Gjutbara aluminiumlegeringar har olika mekaniska egenskaper. Vanliga typer är A356, A357 och A380. Värmebehandlingar som T6 förbättrar hållfastheten. De används inom fordons-, flyg- och allmän verkstadsindustri. Viktiga egenskaper är draghållfasthet, töjning och hårdhet. Valet av legering beror på applikationens behov.

I den här artikeln får du grundläggande kunskaper om olika typer av gjutbara aluminiumlegeringar.

Översikt över gjutbara aluminiumlegeringar

Definition och betydelse

Det finns många legeringar för gjutning. Några av dessa är aluminiumlegeringar. Aluminium innehåller en blandning av andra element (t.ex. magnesium eller kisel). Det producerar sina olika legeringar.

Aluminium smälter vid temperaturer runt 660 °C. Den smälta formen matas sedan in i gjutformen för att få en profilform.

På grund av sin lägre vikt med en densitet på 2,7 g/cm³ är dessa legeringar 3 gånger lättare än stål. Det är anledningen till att de lämpar sig för många olika tillämpningar. Till exempel bilar, flygplan och maskiner.

De är också korrosionsbeständiga och kan tillverkas i alla former samtidigt som de är starka.

Sammansättning och egenskaper hos gjutbara aluminiumlegeringar

Legeringens sammansättning

Bildandet av gjutbara aluminiumlegeringar inkluderar sammansättningen av många element. Aluminium kan t.ex. innehålla kisel (5-12%), magnesium (0,2-10%), koppar (1-4%) eller zink (1-3%).

Kisel smälter vid 577°C, vilket gör att det fyller formarna bättre. Samtidigt hjälper magnesium till att få mer styrka eftersom det bildar fina utfällningar. Koppar utvecklar hårdhet.

Till exempel finns det 8-10% kisel och 3-4% koppar i legeringen A380. Det är därför de erbjuder hög flytbarhet och sprider sig över formspalter så smala som 0,1 mm.

Spårämnenas roll

Små mängder av element som järn (<1%) förhindrar att gjutformar fastnar och mangan (0,5%) förbättrar korrosionsbeständigheten.

Gjutning av aluminiumlegeringar undviker att formen fastnar helt enkelt på grund av bidraget från små mängder spårämnen som järn (<1%).

På samma sätt motstår de korrosion väl och har mindre kornstorlekar på grund av mangan (0,5%) respektive titan (0,2%). Det minskar också sprickor som ett resultat.

Mikroskopisk struktur och sammansättning

Den nämnda bilden visar sammansättningens inverkan på kornstrukturen. Till exempel förekommer det grova kornet (50-100 µm brett) i gjutningens inledande fas.

Kiselelement (10-20 µm) får hög hållfasthet och blockerar dislokationer. Under tiden bildas kärnbildning vid en punkt med korngränser (GB). Kärnorna växer till matrisens tillstånd under hela kylningen.

Mekaniska och fysikaliska egenskaper

Styrka och formbarhet:

Gjutbara legeringar har draghållfastheter som varierar mellan 200 och 380 MPa. Till exempel får a356 280 MPa och är töjbart (10%) precis innan det går sönder.

På samma sätt ger värmebehandling (t.ex. T6-anlöpning) 20% ökad hållfasthet och 8% duktilitet i A356. Detta uppnås genom att värma legeringarna till 500°C, släcka dem med vatten och låta dem åldras vid 150°C i 5 timmar.

Motståndskraft mot korrosion

När en legering innehåller magnesium (t.ex. 520.0 med 10% Mg) får den ett skyddande oxidskikt. Det innebär att de kan motstå korrosion under 15-20 år i marina miljöer.

I LM6 förhindrar sammansättningen med hög kiselhalt korrosion i saltvatten. Som ett resultat fortsätter de att fungera vid 50 Mpa-tryck i undervattensprodukter.

Termisk och elektrisk konduktivitet

Legeringar som 319 har 6% Si och 3% Cu. De leder alltså värme med 150 W/m-K. Det är det som gör dem till ett förstahandsval bland motorkomponenter.

De har också en låg densitet, som är cirka 2,7 g/cm³. Det förbättrar bränsleeffektiviteten (10%) på grund av sin lägre vikt, särskilt i bilar.

