Essentiële hoogsterkte aluminiumlegeringen voor spuitgieten

TL;DR

Het kiezen van hoogwaardige aluminiumlegeringen voor gietvormen houdt een afweging in tussen uiteindelijke sterkte en verwerkbaarheid. Voor maximale mechanische sterkte zijn de legeringen uit de 200-serie en zink-aluminiumlegeringen zoals ZA-27 de belangrijkste opties. Echter, legeringen zoals A360 bieden een betere balans tussen sterkte bij hogere temperaturen en corrosieweerstand, terwijl B390 uitzonderlijke slijtvastheid biedt. De uiteindelijke eigenschappen worden vaak aanzienlijk verbeterd door warmtebehandelingen zoals T6.

Inzicht in families van aluminiumlegeringen voor gietvormen

Voordat u een specifieke legering selecteert, is het essentieel om de belangrijkste aluminiumlegeringsfamilies, of series, die worden gebruikt in spuitgieten te begrijpen. Deze series zijn vastgesteld door de Aluminum Association en groeperen legeringen op basis van hun voornaamste legeringselementen, die hun fundamentele eigenschappen bepalen. Het selectieproces van een ingenieur begint vaak op dit niveau om de opties te verkleinen op basis van de kernvereisten van de toepassing.

Elke serie biedt een andere combinatie van mechanische eigenschappen, gietkarakteristieken en kosten. Terwijl de ene serie bijvoorbeeld extreme sterkte kan bieden, kan deze moeilijker en duurder zijn om te gieten dan een gebruikelijkere, algemene serie. Het begrijpen van deze fundamentele verschillen is essentieel voor een weloverwogen keuze.

De meest voorkomende series in spuitgieten brengen duidelijke voordelen met zich mee:

• 2xx.x Serie (Koper): De 200-serie staat bekend als de sterkste van de aluminiumlegeringen en kan mechanische eigenschappen bereiken die bijna het dubbele zijn van de gebruikelijkere 300-serie. Deze sterkte gaat echter ten koste van een lagere corrosieweerstand en moeilijkere gietbaarheid.
• 3xx.x-serie (Silicium + Koper/Magnesium): Dit is de meest populaire en veelgebruikte serie voor spuitgieten, waarbij A380 als standaard in de industrie fungeert. Deze legeringen bieden een uitstekende combinatie van goede gietbaarheid, matige sterkte en kosten-effectiviteit, waardoor ze geschikt zijn voor een breed scala aan toepassingen.
• 4xx.x-serie (Silicium): Deze legeringen, zoals 413, worden gewaardeerd om hun uitstekende gietvloeibaarheid en drukdichtheid. Dit maakt ze tot een ideale keuze voor ingewikkelde onderdelen of componenten die vloeistoffen of gassen moeten bevatten zonder te lekken, zoals hydraulische cilinders.
• 5xx.x-serie (Magnesium): De 500-serie, inclusief legeringen zoals 518, onderscheidt zich door uitstekende corrosieweerstand, met name in mariene omgevingen, en superieure oppervlakteafwerkeigenschappen. Het is een populaire keuze voor onderdelen die geanodiseerd moeten worden voor esthetische of beschermende doeleinden, hoewel het vatbaarder kan zijn voor warmkrimpen tijdens het gieten.

De beste hoogwaardige legeringen: een gedetailleerde vergelijking

Hoewel de 380-legering de meest gebruikte keuze is voor algemene toepassingen, bieden diverse gespecialiseerde legeringen superieure sterkte en prestatie-eigenschappen die nodig zijn voor veeleisendere functies. Deze materialen worden gekozen wanneer standaardlegeringen niet voldoen aan de mechanische, thermische of slijtvastheidsvereisten van het onderdeel. De selectie houdt een zorgvuldige analyse in van de afwegingen tussen uiteindelijke sterkte, gijsbaarheid en andere kritieke eigenschappen.

