Kalıp Döküm İçin Temel Yüksek Mukavemetli Alüminyum Alaşımları

Özet

Die döküm için yüksek mukavemetli alüminyum alaşımlarının seçilmesi, nihai mukavemet ile üretilebilirlik arasında bir uzlaşma gerektirir. Maksimum mekanik mukavemet için 200 serisi alaşımlar ve ZA-27 gibi çinko-alüminyum alaşımları önde gelen adaylardır. Ancak A360 gibi alaşımlar, yüksek sıcaklıklarda mukavemet ve korozyon direnci açısından üstün bir denge sunar; B390 ise olağanüstü aşınma direnci sağlar. Nihai özellikler genellikle T6 gibi ısıl işlemlerle önemli ölçüde artırılır.

Die Döküm İçin Alüminyum Alaşım Ailelerini Anlamak

Belirli bir alaşım seçmeden önce, basınçlı dökümde kullanılan temel alüminyum alaşım ailelerini veya serileri hakkında bilgi sahibi olmak önemlidir. Alüminyum Birliği tarafından belirlenen bu seriler, alaşımları başlıca alaşımlama elementlerine göre gruplandırır ve bu da temel özelliklerini belirler. Bir mühendisin seçim süreci genellikle bu düzeyde başlar ve uygulamanın temel gereksinimlerine göre seçenekleri daraltır.

Her seri mekanik özellikler, döküm özellikleri ve maliyetler açısından farklı kombinasyonlar sunar. Örneğin, bir seri aşırı derecede yüksek mukavemet sağlayabilir ancak daha yaygın olan genel amaçlı bir seriye kıyasla dökümü daha zor ve maliyetli olabilir. Bu temel farklılıkları anlamak, bilinçli bir karar vermek açısından kilit öneme sahiptir.

Basınçlı dökümde en yaygın serilerin sunduğu belirgin avantajlar şunlardır:

• 2xx.x Serisi (Bakır): Alüminyum alaşımları arasında en yüksek mukavemeti sağlayan 200 serisi, daha yaygın olan 300 serisinin neredeyse iki katı kadar mekanik özellik elde edebilir. Ancak bu mukavemet, daha düşük korozyon direnci ve daha zor döküm imkânı pahasına elde edilir.
• 3xx.x Serisi (Silisyum + Bakır/Magnezyum): Die casting (kalıp döküm) için en popüler ve yaygın olarak kullanılan seri olup, A380 sektörün temel taşıdır. Bu alaşımlar, iyi dökülebilirlik, orta derece mukavemet ve maliyet etkinliği açısından mükemmel bir kombinasyon sunar ve çok çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir.
• 4xx.x Serisi (Silisyum): 413 gibi bu alaşımlar, üstün döküm akışkanlığı ve basınç sızdırmazlığı ile bilinir. Bu da onları hidrolik silindirler gibi sıvı veya gazı sızdırmadan içeren karmaşık parçalar veya bileşenler için ideal bir seçim haline getirir.
• 5xx.x Serisi (Magnezyum): 500 serisi, özellikle 518 gibi alaşımlarla birlikte, deniz ortamlarında mükemmel korozyon direnci ve üstün yüzey kaplama özelliklerine sahiptir. Estetik veya koruyucu amaçlarla anodize edilmesi gereken parçalar için en iyi seçimdir, ancak döküm sırasında sıcak çatlama eğilimi daha fazla olabilir.

En İyi Yüksek Mukavemetli Alaşımlar: Detaylı Karşılaştırma

380 alaşımı genel uygulamalar için en yaygın seçim olsa da, daha zorlu görevlerde gereken süperior mukavemet ve performans özelliklerini sağlayan birkaç özel alaşım vardır. Bu malzemeler, standart alaşımların bileşenin mekanik, termal veya aşınma direnci ihtiyaçlarını karşılayamadığı durumlarda tercih edilir. Seçim, nihai mukavemet, dökülebilirlik ve diğer kritik özellikler arasındaki ödünleşmelerin dikkatlice analiz edilmesini gerektirir.

En güçlü seçenekler genellikle 200 serisinden veya özel çinko-alüminyum (ZA) ailelerinden gelir. Şuna göre Genel Döküm Hizmeti 200 serisi alaşımlar, çok yüksek mukavemetle bilinir. Aynı zamanda ZA-27 gibi ZA alaşımları, geleneksel alüminyum alaşımlarından önemli ölçüde daha yüksek çekme mukavemeti sunabilir. Aşağıda, yüksek mukavemet gerektiren kalıp döküm uygulamaları için önde gelen alaşımların karşılaştırması yer almaktadır.

