Paduan Aluminium–Magnesium Cor: Kekuatan Ringan

1. Ringkasan eksekutif

“Cast aluminium-magnesium” mengacu pada dua kelompok teknik yang terkait namun berbeda:

(A) paduan Al–Mg cor dengan Mg tinggi (Paduan mayoritas Mg untuk memaksimalkan ketahanan terhadap korosi dan kekuatan spesifik untuk komponen kelautan/berat-kritis) Dan (B) Paduan pengecoran Al–Si–Mg (Basis Al–Si dengan sedikit tambahan Mg digunakan untuk pengerasan dan kekuatan seiring bertambahnya usia).

Paduan cor Al-Mg memberikan ketahanan korosi yang sangat baik (Terutama di lingkungan klorida), kekuatan-terhadap-berat yang menarik dan ketangguhan yang baik, namun hal ini menimbulkan tantangan dalam pengecoran dan penanganan peleburan karena Mg mudah teroksidasi dan dapat meningkatkan porositas jika disiplin proses lemah.

Kebanyakan paduan cor Al-Mg tidak mengalami pengerasan presipitasi secara kuat — penguatan terutama terjadi melalui larutan padat, kontrol struktur mikro dan pemrosesan termomekanis daripada rute T6 konvensional yang digunakan untuk paduan Al – Si-Mg.

2. Yang kami maksud dengan “pemeran Al–Mg” — keluarga dan nilai umum

Dua kategori praktis paduan Al-Mg cor muncul berulang kali di industri:

• Kategori A - Paduan cor dengan kandungan Mg tinggi (keluarga Al–Mg): paduan yang kandungan Mgnya cukup tinggi untuk mendominasi perilaku korosi dan kepadatan/kekuatan spesifik.
  Dalam praktik sastra dan toko, kelas ini biasanya mengutip Mg di 3–6% berat kisaran dengan tambahan Si kecil (≈0,5–1,0 %) ketika castability yang lebih baik diperlukan. Ini digunakan jika tahan terhadap korosi / bobot ringan adalah yang utama.
• Kategori B — paduan pengecoran Al–Si–Mg (keluarga Al–Si–Mg): paduan cor berbahan dasar Al-Si yang mendekati eutektik (Si ≈ 7–12% berat) itu termasuk Mg sederhana (≈0,2–0,8% berat) untuk memungkinkan penuaan buatan (Curah hujan Mg₂Si) dan kekuatan yang lebih tinggi setelah penuaan tipe-T (T6).
  Contohnya termasuk paduan pekerja keras industri seperti A356 (Al–Si–Mg) — kadang-kadang disebut “coran yang mengandung Al–Mg” (tetapi pada dasarnya merupakan paduan Al-Si dengan Mg sebagai elemen penguatnya).

Dalam prakteknya Anda akan memilih Kategori A ketika ketahanan terhadap korosi (laut, kontak kimia) dan kepadatan rendah adalah dominan; pilih Kategori B saat castability, stabilitas dimensi dan kekuatan tahan panas diperlukan.

3. Komposisi kimia yang khas

Meja: Rentang komposisi yang khas (Panduan Teknik)

Catatan

• Kisaran di atas adalah jendela teknik praktis — spesifikasi pastinya harus mengacu pada penetapan standar (ASTM/EN) atau sertifikat pemasok.
• Paduan cor Mg tinggi mendekati wilayah komposisi paduan 5xxx tempa tetapi direkayasa untuk pengecoran (kontrol pengotor dan perilaku pemadatan yang berbeda).

4. Struktur mikro dan kimia fase — yang mengontrol kinerja

Pemain mikrostruktur utama

• matriks α-Al (kubik berpusat muka): fase penahan beban utama di semua paduan Al.
• Mg dalam larutan padat: Atom Mg larut dalam α-Al; pada konsentrasi sedang mereka memperkuat matriks dengan penguatan larutan padat.
• Intermetalik / fase kedua:

• • Intermetalik kaya Mg (Al₃Mg₂/β): dapat terbentuk pada kadar Mg tinggi dan di daerah interdendritik; morfologi dan distribusinya mengontrol stabilitas suhu tinggi dan perilaku korosi.
  • Mg₂si (dalam paduan Al–Si–Mg): terbentuk selama penuaan dan merupakan fase pengerasan presipitasi utama dalam keluarga Al-Si-Mg.
  • Fase yang mengandung Fe: Pengotor Fe membentuk intermetalik yang rapuh (Al₅FeSi, dll.) yang mengurangi keuletan dan dapat meningkatkan korosi lokal; Mn sering ditambahkan dalam jumlah kecil untuk memodifikasi fase Fe.