De sterkste opties komen vaak uit de 200-serie of gespecialiseerde zink-aluminium (ZA) families. Volgens General Foundry Service de 200-serie legeringen staan bekend om hun zeer hoge sterkte. Tegelijkertijd bieden ZA-legeringen zoals ZA-27 een treksterkte die aanzienlijk hoger kan zijn dan die van traditionele aluminiumlegeringen. Hieronder volgt een vergelijking van de toonaangevende opties voor hoogwaardige drukgiettoepassingen.

Bij het vergelijken van deze opties wordt A360 vaak gekozen wanneer een onderdeel moet functioneren in een extreme omgeving of bij verhoogde temperaturen zonder te falen. Zoals opgemerkt door Rapid Axis , het combineert sterkte, vervormbaarheid en corrosieweerstand, hoewel de gietmoeilijkheid betekent dat de geometrie van het onderdeel moet worden overwogen. B390 is de standaardkeuze voor toepassingen die worden gekenmerkt door slijtage en wrijving. Het hoge siliciumgehalte zorgt voor een hardheid die het bestand maakt tegen slijtende krachten, waardoor het ideaal is voor onderdelen van verbrandingsmotoren. Voor toepassingen die de allerhoogste sterkte vereisen, zijn de 200-serie en ZA-27 de belangrijkste kandidaten, hoewel deze meer gespecialiseerde gietkennis vereisen en mogelijk hogere kosten met zich meebrengen.

Het Geheim van Ultieme Sterkte: De Rol van Warmtebehandeling

Eenvoudig een hoogwaardige legering kiezen is slechts een deel van de oplossing. Voor veel aluminiumlegeringen, met name die uit de 200- en 300-serie gietlegeringen zoals 356 en 357, worden hun uiteindelijke mechanische eigenschappen vrijgegeven door warmtebehandeling. Dit metallurgische proces omvat gecontroleerd verwarmen en afkoelen om de microstructuur van het metaal te veranderen, wat leidt tot aanzienlijke toenames in hardheid, treksterkte en vloeisterkte.

Warmtebehandeling kan de afmetingen van een onderdeel stabiliseren, interne spanningen uit het gietproces wegnemen en de prestaties optimaliseren voor het eindgebruik. Het begrijpen van de verschillende warmtebehandelingscondities, of aanharden, is essentieel voor elke ingenieur die een hoogwaardig gegoten onderdeel specificeert. Deze aanharden worden aangeduid met een 'T' gevolgd door een cijfer.

De meest voorkomende aanharden voor het verhogen van de sterkte bij aluminiumgietstukken zijn:

• F (zoals gegoten): De toestand van de gietvulling direct na het stollen, zonder verdere thermische behandeling. De eigenschappen zijn basiswaarden en kunnen in de loop van tijd veranderen door natuurlijke veroudering.
• T5 (Kunstmatig verouderd): De gietvulling wordt afgekoeld vanaf de giettemperatuur en vervolgens onderworpen aan een laagtemperaturen-verouderingproces. Dit zorgt voor goede dimensionale stabiliteit en een matige toename van de sterkte.
• T6 (Oplossingswarmtebehandeld en kunstmatig verouderd): Dit is een tweestapsproces om maximale sterkte te bereiken. Eerst wordt de gietvulling verwarmd tot een hoge temperatuur om de legeringselementen op te lossen in een vaste oplossing, daarna snel gekoeld in een vloeistof om ze op hun plaats te 'vergrendelen'. Vervolgens wordt kunstmatig verouderd bij een lagere temperatuur om deze elementen te doen uitscheiden, wat het materiaal aanzienlijk harder en sterker maakt.
• T7 (Oplossingswarmtebehandeld en gestabiliseerd): Vergelijkbaar met T6, maar het uiteindelijke verouderingsproces vindt plaats bij een hogere temperatuur of gedurende een langere tijd. Hierdoor wordt de legering voorbij haar maximale hardheid gebracht om verbeterde dimensionale stabiliteit en spanningsverlaging te bieden, zij het met een lichte afname van de uiteindelijke sterkte in vergelijking met T6.

Door een T6- warmtebehandeling aan te geven, kan een ingenieur een matig sterke onderdelen gemaakt van een legering zoals 356 omzetten in een hoogwaardig constructieonderdeel dat veel grotere belastingen kan weerstaan.

