Öntvény alumínium az ötvözetek kulcsfontosságú anyagok az autóiparban, űrrepülés, ipari gépek, és a fogyasztói elektronika, Könnyű tulajdonságaik miatt értékelik (sűrűsége 2,5-2,8 g/cm³), Kiváló önthetőség, és hangolható mechanikai teljesítmény.
Elsődleges ötvözőelemeik alapján, az öntött alumíniumötvözeteket nemzetközileg négy magrendszerbe sorolják: Al-Si (alumínium-szilícium), Al-Cu (alumínium-réz), Al-MG (alumínium-magnézium), és Al-Zn (alumínium-cink).
Minden rendszer egyedi jellemzőkkel rendelkezik, amelyek az alkalmazási követelményekhez igazodnak, a nagy szilárdságú repülőgép-alkatrészektől a korrózióálló tengeri alkatrészekig.
Ez a cikk átfogó elemzést nyújt besorolásukról, legfontosabb tulajdonságok, ötvöző mechanizmusok, és ipari alkalmazásokhoz – ASTM B179 szabvány szerint földelve, ISO 3116, és más nemzetközi szabványok.
1. Osztályozás: Az öntött alumíniumötvözetek négy fő családja
| Család | Tipikus összetétel (tömeg%) | Kulcstulajdonságok | Tipikus alkalmazások |
| AL - Igen (Alumínium-Szilícium) | És ≈ 7–12%; + kisebb Mg (≈0,2–0,6%), opcionális With (akár ~4%) | Kiváló folyékonyság és alacsony megszilárdulási zsugorodás; Jó öntözhetőség és megmunkálhatóság; jó kopás és hőstabilitás (különösen hipereutektikus); öregedhető, ha Mg van jelen | Motorblokkok, hengerfejek, sebességváltó házak, szerkezeti öntvények, fröccsöntött alkatrészek, dugattyú (hipereutektikus az alacsony hőtágulás érdekében) |
| Al-CU (Alumínium-réz) | Cu ≈ 3–10%; Si alacsony (≤ ~2%); Mg/Mn adalékok lehetségesek | Magas öntött és hőkezelhető szilárdság; kiváló magas hőmérsékleti szilárdság és kúszásállóság (csapadékerősítés Al2Cu-n keresztül) | Hot-end motor alkatrészek, szelepülések, nagy terhelésű szerkezeti öntvények és emelt hőmérsékleten működő alkatrészek |
| Al - mg (Alumínium-magnézium) | Mg ≈ 3–6%; Igen kicsi (≈0,5–1,0%) opcionális az önthetőség elősegítésére | Nagyon jó korrózióállóság (tengervízben kiváló); alacsony sűrűség és jó szívósság; egyfázisú vagy közel egyfázisú mikrostruktúrák lehetségesek | Tengeri hardver, tenger alatti házak, könnyű szerkezeti részek, ahol a korrózióállóság és a kis tömeg kritikus |
| Al - Zn / Al - Zn - Mg (Cink hordozó rendszerek) | Zn néhány tömeg% Mg jelenlétében (Zn és Mg kombinálva csapadékos keményítéshez) | Nagyon nagy szilárdság érhető el oldatos kezelés után + öregedés (T6); jó fajlagos szilárdság | Pontosság, nagy szilárdságú alkatrészek és szerkezeti részek, amelyeket oldattal kezelnek és öregítenek (ahol maximális statikus szilárdságra van szükség) |
2. Az öntés domináns családja – Al-Si ötvözetek
Tipikus összetétel & mikroszerkezet
- És: jellemzően 7–12 tömeg% sok öntési fokozatban; közel eutektikus (~12,6 tömeg% Si) kompozíciók mutatják a legjobb folyékonyságot és a legalacsonyabb öntési zsugorodást.
- Egyéb céltudatos kiegészítések: Mg (≈0,3–0,6% az A356-ban) életkori keményedéshez (Mg2Si kicsapódik); CU (dugattyúban vagy magas hőmérsékletű ötvözetekben) emelt hőmérsékletű szilárdság érdekében;
-Ben magas hőmérsékletű üzemben és hipereutektikus ötvözetekben a szilícium ridegségének szabályozására. - Öntött mikrostruktúra: elsődleges α-Al dendritek plusz eutektikus szilícium (A + És).
