Bacati aluminijum legure su ključni materijali u automobilskoj industriji, vazduhoplovstvo, Industrijske mašine, i potrošačka elektronika, cijenjene zbog svojih laganih svojstava (gustina 2,5–2,8 g/cm³), Odlična kavana, i podesivim mehaničkim performansama.
Na osnovu njihovih primarnih legirajućih elemenata, livene aluminijumske legure su međunarodno klasifikovane u četiri jezgra sistema: Al-si (aluminijum-silicijum), Al-Cu (aluminijum-bakar), Al-mg (aluminijum-magnezijum), i Al-Zn (aluminijum-cink).
Svaki sistem pokazuje različite karakteristike prilagođene specifičnim zahtjevima primjene, od vazduhoplovnih komponenti visoke čvrstoće do brodskih delova otpornih na koroziju.
Ovaj članak pruža sveobuhvatnu analizu njihove klasifikacije, Ključne svojstva, mehanizama za legiranje, i industrijske primjene—utemeljene u ASTM B179, ISO 3116, i drugim međunarodnim standardima.
1. Klasifikacija: četiri glavne porodice legura livenog aluminijuma
| Porodica | Tipična kompozicija (wt%) | Ključna svojstva | Tipične aplikacije |
| Al - Da (Aluminijum–Silicij) | I ≈ 7-12%; + minor Mg (≈0,2–0,6%), opciono With (do ~4%) | Odlična fluidnost i nisko skupljanje pri očvršćavanju; Dobra tavabilnost i obrada; dobra otpornost na habanje i termičku stabilnost (posebno hipereutektičke); očvrsne ako je prisutan Mg | Blokovi motora, Glave cilindra, Kućišta prenosa, Strukturne odljeve, livene komponente, klipovi (hipereutektički za nisko toplinsko širenje) |
| Al-Cu (Aluminijum–bakar) | Cu ≈ 3-10%; Si low (≤ ~2%); Mogući dodaci Mg/Mn | Visoka čvrstoća livenja i termičke obrade; superiorna čvrstoća na povišenim temperaturama i otpornost na puzanje (ojačanje padavina preko Al₂Cu) | Komponente motora na vrući kraj, Sjedala ventila, konstrukcijski odljevci visokog opterećenja i dijelovi koji rade na povišenim temperaturama |
| Al-mg (Aluminijum–Magnezijum) | Mg ≈ 3-6%; Si small (≈0,5–1,0%) opciono za pomoć pri zalivanju | Vrlo dobra otpornost na koroziju (odličan u morskoj vodi); niske gustine i dobre žilavosti; moguće jednofazne ili skoro jednofazne mikrostrukture | Morski hardver, podmorska kućišta, lagani strukturni dijelovi kod kojih su otpornost na koroziju i mala masa kritični |
| Al-Zn / Al-zn-mg (Sistemi koji sadrže cink) | Zn nekoliko težinskih % sa prisutnim Mg (Zn i Mg kombinovani za taložno očvršćavanje) | Vrlo visoka dostižna čvrstoća nakon tretmana rastvorom + starenje (T6); dobra specifična snaga | Preciznost, komponente visoke čvrstoće i strukturni dijelovi koji će biti tretirani rastvorom i stari (koristi se tamo gdje je potrebna maksimalna statička čvrstoća) |
2. Dominantna porodica u livenju — Al–Si legure
Tipična kompozicija & Mikrostruktura
- I: obično 7–12 tež.% u mnogim vrstama livenja; skoro eutektički (~12,6 mas% Si) kompozicije pokazuju najbolju fluidnost i najmanje skupljanje livenja.
- Ostali svrsishodni dodaci: Mg (≈0,3–0,6% u A356) za starosno otvrdnjavanje (Mg₂Si se taloži); Cu (u klipnim ili visokotemperaturnim legurama) za čvrstoću na povišenoj temperaturi;
U u radu na visokim temperaturama i hipereutektičkim legurama za kontrolu lomljivosti silicija. - Mikrostruktura kao livena: primarni α-Al dendriti plus eutektički silicijum (a + I).