Karakteristik solidifikasi

• Paduan Mg tinggi cenderung memiliki α yang relatif sederhana + jalur pemadatan intermetalik tetapi mungkin menunjukkan segregasi jika pendinginan lambat; pendinginan cepat menghaluskan struktur tetapi meningkatkan risiko porositas jika pemberian pakan tidak memadai.
• Paduan Al–Si–Mg memadat dengan α primer diikuti oleh α eutektik + Dan; Mg berpartisipasi dalam reaksi selanjutnya (Mg₂si) jika kandungan Mg mencukupi.

Struktur mikro → tautan properti

• Bagus, fase kedua yang terdistribusi secara merata memberikan ketangguhan yang lebih baik dan menghindari perilaku rapuh.
• Intermetalik kasar atau segregasi menurunkan kelelahan, keuletan dan kinerja korosi. Kontrol melalui latihan leleh, penyulingan biji-bijian dan laju pendinginan sangat penting.

5. Karakteristik kinerja utama

Sifat mekanik (rentang teknik yang khas - keadaan cor)

Nilai bervariasi berdasarkan paduan, Ukuran Bagian, proses pengecoran dan perlakuan panas. Gunakan data pemasok untuk nomor desain penting.

• Kepadatan (khas): ~2.66–2,73 gram·cm⁻³ untuk paduan cor Al-Mg (sedikit peningkatan dibandingkan Al murni ~2,70).
• Kekuatan tarik (as-cast):

• • Paduan cor dengan Mg tinggi: ~150–260 MPa (tergantung pada kandungan Mg, ketebalan bagian dan hasil akhir).
  • Al–Si–Mg (pemeran + T6): ~240–320 MPa (Kisaran T6 berusia A356 berada di ujung atas).

• Kekuatan luluh: dengan kasar 0.5–0,8 × UTS sebagai panduan.
• Pemanjangan:5–15% tergantung pada paduan dan pengolahannya — coran Mg tinggi biasanya menunjukkan keuletan yang baik (kecenderungan fase tunggal), Al–Si dengan Si kasar akan menunjukkan perpanjangan yang lebih rendah kecuali diubah.
• Ketangguhan kelelahan dan patah tulang: baik jika struktur mikronya bagus dan porositasnya rendah; kinerja kelelahan yang sensitif terhadap cacat pengecoran.

Resistensi korosi

• Paduan cor dengan Mg tinggi menunjukkan resistensi korosi umum yang sangat baik, terutama di lingkungan laut dan basa — Mg meningkatkan ketahanan terhadap pitting dibandingkan dengan paduan Al standar 3xxx/6xxx.
• Untuk lingkungan kaya klorida, Paduan Al–Mg sering kali mengungguli paduan Al biasa namun masih kalah dengan baja tahan karat dan memerlukan perlindungan permukaan dalam kasus yang parah.

Sifat termal

• Konduktivitas termal paduan Al–Mg tetap tinggi (≈ 120–180 W·m⁻¹·K⁻¹ tergantung pada paduan dan struktur mikro), membuatnya cocok untuk rumah termal dan bagian pembuangan panas.

Manufaktur & pengelasan

• Metode pengecoran: casting pasir, cetakan permanen, die-casting gravitasi dan beberapa die-casting bertekanan tinggi (dengan fluks yang hati-hati) digunakan.
• Kemampuan las: Paduan Al–Mg umumnya dapat dilas (GTAW, Gawn), namun pengelasan bagian cor memerlukan perhatian terhadap porositas dan korosi pasca pengelasan (gunakan paduan pengisi yang sesuai dan pembersihan pasca pengelasan).
• Kemampuan mesin: adil; pemilihan alat dan kecepatan disesuaikan untuk paduan aluminium.

6. Perlakuan panas dan pemrosesan termal

Paduan mana yang merespons perlakuan panas?