Inverkan av värmebehandling

Tillverkarna utför värmebehandling för att minska hålrummen och förfina kornen. Exempelvis ökar åldringssteget hårdheten från 80 HB till 95 HB i legeringar som ADC12.

Dessutom orsakar omkristalliseringsprocessen (som sker i bilden) kornkrympning upp till 10-20 µm. Legeringen får alltså ökad utmattningshållfasthet (30%) som ett resultat av detta.

Vanliga kvaliteter på aluminiumlegeringar

A380

Det finns 8-10% kisel, 3-4% koppar och mindre än 1% järn närvarande i A380 gjutbar aluminiumlegering. Kiselpartikeln har en lägre smältpunkt. Detta innebär att de flyter smidigt i formar och fyller varje gap.

Hårdheten är bättre tack vare kopparelementen, vilket gör dem idealiska för delar som utsätts för höga påfrestningar. Det är därför denna legering med 320 MPa skapar motorfästen och elektroniska höljen.

Den fyller ut luckor ordentligt och orsakar också färre defekter. Dessutom kyls denna legering snabbare, vilket resulterar i en minskad produktionstid på cirka 15%.

A356

A356-legeringen har kisel- och magnesiuminnehåll (7% respektive 0,3%). Det är därför den ger bättre flytbarhet och hållfasthet.

Det finns ungefär 280 MPa draghållfasthet i denna legering och 12% duktilitet. Därför kan de sträcka sig upp så mycket som 12% innan de går sönder.

Du kan använda legeringen a356 för att tillverka hjul för flygplan och bilar, upphängningsdelar, landningsställ för flygplan och vingramar.

Den har också den unika egenskapen att den tål temperaturer på 200°C i 500 timmar. Även vid denna temperatur spricker den inte lätt.

Efter värmebehandling har denna legering ökad hållfasthet (20%). De är därför idealiska att använda i flyg- och rymdtillämpningar.

6061

6061-legeringen består av 1% magnesium, 0,6% kisel och 0,3% koppar. Dessa element, som magnesium, ökar dess förmåga att stoppa korrosion. Denna legering håller i 20 år utomhus och rostar inte.

Läs också: 6061 vs 6063 aluminiumlegeringar

6061-legeringens draghållfasthet (310 Mpa) gör den användbar i broar, balkar och chassidelar som upphängningsarmar och marina ramar. Dess låga densitet bidrar ytterligare till att göra den 60% lättare än stål.

ADC12

ADC12-legeringen innehåller 10-20% kisel och 2-3% koppar och är mycket populär. Kisel i denna metall möjliggör smidig gjutning, medan koppar höjer dess hårdhet.

Värmebehandling medför förändringar i hårdheten, som överstiger 95 HB (Brinell). Denna legering används för att tillverka delar som bilmotorblock, smartphonehus och växellådshus.

Den kan också hantera komplexa profiler på 30 sekunder, vilket ger en produktionsbesparing på upp till 25%.

LM25

LM25-legeringen tillverkas genom att tillsätta 0,3% magnesium och 7% kisel. Dessutom når dess draghållfasthet 260 MPa vid 200 °C. Den ger god gjutbarhet för tillverkning av pumphus, marina konstruktioner och hydraulventiler.

Dess sandgjutna väggar är så tunna som 1 mm; det är det som är dess unika egenskap. LM25 passar därför bra för produktion av lättviktskonstruktioner.

LM6

10-13% av kiselinnehållet och mindre än 0,1% av magnesium finns i LM6-legeringen. På grund av den högre mängden kisel korroderar denna legering inte lätt. Den kan överleva 50 MPa tryck i havsvatten.

Tillverkarna använder den för gjutning av båtpropellrar och bryggbeslag. De håller i flera år och fungerar i saltvatten utan att rosta. Det minskar också underhållskostnaderna med upp till 40%.

520.0

Den gjutbara aluminiumlegeringen 520.0 har 10% magnesium och 0,1% kisel. Denna sammansättning av grundämnen ökar draghållfastheten (380 MPa) och minskar vikten med upp till 50%.

