведенные ниже значения следует рассматривать как оценочные, поскольку условия обработки могут их изменить.

• Прочность на разрыв составляет: 320-450 МПа
• Предел текучести составляет 230-260 МПа.
• Удлинение при разрыве: 2-12% (выше для образцов после термообработки)
• Твердость каждого сорта находится в диапазоне от 100 до 120 HB (по Бринеллю).
• Усталостная прочность винтов варьируется в пределах 100 МПа в зависимости от метода их производства и количества раз использования под нагрузкой.

Полезные механические свойства AlSi10Mg позволяют использовать его в качестве несущей детали в аэрокосмической, автомобильной и инструментальной промышленности.

Физические свойства

Сильные стороны AlSi10Mg делают его пригодным для использования в тех случаях, когда тепло и вес играют большую роль.

• Плотность: ~2,68 гсм-3
• Эффективная теплопроводность оценивается в ~150-170 Вт/м-К.
• Диапазон для расплава: от 570 до 590°C
• Коэффициент теплового расширения металлов составляет около ~20 x 10⁶/°C
• Умеренная электропроводность (значения ниже, чем у алюминия)

Низкая плотность и адекватные тепловые свойства делают его идеальным для использования в электронике и аэрокосмических системах.

Химический состав

Основным составом сплава AlSi10Mg является:

• Наибольшее количество ингредиентов в красках содержит алюминий - около 89-91%.
• Кремний (Si): Диапазон от 9,0% до 11,0%
• Магний (Mg): Его концентрация составляет около 0,25-0,45%.
• Количество железа не должно превышать 0,55%.
• ≤ 0,5% суммарно для Mn, Zn, Cu, Ti и ряда других элементов

При наличии кремния литье становится более легким, а детали приобретают дополнительную износостойкость. Добавление магния повышает как прочность, так и термообработку литых деталей.

Другие свойства

• Коррозионная стойкость особенно высока в сухой и влажной среде.
• Алюминий очень легко сваривается, что делает его полезным как для ремонта, так и для соединения печатных или литых деталей.
• Обработка, особенно термическая, значительно упрощает эксплуатацию оборудования для производства ресурсов.
• Высокая степень перерабатываемости ПЭТ поддерживает усилия по обеспечению экологической безопасности

Благодаря своим прочным и гибким свойствам, этот сплав часто выбирают те отрасли промышленности, которые уделяют особое внимание производительности, надежности и дизайну.

Термические свойства AlSi10Mg

AlSi10Mg - идеальный материал, когда важны теплостойкость, тепловая эффективность и минимальные колебания формы при изменении температуры. Благодаря своим превосходным свойствам они играют ключевую роль в охлаждении аэрокосмических, автомобильных и электронных компонентов, когда это необходимо.

Таблица термических свойств для AlSi10Mg

Резюме

• Поскольку AlSi10Mg хорошо передает тепло, его выбирают для изготовления радиаторов, корпусов и деталей двигателей.
• Благодаря умеренному расширению при изменении температуры он сохраняет свою стабильность при нормальных условиях.
• При температуре выше 200°C механическая прочность пластмасс может снижаться постепенно или внезапно.

Плотность и ее влияние на AlSi10Mg

Плотность AlSi10Mg играет большую роль в выборе этого материала для случаев, когда ключевой характеристикой является низкий вес. Обычная плотность AlSi10Mg составляет 2,68 г/см³. Легкость - одно из главных преимуществ алюминия, хотя он по-прежнему обладает прочностью, необходимой для большинства применений.

Плотность AlSi10Mg очень полезна при попытке изготовить легкие детали для самолетов, рамы электромобилей или роботизированные руки без ущерба для их прочности. Аэрокосмическая промышленность - пример того, как уменьшение веса улучшает экономию топлива и увеличивает полезную нагрузку.

На плотность AlSi10Mg может влиять способ изготовления детали, скорость охлаждения и степень пористости конечного объекта. Именно поэтому крайне важно проводить проверку качества, особенно в отраслях с жесткими требованиями к соблюдению норм. 