• Paduan cor Al–Si–Mg (Kategori B) adalah dapat diobati dengan panas (umur usia): solusi perawatan → pendinginan → penuaan buatan (T6) menghasilkan peningkatan kekuatan yang signifikan melalui pengendapan Mg₂Si.
  Jadwal T6 tipikal untuk A356/A357: larutan ~495 °C, usia pada 160–180 °C selama beberapa jam (ikuti panduan pemasok).
• Paduan Al–Mg cor dengan Mg tinggi (Kategori A) adalah umumnya tidak dapat diperkeras dengan presipitasi pada tingkat yang sama: Mg adalah penguat larutan padat dan banyak komposisi Mg tinggi yang mengeras terutama karena penuaan regangan atau pengerjaan dingin dalam bentuk tempa dibandingkan dengan penuaan T6 konvensional..
  Perlakuan panas untuk paduan Mg tinggi cor berfokus pada:

• • Homogenisasi untuk mengurangi segregasi kimia (rendam suhu rendah untuk mendistribusikan kembali zat terlarut).
  • Anneal pereda stres untuk menghilangkan tegangan pengecoran (suhu khas: anil sederhana 300–400 °C — siklus pastinya bergantung pada paduan dan bagiannya).
  • Perawatan solusi yang cermat: digunakan secara selektif untuk beberapa varian cor Al – Mg, namun dapat menyebabkan pengasaran intermetalik yang tidak diinginkan — lihat lembar data paduan.

Panduan praktis perlakuan panas

• Untuk Pengecoran Al–Si–Mg ditujukan untuk kekuatan, rencana untuk larutan + memuaskan + penuaan (T6) dan desain dengan ukuran bagian yang dapat dipadamkan secara efektif.
• Untuk coran Mg tinggi, menentukan homogenisasi dan menghilangkan stres siklus untuk menstabilkan struktur mikro dan stabilitas dimensi; jangan mengharapkan keuntungan besar karena bertambahnya usia.

7. Praktik pengecoran dan pertimbangan pemrosesan

Perlindungan terhadap lelehan dan lelehan

• Kontrol magnesium: Mg mudah teroksidasi menjadi MgO. Gunakan fluks penutup pelindung (fluks garam), panas berlebih yang terkontrol, dan meminimalkan pembentukan sampah.
• Suhu leleh: tetap dalam kisaran yang direkomendasikan untuk paduan yang dipilih; panas berlebih yang berlebihan meningkatkan kehilangan luka bakar dan pembentukan oksida.
• Degassing dan filtrasi: menghilangkan hidrogen dan oksida (degassing berputar, filter busa keramik) untuk mengurangi porositas dan meningkatkan kinerja mekanis/korosi.

Metode pengecoran

• Casting pasir & cetakan permanen: umum untuk paduan Mg tinggi dan untuk bagian yang lebih besar.
• Gravity Die Casting / casting bertekanan rendah: menghasilkan struktur mikro dan permukaan akhir yang lebih baik; baik untuk bagian struktural.
• Casting mati bertekanan tinggi: digunakan terutama untuk paduan berbasis Al-Si; hati-hati dengan kandungan Mg yang tinggi karena oksidasi Mg dan porositas gas.

Cacat umum & mitigasi

• Porositas (gas/penyusutan): diatasi dengan degassing, penyaringan, desain gerbang dan riser yang tepat, dan dengan mengendalikan laju solidifikasi.
• Cacat oksida/bifilm: mengontrol turbulensi penuangan dan menggunakan filtrasi.
• Robek panas: kelola melalui desain (hindari perubahan bagian yang tiba-tiba) dan mengontrol pemberian makan/solidifikasi.

8. Aplikasi Khas Paduan Aluminium-Magnesium Cor

Cast aluminium–paduan magnesium menempati jalan tengah yang penting dalam rekayasa logam ringan: mereka menggabungkan kepadatan yang lebih rendah dan ketahanan korosi yang lebih baik dibandingkan dengan banyak paduan aluminium dengan kemampuan pengecoran yang dapat diterima dan ketangguhan yang baik.