A módosítatlan ötvözetekben az eutektikus Si durva és lemezszerű; módosítás után az Si finom és rostos lesz.
Eutektikus módosítás (célja és ügynökei)
Cél: durvává alakítani, lemezes Si-t finom rostos morfológiává, amely javítja a képlékenységet, megmunkálhatóság és fáradtságállóság.
- Nátrium (Na) — nagyon hatékony módosító, de illékony; zárt adagolást és gondos ellenőrzést igényel.
- Stroncium (SR) — a legszélesebb körben használt kereskedelmi módosító; tipikus adagolás 0.015–0,03 tömeg%; a túladagolás hatástalan és káros lehet.
- Antimon (SB) — egyes rendszerekben Sr-rel együtt használják a módosítás stabilizálására.
- Ritkaföldfémek — A kis mennyiségű adalékok stabilizálhatják és meghosszabbíthatják a módosítási hatásokat egyes ötvözetek esetében.
Káros szennyeződések és ellenőrzésük
- Vas (FE) — gyakori csavargó szennyeződés, amely keményen képződik, rideg intermetallik (PÉLDÁUL., FeAl3, Al9Fe2Si₂) amelyek ridegítik az öntvényeket, és rontják a felületi minőséget és a korrózióállóságot.
Enyhítés: add hozzá MN (≈0,3–0,5%) vagy CR (≈0,1–0,2%) hogy a vas-fázisokat kevésbé káros morfológiákra módosítsa (Al₆(FE,MN)), és szabályozza a selejt alapanyagot. - Foszfor (P) — reagál a Na-val és lebontja a módosulást; szigorúan szabályozza a kemence töltet P-tartalmát.
- Sn/Pb - alacsony olvadáspontú eutektikumokat képeznek, amelyek forró rövidülést és átégést okoznak; tartsa < ~0,05%, ha lehetséges.
- Kalcium (Kb.) - magas olvadáspontú vegyületeket képezhet, amelyek csökkentik a folyékonyságot és elősegítik a zsugorodást; Ca szabályozás < ~0,05% a jó önthetőség érdekében.
Reprezentatív Al-Si öntvényötvözetek és alkalmazások
- A356.0 / És AC-ALALI7MG (≈Si 7,0–7,5%, Mg 0,3-0,5%) — széles körben használt homok & tartós penész ötvözet; hőkezelhető (T6); alkalmazások: motorblokkok, szerkezeti házak, kerekek.
- A357 — hasonló az A356-hoz, de szigorúbb Fe-szabályozással és magasabb mechanikai tulajdonságokkal.
- A319 / A380 (fröccsöntő családok) — Al–Si–Cu présöntvény-ötvözetek, amelyeket autóipari szivattyúházakhoz használnak, kerekes csomópontok, sebességváltó házak.
- Hipereutektikus Al-Si (És > 12%) - dugattyúkhoz és csúszó alkalmazásokhoz használják a nagyon alacsony hőtágulás és a jó kopás miatt (gyakran nikkel/ritkaföldfémekkel ötvözik a ridegség csökkentésére). Példa kompozíció: AlSi12Cu2Mg magas hőmérsékletű dugattyús ötvözetekhez.
3. Al-Cu öntött ötvözetek – nagy szilárdságú és magas hőmérsékletű képesség
Kohászat & teljesítmény
- Az erő abból fakad Al₂cu (TH) öregedéskor csapadék képződik; A réz elősegíti a magas öntött és hőkezelt szilárdságot, valamint a jó kúszásállóságot magas hőmérsékleten.
- Trade-off: A réz növeli a rövidzárlatos hajlamot, szegregáció és zsugorodás a megszilárdulás során; a casting gyakorlatnak ezekkel kell foglalkoznia.
Tipikus kompozíciók & felhasználás
- Magas Cu-tartalmú öntött ötvözetek (PÉLDÁUL., Al–Cu 3–10% Cu-val): szelepekhez használják, ülések, valamint hőstabilitást és mechanikai szilárdságot igénylő alkatrészek emelt hőmérsékleten.
