بازی کردن الومینیوم آلیاژها مواد محوری در خودرو هستند, هوا و فضا, ماشین آلات صنعتی, و الکترونیک مصرف کننده, به دلیل خواص سبک وزن آنها ارزشمند است (چگالی 2.5-2.8 g/cm³), قابلیت بازیگری عالی, و عملکرد مکانیکی قابل تنظیم.
بر اساس عناصر آلیاژی اولیه آنها, آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری در سطح بین المللی به چهار سیستم هسته طبقه بندی می شوند: ال سی (آلومینیوم-سیلیکون), الکو (آلومینیوم-مس), ال مگ (آلومینیوم منیزیم), وت الذن (آلومینیوم-روی).
هر سیستم ویژگی های متمایز متناسب با نیازهای کاربردی خاص را نشان می دهد, از قطعات هوافضایی با مقاومت بالا گرفته تا قطعات دریایی مقاوم در برابر خوردگی.
این مقاله تجزیه و تحلیل جامعی از طبقه بندی آنها ارائه می دهد, خصوصیات کلیدی, مکانیزم های آلیاژی, و کاربردهای صنعتی - مبتنی بر ASTM B179, ISO 3116, و سایر استانداردهای بین المللی.
1. طبقه بندی: چهار خانواده اصلی از آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری
| خانواده | ترکیب معمولی (وزنی ٪) | خواص کلیدی | برنامه های معمولی |
| آل - بله (آلومینیوم – سیلیکون) | و ≈ 7-12 ٪; + منیزیم جزئی (≈0.2-0.6٪), اختیاری با (تا 4%) | سیالیت عالی و انقباض کم انجماد; قابلیت بازیگری خوب و ماشینکاری; سایش خوب و پایداری حرارتی (به خصوص هایپریوتکتیک); در صورت وجود منیزیم قابل افزایش سن است | بلوک موتور, سرهای سیلندر, محورهای گیربکس, ریخته گری های ساختاری, اجزای دایکاست, پیستون (هایپریوتکتیک برای انبساط حرارتی کم) |
| الو (آلومینیوم – مس) | مس ≈ 3-10 ٪; سی کم (≤ ~ 2٪); افزودن Mg/Mn امکان پذیر است | استحکام بالا به عنوان ریخته گری و قابل عملیات حرارتی; استحکام بالاتر در دمای بالا و مقاومت در برابر خزش (تقویت بارش از طریق Al2Cu) | اجزای موتور داغ, صندلی های دریچه, ریخته گری های سازه ای با بار بالا و قطعاتی که در دماهای بالا کار می کنند |
| ال MG (آلومینیوم – منیزیم) | Mg ≈ 3-6 ٪; سی کوچک (≈0.5-1.0٪) اختیاری برای کمک به ریخته گری | مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوب (عالی در آب دریا); چگالی کم و چقرمگی خوب; ریزساختارهای تک فاز یا نزدیک به تک فاز ممکن است | سخت افزار دریایی, مسکن های زیر دریا, قطعات ساختاری سبک وزن که در آن مقاومت در برابر خوردگی و جرم کم بسیار مهم است |
| ال زین / zn -mg (سیستم های حاوی روی) | روی چند درصد وزنی با منیزیم موجود است (روی و منیزیم برای سخت شدن رسوبی ترکیب شده اند) | استحکام قابل دستیابی بسیار بالا پس از درمان محلول + پیری (t6); قدرت خاص خوب | دقت, اجزا و قطعات ساختاری با استحکام بالا که با محلول درمان و پیر می شوند (در جایی استفاده می شود که حداکثر استحکام استاتیکی مورد نیاز است) |
2. خانواده غالب در ریخته گری - آلیاژهای Al-Si
ترکیب معمولی & ساختار
- وت: به طور معمول 7-12 درصد وزنی در بسیاری از درجه های ریخته گری; نزدیک به یوتکتیک (~12.6 درصد وزنی Si) ترکیبات بهترین سیالیت و کمترین انقباض ریخته گری را نشان می دهند.
- سایر اضافات هدفمند: مگس (≈0.3-0.6٪ در A356) برای سخت شدن سن (Mg2Si رسوب می کند); مس (در پیستون یا آلیاژهای با دمای بالا) برای استحکام در دمای بالا;
در در خدمات با دمای بالا و آلیاژهای هایپریوتکتیک برای کنترل شکنندگی سیلیکون. - ریزساختار به عنوان ریخته گری: اولیه α-Al دندریت به اضافه سیلیکون یوتکتیک (بوها + وت).