U nemodifikovanim legurama eutektički Si je grub i pločast; nakon modifikacije Si postaje fin i vlaknast.
Eutektička modifikacija (svrha i agenti)
Gol: pretvoriti grubo, pločasti Si do fine vlaknaste morfologije koja poboljšava duktilnost, obradivost i otpornost na zamor.
- Natrijum (Na) — veoma efikasan modifikator, ali nestalan; zahtijeva zatvoreno doziranje i pažljivu kontrolu.
- Strontijum (Sr) — najrasprostranjeniji komercijalni modifikator; tipično doziranje 0.015–0,03 tež.%; predoziranje je neefikasno i može biti štetno.
- Antimon (Sb) — koristi se u kombinaciji sa Sr u nekim sistemima za stabilizaciju modifikacije.
- Rijetka zemlja — mali dodaci mogu stabilizirati i produžiti efekte modifikacije u nekim legurama.
Štetne nečistoće i njihova kontrola
- Gvožđe (FE) — uobičajena nečistoća koja se stvara tvrdo, krti intermetali (npr., FeAl₃, Al₉Fe₂Si₂) koji oštećuju odljevke i smanjuju završnu obradu površine i otpornost na koroziju.
Ublažavanje: add MN (≈0,3–0,5%) ili CR (≈0,1–0,2%) modificirati Fe faze u manje štetne morfologije (Al₆(FE,MN)), i kontrolisati otpadne sirovine. - Fosfor (Str) — reaguje sa Na i degradira modifikaciju; strogo kontrolisati sadržaj P punjenja peći.
- Sn/Pb — formiraju eutektiku niskog taljenja koja uzrokuje vruću kratkoću i izgaranje; zadržati < ~0,05% ako je moguće.
- Kalcijum (CA) — mogu formirati jedinjenja visokog topljenja koja smanjuju fluidnost i podstiču skupljanje; Ca kontrola < ~0,05% za dobru sposobnost livenja.
Reprezentativne legure za lijevanje Al–Si i primjene
- A356.0 / I AC-alsi7mg (≈Si 7,0–7,5%, Mg 0,3–0,5%) — široko rasprostranjen pijesak & legura za trajne kalupe; toplotni (T6); Aplikacije: blokovi motora, strukturna kućišta, točkovi.
- A357 — sličan A356, ali sa strožom kontrolom Fe i većim mehaničkim svojstvima.
- A319 / A380 (porodice za livenje pod pritiskom) — Al–Si–Cu legure za livenje pod pritiskom koje se koriste za kućišta automobilskih pumpi, HUBSOVI, Kućišta mjenjača.
- Hipereutektički Al–Si (I > 12%) — koristi se za klipove i klizne aplikacije zbog vrlo niskog toplinskog širenja i dobrog ponašanja pri habanju (često legiran sa Ni/rijetkim zemljama radi smanjenja krhkosti). Primjer kompozicije: AlSi12Cu2Mg za visokotemperaturne legure klipova.
3. Al-Cu livene legure — visoka čvrstoća i sposobnost za povišene temperature
Metalurgija & performans
- Snaga proizlazi iz Al₂cu (th) precipitati koji nastaju starenjem; Cu promoviše visoku čvrstoću pri livenju i termički obrađenu i dobru otpornost na puzanje na povišenim temperaturama.
- Kompromis: Cu povećava sklonost toplotnoj kratkoći, segregacija i skupljanje tokom skrućivanja; praksa kastinga mora ih riješiti.
Tipične kompozicije & koristi
- Livene legure sa visokim sadržajem Cu (npr., Al–Cu sa 3–10% Cu): koristi se za ventile, sjedala, i komponente koje zahtijevaju termičku stabilnost i mehaničku čvrstoću na povišenoj temperaturi.
