Pomembne aluminijeve zlitine visoke trdnosti za litje v kalupe

POVZETEK

Izbira visoko trdnih aluminijevih zlitin za litje pod tlakom vključuje kompromis med končno trdnostjo in obdelovalnostjo. Za največjo mehansko trdnost so najbolj primerne zlitine serije 200 ter cinkovo-aluminijeve zlitine, kot je ZA-27. Vendar pa ponujajo zlitine, kot je A360, boljšo ravnovesje med trdnostjo pri višjih temperaturah in odpornostjo proti koroziji, medtem ko B390 zagotavlja izjemno odpornost proti obrabi. Končne lastnosti se pogosto znatno izboljšajo s toplotnimi obdelavami, kot je T6.

Razumevanje družin aluminijevih zlitin za litje pod tlakom

Preden izberete določeno zlitino, je pomembno razumeti glavne družine aluminijastih zlitin, označene kot serije, ki se uporabljajo pri litju pod tlakom. Te serije, ki jih določa združenje Aluminum Association, združujejo zlitine glede na njihove glavne zlitinske elemente, ki določajo njihove osnovne lastnosti. Inženirjev postopek izbire se pogosto začne na tej ravni, da zoži možnosti glede na osnovne zahteve aplikacije.

Vsaka serija ponuja drugačno kombinacijo mehanskih lastnosti, lastnosti litja in stroškov. Na primer, medtem ko ena serija zagotavlja izjemno trdnost, je morda težje in dražje odliti kot bolj običajna, univerzalna serija. Razumevanje teh temeljnih razlik je ključnega pomena za donošenje utemeljene odločitve.

Najpogostejše serije pri litju pod tlakom ponujajo značilne prednosti:

• 2xx.x Serija (Baker) Znano po najvišji trdnosti med aluminijevimi zlitinami, lahko serija 200-dih doseže mehanske lastnosti, ki so skoraj dvakrat višje kot pri pogostejši seriji 300-dih. Tej trdnosti pa sledi slabša odpornost proti koroziji in težja litost.
• serija 3xx.x (Silicij + baker/magnezij): To je najpogosteje uporabljena in najbolj razširjena serija za tlačno litje, pri čemer je A380 vodilna zlitina v industriji. Te zlitine ponujajo odlično kombinacijo dobre litne obdelave, zmernih trdnostnih lastnosti in ugodne cene, kar jih naredi primerne za širok spekter aplikacij.
• serija 4xx.x (Silicij): Te zlitine, kot je na primer 413, cenimo zaradi izjemne tekočine pri litju in tesnosti pod tlakom. To jih naredi idealno izbiro za zapletene dele ali komponente, ki morajo vsebovati tekočine ali pline brez puščanja, kot so hidravlični valji.
• serija 5xx.x (Magnezij): Serija 500, vključno z zlitinami, kot je 518, se izpostavlja po odlični odpornosti proti koroziji, zlasti v morskih okoljih, ter po izjemnih lastnostih površinskega zaključka. To je najboljša izbira za dele, ki jih je treba anodizirati zaradi estetskih ali zaščitnih namenov, čeprav je lahko bolj nagnjena k nastanku vročih razpok med litjem.

Najmočnejše zlitine: Podrobna primerjava

Čeprav je zlitina 380 najpogostejša izbira za splošne aplikacije, več posebnih zlitin ponuja nadrejene lastnosti trdnosti in zmogljivosti, ki so potrebne za zahtevnejše vloge. Te materiale izberemo, kadar standardne zlitine ne morejo izpolniti mehanskih, toplotnih ali obratovalnih zahtev sestavnega dela. Izbor vključuje previdno analizo kompromisov med končno trdnostjo, livnostjo in drugimi ključnimi lastnostmi.