در آلیاژهای اصلاح نشده یوتکتیک Si درشت و صفحه مانند است; پس از اصلاح، Si ریز و فیبری می شود.
اصلاح یوتکتیک (هدف و عوامل)
هدف: تبدیل درشت, Si پلیت به مورفولوژی فیبری ریز که شکل پذیری را بهبود می بخشد, ماشینکاری و مقاومت در برابر خستگی.
- سدیم (سد) - اصلاح کننده بسیار موثر اما فرار; نیاز به دوز مهر و موم شده و کنترل دقیق دارد.
- استرانتیوم (SR) - پرکاربردترین اصلاح کننده تجاری; دوز معمولی 0.015-0.03 درصد وزنی; مصرف بیش از حد بی اثر است و می تواند مضر باشد.
- عیاشی (SB) - در ترکیب با Sr در برخی سیستم ها برای تثبیت اصلاح استفاده می شود.
- زمین های نادر - افزودنی های کوچک می توانند اثرات اصلاحی را در برخی از آلیاژها تثبیت و طولانی کنند.
ناخالصی های مضر و کنترل آنها
- اتو کردن (با) - ناخالصی ولگرد معمولی که به سختی شکل می گیرد, بین فلزات شکننده (به عنوان مثال, FeAl3, Al₉Fe2Si2) که قطعات ریخته گری را شکننده می کند و سطح و مقاومت در برابر خوردگی را کاهش می دهد.
کاهش: اضافه کردن منگنه (≈0.3-0.5٪) یا کلوچه (≈0.1-0.2٪) برای تغییر فازهای آهن به مورفولوژی های کمتر مضر (ال₆(با,منگنه)), و مواد اولیه قراضه را کنترل کنید. - فسفر (پ) - با Na واکنش می دهد و اصلاح را کاهش می دهد; محتوای P شارژ کوره را به شدت کنترل کنید.
- Sn/Pb - تشکیل یوتکتیک با ذوب کم که باعث کوتاهی گرم و سوختگی می شود; نگه دارید < در صورت امکان 0.05٪.
- کلسیم (کله) - می تواند ترکیباتی با ذوب بالا تشکیل دهد که سیالیت را کاهش می دهد و انقباض را افزایش می دهد; کنترل Ca < ~ 0.05٪ برای ریخته گری خوب.
نماینده آلیاژها و کاربردهای ریخته گری Al-Si
- A356.0 / و AC-ALSI7mg (≈Si 7.0-7.5٪, Mg 0.3-0.5٪) - ماسه پر استفاده & آلیاژ قالب دائمی; قابل درمان با گرما (t6); برنامه: بلوک موتور, مسکن های سازه ای, چرخ.
- A357 - مشابه A356 اما با کنترل شدیدتر آهن و خواص مکانیکی بالاتر.
- A319 / A380 (خانواده های دایکاست) - آلیاژهای ریخته گری Al-Si-Cu مورد استفاده برای محفظه پمپ خودرو, قطب های چرخ, جعبه دنده.
- Hypereutectic Al-Si (وت > 12%) - به دلیل انبساط حرارتی بسیار کم و رفتار سایش خوب برای پیستون ها و کاربردهای کشویی استفاده می شود (اغلب با نیکل/خاکی کمیاب برای کاهش شکنندگی آلیاژ می شود). ترکیب نمونه: AlSi12Cu2Mg برای آلیاژهای پیستونی با دمای بالا.
3. آلیاژهای ریخته گری Al-Cu - استحکام بالا و قابلیت دمای بالا
متالورژی & عمل
- قدرت ناشی از al₂cu (دومین) رسوباتی که در پیری ایجاد می شوند; مس باعث افزایش استحکام در قالب ریختگی و عملیات حرارتی و مقاومت خوب در برابر خزش در دماهای بالا می شود.
- معامله کردن: مس تمایل به کوتاهی گرم را افزایش می دهد, جداسازی و انقباض در طول انجماد; تمرین ریخته گری باید به این موارد بپردازد.
ترکیبات معمولی & کاربردهای
- آلیاژهای ریخته گری با مس بالا (به عنوان مثال, Al–Cu با 3-10٪ مس): برای شیرآلات استفاده می شود, صندلی, و قطعاتی که به پایداری حرارتی و استحکام مکانیکی در دمای بالا نیاز دارند.
- تقویت چند جزئی (افزودن منگنز, مگس, و غیره) می تواند پراکندگی های پیچیده ای تولید کند که هم استحکام و هم کارایی گرم را بهبود می بخشد.
