A380 är en vanlig aluminiumlegering som används vid pressgjutning. Viktiga beståndsdelar är kisel (7,5-9,5%) och koppar (2,5-3,5%). Hög kiselhalt säkerställer att den flyter bra i formar. Det ger god hållfasthet, cirka 325 MPa (UTS) vid gjutning. A380 är lätt (2,7 g/cm³) och har god värmehanteringsförmåga.
Låt oss ta reda på varför denna legering är ett förstahandsval. Förstå hur den kan producera tillförlitliga delar, känna till dess gjutbarhet och dess användning, tillsammans med specifika egenskaper.
Sammansättning och egenskaper hos aluminiumlegeringen A380
1. Kemisk sammansättning
Primära element:
Kisel (Si):
Den primära beståndsdelen i legeringen A380 är kisel. Dess andel är cirka 7,5-9,5%. Dessa partiklar sänker smältpunkten och skapar en eutektisk fas med aluminium.
Kisel är sprött och hårt. Det är därför det förbättrar flytförmågan och minimerar krympningen. En överdriven mängd (>9,5%) är dock inte alltid lämplig. Detta kommer att leda till uppbyggnad av grova partiklar, vilket påverkar duktiliteten
Koppar (Cu):
2,5-3,5% av kopparinnehållet blandas i aluminiummetall för att ge hög hållfasthet. Det bildar Al₂Cu-utfällningar under åldring.
Om man lägger till mer än 3,5% kopparelement uppstår problem under stelningen. Det orsakar varmsprickning.
Järn (Fe):
Mängden järn i A380 är cirka 0,5-1,5%. Denna metall hindrar smälta göt från att fastna i matrisen. Detta beror på att det finns AlFeSi-föreningar. Det är tillräckligt svårt att hantera. Överanvändning av järn, över 1,5 %, spröd β-AlFeSi-struktur. Det sänker effekten av seghet.
Mangan (Mn):
Den aluminiumbaserade legeringen A380 består av 0,1-0,5% mangan. Den växlar den farliga fasen av β-AlFeSi till minimalt skadlig α-AlFeMnSi. De förfinar också korn under stelning.
Magnesium (Mg):
Mängden magnesium (0,1-0,5%) kombineras med kiselinnehållet för att producera Mg₂Si-utfällningar. Det ökar hårdheten. Gjutbarheten försämras dock med mg över >0,5%
Zink (Zn):
0,1-0,5% av zinklegering minimerar påverkan på A380-metallen. Trots detta orsakar det en minskning av korrosionsbeständigheten. Detta händer vanligtvis med närvaron av orenheter.
Spårämnen:
- Upp till 0,5% nickel ger bättre stabilitet vid höga temperaturer. Detta beror på dess Al₃Ni-fasbildning.
- Närvaron av tenn (Sn) och bly (Pb) lägre än 0,1% förbättrar bearbetbarheten. Det påverkar dock svetsbarheten.
- Tillförsel av <0,1% krom (Cr) förfinar kornet.
Standarder:
I ASTM B85-formuläret visar specifikationen för A380-legering vissa gränser. Till exempel Fe ≤1,5%, Cu ≤3,5%. Den föreskriver att sammansättningen måste klara kemisk provning genom spektrometri.
2. Fysiska egenskaper
- Densitet: 2,7 g/cm³
- Smältintervall: 565°C till 630°C
- Termisk konduktivitet: 100 W/m-K vid 25°C
- Elektrisk konduktivitet: 35% IACS
- Värmeutvidgning: 21,8 µm/m-°C (20-100°C)
- Motståndskraft mot korrosion: Måttlig
3. Mekaniska egenskaper
A. Hållfasthet och formbarhet:
Som gjuten (ingen värmebehandling):
- Högsta tillåtna draghållfasthet (UTS): 325 MPa.
- Sträckgräns (YS): 160 MPa vid 0,2% förskjutning.
- Förlängning: 3% (begränsas av den höga kiselhalten samt de spröda faserna α-AlFeMnSi och β-AlFeSi).
- Hårdhet: 80 HB (Brinell).
T5 Temper:
- Lagring vid 150-200°C i 2-8 timmar
- UTS: 330 MPa
- YS: 170 MPa.
- Förlängning: 2%
- Hårdhet: 85 HB
T6 Temper:
- Lösgjord vid 500°C i 4-12 timmar + Lagrad
- UTS: 350 MPa
- YS: 185 MPa.
- Töjning: 2,5%
- Hårdhet: 90 HB
B. Mikrostruktur:
A380-legeringen av aluminium skapar en kornstorlek på 50-200 µm som primär matris.
Intermetalliska faser:
- De plattliknande partiklarna av α-AlFeMnSi med en livslängd på 5-20 µm uppgraderar slitstyrkan.
- Den typ av nålformade faser (β-AlFeSi) upp till 10-30 µm visar sprickinduktionsställen.