Эффекты в дизайне и производстве

При использовании сплава AlSi10Mg конструкторы получают преимущество в виде уменьшения формы деталей для снижения веса при сохранении их прочности. Благодаря низкой плотности сплава, как 3D-печать, так и литье помогают создавать легкие конструкции, сохраняющие механическую прочность. Обработка материала становится проще и легче для производителей.

Более того, для таких объектов, как радиаторы или корпуса, где требуется эффективный отвод тепла, менее плотный AlSi10Mg означает, что система может быть построена с меньшим количеством деталей, экономит место и более эффективно охлаждается.

Взгляд на другие материалы

Согласно полученным данным, AlSi10Mg находится в оптимальной зоне, поскольку он прочнее и жестче магния, но при этом не тяжелее стали для ряда применений.

Какие преимущества дает использование сплава AlSi10Mg?

Существует ряд причин, по которым сплав AlSi10Mg получил широкое распространение во многих отраслях промышленности. Поскольку он хорошо поддается литью, противостоит коррозии и обладает хорошими термическими свойствами, его используют в различных способах изготовления деталей. Почему инженеры часто останавливают свой выбор на этом сплаве?

• Поскольку эти детали теряют вес, но сохраняют прочность, их лучше всего использовать в таких ответственных местах, как спорт.
• Хорошая теплопроводность - дает возможность использовать его в теплообменниках и корпусной электронике.
• Коррозия - большая проблема, поэтому резина особенно полезна там, где есть риск попадания воды и химикатов.
• Высокая текучесть - делает материал пригодным для точного применения.
• Этот сплав легко сваривать и обрабатывать после производства.

Поскольку сплав AlSi10Mg остается надежным в суровых климатических условиях или при частых нагрузках, он является хорошим выбором для ключевых компонентов системы.

Преимущества AlSi10Mg

Прочность высокая, но при этом легкая.

Прочный и не очень тяжелый AlSi10Mg часто используется в авиации и автомобилях, поскольку обеспечивает отличное соотношение прочности и веса.

Хорошая производительность при литье и печати

AlSi10Mg легко поддается формовке и хорошо поддается аддитивному производству, особенно селективному лазерному плавлению, что позволяет получать сложные формы.

Устойчивость к коррозии

Благодаря содержанию кремния и магния, A286 обладает высокой устойчивостью к внешним воздействиям и суровым условиям, и не нуждается в дополнительной защите.

Отличная теплопроводность

Будучи теплопроводным материалом с теплопроводностью от 150 до 170 Вт/м-К, AlSi10Mg может легко использоваться в производстве корпусов и радиаторов.

Возможность термообработки обеспечивает дополнительные преимущества

Подвергая сплав термической обработке, например, старению по Т6, вы повышаете его прочность и твердость.

Высокая степень вторичной переработки

AlSi10Mg легко поддается вторичной переработке, что способствует сохранению экологичности производства.

Проблемы, связанные с AlSi10Mg

В случае алюминия пластичность считается ограниченной

Когда сплав AlSi10Mg отливается или печатается, он часто не обладает достаточной пластичностью (2-4%), поэтому его нельзя использовать в приложениях, требующих сильного изгиба или сильного удара.

Размягчение материала из-за высокой температуры

При длительной термообработке выше 200°C керамика теряет часть своей прочности и не может использоваться в конструкциях, подвергающихся воздействию высоких температур.

Глина, обладающая пористостью

Если литье или 3D-печать выполнены некачественно, это часто приводит к образованию газовой пористости, которая ослабляет структуру, если не принять соответствующих мер.

Умеренная обрабатываемость

Закаленная разновидность AlSi10Mg при обработке жестко воздействует на режущий инструмент. В результате инструменты быстрее изнашиваются и могут нуждаться в более совершенных системах смазочно-охлаждающих жидкостей, что увеличивает общую стоимость станка.

Цена на аддитивное производство

Несмотря на то, что 3D-печать отлично работает с порошком AlSi10Mg, порошок стоит дорого, поэтому производство небольших партий обходится дороже.

Сводная таблица

Применение литья AlSi10Mg

Благодаря своим отличным свойствам AlSi10Mg используется в различных отраслях промышленности:

Аэрокосмическая промышленность

Благодаря низкой массе и высокой жесткости сплав AlSi10Mg позволяет изготавливать кронштейны, корпуса и другие компоненты, которые весят меньше, чем аналогичные детали.