4. آلیاژهای ریختگی Al-Mg - مقاومت در برابر خوردگی و سبک وزن
ویژگی های کلیدی
- Mg 3-6 wt٪ در انواع ریخته گری فازهای Al3Mg2 تولید می کند; زمانی که به درستی پردازش شود, بسیاری از آلیاژهای ریختگی Al-Mg مقاومت در برابر خوردگی عالی دارند (به ویژه در دریا, محیط های تحمل کلرید) و چگالی کمتری نسبت به آلیاژهای معمولی ریخته گری Al-Si.
- پرداخت سطح و کیفیت اکسید مهم هستند; منیزیم در طول ذوب مستعد اکسیداسیون است بنابراین کنترل مذاب بسیار مهم است.
برنامه های معمولی
- اجزای دریایی, سازه های شناور, محفظه های مقاوم در برابر خوردگی و قطعات سبک وزن که در آنها مقاومت خوردگی خاص و استحکام متوسط مورد نیاز است..
پردازش یادداشت ها
- از اتمسفر یا جریان کنترل شده استفاده کنید, تلاطم را به حداقل برسانید تا پسماندها و جذب هیدروژن را کاهش دهید, و اغلب Si کوچک را برای بهبود قابلیت ریخته گری اضافه می کنند.
5. ال زین (از جمله Al–Zn–Mg) آلیاژهای ریخته گری - استحکام بالا پس از عملیات حرارتی
خصوصیات
- روی (اغلب با Mg جفت می شود) یک سیستم آلیاژی ارائه می دهد که به خوبی به درمان محلول و پیری پاسخ می دهد (t6) تولید کننده تسلیم و استحکام کششی بسیار بالا.
- قابلیت ساخت به صورت ریختهگری چندان دوستانه نیست (تمایل بیشتر به تخلخل و پارگی گرم) بنابراین کنترل دقیق دروازه و انجماد مورد نیاز است.
برنامه
- دقت, قطعات با استحکام بالا که عملیات حرارتی پس از ریخته گری قابل قبول است - اتصالات هوافضا و برخی از اجزای ابزار دقیق.
6. قابلیت ریخته گری مقایسه ای و راهنمای انتخاب
| خانواده آلیاژی | قابلیت استفاده | قدرت معمولی (دارای بازار بی نظیر / t6) | خوردگی | بهترین استفاده های معمولی |
| آل - بله | عالی (بهترین) | متوسط → خوب (T6 بهبود می یابد) | خوب | ریخته گری عمومی, بلوک موتور, محوطه, چرخ |
| الو | منصفانه → چالش برانگیز | عالی; استحکام T بالا بالا | معتاد | اجزای موتور, دریچه, قطعات کار گرم |
| ال MG | معتاد (کنترل ذوب مورد نیاز است) | معتاد | عالی (دریایی) | دریایی, سبک وزن, قطعات مقاوم در برابر خوردگی |
| ال زین / zn -mg | متوسط تا ضعیف به عنوان بازیگر; بعد از عملیات حرارتی بهتر است | بعد از T6 بسیار زیاد است | متغیر; اغلب کمتر از Al-Mg است | دقت, قطعات با استحکام بالا پس از پیری |
7. عملیات حرارتی آلومینیوم ریخته گری - قوانین عملی
عملیات حرارتی ابزار اصلی برای تبدیل ریزساختار آلومینیومی ریختهگری شده به یک ساختار کنترلشده است, وضعیت قابل سرویس.
برای آلیاژهای ریخته گری, اهداف مشترک هستند:
(1) افزایش قدرت با استفاده از محلول + خاموش کردن + پیری (درمان های تی);
(2) کاهش تفکیک و ناهمگنی شیمیایی با همگن سازی;
(3) کاهش تنش های ریخته گری و بازیابی شکل پذیری با بازپخت;
(4) تثبیت ریزساختار برای ثبات ابعادی در سرویس.
پنجره های درمانی معمولی (مرجع عملی)
(ارزش ها راهنمایی مهندسی هستند; با تامین کننده آلیاژ و استاندارد محصول برای رژیم های دقیق تأیید کنید.)