- Többkomponensű erősítés (Mn hozzáadása, Mg, stb.) összetett diszperziókat állíthat elő, amelyek javítják a szilárdságot és a melegen megmunkálhatóságot.
4. Al-Mg öntött ötvözetek – korrózióállóság és könnyű súly
Kulcs attribútumok
- Mg 3-6 tömeg% öntött változatokban Al3Mg2 fázisokat termel; megfelelő feldolgozás esetén, sok Al-Mg öntött ötvözet kiváló korrózióállóságot mutat (Különösen a tengerészgyalogosban, klorid-hordozó környezet) és kisebb sűrűségű, mint a tipikus Al–Si öntvényötvözeteknél.
- Fontos a felületkezelés és az oxid minőség; Az olvadás során a magnézium oxidációra hajlamos, ezért az olvadásszabályozás kritikus.
Tipikus alkalmazások
- Tengeri alkatrészek, lebegő szerkezetek, korrózióálló házak és könnyű alkatrészek, ahol nagy fajlagos korrózióállóság és közepes szilárdság szükséges.
Jegyzetek feldolgozása
- Használjon ellenőrzött atmoszférát vagy folyasztószert, minimalizálja a turbulenciát a salak és a hidrogénfelvétel csökkentése érdekében, és gyakran kis Si-t adnak hozzá az önthetőség javítására.
5. Al - Zn (beleértve az Al–Zn–Mg) öntött ötvözetek – nagy szilárdság hőkezelés után
Jellemzők
- Zn (gyakran párosul Mg-vel) ötvözetrendszert biztosít, amely jól reagál az oldatkezelésre és az öregedésre (T6) termelő nagyon magas hozam és szakítószilárdság.
- Az öntvény gyárthatósága kevésbé barátságos (nagyobb hajlam a porozitásra és a forró szakadásra) ezért gondos kapuzás és megszilárdulás ellenőrzésre van szükség.
Alkalmazások
- Pontosság, nagy szilárdságú alkatrészek, ahol az öntés utáni hőkezelés elfogadható – repülőgép- és űrszerelvények és egyes precíziós műszeralkatrészek.
6. Összehasonlító önthetőség és kiválasztási útmutató
| Ötvözet család | Önthetőség | Tipikus erősség (esett / T6) | Korrózió | Tipikus legjobb felhasználási módok |
| AL - Igen | Kiváló (legjobb) | Mérsékelt → jó (A T6 javul) | Jó | Általános öntvények, motorblokkok, házak, kerekek |
| Al-CU | Tisztességes → kihívást jelentő | Magas; jó emelt-T szilárdság | Mérsékelt | Motor alkatrészek, szelepek, forró munkadarabok |
| Al - mg | Mérsékelt (olvadásszabályozás szükséges) | Mérsékelt | Kiváló (tengeri) | Tengeri, könnyűsúlyú, korrózióálló alkatrészek |
| Al - Zn / Al - Zn - Mg | Közepestől gyengeig; jobb hőkezelés után | Nagyon magas a T6 után | Változó; gyakran alacsonyabb, mint az Al–Mg | Pontosság, nagy szilárdságú alkatrészek az öregedés után |
7. Öntött alumínium hőkezelése – Gyakorlati szabályok
A hőkezelés a fő eszköz az öntött alumínium mikroszerkezet szabályozottá alakítására, üzemképes állapot.
Öntött ötvözetekhez, a közös célok:
(1) szilárdság növelése oldatos kezeléssel + eloltás + öregedés (T-kezelések);
(2) homogenizálással csökkenti a szegregációt és a kémiai inhomogenitást;
(3) enyhíti az öntési feszültségeket és visszaállítja a rugalmasságot izzítással;
(4) stabilizálja a mikrostruktúrát a méretstabilitás érdekében üzem közben.
