Kulcsfontosságú nagy szilárdságú alumíniumötvözetek az öntéshez

TL;DR

A nagy szilárdságú alumíniumötvözetek kiválasztása öntéshez az acélszilárdság és a gyárthatóság közötti kompromisszumot jelent. A maximális mechanikai szilárdság érdekében a 200-as sorozatú ötvözetek és olyan cink-alumínium ötvözetek, mint a ZA-27, kerülnek szóba elsődlegesen. Ugyanakkor az A360 ötvözet kiváló egyensúlyt nyújt magas hőmérsékleten is megmaradó szilárdság és korrózióállóság tekintetében, míg a B390 rendkívül jó kopásállósággal rendelkezik. A végső tulajdonságokat gyakran jelentősen javítják hőkezelések, például T6 típusú edzések.

Az alumíniumötvözet-családok megértése öntéshez

Mielőtt egy adott ötvözetet kiválasztanánk, fontos megérteni az aludomálásnál használt főbb alumíniumötvözet-családokat, vagy sorozatokat. Az Aluminum Association által meghatározott ezek a sorozatok csoportosítják az ötvözeteket a fő ötvözőelemek alapján, amelyek meghatározzák alapvető tulajdonságaikat. Egy mérnök választási folyamata gyakran ezen a szinten kezdődik, hogy leszűkítse a lehetőségeket az alkalmazás alapkövetelményei alapján.

Mindegyik sorozat más-más kombinációt kínál mechanikai tulajdonságokból, öntési jellemzőkből és költségekből. Például, míg egy sorozat extrém szilárdságot nyújthat, az öntése nehezebb és drágább lehet, mint egy gyakoribb, általános célú sorozaté. Ezek alapvető különbségeinek megértése kulcsfontosságú egy megfontolt döntés meghozatalához.

A leggyakoribb sorozatok az aludomálásnál különböző előnyöket kínálnak:

• 2xx.x sorozat (Réz): A 200-as sorozatú ötvözetek a legnagyobb szilárdságú alumíniumötvözetek, amelyek mechanikai tulajdonságai majdnem duplájára nőhetnek a gyakoribb 300-as sorozathoz képest. Ez a szilárdság azonban alacsonyabb korrózióállósággal és nehezebb önthetőséggel jár.
• 3xx.x sorozat (Szilícium + Réz/Magnézium): Ez a leghasználtabb és legelterjedtebb sorozat az aludomálásnál, az A380 pedig ipari mércének számít. Ezek az ötvözetek kiváló öntési tulajdonságokat, közepes szilárdságot és költséghatékonyságot kínálnak, így számos alkalmazásra ideálisak.
• 4xx.x sorozat (Szilícium): Az ilyen ötvözetek, mint például a 413-as, kiváló önthetőségükkel és nyomásállóságukkal rendelkeznek. Ez ideálissá teszi őket bonyolult alkatrészek vagy olyan komponensek gyártásához, amelyek folyadékokat vagy gázokat tartalmaznak szivárgás nélkül, például hidraulikus hengereknél.
• 5xx.x sorozat (Magnézium): Az 500-as sorozat, beleértve az 518-as ötvözetet is, kiemelkedő korrózióállóságáról híres, különösen tengeri környezetben, valamint kiváló felületi bevonási jellemzőiről. Ez a leggyakoribb választás olyan alkatrészeknél, amelyek esztétikai vagy védő célból anódosítást igényelnek, bár hajlamosabb lehet forró repedésre öntés közben.

A legmagasabb szilárdságú ötvözetek: részletes összehasonlítás

Bár a 380-as ötvözet a leggyakoribb választás általános alkalmazásokhoz, több speciális ötvözet is létezik, amelyek kiválóbb szilárdságot és teljesítményjellemzőket kínál olyan igényesebb felhasználásokhoz, ahol a szabványos ötvözetek nem felelnek meg az alkatrész mechanikai, hőállósági vagy kopásállósági követelményeinek. Az anyagválasztás során gondos elemzés szükséges a végső szilárdság, önthetőség és egyéb kritikus tulajdonságok közötti kompromisszumokról.

