Aktoriai aliuminis lydiniai yra pagrindinės medžiagos automobilių pramonėje, kosmoso, pramoninės mašinos, ir vartojimo elektronika, vertinami dėl lengvų savybių (tankis 2,5–2,8 g/cm³), Puikus nusiteikimas, ir reguliuojamas mechaninis veikimas.
Remiantis jų pirminiais legiravimo elementais, aliuminio lydiniai tarptautiniu mastu klasifikuojami į keturias pagrindines sistemas: Al-si (aliuminio-silicio), Al-Cu (aliuminio-vario), Al-mg (aliuminio-magnio), ir Al-Zn (aliuminio-cinko).
Kiekviena sistema pasižymi skirtingomis savybėmis, pritaikytomis konkrečiams taikymo reikalavimams, nuo didelio stiprumo aviacijos ir kosmoso komponentų iki korozijai atsparių laivų dalių.
Šiame straipsnyje pateikiama išsami jų klasifikavimo analizė, Pagrindinės savybės, legiravimo mechanizmai, ir pramonės reikmėms – įžeminta ASTM B179, ISO 3116, ir kitus tarptautinius standartus.
1. Klasifikacija: keturios pagrindinės aliuminio lydinių šeimos
| Šeima | Tipiška kompozicija (wt%) | Pagrindinės savybės | Tipiškos programos |
| Al - taip (Aliuminis-Silicis) | Ir ≈ 7–12%; + nepilnametis Mg (≈0,2–0,6 %), pasirinktinai Su (iki ~4 proc.) | Puikus sklandumas ir mažas kietėjimo susitraukimas; Geras liejamumas ir apdirbamumas; geras nusidėvėjimas ir šiluminis stabilumas (ypač hipereutektinis); sukietėja senatvėje, jei yra Mg | Variklio blokai, cilindro galvutės, Transmisijos korpusai, konstrukciniai liejiniai, liejimo komponentai, stūmokliai (hipereutektika mažam šiluminiam plėtimuisi) |
| Al-cu (Aliuminis-Varis) | Cu ≈ 3–10%; Tai žema (≤ ~2 %); Galimi Mg/Mn priedai | Didelis liejimo ir termiškai apdorojamo stiprumas; puikus stiprumas aukštoje temperatūroje ir atsparumas šliaužimui (kritulių stiprinimas per Al₂Cu) | Karšto galo variklio komponentai, Vožtuvo sėdynės, didelės apkrovos konstrukciniai liejiniai ir dalys, veikiančios aukštesnėje temperatūroje |
| Al - mg (Aliuminis – magnis) | Mg ≈ 3–6%; Taip mažas (≈0,5–1,0 %) neprivaloma, kad būtų lengviau išmesti | Labai geras atsparumas korozijai (puikiai tinka jūros vandenyje); mažas tankis ir geras tvirtumas; galimos vienfazės arba beveik vienfazės mikrostruktūros | Jūrų įranga, povandeniniai korpusai, lengvos konstrukcinės dalys, kuriose atsparumas korozijai ir maža masė yra labai svarbūs |
| Al - Zn / Al - Zn - mg (Cinko guolių sistemos) | Zn keli masės % su Mg (Zn ir Mg sujungti kritulių kietėjimui) | Labai didelis pasiekiamas stiprumas po apdorojimo tirpalu + senėjimas (T6); geras specifinis stiprumas | Tikslumas, didelio stiprumo komponentai ir konstrukcinės dalys, kurios bus apdorotos tirpalu ir sendintos (naudojamas ten, kur reikalingas didžiausias statinis stiprumas) |
2. Liejimo srityje dominuojanti šeima – Al-Si lydiniai
Tipiška kompozicija & Mikrostruktūra
- Ir: paprastai 7–12 masės % daugelyje liejimo klasių; beveik eutektinis (~12,6 masės % Si) kompozicijos pasižymi geriausiu sklandumu ir mažiausiu liejimo susitraukimu.
- Kiti tikslingi papildymai: Mg (≈0,3–0,6 % A356) amžiaus grūdinimui (Mg₂Si nusėda); Cu (stūmokliniuose arba aukštos temperatūros lydiniuose) dėl stiprumo aukštoje temperatūroje;
Į eksploatuojant aukštoje temperatūroje ir hipereutektiniuose lydiniuose, siekiant kontroliuoti silicio trapumą. - Kaip liejimo mikrostruktūra: pirminis α-Al dendritai ir eutektinis silicis (a + Ir).
Nemodifikuotuose lydiniuose eutektinis Si yra šiurkštus ir panašus į plokštelę; po modifikavimo Si tampa smulkus ir pluoštinis.
Eutektinė modifikacija (tikslas ir agentai)
Tikslas: paversti grubiai, Platy Si iki smulkios pluoštinės morfologijos, kuri pagerina plastiškumą, apdirbamumas ir atsparumas nuovargiui.
- Natris (Na) - labai efektyvus modifikatorius, bet nepastovus; reikalingas sandarus dozavimas ir kruopšti kontrolė.
- Stroncis (Sr) — plačiausiai naudojamas komercinis modifikatorius; tipiškas dozavimas 0.015–0,03 masės %; perdozavimas yra neveiksmingas ir gali būti žalingas.
- Stibis (SB) — kai kuriose sistemose naudojamas kartu su Sr modifikacijai stabilizuoti.
- Retos žemės — nedideli priedai gali stabilizuoti ir pailginti kai kurių lydinių modifikavimo poveikį.
