Основни високопрочни алуминиеви сплави за прецяване

Накратко

Изборът на високопрочни алуминиеви сплави за пресоване под налягане изисква компромис между крайната якост и технологичността. За максимална механична якост, сплавите от 200 серия и цинко-алуминиеви сплави като ZA-27 са сред водещите кандидати. Въпреки това, сплави като A360 предлагат по-добро равновесие между якост при повишени температури и корозионна устойчивост, докато B390 осигурява изключителна устойчивост на износване. Крайните свойства често се подобряват значително чрез термична обработка, например T6.

Разбиране на групите алуминиеви сплави за пресоване под налягане

Преди да изберете конкретен сплав, е важно да разберете основните групи или сериали алуминиеви сплави, използвани при преципитационно леене. Определени от Асоциацията по алуминий, тези серии групират сплавите според техните основни легиращи елементи, които определят техните фундаментални характеристики. Процесът на избор за инженера често започва на това ниво, за да се ограничат възможностите според основните изисквания на приложението.

Всяка серия предлага различна комбинация от механични свойства, характеристики при леене и разходи. Например, докато една серия може да осигурява изключителна якост, тя може да бъде по-трудна и по-скъпа за преципитационно леене в сравнение с по-разпространена, универсална серия. Разбирането на тези основни различия е ключово за вземането на обосновано решение.

Най-често срещаните серии при преципитационно леене предлагат ясно изразени предимства:

• 2xx.x Серия (Мед) Известни с най-голямата якост сред алуминиевите сплави, 200-сериите могат да постигнат механични свойства почти двойно по-високи от тези на по-често срещаните 300-серии. Тази якост обаче се постига за сметка на по-ниската корозионна устойчивост и по-трудното леене.
• 3xx.x Серия (Силиций + Мед/Магнезий): Това е най-популярната и най-широко използвана серия за прецизно леене под налягане, като A380 е индустриалният стандарт. Тези сплави предлагат отлична комбинация от добра литейна технологичност, умерена якост и икономическа ефективност, което ги прави подходящи за огромен диапазон от приложения.
• 4xx.x Серия (Силиций): Тези сплави, като например 413, се отличават с изключителна литейна течност и плътност под налягане. Това ги прави идеален избор за сложни части или компоненти, които трябва да съдържат течности или газове без теч, като хидравлични цилиндри.
• 5xx.x Серия (Магнезий): Серия 500, включително сплави като 518, се отличава с изключителна устойчивост на корозия, особено в морски среди, и превъзходни характеристики за повърхностна обработка. Тя е първият избор за части, които изискват анодиране с естетическа или защитна цел, макар да е по-склонна към топлинно пукане по време на леене.

Най-силните високопрочни сплави: Подробно сравнение

Въпреки че сплав 380 е най-често срещаният избор за общи приложения, няколко специализирани сплави предлагат по-висока якост и по-добри работни характеристики, необходими за по-изискващи роли. Тези материали се избират, когато стандартните сплави не могат да отговарят на механичните, топлинни или износни изисквания на компонента. Изборът изисква внимателен анализ на компромисите между крайната якост, леемостта и други критични свойства.

Най-силните варианти често идват от серия 200 или от специализирани цинково-алуминиеви (ZA) групи. Според Общо литейно обслужване , сплавите от 200 серия са известни с много висока якост. Едновременно с това ZA сплавите, като ZA-27, предлагат налягане на опън, което може да бъде значително по-високо в сравнение с традиционните алуминиеви сплави. По-долу е дадено сравнение на най-добрите кандидати за приложения с висока якост чрез прецението леене.

При сравняването на тези опции, A360 често се избира, когато дадена част трябва да работи в сурови условия или при повишени температури, без да се поврежда. Както е отбелязано от Rapid Axis , комбинира якост, пластичност и устойчивост на корозия, макар че трудността при отливането изисква да се има предвид геометрията на детайла. B390 е предпочитаният избор за приложения, характеризиращи се с износване и триене. Високото съдържание на силиций осигурява твърдост, която му позволява да издържа на абразивни сили, което го прави идеален за компоненти на двигатели с вътрешно горене. За приложения, изискващи максимална якост, основните кандидати са серия 200 и ZA-27, макар че те изискват по-специализирани познания за отливане и могат да включват по-високи разходи.

Тайната на крайната якост: Ролята на термичната обработка

Простото избиране на сплав с висока якост е само част от уравнението. При много алуминиеви сплави, особено тези от серия 200 и 300 за лити сплави като 356 и 357, крайните им механични свойства се постигат чрез термична обработка. Този металургичен процес включва контролирано нагряване и охлаждане, за да се промени микроструктурата на метала, което води до значително увеличаване на твърдостта, якостта при опън и якостта при остатъчна деформация.

Термичната обработка може да стабилизира размерите на детайла, да отстрани вътрешните напрежения от процеса на леене и да оптимизира неговата работоспособност за крайното приложение. Разбирането на различните състояния след термична обработка, или видовете закаляване, е от решаващо значение за всеки инженер, който специфицира високоефективни лити части. Тези видове се обозначават с „T“, последвано от цифра.