Du kan använda dem för att tillverka fästen för rymdfarkoster, rakethus och militär utrustning. En annan egenskap är att de klarar vibrationer runt 500 Hz utan sprickor.

319

Denna legering har 6% kisel tillsammans med 3% koppar. Kisel förbättrar flytförmågan, men koppar ger bättre värmeledningsförmåga (150 W/m-K).

De gjuts för att tillverka cylinderhuvuden och kylflänsar. Det ger maximal precision i delar som ±0,02 mm och passar tätt i motorer.

413

Legeringen 413 innehåller 12% kisel och 2% järn. Det är därför den ger en trycktäthet på cirka 50 MPa. Delarna, som hydraulpumpar och ventiler, är deras applikationer.

Dessutom tätar denna legering läckage i springor, som kan vara så små som 0,5 mm, vilket sparar vätska.

535

Tillverkarna lägger till 7% magnesium och 0,15% kisel i sammansättningen av 535 legering. Dess korrosionsbeständighet överensstämmer med exakthet i pH 8-10-miljöer som havsvatten.

De används för att tillverka fartygsskrov och offshore-riggar samt för svetsning vid 300°C. De spricker inte under denna temperatur och kan hålla i 25 år under marina förhållanden.

Gjutningsprocesser för aluminiumlegeringar

Pressgjutning

Gjutningsprocessen innefattar att smälta aluminiumlegeringen och injicera den i formen under högt tryck. Det gjuter delar på högst 10-30 sekunder, och utgångsresultatet uppfyller snabba och exakta parametrar.

Bland de övriga legeringarna är A380 och ADC12 de mest använda för tillverkning av bilmotorfästen och dörrhandtag till flygplan.

Sandgjutning

I sandgjutningsprocessen används sandformar. Deras kornstorlek varierar mellan 0,10 och 0,5 mm. Processen är lämplig och går bra med tillverkning av delar som motorblock. Den är mycket mer prisvärd (50%) än pressgjutning men ger inte släta ytor.

Investeringsgjutning

Investeringsgjutning inkluderar vaxmönster med keramiska beläggningar. De tillverkar delar som lägger till detaljerade element, som turbinblad.

Dessutom får man effektivt snävare toleranser på ±0,05 mm men det tar mycket lång tid (48 timmar per form).

Utmaningar och lösningar inom aluminiumgjutning

Defekter i gjutningen

Gjutbara aluminiumlegeringar orsakar defekter som porositet och krympning, vilket försvagar delar. Det är just därför du behöver använda vakuumgjutning för att minska porositeten med upp till 70%.

För att förbättra ytjämnheten (upp till 12,5 µm) är det viktigt att plocka kulbombning med 0,5 mm kulor vid 80 psi.

Genom att förvärma formarna innan den smälta legeringen sprutas in undviks klibbighet och de inre delarna fylls med bättre flytförmåga.

Val av legering

Att välja fel legering kan förstöra hela projektet. A380 lämpar sig till exempel bäst för tunnväggiga fordonsdelar.

Samtidigt skapar LM6 en motståndsbärare som klarar havsvatten. ADC12 fyller mindre luckor på högst 30 sekunder, men kan spricka om den överhettas till över 600°C.

Utmaningar vid värmebehandling

Den heta zonen i ugnar värmer upp legeringar. Användningen av en temperatur på 500 °C och drift i 4 timmar ger dem starka egenskaper.

Kyltanken i denna process hjälper till att förhindra sprickor när den kyler ner delarna med 10°C/min. Kyltemperaturen får dock inte vara för låg. Detta eftersom det kan riskera sprödhet. Till exempel ger rätt kylning 20% styrka till legering 6061.

Slutsats:

Gjutbara aluminiumlegeringar är mycket viktiga inom många branscher som fordons-, flyg-, industri- och till och med konsumentprodukter. De är lätta i vikt, vilket är anledningen till att de minskar bränsleförbrukningen.

Deras förmåga att stoppa korrosion innebär också att de kan hålla i mer än 25 år. Detta är också skälet till att de är mer krävande i tuffa miljöer.

Om det finns utmaningar som krympning eller porositet kan du åtgärda dem med hjälp av särskilda tekniker. Så skapa mångsidiga produkter med hjälp av aluminiumlegeringar som du väljer.