Peralatan laut dan lepas pantai

• Pompa rumah, badan katup dan impeler untuk pelayanan air tawar/payau
• Fitting Deck, tanda kurung servis, gusset dan selubung di zona percikan/semprot
• Perlengkapan pipa, rumah kondensor dan penutup servis

Otomotif dan transportasi

• Kurung struktural dan subframe (bagian bermassa rendah)
• Tubuh dalam komponen putih, rumah struktural interior dan selungkup
• Rumah pendingin dan pelat pembawa untuk elektronika daya (di EV)

Pompa, katup dan perangkat keras penanganan cairan (industri)

• Selubung pompa dan volute untuk penanganan bahan kimia dan air
• Tubuh katup, rumah tempat duduk dan rumah aktuator

Pembuangan panas dan rumah elektronik

• Rumah elektronik, penyebar termal dan penutup pengontrol motor (Traksi/inverter EV)
• Rumah heatsink yang mengutamakan konduktivitas termal dan massa rendah

Luar angkasa (struktur non-primer dan komponen sekunder)

• Tanda kurung interior, perumahan, selungkup avionik, panel struktural non-primer dan fairing

Konsumen & barang olahraga, elektronik

• Bingkai ringan, selubung pelindung, rumah perangkat portabel, komponen sepeda (non-kritis), tubuh kamera

Mesin industri dan komponen HVAC

• Rumah kipas, selubung peniup, tutup ujung penukar panas, penutup pompa yang ringan

Aplikasi khusus

• Peralatan kriogenik (dimana massa yang rendah lebih menguntungkan tetapi paduannya harus memenuhi syarat untuk ketangguhan suhu rendah)
• Rumah instrumentasi lepas pantai, komponen dangkal bawah laut (dengan perlindungan yang memadai)

9. Keuntungan dan Kerugian

Keuntungan dari Paduan Aluminium-Magnesium Cor

• Resistensi korosi superior (Terutama di lingkungan laut)
• Kepadatan rendah dan kekuatan spesifik tinggi untuk aplikasi yang beratnya kritis
• Kekencangan gas yang sangat baik untuk bejana tekan dan sistem tertutup
• Kemampuan mesin yang baik untuk penyelesaian yang presisi

Kekurangan Paduan Aluminium-Magnesium Cor

• Performa pengecoran yang buruk dengan kecenderungan sobek panas yang tinggi dan fluiditas yang rendah
• Risiko oksidasi dan masuknya terak memerlukan atmosfer pelindung
• Biaya produksi lebih tinggi karena kompleksitas proses dan bahan premium
• Cakupan penerapan terbatas terbatas pada sektor bernilai tinggi

10. Analisis komparatif: Pemeran Al–Mg vs. Paduan yang bersaing

Tabel di bawah ini membandingkannya pemeran aluminium–paduan magnesium (Pemeran Al–Mg) dengan bahan pengecoran yang umumnya bersaing digunakan dalam aplikasi ringan dan sensitif terhadap korosi.

Perbandingannya berfokus pada kriteria keputusan rekayasa utama bukan hanya sifat material nominal, memungkinkan pemilihan materi praktis.

Ringkasan Pemilihan Bahan

Memilih paduan aluminium-magnesium cor Kapan ringan, resistensi korosi, dan kekuatan yang wajar diperlukan pada suhu sedang.

Untuk lingkungan yang ekstrem (suhu tinggi, tekanan, atau bahan kimia agresif), baja tahan karat tetap unggul, ketika Paduan Al-Si mendominasi kapan geometri pengecoran yang kompleks dan efisiensi biaya adalah yang terpenting.

11. Kesimpulan — kesimpulan teknik praktis

• Paduan cor Al-Mg memberikan kombinasi yang sangat baik dari kepadatan rendah, ketahanan terhadap korosi dan kekuatan yang memadai untuk banyak aplikasi struktural — namun kenyataannya memang demikian bukan satu bahan pun; membedakan kelompok pengecoran Mg tinggi dari kelompok pengecoran Al–Si–Mg yang dapat diberi perlakuan panas.
• Disiplin proses itu penting: perlindungan leleh, degassing dan filtrasi sangat penting untuk mencapai kinerja mekanis dan korosi yang diharapkan.
• Perlakuan panas berbeda-beda: Paduan cor Al–Si-Mg merespons larutan dengan baik + penuaan (T6) dan memberikan kekuatan yang lebih tinggi; paduan cor Mg tinggi memperoleh lebih sedikit keuntungan dari penuaan konvensional dan lebih bergantung pada kontrol struktur mikro dan pemrosesan mekanis.
• Desain untuk casting: ketebalan bagian kontrol, feeding dan gating untuk menghindari cacat pengecoran umum yang paling berdampak buruk pada kinerja kelelahan dan korosi.