A legerősebb lehetőségek gyakran a 200-as sorozatból vagy speciális cink-alumínium (ZA) családokból származnak. A szerint General Foundry Service , a 200-as sorozatú ötvözetek nagyon magas szilárdságról ismertek. Ugyanakkor a ZA ötvözetek, mint például a ZA-27, szakítószilárdsága jelentősen magasabb lehet a hagyományos alumíniumötvözetekénél. Alább összehasonlítjuk a legjobb választásokat nagyszilárdságú nyomásos öntési alkalmazásokhoz.

Amikor ezeket a lehetőségeket összehasonlítjuk, az A360-at gyakran akkor választják, ha egy alkatrész kemény körülmények között vagy emelt hőmérsékleten kell megbízhatóan működjön. Ahogy azt a(z) Rapid Axis , kombinálja az erőt, alakíthatóságot és korrózióállóságot, bár öntési nehézségei miatt a alkatrész geometriáját figyelembe kell venni. A B390 az első számú választás a kopásnak és súrlódásnak kitett alkalmazásokhoz. Magas szilíciumtartalma keménységet kölcsönöz neki, amely ellenállóvá teszi az abrazív erőkkel szemben, így ideális választás belső égésű motoralkatrészekhez. Olyan alkalmazásokhoz, ahol a legnagyobb szilárdság elengedhetetlen, a 200-as sorozat és a ZA-27 az elsődleges jelöltek, bár speciálisabb öntési szaktudást igényelnek, és magasabb költségekkel is járhatnak.

A legnagyobb szilárdság titka: a hőkezelés szerepe

Egyszerűen csak egy nagy szilárdságú ötvözet kiválasztása csupán a megoldás egyik része. Sok alumíniumötvözet esetében, különösen a 200 és 300-as sorozatba tartozó öntvényötvözeteknél, mint például a 356-os és 357-es, az anyag végleges mechanikai tulajdonságait a hőkezelés nyitja fel. Ez a fémkohászati eljárás kontrollált hevítést és hűtést foglal magában az anyag mikroszerkezetének módosítása érdekében, amely jelentősen növeli a keménységet, a szakítószilárdságot és a folyáshatárt.

A hőkezelés stabilizálhatja az alkatrész méreteit, feloldhatja az öntési folyamat során keletkezett belső feszültségeket, és optimalizálhatja az alkatrész teljesítményét a végső felhasználási célra. A különböző hőkezelési állapotok, vagyis edzetek megértése elengedhetetlen minden olyan mérnök számára, aki nagyteljesítményű öntvényalkatrészt ad meg. Ezeket az edzeteket egy „T” betű jelöli, amelyet egy szám követ.

Az alumíniumöntvények szilárdságának növelésére leggyakrabban alkalmazott edzetek a következők:

• F (Öntött állapot): A nyersöntvény állapota közvetlenül a megkeményedés után, további hőkezelés nélkül. A tulajdonságok alapértéken vannak, és az idő múlásával természetes öregítés hatására változhatnak.
• T5 (Mesterségesen öregített): Az öntvényt az öntési hőmérsékletből lehűtik, majd alacsony hőmérsékletű öregítésnek vetik alá. Ez jó mérettartást és mérsékelt szilárdságnövekedést biztosít.
• T6 (Oldathőkezelt és mesterségesen öregített): Ez egy kétlépcsős eljárás a maximális szilárdság eléréséhez. Az öntvényt először magas hőmérsékletre hevítik, hogy az ötvöző elemek feloldódjanak szilárd oldatban, majd gyorsan lehűtik folyadékban, hogy rögzítsék ezen állapotot. Ezután alacsonyabb hőmérsékleten mesterségesen öregítik, amely kicsapatja ezeket az elemeket, jelentősen megnövelve az anyag keménységét és szilárdságát.
• T7 (Oldathőkezelt és stabilizált): Hasonló a T6-hoz, de a végső érlelési folyamatot magasabb hőmérsékleten vagy hosszabb ideig végzik. Ez az ötvözetet a maximális keménysége túlre viszi, így javul a méretstabilitás és a feszültségmentesítés, bár ennek ára a végleges szilárdság enyhe csökkenése a T6-hoz képest.

A T6 hőkezelés előírásával egy mérnök egy közepes szilárdságú, például 356-os ötvözetből készült alkatrészt magas teljesítményű, nagyobb terhelést elviselő szerkezeti elemmé alakíthat.