- Višekomponentno jačanje (dodatak Mn, Mg, itd.) može proizvesti složene disperzije koje poboljšavaju i čvrstoću i obradivost u vrućem stanju.
4. Al-Mg livene legure — otpornost na koroziju i mala težina
Ključni atributi
- Mg 3–6 tež.% u livenim varijantama proizvodi Al₃Mg₂ faze; kada se pravilno obradi, mnoge Al-Mg livene legure imaju odličnu otpornost na koroziju (posebno u pomorstvu, Hloridna okruženja) i manju gustinu od tipičnih Al-Si legura za livenje.
- Završna obrada površine i kvaliteta oksida su važni; Mg je sklon oksidaciji tokom topljenja, tako da je kontrola topljenja kritična.
Tipične aplikacije
- Morske komponente, plutajuće strukture, kućišta otporna na koroziju i lagani dijelovi gdje je potrebna visoka specifična otpornost na koroziju i umjerena čvrstoća.
Obrada bilješki
- Koristite kontroliranu atmosferu ili fluksiranje, minimizirajte turbulenciju kako biste smanjili šljaku i prikupljanje vodonika, i često dodaju mali Si radi poboljšanja mogućnosti livenja.
5. Al-Zn (uključujući Al–Zn–Mg) livene legure — visoka čvrstoća nakon termičke obrade
Karakteristike
- ZN (često uparen sa Mg) pruža sistem legure koji dobro reaguje na tretman rastvora i starenje (T6) izrada vrlo visok popuštanje i vlačna čvrstoća.
- Proizvodnost kao livena je manje prihvatljiva (veća sklonost ka poroznosti i vrućem kidanju) pa je potrebna pažljiva kontrola zatvaranja i očvršćavanja.
Prijave
- Preciznost, dijelovi visoke čvrstoće kod kojih je toplinska obrada nakon livenja prihvatljiva — vazduhoplovna oprema i neke precizne instrumentalne komponente.
6. Usporedna sposobnost livenja i smjernice za odabir
| Porodica legure | Castibilnost | Tipična snaga (as-cast / T6) | Korozija | Tipične najbolje upotrebe |
| Al - Da | Odličan (najbolje) | Umjereno → dobro (T6 se poboljšava) | Dobro | Opći odljevci, blokovi motora, Kućišta, točkovi |
| Al-Cu | Pošteno → izazovno | Visoko; dobra povišena-T snaga | Umjeren | Komponente motora, ventili, vrući radni dijelovi |
| Al-mg | Umjeren (potrebna kontrola topljenja) | Umjeren | Odličan (marine) | Marinac, lagan, dijelovi otporni na koroziju |
| Al-Zn / Al-zn-mg | Umjereno do loše kao live; bolje nakon termičke obrade | Vrlo visoka nakon T6 | Varijabla; često niži od Al–Mg | Preciznost, dijelovi visoke čvrstoće nakon starenja |
7. Toplinska obrada livenog aluminijuma — praktična pravila
Toplinska obrada je glavni alat za pretvaranje lijevane aluminijske mikrostrukture u kontroliranu, u ispravnom stanju.
Za livene legure, zajednički ciljevi su:
(1) povećati snagu obradom rastvorom + utapati + starenje (T-tretmani);
(2) smanjiti segregaciju i hemijsku nehomogenost homogenizacijom;
(3) ublažavaju naprezanja livenja i vraćaju duktilnost žarenjem;
(4) stabiliziraju mikrostrukturu za stabilnost dimenzija u radu.