Tipikus kezelési ablakok (gyakorlati hivatkozás)
(Az értékek mérnöki iránymutatások; ellenőrizze az ötvözet szállítójával és a termékszabványokkal a pontos rendszereket.)
| Kezelés | Tipikus hőmérséklet (° C) | Tipikus áztatási idő | Tipikus ötvözetek / jegyzetek |
| Homogenizálás | 420–520 ° C | 2–12 óra (vastagság függő) | Hasznos nagyméretű Al-Cu öntvényekhez és néhány Al-Si magas réztartalmú ötvözethez |
| Oldatkezelés | 480–520 ° C | 1– 6 óra (szakasz függő) | Al-Si-Mg (A356/A357): ~495 °C; Al–Cu ötvözetek gyakran ~495–505 °C |
| Eloltás | víz (~20-40 °C) vagy polimer kioltás | azonnali; minimalizálja a kemence és az oltás közötti időt | A kioltás súlyossága kritikus a T6 válaszhoz; a nehéz szakaszok kioltási modellezést igényelnek |
Mesterséges öregedés (T6) |
150–185 °C | 4–12 óra (az ötvözettől függ & kívánt tulajdonságokat) | A356 T6: jellemzően 160-180 °C 4-8 óráig; Az Al–Zn–Mg ötvözetek eltérőek – kövesse az előírásokat |
| Stabilizáló / T7 (túlkoros) | 170–200 ° C | hosszabb öregedés (PÉLDÁUL., 8-24 óra) | Használható ahol termikus stabilitás van > szolgáltatási hőmérséklet prioritást élvez (kisebb csúcserősség, nagyobb stabilitás) |
| Kiizzít / stressz -enyhítés | 300–400 ° C (alacsony) | 0.5–2 óra | A rugalmasság helyreállításához és a stresszoldáshoz; kerülje a szigmaképző tartományokban való tartózkodást (nem alkalmazható a legtöbb Al) |
Fontos: áztatási idő skála szakaszmérettel. Használjon termikus tömegszámításokat vagy beszállítói diagramokat az adott öntvény keresztmetszeteinek tartási idejének meghatározásához.
Gyakori hőkezelési hibák és megelőzés
- Nem megfelelő megoldás (alacsony hőmérséklet / rövid idő) → az oldható fázisok nem teljes oldódása; alacsonyabb korválaszt és rossz mechanikai tulajdonságokat eredményez.
Megelőzés: kövesse a szakasz méretéhez igazított idő-hőmérséklet profilokat; használjon hőelemeket vagy szimulációt a beázás ellenőrzéséhez. - Túlmegoldás (túl magas hőmérséklet / túl hosszú idő) → alacsony olvadáspontú eutektikus fázisok kezdődő olvadása (különösen a magas réztartalmú ötvözetekben) és a szemcsésítés.
Megelőzés: tartsa be a max T-t és kerülje a túlmelegedést; használja a kemence vezérlését & diagramok. - Oltsd a repedést / eloszlás → túlzott termikus gradiens vagy visszatartás az oltás során.
Megelőzés: design berendezési tárgyak, nagyon nagy alkatrészekhez használjon fokozatos kvencselést vagy polimer oltást; szabályozott hőelvonást tesz lehetővé. - Korlágyulás a szolgálatban → ha a szervizelés megközelíti az öregedési hőmérsékletet, idő előtti felpuhulás lép fel.
Megelőzés: válasszon T7/túlkoros állapotot, vagy válasszon hőstabilabb ötvözetet (Ni-stabilizált) az emelkedett T-hez. - Felületi korrózió hőkezelés után → az oltósók vagy a szennyezett víz maradványai megtámadhatják az alumíniumot.
Megelőzés: azonnali alapos tisztítás (ionmentesített víz), semlegesítik az oltósókat, és alkalmazzon védőátalakítást vagy bevonatokat.
Különleges szempontok ötvözetcsaládonként
- Al-Si-Mg (PÉLDÁUL., A356/A357): gyakori T6: oldat ~495 °C, eloltás, életkora 160-180 °C.
Porozitási hatásokra érzékeny; A hőkezelés javítja a szilárdságot, de a beszorult gáz csökkentheti a mechanikai hatékonyságot. - Al-Cu ötvözetek: nagy öntvényeknél homogenizálást igényelnek, hogy csökkentsék a szegregációt az oldás előtt; gondos ellenőrzés az alacsony olvadáspontú összetevők kezdeti megolvadásának elkerülése érdekében.
- Al–Zn–Mg ötvözetek: nagyon érzékeny a T6-ra, de nagyon hűtésérzékeny; feszültségkorróziós repedés kockázata, ha nem megfelelő öregedési/kioltási sorrend és maradó feszültségek állnak fenn – a szennyeződések szintjének szabályozása és a feszültségcsökkentés.