A szilárdságon túl: Az ötvözet kiválasztásának kritikus tényezői

Bár a húzószilárdság elsődleges szempont, ritkán az egyetlen tényező, amely meghatározza egy ötvözet sikerét. A anyagkiválasztás során alapvető fontosságú a komplex megközelítés, mivel kizárólag a szilárdságra koncentrálva gyártási vagy környezeti hatások miatti meghibásodások léphetnek fel. Több más tulajdonságot is gondosan értékelni kell annak biztosítása érdekében, hogy a kiválasztott ötvözet megfelelő legyen a gyártási folyamatra és a végső alkalmazásra egyaránt.

Ezek közül kiemelt fontosságú önthetőség , amely azt jelenti, hogy mennyire könnyen alakítható minőségi alkatrészzé egy ötvözet. Ez magában foglalja a forró repedés (repedések, amelyek szilárdulás közben keletkeznek) és az öntőforma ragadás (az ötvözet az öntőformához tapadása) elleni ellenállást. Ahogyan a szakértők részletezték Gabrian , a rossz önthetőségű ötvözetek magasabb selejtarányhoz és növekedett gyártási költségekhez vezethetnek. Egy másik fontos tényező a korrózióállóság . Az alkatrész működési környezete határozza meg a szükséges ellenállási szintet. Például az A360 kitűnő korrózióállósággal rendelkezik, így alkalmas kültéri vagy tengeri alkalmazásokra, míg az A380 e tekintetben csak közepes.

Más tulajdonságok, mint például a nyomásfeszesség (hidraulikus alkatrészek esetében kritikus) kopásállóság (mozgó érintkezésű alkatrészekhez), és a műszerelhető szintén figyelembe veendők. Ennek az összetett döntésnek az iránymutatásához a tervezőknek a következő kérdéseket kell feltenniük:

• Mekkora a maximális üzemelési hőmérséklet, amelynek az alkatrész ki lesz téve?
• Korrodáló hatásoknak, például tengervíznek, vegyszereknek vagy útsónak lesz-e kitéve az alkatrész?
• Szorításmentesnek kell lennie az alkatrésznek, hogy folyadékokat vagy gázokat tartsa vissza?
• Milyen másodlagos befejező műveletek szükségesek, például anódolás vagy festés?
• Mik a projekt költségkorlátai?

Bár a nyomásos öntés kiváló arányt kínál a szilárdság, bonyolultság és gyártási sebesség között, egyes alkalmazások, különösen a követelőző autóipari szektorban, még nagyobb szilárdságot vagy fáradásállóságot igényelhetnek, amely eltolja a tervezőket más eljárások felé, mint például az űrtartalom. Például az autóipari űrtartalom alkatrészek szakértői, mint a Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , olyan eljárásokat alkalmaznak, mint a meleg űrtartalom, hogy erős alkatrészeket állítsanak elő, amikor a maximális anyagépszerűség az elsődleges prioritás.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Mi a legerősebb alumínium nyomásos öntéshez?

A nyomásos öntéshez használt legerősebb alumíniumötvözetek általában a 200-as sorozatba (alumínium-réz) tartoznak, amelyek hőkezelhetők nagyon magas mechanikai tulajdonságok eléréséhez. Emellett a cink-alumínium ötvözetek, különösen a ZA-27, rendkívül erősnek bizonyulnak, szakítószilárdságuk jelentősen magasabb lehet, mint a gyakori alumínium nyomásos öntvény anyagoké. Mindkét anyag azonban nehezebben önthető, ezért csak olyan nagyteljesítményű alkalmazásokban használják őket, ahol a maximális szilárdság elengedhetetlen.

2. Nyomásos öntés készíthető-e 6061-es alumíniumból?

Bár a 6061-es alumíniumötvözet nagyon népszerű és erős anyag, általában nem használják magas nyomású nyomásos öntéshez. Kémiai összetétele és szilárdulási jellemzői miatt hajlamos a forró repedések kialakulására a magas nyomású nyomásos öntés gyors hűtési feltételei mellett. Ennek ellenére gyakran használják más öntési eljárásokban, például gravitációs öntésben vagy homoköntésben, ahol a hűtési sebesség lassabb és jobban szabályozható.