Najmočnejše možnosti pogosto izvirajo iz serije 200 ali specializiranih cinkovo-aluminijastih (ZA) družin. Glede na Splošna litvarenska storitev , znanstveno znani kot 200-serijski zlitini, so zelo močni. Hkrati ZA zlitini, kot je ZA-27, ponujajo natezno trdnost, ki lahko bistveno presega trdnost tradicionalnih aluminijastih zlitin. Spodaj je primerjava najmočnejših kandidatov za uporabo v visoko trdnih die casting aplikacijah.

Pri primerjavi teh možnosti se pogosto izbere A360, kadar mora del delovati v hudem okolju ali pri povišanih temperaturah brez odpovedi. Kot je opazil Rapid Axis , združuje trdoto, duktilnost in odpornost proti koroziji, čeprav je treba zaradi težav pri litju upoštevati geometrijo dela. B390 je najprimernejša izbira za aplikacije, kjer prevladujeta obraba in trenje. Njena visoka vsebnost silicija zagotavlja trdoto, ki omogoča odpornost proti abrazivnim silam, kar jo naredi idealno za komponente motorjev z notranjim zgorevanjem. Za aplikacije, ki zahtevajo absolutno najvišjo trdnost, sta glavni kandidata serija 200 in ZA-27, vendar zahtevata specializiranejše znanje o litju in lahko pomenita višje stroške.

Skrivnost največje trdnosti: vloga toplotne obdelave

Preprosto izbira trdne zlitine je le del rešitve. Pri mnogih aluminijastih zlitinah, zlasti pri liteh zlitinah serij 200 in 300, kot sta 356 in 357, se njihove končne mehanske lastnosti odklenejo s toplotno obdelavo. Ta metalurški postopek vključuje nadzorovano segrevanje in hlajenje za spreminjanje mikrostrukture kovine, kar pripelje do znatnega povečanja trdote, natezne trdnosti in meje plastičnosti.

Toplotna obdelava lahko stabilizira mere komponente, odpravi notranje napetosti, nastale med litjem, in optimizira njeno zmogljivost za končno uporabo. Razumevanje različnih stanj toplotne obdelave, oz. temprov, je ključno za vsakega inženirja, ki določa visoko zmogljiv lite del. Ti tempri so označeni s črko 'T', ki ji sledi številka.

Najpogostejši tempri za povečanje trdnosti aluminijastih litin so:

• F (Surovo lite): Stanje litja neposredno po strjevanju brez dodatne toplotne obdelave. Lastnosti so osnovne in se lahko s časom spreminjajo zaradi naravnega staranja.
• T5 (Umetno starjeno): Litje se ohladi iz temperature litja in nato izpostavi nizkotemperaturnemu postopku starjenja. To zagotovi dobro dimenzijsko stabilnost in zmerno povečanje trdnosti.
• T6 (Toplotno obdelano v rešilni fazi in umetno starjeno): To je dvostopenjski postopek za doseg največje trdnosti. Najprej se litje segreje na visoko temperaturo, da se zlitinski elementi raztopijo v trdni raztopini, nato pa se hitro zakali v tekočini, da se ti zaklenejo na mestu. Nato se umetno starji pri nižji temperaturi, da se ti elementi izločijo, kar znatno utrdi in okrepi material.
• T7 (Toplotno obdelano v rešilni fazi in stabilizirano): Podobno kot pri T6, vendar se končni proces staranja izvaja pri višji temperaturi ali dlje časa. To zlitino prenese čez največjo trdoto, da zagotovi izboljšano dimenzijsko stabilnost in razbremenitev od napetosti, čeprav z nekoliko nižjo končno trdnostjo v primerjavi s T6.

Z določitvijo toplotne obdelave T6 lahko inženir pretvori zmerno trdno del iz zlitine, kot je 356, v visoko zmogljiv strukturni element, ki lahko prenese veliko večje obremenitve.