Tipični prozori za tretman (praktična referenca)
(Vrijednosti su inženjerske smjernice; provjeriti kod dobavljača legure i standarda proizvoda za tačne režime.)
| Tretman | Tipična temperatura (° C) | Tipično vrijeme namakanja | Tipične legure / bilješke |
| Homogenizacija | 420-520 ° C | 2–12 h (zavisno od debljine) | Korisno za velike Al–Cu odljevke i neke Al–Si legure s visokim sadržajem Cu |
| Liječenje rješenja | 480-520 ° C | 1–6 h (zavisno od sekcije) | Al–Si–Mg (A356/A357): ~495 °C; Al-Cu legure često ~495–505 °C |
| Utapati | voda (~20–40 °C) ili gašenje polimera | odmah; minimizirati vrijeme između peći i gašenja | Ozbiljnost gašenja kritična za T6 odgovor; teškim presjecima je potrebno modeliranje gašenja |
Vještačko starenje (T6) |
150–185 °C | 4–12 h (zavisi od legure & željena svojstva) | A356 T6: tipična 160–180 °C tokom 4–8 h; Al–Zn–Mg legure variraju – slijede specifikacije |
| Stabiliziranje / T7 (prestarost) | 170-200 ° C | duže starenje (npr., 8–24 h) | Koristi se tamo gde je termička stabilnost > servisna temp (manja vršna snaga, više stabilnosti) |
| Anneal / olakšanje stresa | 300-400 ° C (niska) | 0.5-2 h | Za oporavak duktilnosti i ublažavanje naprezanja; izbjegavajte zadržavanje u rasponima koji formiraju sigmu (nije primjenjivo za većinu Al) |
Važan: Skala vremena namakanja sa veličinom sekcije. Koristite proračune toplinske mase ili karte dobavljača da odredite vrijeme zadržavanja za određene poprečne presjeke livenja.
Uobičajeni nedostaci termičke obrade i prevencija
- Nedovoljno rješenje (niske temperature / kratko vrijeme) → nepotpuno rastvaranje rastvorljivih faza; rezultira nižim odgovorom na starost i lošim mehaničkim svojstvima.
Prevencija: pratite vremensko-temperaturne profile prilagođene veličini sekcije; koristite termoelemente ili simulaciju da provjerite natapanje. - Prekomjerno rješavanje (temperatura previsoka / predugo) → početno taljenje eutektičkih faza niskog taljenja (posebno u legurama sa visokim sadržajem Cu) i grubljenje zrna.
Prevencija: pridržavajte se max T i izbjegavajte pregrijavanje; koristite kontrolu peći & grafikoni. - Ugasite pucanje / izobličenje → prekomerni toplotni gradijent ili ograničenje tokom gašenja.
Prevencija: dizajn čvora, koristite postupno ili polimerno gašenje za vrlo velike dijelove; omogućavaju kontroliranu ekstrakciju topline. - Umekšavanje starosti u službi → ako se servis približi temperaturi starenja, dolazi do preranog omekšavanja.
Prevencija: izaberite T7/prestarjelo stanje, ili odaberite termički stabilniju leguru (Ni-stabilizovan) za povišeni T. - Površinska korozija nakon termičke obrade → ostaci soli za gašenje ili kontaminirana voda mogu napasti aluminijum.
Prevencija: odmah temeljno čišćenje (dejonizovana voda), neutralizirati gašenje soli, i primijeniti zaštitnu konverziju ili premaze.
Posebna razmatranja porodice legura
- Al–Si–Mg (npr., A356/A357): zajednički T6: rastvor ~495 °C, utapati, starost 160–180 °C.
Podložan efektima poroznosti; termička obrada poboljšava snagu, ali zarobljeni plin može smanjiti mehaničku efikasnost. - Al-Cu legure: zahtijevaju homogenizaciju za velike odljevke kako bi se smanjila segregacija prije rastvaranja; pažljiva kontrola kako bi se izbjeglo početno topljenje sastojaka niskog taljenja.
- Al–Zn–Mg legure: vrlo osjetljiv na T6, ali vrlo osjetljiv na gašenje; rizik od pucanja korozije pod naprezanjem ako postoji nepravilan redoslijed starenja/gašenja i zaostala naprezanja — kontrolirajte nivoe nečistoća i ublažavanje naprezanja.