Bovenop Sterkte: Kritische Factoren bij Legeringsselectie

Hoewel treksterkte een belangrijk aandachtspunt is, is dit zelden de enige factor die bepaalt of een legering succesvol is. Een holistische aanpak van materiaalkeuze is cruciaal, omdat het zich uitsluitend richten op sterkte kan leiden tot mislukkingen in verband met productie of blootstelling aan de omgeving. Verschillende andere eigenschappen moeten zorgvuldig worden beoordeeld om ervoor te zorgen dat de gekozen legering geschikt is voor zowel het productieproces als de eindtoepassing.

Belangrijk hierbij is gietbaarheid , wat verwijst naar hoe gemakkelijk een legering in een kwaliteitsonderdeel kan worden gevormd. Dit omvat weerstand tegen gebreken zoals warm scheuren (scheuren die ontstaan tijdens het stollen) en malhechting (het vastzitten van de legering aan de mal). Zoals uitgelegd door experts bij Gabrian , kunnen legeringen met slechte gietbaarheid leiden tot hogere afvalpercentages en hogere productiekosten. Een andere cruciale factor is corrosiebestendigheid . De bedrijfsomgeving van het onderdeel bepaalt het vereiste niveau van weerstand. Bijvoorbeeld: A360 heeft uitstekende corrosieweerstand, waardoor het geschikt is voor buitentoepassingen of maritieme toepassingen, terwijl A380 hierin slechts matig scoort.

Andere eigenschappen zoals druchtdichtheid (essentieel voor hydraulische componenten), slijtvastheid (voor onderdelen in bewegende contact), en machinaal verwerkbare moeten ook worden afgewogen. Om deze complexe keuze te ondersteunen, moeten ontwerpers de volgende vragen overwegen:

• Wat is de maximale bedrijfstemperatuur die het onderdeel zal ondervinden?
• Wordt het onderdeel blootgesteld aan corrosieve elementen zoals zout water, chemicaliën of strooizout?
• Moet het onderdeel drukdicht zijn om vloeistoffen of gassen in te sluiten?
• Welke secundaire afwerkingsprocessen, zoals anodiseren of schilderen, zijn vereist?
• Wat zijn de kostenbeperkingen voor het project?

Hoewel spuitgieten een uitstekend evenwicht biedt tussen sterkte, complexiteit en productiesnelheid, kunnen sommige toepassingen, met name in de veeleisende automobielsector, nog grotere sterkte of vermoeiingsweerstand vereisen, waardoor ontwerpers kiezen voor andere processen zoals smeden. Bijvoorbeeld specialisten in gesmede auto-onderdelen, zoals Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , gebruiken processen zoals heet smeden om robuuste onderdelen te produceren wanneer maximale materiaalintegriteit absoluut prioriteit heeft.

Veelgestelde Vragen

1. Wat is het sterkste aluminium voor spuitgieten?

De sterkste aluminiumlegeringen voor gietgieten zijn over het algemeen de 200-serie (aluminium-koper), die warmtebehandeld kunnen worden om zeer hoge mechanische eigenschappen te bereiken. Bovendien zijn zink-aluminium legeringen, in het bijzonder ZA-27, bekend als ongelooflijk sterk, met een treksterkte die aanzienlijk hoger kan zijn dan gewone aluminium gietlegeringen. Deze twee opties zijn echter moeilijker te gieten en zijn voorbehouden voor toepassingen met hoge prestaties waarbij maximale sterkte essentieel is.

2. Het is een onmogelijke zaak. Kan 6061 aluminium worden gegoten?

Hoewel 6061 een zeer populaire en sterke aluminiumlegering is, wordt het niet meestal gebruikt voor gietgietwerk onder hoge druk. De chemische samenstelling en de verhardingskenmerken maken het vatbaar voor gebreken zoals warm kraken onder de snelle koelingsomstandigheden van gietgietwerk onder hoge druk. Het wordt echter vaak gebruikt in andere gietprocessen zoals gravity die casting en sand casting, waar de koelingspercentages langzamer en beter gecontroleerd zijn.