Bu seçenekleri karşılaştırırken, bir parçanın zorlu bir ortamda veya yüksek sıcaklıklarda çalışması gerektiğinde A360 sıklıkla tercih edilir. Şunun tarafından belirtildiği gibi Rapid Axis , çekme mukavemeti, süneklik ve korozyon direncini bir araya getirir ancak döküm zorluğu nedeniyle parça geometrisi dikkate alınmalıdır. B390, aşınma ve sürtünme ile tanımlanan uygulamalar için tercih edilen seçenektir. Yüksek silisyum içeriği, aşındırıcı etkilere karşı dayanmasını sağlayan bir sertlik kazandırır ve bu da onu içten yanmalı motor bileşenleri için ideal hale getirir. Mutlak en yüksek mukavemeti gerektiren uygulamalar için 200 serisi ve ZA-27 temel adaylardır ancak bunlar daha özelleşmiş döküm uzmanlığı gerektirir ve daha yüksek maliyetlerle ilişkili olabilir.

Nihai Mukavemenin Sırrı: Isıl İşlemenin Rolü

Yüksek mukavemetli bir alaşım seçmek yalnızca denklemin bir parçasıdır. Özellikle 356 ve 357 gibi 200 ve 300 serisi döküm alaşımlarında, nihai mekanik özellikleri sadece ısıl işlem ile elde edilir. Bu metalürjik süreç, metalin mikroyapısını değiştirmek amacıyla kontrollü ısıtma ve soğutma içerir ve bu sayede sertlik, çekme mukavemeti ve akma mukavemetinde önemli artışlar sağlanır.

Isıl işlem, bileşenin boyutlarını stabilize edebilir, döküm sürecinden kaynaklanan iç gerilmeleri giderir ve son kullanım uygulaması için performansını optimize eder. Yüksek performanslı döküm parça belirtirken farklı ısıl işlem koşullarını veya temperleri anlamak her mühendis için kritiktir. Bu temperler 'T' harfiyle başlayıp ardından gelen bir sayı ile ifade edilir.

Alüminyum dökümde mukavemeti artırmak için en yaygın kullanılan temperler şunları içerir:

• F (Döküm Halinde): Dökümün katılaştıktan hemen sonra, herhangi bir ek termal işlem uygulanmamış durumu. Özellikler temel seviyededir ve doğal yaşlanma ile zamanla değişebilir.
• T5 (Yapay Yaşlandırılmış): Döküm, döküm sıcaklığından soğutulduktan sonra düşük sıcaklıklı bir yaşlandırma işlemine tabi tutulur. Bu işlem iyi boyutsal kararlılık sağlar ve mukavemette orta derecede artışa neden olur.
• T6 (Çözelti Isıl İşlem Görmüş ve Yapay Yaşlandırılmış): Maksimum mukavemet elde etmek için iki aşamalı bir süreçtir. İlk olarak döküm, alaşım elementlerini katı çözelti içine eritecek şekilde yüksek sıcaklığa kadar ısıtılır, ardından bu elementleri sabitlemek amacıyla sıvı içinde hızla sertleştirilir (çabuk soğutulur). Daha sonra bu elementlerin çökelmesi için daha düşük bir sıcaklıkta yapay yaşlandırma yapılır; bu da malzemeyi önemli ölçüde sertleştirir ve güçlendirir.
• T7 (Çözelti Isıl İşlem Görmüş ve Stabilize Edilmiş): T6'ya benzer, ancak son yaşlandırma işlemi daha yüksek bir sıcaklıkta veya daha uzun süre gerçekleştirilmektedir. Bu, alaşımın maksimum sertliğinin ötesine geçerek boyutsal kararlılık ve gerilim gidermede iyileşme sağlar; ancak bunu, T6'ya kıyasla nihai mukavemette hafif bir azalmayla başarır.

Bir mühendis, 356 gibi bir alaşımdan yapılan orta derecede güçlü bir parçayı, çok daha büyük yükleri taşıyabilen yüksek performanslı bir yapısal bileşene dönüştürmek için T6 ısıl işlem belirtir.

