Lieto aliuminio-magnio lydiniai: Lengvas stiprumas

1. Santrauka

„Lietinis aliuminis – magnis“ reiškia dvi susijusias, bet skirtingas inžinerines šeimas:

(A) didelio Mg liejimo Al-Mg lydiniai (Mg daugumos lydinys, siekiant maksimaliai padidinti atsparumą korozijai ir specifinį stiprumą jūrinėms/svoriui svarbioms dalims) ir (B) Al-Si-Mg liejimo lydiniai (Al-Si bazė su nedideliais Mg priedais, naudojama senėjimui kietinti ir tvirtinti).

Al-Mg lydiniai pasižymi puikiu atsparumu korozijai (ypač chlorido aplinkoje), patrauklus stiprumo ir svorio santykis ir geras tvirtumas, tačiau jie kelia sunkumų liejant ir lydymosi metu, nes Mg lengvai oksiduojasi ir gali padidinti poringumą, jei proceso disciplina yra silpna.

Dauguma Al-Mg lydinių nėra stipriai kietėjantys nuo kritulių – stiprinimas pirmiausia vyksta kietu tirpalu, mikrostruktūros valdymas ir termomechaninis apdorojimas, o ne įprasti Al-Si-Mg lydiniams naudojami T6 būdai.

2. Ką turime omenyje sakydami „liet Al-Mg“ – šeimos ir bendri pažymiai

Pramonėje nuolat pasirodo dvi praktinės lietinių Al-Mg lydinių kategorijos:

• A kategorija – lydiniai su dideliu magnio kiekiu (Al-Mg šeima): lydiniai, kuriuose Mg kiekis yra pakankamai didelis, kad dominuotų korozijos ir specifinio tankio / stiprumo atžvilgiu.
  Literatūroje ir parduotuvių praktikoje ši klasė dažniausiai cituoja Mg 3–6 masės % diapazonas su mažais Si priedais (≈0,5–1,0 %) kai reikia geresnio užmetimo. Jie naudojami ten, kur atsparumas korozijai / lengvas svoris yra pagrindinis.
• B kategorija – Al–Si–Mg liejiniai lydiniai (Al-Si-Mg šeima): beveik eutektiniai Al-Si pagrindo liejiniai lydiniai (Si ≈ 7–12 masės %) kurių sudėtyje yra nedidelis Mg (≈0,2–0,8 masės %) leisti dirbtiniam senėjimui (Mg₂Si krituliai) ir didesnis stiprumas po T tipo senėjimo (T6).
  Pavyzdžiai yra pramoniniai arklio lydiniai, tokie kaip A356 (Al-Si-Mg) – kartais jie vadinami „Al-Mg turinčiais liejiniais“ (bet pirmiausia yra Al-Si lydiniai su Mg kaip stiprinančiu elementu).

Praktiškai A kategoriją pasirinksite, kai atsparumas korozijai (jūrų, cheminis kontaktas) ir mažas tankis dominuoja; rinkitės B kategoriją, kai yra metamas, reikalingas matmenų stabilumas ir termiškai apdorojamas stiprumas.

3. Tipiškos cheminės sudėties

Lentelė: Tipiški kompozicijos diapazonai (inžinerijos gairės)

Pastabos

• Aukščiau pateikti diapazonai yra praktiški inžineriniai langai – tikslios specifikacijos turi nurodyti standarto pavadinimą (ASTM/EN) arba tiekėjo pažymėjimas.
• Didelio Mg kiekio liejiniai lydiniai priartėja prie kaltinių 5xxx lydinių sudėties srities, bet yra sukurti liejimui (skirtinga priemaišų kontrolė ir kietėjimo elgsena).

4. Mikrostruktūra ir fazių chemija – kas kontroliuoja veikimą

Pirminiai mikrostruktūriniai žaidėjai

• α-Al matrica (į veidą orientuotas kub): pirminė laikančioji fazė visuose Al lydiniuose.
• Mg kietame tirpale: Mg atomai ištirpsta α-Al; esant vidutinei koncentracijai, jie stiprina matricą kieto tirpalo stiprinimu.
• Intermetallics / antrosios fazės:

• • Mg turtingi intermetalai (Al3Mg₂/β): gali susidaryti esant dideliam Mg kiekiui ir tarpdendritiniuose regionuose; jų morfologija ir pasiskirstymas kontroliuoja stabilumą aukštoje temperatūroje ir korozijos elgesį.
  • Mg₂si (Al-Si-Mg lydiniuose): susidaro senstant ir yra pagrindinė Al-Si-Mg šeimos kietėjimo kritulių fazė.
  • Fe nešančios fazės: Fe priemaišos sudaro trapius intermetalinius junginius (Al₅FeSi, kt.) kurios sumažina plastiškumą ir gali skatinti vietinę koroziją; Mn dažnai pridedama mažais kiekiais, kad modifikuotų Fe fazes.