Автомобили

В блоках двигателей, коробках передач и подвесках AlSi10Mg повышает топливную экономичность без снижения безопасности.

Наука о робототехнике

Из этих материалов можно создавать специализированные манипуляторы, суставы и концевые эффекторы роботов, приспособленные для работы с легкими предметами.

Бытовая электроника

Эффективный материал для радиаторов и каркасов, поскольку обладает хорошими тепловыми характеристиками.

Медицинские приборы

Растущее применение протезов и инструментов из сплава AlSi10Mg обусловлено их точностью и безопасностью для организма.

Проблемы и вопросы

Несмотря на множество положительных сторон AlSi10Mg, есть некоторые моменты, о которых следует помнить:

• Кремний является упрочняющим агентом, и без надлежащего обращения его избыток приводит к появлению хрупкого керамогранита.
• Контроль пористости детали необходим для того, чтобы она не разрушилась структурно.
• Передовые технологии производства титана обычно делают его более дорогим, чем другие известные алюминиевые сплавы.

Для уменьшения этих проблем требуется соответствующая термообработка и оптимальный выбор параметров литья. Кроме того, можно увидеть эффект усадки и пористости до фактического литья с помощью программного обеспечения для моделирования.

Перспективы на будущее

Поскольку все больше компаний нуждаются в прочных, но легких изделиях, использование AlSi10Mg, по прогнозам, будет расти, и этому особенно будет способствовать аддитивное производство. Последние достижения в области порошковой металлургии, последующей обработки и термообработки повышают надежность и полезность этого материала.

В настоящее время проводятся эксперименты с наноосажденными сплавами AlSi10Mg с добавлением керамики или графена для их укрепления и повышения прочности в течение многих циклов. Инновации могут быть связаны с такими областями, как оборона, запуск объектов в космос и разработка инновационного медицинского оборудования.

Заключение

Марка AlSi10Mg сочетает в себе отличные механические характеристики, легкую структуру и исключительные тепловые качества. Поскольку он надежен во многих областях, от аэрокосмической до электронной, и мало весит, он по-прежнему является идеальным материалом для инженеров и дизайнеров. Спасибо Благодаря своим отличительным характеристикам AlSi10Mg, уникальной плотности AlSi10Mg и высоким эксплуатационным свойствам в качестве сплава AlSi10Mg, этот состав прочно вошел в современную промышленность. AlSi10Mg лидирует как в разработке критически важных аэрокосмических деталей, так и в создании художественных 3D-печатных моделей, расширяя новые границы материаловедения. По мере появления новых разработок мы можем ожидать, что аналитика данных будет играть еще большую роль и использоваться во многих других областях.

Вопросы и ответы 

Каково назначение AlSi10Mg?

Благодаря своей легкости, прочности и хорошим тепловым свойствам AlSi10Mg подходит для применения в аэрокосмической, автомобильной промышленности, робототехнике и электронике. Многие используют пластик в литье и 3D-печати, где стабильность и точность имеют большое значение.

Какие свойства наиболее важны при изучении материалов AlSi10Mg?

Изделия из AlSi10Mg обладают высокой прочностью на разрыв (до 450 МПа), являются хорошими теплопроводниками, не подвержены коррозии и имеют умеренный уровень твердости. Именно поэтому данный материал хорошо подходит для областей, подвергающихся большим нагрузкам.

Какова плотность AlSi10Mg?

Имея плотность 2,68 г/см³, AlSi10Mg легче стали и обладает прочностью, необходимой для конструкций, где вес имеет большое значение.

Можно ли подвергнуть термической обработке AlSi10Mg?

Сплав AlSi10Mg можно подвергать термической обработке, которая делает его прочнее и тверже. Наиболее распространенные виды обработки - отжиг в растворе и старение.

Является ли AlSi10Mg хорошим выбором для аддитивного производства?

Безусловно. AlSi10Mg широко используется в 3D-печати металлов и, в частности, в селективном лазерном плавлении (SLM), поскольку обладает плавным течением, сильными характеристиками и тонкой структурой.