Poleg trdnosti: ključni dejavniki pri izbiri zlitine

Čeprav je natezna trdnost glavna skrb, redko edini dejavnik, ki določa uspeh zlitine. Pri izbiri materiala je bistven pristop celovite ocene, saj se osredotočanje izključno na trdnost lahko konča s podaji zaradi proizvodnih pogojev ali vplivov okolja. Več drugih lastnosti je treba skrbno ovrednotiti, da se zagotovi, da bo izbrana zlitina primerna tako za proizvodni proces kot za končno uporabo.

Ključna med njimi je lije nost , kar se nanaša na to, kako enostavno se lahko zlitina oblikuje v kakovosten del. Vključuje odpornost proti napakam, kot sta vroče razpokanje (počitki, ki nastanejo med strjevanjem) in zalepljenost kalupa (zlitina se prilepi na kalup). Kot podrobno pojasnjujejo strokovnjaki pri Gabrian , lahko zlitine s slabimi livarskimi lastnostmi povzročijo višje deleže odpadkov in povečane proizvodne stroške. Drug dejavnik je korozivna odpornost . Delovno okolje dela določa stopnjo zahtevane odpornosti. Na primer, A360 ima odlično odpornost proti koroziji, zaradi česar je primeren za uporabo v prostem zraku ali morskih aplikacijah, medtem ko je A380 v tem pogledu le povprečen.

Tudi druge lastnosti, kot so tesnost proti tlaku (pomembno za hidravlične komponente), odpornost proti obrabi (za dele v gibanju stiku) in delati morajo biti ustrezno upoštevane. Za usmerjanje pri tej zapleteni odločitvi bi morali konstruktorji razmisliti o naslednjih vprašanjih:

• Kolikšna je najvišja obratovalna temperatura, ki jo bo sestavni del izpostavljen?
• Bo del izpostavljen korozivnim elementom, kot so morska voda, kemikalije ali cestna sol?
• Mora biti komponenta tesna na tlak, da zadrži tekočine ali pline?
• Katera sekundarna dokončna obdelava, kot so anodizacija ali barvanje, je zahtevana?
• Kakšni so omejitve stroškov za projekt?

Čeprav litje pod tlakom ponuja odlično ravnovesje med trdnostjo, zapletenostjo in hitrostjo proizvodnje, nekatere aplikacije, zlasti v zahtevnem avtomobilskem sektorju, morda zahtevajo še večjo trdnost ali odpornost proti utrujanju, kar poganja konstruktorje proti drugim postopkom, kot je kovanje. Na primer, strokovnjaki za kovane avtomobilske dele, kot je Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , uporabljajo postopke, kot je vroče kovanje, za izdelavo robustnih komponent, kadar je najvišja možna celovitost materiala absolutna prednost.

Pogosta vprašanja

1. Kateri aluminij je najtrdnejši za litje pod tlakom?

Najtrši aluminijevi zlitini za litje pod tlakom spadajo ponavadi v serijo 200 (aluminij-baker), ki jih je mogoče toplotno obdelovati, da dosežejo zelo visoke mehanske lastnosti. Poleg tega so cinkovo-aluminijeve zlitine, zlasti ZA-27, znane po izjemni trdnosti, saj imajo natezno trdnost, ki lahko bistveno presega trdnost običajnih aluminijastih zlitin za litje pod tlakom. Obe možnosti pa sta težji za litje in se uporabljata le za visoko zmogljive aplikacije, kjer je ključna maksimalna trdnost.

2. Ali je mogoče litje pod tlakom izvajati z aluminijem 6061?

Čeprav je 6061 zelo pogost in trd aluminijev zlitin, se ga običajno ne uporablja za litje pod visokim tlakom. Njegova kemična sestava in lastnosti strjevanja ga naredijo nagnjenega napakam, kot je razpokanje ob visoki temperaturi, pri hitrem hlajenju, ki nastopa pri litju pod visokim tlakom. Vendar se pogosto uporablja pri drugih postopkih litja, kot sta gravitacijsko litje in litje v peščene forme, kjer so hitrosti hlajenja počasnejše in bolj nadzorovane.