- Mn-element förbättrar kornstorleken och minskar den till <100 µm. De skapar bättre seghet.
C. Specialiserade fastigheter:
A380-legeringen har god utmattningshållfasthet på 150 MPa vid 10⁷ cykler (R = -1). Denna kvalitet är fördelaktig för tillverkning av motorkonsoler.
Dessutom har detta göt en skjuvhållfasthet på cirka 200 MPa. Det är mycket viktigt för att skapa gängor eller fästa olika sammansättningar.
Förutom allt detta är legeringen begränsad till sin slagseghet (Charpy-test), som är 5 J vid 25°C. Denna begränsning minimerar också dess användning vid dynamiska belastningar.
D. Temperatureffekter:
Högre temperaturer blir orsaken till utfällningen av grova partiklar. På grund av detta sjunker UTS till 260 MPa (-20%).
Vid låg temperatur under -50°C orsakar det en kraftig ökning av hårdhetsnivån runt 88 HB (+10%). Detta beror på att dislokationernas rörelse blir långsammare.
Användningsområden för A380 aluminiumlegering
1. Användning inom fordonsindustrin
Styrka/vikt-förhållandet i legeringen A380 gör den till ett optimalt val. Det är därför fordonsindustrin använder den för sina många olika tillämpningar.
Viktiga komponenter och egenskaper:
Fordonsdelarna, t.ex. fästen och höljen, har en brottgräns på ca 325 MPa. De utgör också barriärer mot överdriven värme upp till 200°C.
Detta innebär att delen inte kräver mer energi eller bränsleförbrukning jämfört med äldre järnblock.
Termiska och mekaniska fördelar:
Tillverkarna utnyttjar värmeledningsförmågan hos A380-legeringen (100 W/m-K) i topplocken.
De har en effektiv värmeavledning. Där kiselmaterialet flyter smidigt under gjutningen för att anta vilken komplex form som helst.
Hållbarhet och begränsningar:
Växellådshusen efter en T6-anlöpningsprocess skulle vara hårdare. Den uppnår 90 HB hårdhet.
Delarna uppfyller dock inte kraven på duktilitet, vilket begränsar deras användning i applikationer med hög slagtålighet. Därför använder du ersättningslegeringar som A383 för att tillverka kritiska delar.
Flyg- och rymdtillämpningar av A380 aluminiumlegering
Användning av icke-strukturella komponenter:
Styrka och gjutbarhetsegenskaper hos A380-göt gör att det är att föredra. Flyg- och rymdindustrin använder det för tillverkning av spoilerhus, klafffästen och skevroderfästen.
Temperatur- och hållfasthetsprestanda:
Denna legering tål måttliga temperaturer (-50°C till 150°C). De har en sträckgräns på 185 MPa efter T6-anlöpning. När det gäller flygkontrollutrustning gör denna behandling dem mer lämpliga.
Fördelar med precisionsgjutning
A380-materialet har en lämplig gjutbarhet och klarar de mest komplicerade profiler. Därför kan du använda det för exempelvis rodergångjärn med exakta mått.
Begränsningar och förbättringar:
Trots att legeringen erbjuder många exceptionella egenskaper saknar den de egenskaper som flyg- och rymdkvalitet (7075) har. Till exempel höghållfast smideslegering.
Den förbättring du kan göra är hållbarhet i fuktiga förhållanden. Detta kan göras via T6-värmeprocessen eller korrosionsskyddande beläggningar.
Andra industriella tillämpningar av A380 aluminiumlegering
Byggsektorns användningsområden:
Inom byggsektorn gjuts A380-legeringar för tillverkning av arkitektoniska formar och fönsterkarmar.
Industrin utnyttjar sina mest optimala egenskaper. Det handlar om korrosionsbeständighet och snäva toleranser för noggrannhet.
Marina tillämpningar:
Hållbarheten hos A380 skapar långlivade och starka delar för motorfästen och däcksbeslag.
Behandling, som anodisering, bidrar ytterligare till bättre motståndskraft mot saltvatten.
Fördelar för elindustrin:
Detta material är fördelaktigt för tillverkning av kylflänsar och motorhus. Det ger dem en bra IACS och värmeledningsförmåga. Det är därför detta alternativ är ett kostnadseffektivt erbjudande.
Branschspecifika fördelar:
Viktiga egenskaper som A380 innehåller är oftast dimensionsstabilitet i hela konstruktionen och korrosionsbeständighet för marin användning.
Under tiden är termohanteringsdräkterna för elektriska system. Detta innebär att legeringen A380 faller inom kategorin mångsidig metall.
Gjutningsegenskaper för A380 aluminiumlegering
Gjutningsprocess
Eftersom legeringen A380 har mycket bättre flytbarhet gjuts den med processparametrar. Dessa parametrar inkluderar smältpunkter på 660-680°C och insprutningstryck på 30-150 MPa.