Mukavemenin Ötesinde: Alaşım Seçiminde Kritik Faktörler

Çekme mukavemeti birincil kaygı olsa da, bir alaşımın başarısını belirleyen tek faktör nadiren olur. Sadece mukavemete odaklanmak, üretim veya çevresel etkilerle ilgili sorunlara yol açabileceği için malzeme seçiminde kapsamlı bir yaklaşım benimsenmelidir. Seçilen alaşımın hem üretim süreci hem de nihai kullanım açısından uygun olduğundan emin olmak için birkaç diğer özelliğin dikkatlice değerlendirilmesi gerekir.

Bu kriterler arasında öne çıkanlar şunlardır döküm kabiliyeti , alaşımın bir kaliteli parça haline getirilmesinin ne kadar kolay olduğunu ifade eder. Bu, katılaşma sırasında oluşan sıcak çatlaklara (katılaşırken meydana gelen yırtılmalar) ve kalıba yapışmaya (alaşımın kalıba yapışması) karşı direnç gibi kusurlara karşı direnci içerir. Uzmanların belirttiği gibi, Gabrian , kötü döküm kabiliyetine sahip alaşımlar daha yüksek hurda oranlarına ve artan üretim maliyetlerine yol açabilir. Bir diğer önemli faktör ise korozyona dayanıklılık . Parçanın çalışma ortamı, gerekli olan direnç seviyesini belirler. Örneğin, A360'ın mükemmel korozyon direnci vardır ve bu da onu dış mekân veya deniz uygulamaları için uygun hâle getirir; buna karşılık A380 bu konuda sadece vasattır.

Hidrolik bileşenler için kritik olan basınç sızdırmazlığı basınç sızdırmazlığı aşınma Direnci (hareket hâlindeki parçalar için) ve i̇şlenebilirlik aşınma direnci gibi diğer özellikler de dikkate alınmalıdır. Bu karmaşık kararı yönlendirmek için tasarımcılar aşağıdaki soruları göz önünde bulundurmalıdır:

• Bileşenin maruz kalacağı maksimum işletme sıcaklığı nedir?
• Parça tuzlu su, kimyasallar veya yol tuzu gibi korozif etkenlere maruz kalacak mı?
• Bileşen, sıvıları veya gazları içine almak için sızdırmaz mı olmalıdır?
• Anodize ya da boya gibi gerekli ikincil yüzey işleme operasyonları nelerdir?
• Proje için maliyet sınırlamaları nelerdir?

Kalıp döküm, mukavemet, karmaşıklık ve üretim hızı arasında mükemmel bir denge sunsa da, özellikle otomotiv sektörü gibi zorlu uygulamalarda daha yüksek mukavemet veya yorulma direnci gerekebilir; bu durum, tasarımcıları dövme gibi diğer süreçlere yöneltir. Örneğin, otomotiv dövme parça konusunda uzmanlaşmış şirketler Shaoyi (Ningbo) Metal Technology , maksimum malzeme bütünlüğünün en üst öncelik olduğu durumlarda sıcak dövme gibi süreçler kullanarak dayanıklı bileşenler üretir.

Sıkça Sorulan Sorular

1. Die casting için en güçlü alüminyum hangisidir?

Kalıp döküm için en güçlü alüminyum alaşımları genellikle 200 serisinde (alüminyum-bakır) bulunur ve bu alaşımlar çok yüksek mekanik özelliklere ulaşmak için ısıl işlem uygulanabilir. Ayrıca, özellikle ZA-27 olarak bilinen çinko-alüminyum alaşımları da yaygın alüminyum kalıp döküm alaşımlarından önemli ölçüde daha yüksek çekme mukavemetine sahip olmalarıyla tanınır. Ancak bu iki seçenek de döküm açısından daha zordur ve maksimum dayanıklılığın esas olduğu yüksek performanslı uygulamalar için saklıdır.

6061 alüminyum alaşımı kalıp döküm ile üretilebilir mi?

6061 oldukça popüler ve güçlü bir alüminyum alaşımı olmasına rağmen, genellikle yüksek basınçlı kalıp dökümde kullanılmaz. Kimyasal bileşimi ve katılaşma özellikleri, yüksek basınçlı kalıp dökümün hızlı soğuma koşulları altında sıcak çatlama gibi kusurlara yatkın hale getirir. Ancak daha yavaş ve daha kontrollü soğuma oranlarına sahip olan gravite kalıp döküm ve kum döküm gibi diğer döküm süreçlerinde yaygın olarak kullanılır.