| درمان | دمای معمولی (درجه سانتیگراد) | زمان خیساندن معمولی | آلیاژهای معمولی / یادداشت ها |
| همگن سازی | 420-520 درجه سانتیگراد | 2-12 ساعت (وابسته به ضخامت) | برای ریختهگریهای بزرگ Al-Cu و برخی آلیاژهای Al-Si با Cu بالا مفید است |
| درمان راه حل | 480-520 درجه سانتیگراد | 1-6 ساعت (وابسته به بخش) | Al-Si-Mg (A356/A357): ~495 درجه سانتیگراد; آلیاژهای Al-Cu اغلب ~495-505 درجه سانتیگراد هستند |
| خاموش کردن | اب (~20-40 درجه سانتیگراد) یا کوئنچ پلیمری | فوری; زمان بین کوره و خاموش کردن را به حداقل برسانید | شدت خاموش کردن برای پاسخ T6 حیاتی است; بخش های سنگین نیاز به مدل سازی کوئنچ دارند |
پیری مصنوعی (t6) |
150-185 درجه سانتیگراد | 4-12 ساعت (بستگی به آلیاژ دارد & خواص مورد نظر) | A356 T6: معمولاً 160-180 درجه سانتیگراد برای 4-8 ساعت; آلیاژهای Al-Zn-Mg متفاوت هستند-از مشخصات پیروی کنید |
| تثبیت کننده / t7 (سن بالا) | 170-200 درجه سانتیگراد | پیری طولانی تر (به عنوان مثال, 8-24 ساعت) | در جاهایی که پایداری حرارتی است استفاده می شود > دمای سرویس اولویت بندی شده است (قدرت اوج کمتر, ثبات بیشتر) |
| آنیل / تسکین استرس | 300-400 درجه سانتیگراد (کم) | 0.5- 2 ساعت | برای بازیابی شکل پذیری و کاهش استرس; از ساکن شدن در محدوده های تشکیل دهنده سیگما خودداری کنید (برای اکثر Al قابل اجرا نیست) |
مهم: مقیاس زمان خیساندن با اندازه بخش. از محاسبات جرم حرارتی یا نمودارهای تامین کننده برای تعیین زمان نگهداری برای مقاطع مختلف ریخته گری استفاده کنید..
عیوب متداول عملیات حرارتی و پیشگیری
- حل ناکافی (دمای پایین / زمان کوتاه) ← انحلال ناقص فازهای محلول; منجر به پاسخ سن کمتر و خواص مکانیکی ضعیف می شود.
پیشگیری: پروفایل های زمان-دمای تنظیم شده برای اندازه بخش را دنبال کنید; از ترموکوپل یا شبیه سازی برای تایید خیساندن استفاده کنید. - حل بیش از حد (دمای خیلی بالا / زمان خیلی طولانی) ← ذوب اولیه فازهای یوتکتیک کم ذوب (به ویژه در آلیاژهای مس بالا) و درشت شدن دانه.
پیشگیری: حداکثر T را رعایت کنید و از گرم شدن بیش از حد جلوگیری کنید; از کنترل کوره استفاده کنید & نمودارها. - ترک خوردگی را خاموش کنید / تحریف ← گرادیان حرارتی یا محدودیت بیش از حد در هنگام خاموش کردن.
پیشگیری: وسایل طراحی, از کوئنچ مرحله ای یا کوئنچ پلیمری برای قطعات بسیار بزرگ استفاده کنید; امکان استخراج حرارت کنترل شده. - نرم شدن سن در سرویس → اگر سرویس به دمای کهنه نزدیک شود, نرم شدن زودرس رخ می دهد.
پیشگیری: شرایط T7/بیش از سن را انتخاب کنید, یا آلیاژ پایدارتر حرارتی را انتخاب کنید (نیکل تثبیت شده است) برای T بالا. - خوردگی سطح پس از عملیات حرارتی ← بقایای نمک های خاموش یا آب آلوده می توانند به آلومینیوم حمله کنند.
پیشگیری: تمیز کردن کامل فوری (آب دیونیزه شده), نمک های خاموش کننده را خنثی کنید, و تبدیل یا پوشش های محافظ را اعمال کنید.
ملاحظات ویژه خانواده آلیاژی
- Al-Si-Mg (به عنوان مثال, A356/A357): T6 مشترک: محلول ~495 درجه سانتیگراد, خاموش کردن, سن 160-180 درجه سانتیگراد.
مستعد اثرات تخلخل; عملیات حرارتی استحکام را بهبود می بخشد اما گاز به دام افتاده می تواند کارایی مکانیکی را کاهش دهد. - آلیاژهای Al-Cu: برای کاهش تفکیک قبل از محلول سازی، برای ریخته گری های بزرگ نیاز به همگن سازی دارند; کنترل دقیق برای جلوگیری از ذوب اولیه اجزای کم ذوب.
- آلیاژهای Al-Zn-Mg: به T6 بسیار پاسخگو است اما نسبت به خاموش کردن بسیار حساس است; خطر ترک خوردگی ناشی از استرس در صورت وجود توالی نامناسب پیری/خاموشی و تنشهای باقیمانده - کنترل سطوح ناخالصی و کاهش استرس.