Kietėjimo savybės

• Didelio Mg lydiniai paprastai turi gana paprastą α + tarpmetalinis kietėjimo kelias, bet gali pasireikšti segregacija, jei aušinimas yra vangus; greitas aušinimas pagerina struktūrą, bet padidina poringumo riziką, jei šėrimas yra netinkamas.
• Al-Si-Mg lydiniai sukietėja su pirminiu α, po kurio seka eutektinis α + Ir; Mg dalyvauja vėlesnėse reakcijose (Mg₂si) jei pakanka Mg kiekio.

Mikrostruktūra → savybių nuoroda

• Bauda, tolygiai paskirstytos antrosios fazės suteikti didesnį tvirtumą ir išvengti trapaus elgesio.
• Šiurkšti intermetalinė medžiaga arba segregacija mažina nuovargį, plastiškumas ir atsparumas korozijai. Valdymas lydymosi praktika, grūdų rafinavimo įrenginiai ir aušinimo greitis yra labai svarbūs.

5. Pagrindinės veikimo charakteristikos

Mechaninės savybės (tipiniai inžineriniai diapazonai – liejimo būsena)

Vertės skiriasi priklausomai nuo lydinio, Skyriaus dydis, liejimo procesas ir terminis apdorojimas. Naudokite tiekėjo duomenis projektavimo kritiniams skaičiams.

• Tankis (tipiškas): ~2.66–2,73 g·cm⁻³ Al-Mg liejiniams lydiniams (nedidelis padidėjimas, palyginti su grynu Al ~ 2,70).
• Tempimo stiprumas (AS-CAST):

• • Didelio Mg kiekio liejiniai lydiniai: ~150–260 MPa (priklausomai nuo Mg kiekio, sekcijos storis ir apdaila).
  • Al-Si-Mg (aktoriai + T6): ~240–320 MPa (T6 senėjimo A356 diapazonas yra viršuje).

• Derliaus stiprumas: grubiai 0.5–0,8 × UTS kaip vadovas.
• Pailgėjimas:5–15% priklausomai nuo lydinio ir apdorojimo – didelio Mg liejiniai paprastai pasižymi geru lankstumu (vienfazė tendencija), Al-Si su šiurkščiu Si parodys mažesnį pailgėjimą, nebent jis būtų pakeistas.
• Nuovargis ir atsparumas lūžiams: geras, kai mikrostruktūra tvirta ir mažas poringumas; nuovargis, jautrus liejimo defektams.

Atsparumas korozijai

• Didelio Mg kiekio liejiniai lydiniai Parodyti Puikus atsparumas korozijai, ypač jūrinėje ir šarminėje aplinkoje – Mg padidina atsparumą duobėms, palyginti su standartiniais 3xxx/6xxx Al lydiniais.
• Aplinkai, kurioje gausu chlorido, Al-Mg lydiniai dažnai pranoksta paprastus Al lydinius, bet vis tiek yra prastesni už nerūdijantį plieną ir sunkiais atvejais reikalauja paviršiaus apsaugos.

Šiluminės savybės

• Al-Mg lydinių šilumos laidumas išlieka aukštas (≈ 120–180 W·m⁻¹·K⁻¹ priklausomai nuo legiravimo ir mikrostruktūros), todėl jie tinka šiluminiams korpusams ir šilumą išsklaidžiančioms dalims.

Gamyba & suvirinimas

• Liejimo būdai: Smėlio liejimas, Nuolatinis pelėsis, gravitacijos slėginis liejimas ir kai kurie aukšto slėgio liejiniai (su kruopščiu srautu) yra naudojami.
• Suvirinamumas: Al-Mg lydiniai paprastai yra suvirinami (GTAW, Gauna), tačiau suvirinant liejinius profilius reikia atkreipti dėmesį į poringumą ir koroziją po suvirinimo (naudokite tinkamus užpildų lydinius ir valymą po suvirinimo).
• Aparatas: sąžininga; įrankių pasirinkimas ir greičiai pritaikyti aliuminio lydiniams.

6. Terminis apdorojimas ir terminis apdorojimas

Kurie lydiniai reaguoja į terminį apdorojimą?