Pressgjutning:
Gjutning av aluminium är den bästa tekniken att använda. Den ger resultat inom några minuter och ger en snäv tolerans. Denna process riskerar dock att möglet fastnar på järnpartiklarna.
Sandgjutning:
Vid sandgjutning behöver man inte använda högt tryck eller höga temperaturer. Detta beror på att det bildar en profilform med smält legering med hjälp av en lägre mängd (1-5 tryck till 600-650 ° C).
Du kan använda denna process för att gjuta längre delar som motorblock. Den är dock mycket långsam och ger grova ytor.
Permanent gjutning av formar:
Permanent formgjutning ger balanserade fördelar med avseende på kostnad och precision.
Den fungerar vid 630-670°C.
Rätt kylhastigheter är nödvändiga för att kontrollera stelningen. Detta minskar risken för heta tårar.
Defekter i gjutningen
Gjutdefekter som uppstår under tillverkningen kan vara porositet, krympning eller inneslutningar.
- Porositet: luft eller gaser som blandas i gjutgodset orsakar porositet. Ta reda på det med röntgeninspektion. För att kontrollera detta, använd vakuumavgasning.
- Krympning: Ojämn kylning av gjutgodset ger krympning i detaljerna. Programvaran för termisk simulering hjälper till att analysera hotspots. Åtgärda dessa fel med optimerade matarkonstruktioner.
- Inklusion: Det händer på grund av närvaron av föroreningar. Filtrera metallen före användning för att minimera partikelstorleken. Välj också tekniker för förvärmning av mögel.
Värmebehandling
Lösningsvärmebehandling:
Vid den här typen av behandling värmer tillverkarna metallen vid 500°C i 4-12 timmar. Så att Al₂Cu-utfällningar löses upp. Detta görs med en kylhastighet på >100°C/s (släckvatten).
Artificiellt åldrande
Konstgjord åldring, som T6-anlöpningstekniken, sker vid 150-200°C i 2-8 timmar. Det ger överdriven styrka i göt. För detta bildas Mg₂Si- och Al₂Cu-faser. Det höjer också hårdheten.
Överhettning över 250°C ger dock en grov utfällning. Det påverkar hållfastheten och reducerar den med upp till 15 procent.
T6-härdningen förbättrar också utmattningshållfastheten och ger en förfinad mikrostruktur. Trots detta sänker det töjningshastigheten upp till 2,5%.
Korrosionsbeständighet hos A380 aluminiumlegering
Korrosionsmekanismer:
I A380 finns det risk för gropfrätning där det finns kloridrika områden, t.ex. vid kusterna. I likhet med detta problem uppstår spaltkorrosion på stillastående platser (under bultar).
Galvanisk korrosion sker när elektrokemiska potentialskillnader uppstår. Järn- och kopparinnehållet är också orsaken till att korrosionen förvärras.
Skydd mot korrosion:
Det finns många olika sätt att skydda delar mot korrosion. Ett av dem är anodisering, som innebär att ett 10-25 µm tjockt oxidskikt läggs på.
Kromateringsprocessen hjälper till att bli av med fukt eller motstå salt. Samtidigt ökar färgbeläggningarna (epoxi) hållfastheten genom att blockera exponering.
De andra alternativen är pulverlackering och tätningsmedel. De förbättrar marin- eller fordonsdelarnas prestanda och ökar hållbarheten.
Maskinbearbetning och tillverkning av A380 aluminiumlegering
Maskinbearbetning:
Med ett betyg på 65 till 70% är aluminiumlegering a380 mycket lätt att bearbeta. Det finns innehåll av allierade element, som kan vara hårda, som kiselpartiklar. För detta kan du använda hårdmetall- eller PCD-verktyg för att skära den.
En rakevinkel på 15° och vassa kanter underlättar t.ex. skärprocessen. Som bilden visar, kapa vid 300-500 m/mi, matning 0,5 mm/varv och djup ≤3,25 mm.
Med rätt kylningsteknik kan man också undvika överhettning av verktygen och öka deras livslängd.
Tillverkning:
Det är ganska svårt att svetsa A380-material. Eftersom det spricker. Men du kan använda friktionsomrörningssvetsning. Det gör ett bra jobb vid 500-1500 RPM, 1-3 mm/s.
Även förvärmning och aluminiumkiselfyllmedel hjälper också till vid lödning. För att fästa eller nita måste du arbeta manuellt för att genomborra eller använda tuffa nitar som 1-5 mm.
Slutsats:
Aluminiumlegering A380 är den viktigaste metallen. Den innehåller mindre vikt men ändå tufft innehåll. Deras utmärkta gjutbarhet gör att du kan tillverka flera applikationer med imponerande värmebeständighet. Det är en kombination av kostnadseffektivitet och balanserade artister.
Du kan dock få problem med dess låga duktilitet. Behandlingen med T6-härdning och ytbeläggningar kan förbättra hållbarheten. Därför är det viktigt för de flesta stora industrier, t.ex. fordons- och industriindustrin.