Най-често срещаните видове закаляване за повишаване на якостта при алуминиеви лити изделия включват:

• F (As-Cast): Състоянието на отливката непосредствено след затвърдяване, без последваща топлинна обработка. Свойствата са базови и могат да се променят с времето при естествено стареене.
• T5 (Изкуствено стареещ): Отливката се охлажда от температурата на отливане, след което се подлага на нисковъзрастов процес на стареене. Това осигурява добра размерна стабилност и умерено повишаване на якостта.
• T6 (Топлинно обработена чрез разтворяване и изкуствено старееща): Това е двуетапен процес за постигане на максимална якост. Първо отливката се нагрява до висока температура, за да се разтворят легиращите елементи в твърд разтвор, след което бързо се гаси в течност, за да се закрепят на място. След това се подлага на изкуствено стареене при по-ниска температура, при което тези елементи се изотделят, което значително заздравява и усилва материала.
• T7 (Топлинно обработена чрез разтворяване и стабилизирана): Подобно на T6, но процесът на окончателно стареене се извършва при по-висока температура или по-дълго време. Това отвежда сплавта извън максималната ѝ твърдост, за да се осигури подобрена размерна стабилност и релефиране на напреженията, въпреки лекото намаляване на крайната якост в сравнение с T6.

Като посочи топлинна обработка T6, един инженер може да превърне умерено здрава част от сплав като 356 в високоефективен конструктивен елемент, способен да издържа много по-големи натоварвания.

Освен якост: Критични фактори при избора на сплав

Макар че якостта при опън е основен приоритет, рядко е единственият фактор, който определя успеха на дадена сплав. От съществено значение е холистичният подход към избора на материала, тъй като фокусирането само върху якостта може да доведе до повреди, свързани с производството или въздействието на околната среда. Няколко други свойства трябва да бъдат внимателно оценени, за да се гарантира, че избраната сплав е подходяща както за производствения процес, така и за крайното приложение.

От особено значение сред тях е леемост , което сочи колко лесно може да се формира сплавта в качествена детайл. Това включва устойчивост към дефекти като топлинно пукане (пукнатини, които се образуват по време на затвърдяване) и залепване в матрицата (залепване на сплавта към формата). Както посочват експерти от Gabrian , сплавите с ниска леемост могат да доведат до по-високи проценти скрап и увеличени производствени разходи. Друг важен фактор е устойчивост на корозия . Работната среда на детайла определя нивото на необходимата устойчивост. Например, A360 има отлична устойчивост към корозия, което я прави подходяща за употреба на открито или в морска среда, докато A380 е само удовлетворителна в това отношение.

Други свойства като плътност при налягане (от съществено значение за хидравлични компоненти), устойчивост на износване (за части в движещ се контакт) и машинна способност трябва също да бъдат взети предвид. За да се насочи това сложна решение, проектиращите трябва да разгледат следните въпроси:

• Каква е максималната работна температура, на която ще бъде подложен компонентът?
• Ще бъде ли частта изложена на корозивни елементи като морска вода, химикали или пътни соли?
• Трябва ли компонентът да е плътен на налягане, за да съдържа течности или газове?
• Какви вторични завършителни операции, като анодиране или боядисване, са необходими?
• Какви са ограниченията за разходите по проекта?

Въпреки че прецесът за лене под налягане предлага изключително добро съчетание от здравина, сложност и скорост на производство, някои приложения, особено в изискващия автомобилен сектор, може да изискват още по-голяма якост или устойчивост на умора, което насочва конструкторите към други процеси като коване. Например, специалисти по ковани части за автомобили, като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , използват процеси като горещо коване за производство на здрави компоненти, когато максималната цялост на материала е абсолютен приоритет.

Често задавани въпроси

1. Кой е най-силният алуминий за леене под налягане?

Най-силните алуминиеви сплави за преципитационно леене обикновено са от серия 200 (алуминий-мед), които могат да се подлагат на топлообработка за постигане на много високи механични свойства. Освен това цинко-алуминиевите сплави, по-специално ZA-27, са известни с изключителната си якост, като якостта им на опън може да бъде значително по-висока в сравнение с обичайните алуминиеви сплави за преципитационно леене. И двете възможности обаче са по-трудни за леене и се използват само при високоефективни приложения, където е от съществено значение максималната якост.

може ли алуминий 6061 да се преципитира?

Въпреки че 6061 е много популярна и здрава алуминиева сплав, обикновено не се използва за преципитационно леене под високо налягане. Химическият ѝ състав и характеристиките ѝ при затвърдяване я правят склонна към дефекти като горещо пукане при бързото охлаждане при преципитационно леене под високо налягане. Въпреки това често се използва при други процеси за леене, като гравитационно леене и леене в пясъчни форми, където скоростите на охлаждане са по-бавни и по-контролирани.