• Al-Si-Mg liejiniai lydiniai (B kategorija) yra termiškai apdorojamas (amžius): gydymas tirpalu → gesinti → dirbtinis senėjimas (T6) žymiai padidina stiprumą nusodindamas Mg2Si.
  Įprasti A356/A357 T6 tvarkaraščiai: tirpalas ~495 °C, keletą valandų brandina 160–180 °C temperatūroje (laikykitės tiekėjo nurodymų).
• Didelio Mg kiekio liejiniai Al-Mg lydiniai (A kategorija) yra paprastai nėra tokiu pat laipsniu sukietinamas kritulių metu: Mg yra kieto tirpalo stiprintuvas, o daugelis daug magnio turinčių kompozicijų sukietėja pirmiausia senstant įtempiant arba naudojant šaltą apdorojimą kaltinėmis formomis, o ne įprastu T6 sendinimu..
  Didelis Mg lydinių terminis apdorojimas yra skirtas:

• • Homogenizacija sumažinti cheminę segregaciją (mirkymas žemoje temperatūroje, kad perskirstytų ištirpusią medžiagą).
  • Atkaitinimas nuo streso pašalinti liejimo įtempius (tipinės temperatūros: nedidelis atkaitinimas 300–400 °C – tikslūs ciklai priklauso nuo lydinio ir pjūvio).
  • Kruopštus gydymas tirpalu: selektyviai naudojamas kai kuriems išlietiems Al-Mg variantams, bet gali paskatinti nepageidaujamą intermetalinį šiurkštumą – žr. lydinio duomenų lapus.

Praktinės terminio apdorojimo instrukcijos

• Už Al-Si-Mg liejiniai skirtas stiprumui, planuoti Sprendimas + gesinimas + senėjimas (T6) ir dizainas su sekcijų dydžiais, kurie efektyviai gesina.
• Už didelio Mg kiekio liejiniai, Nurodykite homogenizacija ir streso mažinimas ciklai, skirti stabilizuoti mikrostruktūrą ir matmenų stabilumą; nesitikėk didelių su amžiumi grūdinančių prieaugių.

7. Liejimo praktika ir apdorojimas

Apsauga nuo lydymosi ir lydymosi

• Magnio kontrolė: Mg lengvai oksiduojasi iki MgO. Naudokite apsauginius dangtelius (druskos srautas), kontroliuojamas perkaitimas, ir sumažinti apnašų susidarymą.
• Lydymosi temperatūra: laikytis rekomenduojamų pasirinkto lydinio diapazonų; per didelis perkaitimas padidina degimo nuostolius ir oksidų susidarymą.
• Degazavimas ir filtravimas: pašalinti vandenilį ir oksidus (rotacinis degazavimas, keraminiai putplasčio filtrai) sumažinti poringumą ir pagerinti mechanines / korozijos savybes.

Liejimo būdai

• Smėlio liejimas & nuolatinis pelėsis: įprastas lydiniams, kuriuose yra daug Mg, ir didesnėms dalims.
• Gravitacijos mirties liejimas / Žemo slėgio liejimas: sukuria geresnę mikrostruktūrą ir paviršiaus apdailą; tinka konstrukcinėms dalims.
• Aukšto slėgio štampas: daugiausia naudojamas Al-Si lydiniams; būti atsargiems su dideliu Mg kiekiu dėl Mg oksidacijos ir dujų poringumo.

Bendri trūkumai & švelninimo

• Poringumas (dujos/susitraukimas): sušvelninamas degazuojant, filtravimas, tinkamas vartų ir stovų dizainas, ir kontroliuojant kietėjimo greitį.
• Oksido/bifilmo defektai: kontroliuoti liejimo turbulenciją ir naudoti filtravimą.
• Karšta ašarojimas: valdyti per dizainą (venkite staigių skyrių pakeitimų) ir kontroliuoti šėrimą / kietėjimą.

8. Tipiški aliuminio ir magnio lydinių naudojimo būdai

Leiskite aliuminį– Magnio lydiniai užima svarbią vidurinę vietą lengvųjų metalų inžinerijoje: jie sujungia mažesnį tankį ir didesnį atsparumą korozijai, palyginti su daugeliu aliuminio lydinių, su priimtinu liejamumu ir geru kietumu.