- Al-Mg legure: mnogi se ne očvršćavaju na padavinama (ili samo minimalno); toplinska obrada se fokusira na žarenje/olakšavanje stresa, a ne na jačanje T6.
8. Praktični primjeri legura i prilagođavanje primjenama
- General structural, termički obrađeni odljevci: A356/A357 (Al–Si–Mg) — kućišta motora, zupčanici, dijelovi kotača.
- Konstruktivni dijelovi liveni pod pritiskom (automobilski): A380 / A319 porodica (Al-Si-Cu liveni pod pritiskom) — kućišta pumpe, kućišta mjenjača, HUBSOVI.
- Visokotemperaturni klipovi / dijelovi niske ekspanzije: Hipereutektički Al–Si (Si 12–18 mas%) sa dodacima Ni/RE — klipovi, Precizni ležajevi.
- Marinac / kritičan prema koroziji: Al–Mg lijevane varijante (Mg 3–6 tež.%) — armature i kućišta za morsku vodu.
- Visoka čvrstoća, termički obrađeni dijelovi: Al–Zn–Mg livene legure (podliježu tretmanu T6) — precizne komponente koje zahtijevaju visoku statičku čvrstoću.
9. Zaključci
Legure livenog aluminijuma su svestrana porodica koja se može podesiti u širokom rasponu mehaničkih, termičke i korozijske performanse promišljenim odabirom legure, Praksa, modifikacija, termička obrada i oblikovanje.
Al-Si legure su okosnica svijeta livenog aluminija jer spajaju superiornu sposobnost livenja s dobrim mehaničkim performansama i odzivom na toplinsku obradu.
Al-Cu i Al-Zn sistemi obezbeđuju veću čvrstoću i otpornost na toplotu po cenu mogućnosti livenja; Al-mg legure su nezamjenjive tamo gdje su otpornost na koroziju i mala gustina najvažniji.
Za pouzdane performanse komponenti, spojite odgovarajući izbor legure (koristiti priznate međunarodne oznake kao npr A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg itd.) sa strogom kontrolom nečistoća, ispravna praksa modifikacije za porodice Al–Si (Mr/Na) i pravi put livenja/termičke obrade.
FAQs
Koja je najraširenija legura lijevanog aluminija?
A356.0 (Al-Series) je najčešće, što čini ~40% globalne proizvodnje livenog aluminijuma zbog svoje uravnotežene mogućnosti livenja, snaga, i otpornost na koroziju.
Koja legura lijevanog aluminija je najbolja za pomorsku primjenu?
535.0 (Al-Mg serija) nudi izuzetnu otpornost na koroziju u morskoj vodi (Stopa korozije <0.005 mm / godina) i lagana svojstva, što ga čini idealnim za pomorsku opremu.
Mogu li se legure Al-Cu koristiti za složene odljevke?
Ne—Al-Cu legure imaju lošu sposobnost livenja (niska fluidnost, Visoko skupljanje) i neprikladni su za složene geometrije. Koristite A356.0 ili A380.0 za složene dijelove koji zahtijevaju veliku čvrstoću.
Koja je termička obrada potrebna za Al-Zn-Mg legure?
Al-Zn-Mg legure (npr., 712.0) zahtijevaju toplinsku obradu T6 (Liječenje rješenja + vještačko starenje) da bi se postigla visoka čvrstoća - čvrstoća u livenom stanju je preniska (~180 MPa) i nije pogodan za praktičnu primjenu.
Kako poboljšati sposobnost livenja Al-Mg legura?
Dodajte 0,5–1,0% Si da biste formirali eutektičke faze, pojačaju fluidnost, i koristite zaštitu od inertnog gasa tokom topljenja da biste sprečili oksidaciju Mg.