- Al-Mg ötvözetek: sok nem csapadékálló (vagy csak minimálisan); A hőkezelés a lágyításra/feszültségoldásra összpontosít, nem pedig a T6 erősítésére.
8. Gyakorlati ötvözetpéldák és alkalmazásokhoz való illesztés
- Általános szerkezeti, hőkezelhető öntvények: A356/A357 (Al-Si-Mg) — motorházak, fogaskerekek, kerékalkatrészek.
- Présöntött szerkezeti részek (autóipari): A380 / A319 család (Al-Si-Cu öntvény) — szivattyúházak, sebességváltó tokok, kerekes csomópontok.
- Magas hőmérsékletű dugattyúk / kis tágulású alkatrészek: Hipereutektikus Al-Si (Si 12-18 tömeg%) Ni/RE kiegészítésekkel — dugattyúk, pontossági csapágyak.
- Tengeri / korróziókritikus: Al–Mg öntött változatok (Mg 3-6 tömeg%) — tengervíz szerelvények és házak.
- Nagy szilárdságú, hőkezelt alkatrészek: Al–Zn–Mg öntött ötvözetek (T6 kezelés alatt áll) — nagy statikus szilárdságot igénylő precíziós alkatrészek.
9. Következtetések
Az öntött alumíniumötvözetek egy sokoldalú család, amely a mechanikai eljárások széles skáláján hangolható, termikus és korróziós teljesítmény az ötvözet körültekintő kiválasztásával, olvad, módosítás, hőkezelés és formázás.
Al-Si ötvözetek az alumíniumöntvény világ gerincét alkotják, mert kiváló önthetőséget, jó mechanikai teljesítménnyel és hőkezelési reakcióval ötvöznek..
Al-CU és Al - Zn rendszerek nagyobb szilárdságot és hőállóságot biztosítanak az önthetőség árán; Al - mg Az ötvözetek pótolhatatlanok ott, ahol a korrózióállóság és az alacsony sűrűség a legfontosabb.
A megbízható alkatrészek teljesítményéért, párosítson egy megfelelő ötvözetet (használjon elismert nemzetközi megjelöléseket, mint pl A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg stb.) szigorú szennyeződés-ellenőrzés mellett, helyes módosítási gyakorlat az Al–Si családoknál (Mr/Na) és a megfelelő öntési/hőkezelési útvonalat.
GYIK
Melyik a legszélesebb körben használt alumíniumöntvény ötvözet?
A356.0 (Al-sorozat) a leggyakoribb, kiegyensúlyozott önthetőségének köszönhetően a globális öntött alumíniumtermelés ~40%-át teszi ki, erő, és korrózióállóság.
Melyik öntött alumíniumötvözet a legjobb tengeri alkalmazásokhoz?
535.0 (Al-Mg sorozat) kivételes tengervíz korrózióállóságot kínál (korróziós sebesség <0.005 mm/év) és könnyű tulajdonságokkal, így ideális tengeri felszerelésekhez.
Al-Cu ötvözetek használhatók összetett öntvényekhez??
Nem – az Al-Cu ötvözetek rosszul önthetők (alacsony folyékonyság, nagy zsugorodás) és nem alkalmasak összetett geometriákhoz. A nagy szilárdságot igénylő összetett alkatrészekhez használja az A356.0 vagy A380.0.
Milyen hőkezelés szükséges az Al-Zn-Mg ötvözetekhez?
Al-Zn-Mg ötvözetek (PÉLDÁUL., 712.0) T6 hőkezelést igényelnek (oldatkezelés + mesterséges öregedés) nagy szilárdság eléréséhez – a szilárdság öntött állapotban túl alacsony (~180 MPa) és nem alkalmas gyakorlati alkalmazásokra.
Hogyan lehet javítani az Al-Mg ötvözetek önthetőségét?
Adjunk hozzá 0,5–1,0% Si-t az eutektikus fázisok kialakításához, fokozza a folyékonyságot, és használjon inert gázos árnyékolást az olvasztás során, hogy megakadályozza a Mg oxidációját.