Jūrų ir jūrų įranga

• Siurblių korpusai, vožtuvų korpusai ir sparnuotės gėlo / sūraus vandens tiekimui
• Denio jungiamosios detalės, aptarnavimo kronšteinai, įdubimai ir gaubtai purslų/purškimo zonose
• Vamzdžių jungiamosios detalės, kondensatoriaus korpusai ir aptarnavimo korpusai

Automobiliai ir transportas

• Konstrukciniai laikikliai ir rėmeliai (mažos masės sekcijos)
• Korpusas iš baltų komponentų, vidiniai konstrukciniai korpusai ir gaubtai
• Galios elektronikos aušintuvų korpusai ir laikiklio plokštės (EV)

Siurbliai, vožtuvai ir skysčių tvarkymo įranga (pramoninis)

• Siurblių korpusai ir spiralės chemijos ir vandens tvarkymui
• Vožtuvo kūnai, sėdynių korpusai ir pavaros mechanizmų korpusai

Šilumos išsklaidymo ir elektronikos korpusai

• Elektroniniai korpusai, termobarstytuvai ir variklių valdiklių gaubtai (EV trauka/inverteriai)
• Aušintuvų korpusai, kuriuose svarbus šilumos laidumas ir maža masė

Aviacijos ir kosmoso (nepirminės konstrukcijos ir antriniai komponentai)

• Vidiniai laikikliai, korpusai, avionikos korpusai, nepagrindinės konstrukcinės plokštės ir gaubtai

Vartotojas & Sporto prekės, elektronika

• Lengvi rėmeliai, apsauginiai apvalkalai, nešiojamųjų įrenginių korpusai, dviračio komponentai (nekritinis), Kameros kūnai

Pramoninės mašinos ir ŠVOK komponentai

• Ventiliatorių korpusai, pūstuvų korpusai, šilumokaičio galiniai dangteliai, lengvi siurblio dangteliai

Specialios programos

• Kriogeninė įranga (kai maža masė yra naudinga, tačiau lydiniai turi būti atsparūs žemai temperatūrai)
• Jūros prietaisų korpusai, povandeniniai sekliai komponentai (su tinkama apsauga)

9. Privalumai ir trūkumai

Lieto aliuminio-magnio lydinių pranašumai

• Aukščiausias atsparumas korozijai (Ypač jūrų aplinkoje)
• Mažas tankis ir didelis savitasis stiprumas, skirtas kritinėms reikmėms
• Puikus dujų sandarumas slėginiams indams ir sandarioms sistemoms
• Geras apdirbamumas tiksliam apdailai

Lieto aliuminio-magnio lydinių trūkumai

• Prastas liejimo našumas, didelis polinkis į karštą plyšimą ir mažas sklandumas
• Oksidacijos rizika ir šlako įtraukimas, kuriam reikalinga apsauginė atmosfera
• Didesnės gamybos sąnaudos dėl proceso sudėtingumo ir medžiagų priemokų
• Ribota taikymo sritis, skirta didelės vertės sektoriams

10. Lyginamoji analizė: Lietas Al-Mg vs. Konkuruojantys lydiniai

Žemiau esančioje lentelėje palyginama aktoriai aliuminis– magnio lydiniai (Lietas Al-Mg) su dažniausiai konkuruojančiomis liejimo medžiagomis, naudojamomis lengvose ir korozijai jautriose srityse.

Palyginimas sutelktas į pagrindiniai inžinerinio sprendimo kriterijai o ne tik nominalios medžiagos savybės, leidžia praktiškai pasirinkti medžiagas.

Medžiagos pasirinkimo santrauka

Pasirinkti aliuminio-magnio lydiniai kada lengvas, atsparumas korozijai, ir pagrįstos jėgos būtini esant vidutinei temperatūrai.

Ekstremalioms aplinkoms (aukšta temperatūra, spaudimas, arba agresyvios cheminės medžiagos), Nerūdijantis plienas išlieka pranašesnis, kol Al-Si lydiniai dominuoti, kai sudėtinga liejimo geometrija ir ekonomiškumas yra svarbiausi.

11. Išvados – praktinės inžinerijos ištraukos

• Lieti Al-Mg lydiniai suteikia puikų mažo tankio derinį, atsparumas korozijai ir pakankamas stiprumas daugeliui konstrukcinių pritaikymų, tačiau jie yra ne viena medžiaga; atskirti didelio Mg liejimo šeimas nuo Al-Si-Mg termiškai apdorojamų liejinių šeimų.
• Svarbu proceso disciplina: apsauga nuo lydymosi, degazavimas ir filtravimas yra būtini norint pasiekti laukiamą mechaninį ir korozinį veikimą.
• Terminis apdorojimas skiriasi: Al-Si-Mg lydiniai gerai reaguoja į tirpalą + senėjimas (T6) ir suteikia daugiau jėgų; lydiniai, kuriuose yra daug magnio, mažiau įgyja nuo įprasto senėjimo ir labiau priklauso nuo mikrostruktūros valdymo ir mechaninio apdorojimo.
• Dizainas liejimui: valdymo sekcijos storis, padavimas ir užtvarai, kad būtų išvengta įprastų liejimo defektų, kurie labiausiai neigiamai veikia nuovargį ir korozijos savybes.