- آلیاژهای Al-Mg: بسیاری از آنها در برابر بارش قابل سخت شدن نیستند (یا فقط به صورت حداقلی); عملیات حرارتی به جای تقویت T6 بر بازپخت کردن / کاهش استرس تمرکز دارد.
8. نمونه های عملی آلیاژ و تطبیق با کاربردها
- ساختاری کلی, ریخته گری قابل عملیات حرارتی: A356/A357 (Al-Si-Mg) - محفظه موتور, چرخ دنده ها, قطعات چرخ.
- قطعات ساختاری دایکاست (خودرو): A380 / خانواده A319 (بازیگران السی کو) - محفظه پمپ, جعبه های گیربکس, قطب های چرخ.
- پیستون های با دمای بالا / قطعات کم انبساط: Hypereutectic Al-Si (Si 12-18 درصد وزنی) با افزودنی های Ni/RE - پیستون, یاتاقان های دقیق.
- دریایی / خوردگی بحرانی: انواع ریخته گری Al-Mg (Mg 3-6 wt٪) - اتصالات و محفظه های آب دریا.
- با استحش, قطعات عملیات حرارتی: آلیاژهای ریختگی Al-Zn-Mg (تحت درمان T6) - قطعات دقیقی که به استحکام استاتیکی بالایی نیاز دارند.
9. نتیجه گیری
آلیاژهای آلومینیوم ریخته گری یک خانواده همه کاره هستند که می توانند در طیف وسیعی از مکانیکی تنظیم شوند, عملکرد حرارتی و خوردگی با انتخاب دقیق آلیاژ, تمرین ذوب کردن, اصلاح, عملیات حرارتی و شکل دهی.
آلیاژهای Al-Si ستون فقرات دنیای ریخته گری آلومینیوم هستند زیرا آنها قابلیت ریخته گری عالی را با عملکرد مکانیکی خوب و واکنش عملیات حرارتی ترکیب می کنند..
الو وت ال زین سیستم ها استحکام و مقاومت حرارتی بالاتری را به قیمت ریخته گری فراهم می کنند; ال MG آلیاژها در جایی که مقاومت در برابر خوردگی و چگالی کم اهمیت بالایی دارند، غیر قابل تعویض هستند.
برای عملکرد مطمئن جزء, انتخاب آلیاژ مناسب را جفت کنید (استفاده از عناوین بین المللی شناخته شده مانند A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg و غیره) با کنترل دقیق ناخالصی, روش اصلاح صحیح برای خانواده های Al-Si (آقای / نه) و مسیر درست ریخته گری/عملیات حرارتی.
متداول
پرکاربردترین آلیاژ آلومینیوم ریختگی چیست؟?
A356.0 (سریال ال) شایع ترین است, به دلیل قابلیت ریختهگری متعادل آن، حدود 40 درصد از تولید جهانی آلومینیوم ریختهگری را تشکیل میدهد, قدرت, و مقاومت در برابر خوردگی.
کدام آلیاژ آلومینیوم ریخته گری برای کاربردهای دریایی بهترین است?
535.0 (سریال المگ) مقاومت استثنایی در برابر خوردگی آب دریا را ارائه می دهد (میزان خوردگی <0.005 MM/سال) و خواص سبک وزن, آن را برای تجهیزات دریایی ایده آل می کند.
آیا می توان از آلیاژهای Al-Cu برای ریخته گری های پیچیده استفاده کرد?
خیر-آلیاژهای Al-Cu قابلیت ریخته گری ضعیفی دارند (سیالیت کم, انقباض زیاد) و برای هندسه های پیچیده نامناسب هستند. برای قطعات پیچیده ای که به استحکام بالایی نیاز دارند از A356.0 یا A380.0 استفاده کنید.
چه عملیات حرارتی برای آلیاژهای Al-Zn-Mg مورد نیاز است?
آلیاژهای Al-Zn-Mg (به عنوان مثال, 712.0) نیاز به عملیات حرارتی T6 دارد (درمان راه حل + پیری مصنوعی) برای به دست آوردن استحکام بالا - استحکام در حالت ریخته گری بسیار کم است (~ 180 مگاپاسکال) و برای کاربردهای عملی مناسب نیست.
نحوه بهبود قابلیت ریخته گری آلیاژهای Al-Mg?
0.5-1.0% Si را اضافه کنید تا فازهای یوتکتیک تشکیل شود, افزایش سیالیت, و از محافظ گاز بی اثر در هنگام ذوب برای جلوگیری از اکسیداسیون Mg استفاده کنید.