Kenksmingos priemaišos ir jų kontrolė
- Lygintuvas (Fe) — įprastos trampinės priemaišos, kurios susidaro kietai, trapūs intermetalai (Pvz., FeAl₃, Al₉Fe₂Si₂) kurie trapūs liejiniai ir pablogina paviršiaus apdailą bei atsparumą korozijai.
Švelninimas: pridėti Mn (≈0,3–0,5 %) arba Kr (≈0,1–0,2 %) pakeisti Fe fazes į mažiau kenksmingas morfologijas (Al₆(Fe,Mn)), ir kontroliuoti laužo žaliavas. - Fosforas (P) - reaguoja su Na ir ardo modifikaciją; griežtai kontroliuoti krosnies įkrovos P kiekį.
- Sn/Pb — sudaryti mažai tirpstančią eutektiką, sukeliančią karštį ir perdegimą; išlaikyti < ~0,05%, jei įmanoma.
- Kalcis (Ca) — gali sudaryti aukšto lydymosi junginius, kurie mažina takumą ir skatina susitraukimą; Ca kontrolė < ~0,05% už gerą užmetimą.
Tipiški Al-Si liejimo lydiniai ir pritaikymas
- A356.0 / Ir ac-al7mg (≈Si 7,0–7,5 %, Mg 0,3–0,5 %) — plačiai naudojamas smėlis & nuolatinio formavimo lydinys; termiškai apdorojamas (T6); paraiškos: Variklio blokai, konstrukciniai korpusai, Ratai.
- A357 — panašus į A356, bet su griežčiau kontroliuojamu Fe ir aukštesnėmis mechaninėmis savybėmis.
- A319 / A380 (štampuojančių šeimų) — Al–Si–Cu liejimo lydiniai, naudojami automobilių siurblių korpusams, ratų stebulės, Pavarų dėžės korpusai.
- Hipereutektinis Al-Si (Ir > 12%) — naudojamas stūmokliams ir slydimui dėl labai mažo šiluminio plėtimosi ir gero nusidėvėjimo (dažnai legiruojamas su Ni/retųjų žemių metalais, siekiant sumažinti trapumą). Kompozicijos pavyzdys: AlSi12Cu2Mg aukštos temperatūros stūmokliniams lydiniams.
3. Al-Cu liejiniai lydiniai – didelis stiprumas ir atsparumas aukštai temperatūrai
Metalurgija & Spektaklis
- Jėga kyla iš Al₂cu (Th) senstant susidaro nuosėdos; Cu skatina aukštą liejimo ir termiškai apdoroto stiprumo ir gerą atsparumą valkšnumui aukštesnėje temperatūroje.
- Kompromisas: Cu padidina polinkį į karštį, segregacija ir susitraukimas kietėjimo metu; liejimo praktika turi spręsti šias problemas.
Tipiškos kompozicijos & naudojimas
- Didelio vario lydiniai (Pvz., Al–Cu su 3–10% Cu): naudojamas vožtuvams, Sėdynės, ir komponentai, kuriems reikalingas terminis stabilumas ir mechaninis stiprumas aukštesnėje temperatūroje.
- Daugiakomponentis stiprinimas (pridėjus Mn, Mg, kt.) gali pagaminti sudėtingas dispersijas, kurios pagerina stiprumą ir gebėjimą apdoroti karštuoju būdu.
4. Al-Mg lydiniai – atsparumas korozijai ir lengvas
Pagrindiniai atributai
- Mg 3–6 masės % liejiniuose variantuose gamina Al3Mg2 fazes; tinkamai apdorojus, daugelis Al-Mg lydinių pasižymi puikiu atsparumu korozijai (ypač jūroje, Chlorido turinčių aplinka) ir mažesnio tankio nei įprastų Al-Si liejinių lydinių.
- Paviršiaus apdaila ir oksido kokybė yra svarbios; Lydymosi metu Mg yra linkęs oksiduotis, todėl lydalo kontrolė yra labai svarbi.
Tipiškos programos
- Jūrų komponentai, plūduriuojančios konstrukcijos, korozijai atsparūs korpusai ir lengvos dalys, kur reikalingas didelis specifinis atsparumas korozijai ir vidutinis stiprumas.
Užrašų apdorojimas
- Naudokite kontroliuojamą atmosferą arba srautą, sumažinti turbulenciją, kad sumažėtų nuodegų ir vandenilio pasisavinimas, ir dažnai prideda mažo Si, kad pagerintų liejimą.
5. Al - Zn (įskaitant Al-Zn-Mg) liejiniai lydiniai – didelis stiprumas po terminio apdorojimo
Charakteristikos
- Zn (dažnai derinamas su Mg) suteikia lydinio sistemą, kuri gerai reaguoja į tirpalo apdorojimą ir senėjimą (T6) gamyba labai didelis derlingumas ir atsparumas tempimui.
- As-cast gamyba yra mažiau draugiška (didesnis polinkis į poringumą ir karštą plyšimą) todėl reikia kruopštaus fiksavimo ir kietėjimo kontrolės.
Paraiškos
- Tikslumas, didelio stiprumo dalys, kurių terminis apdorojimas po liejimo yra priimtinas – erdvėlaivių armatūra ir kai kurie tikslių prietaisų komponentai.
6. Palyginamumo ir atrankos nurodymai
| Lydinių šeima | Liejamumas | Tipiškas stiprumas (AS-CAST / T6) | Korozija | Tipiški geriausi naudojimo būdai |
| Al - taip | Puiku (geriausia) | Vidutinis → geras (T6 tobulėja) | Gerai | Bendrieji liejiniai, Variklio blokai, korpusai, Ratai |
| Al-cu | Sąžininga → sudėtinga | Aukštas; geras padidėjęs T stiprumas | Vidutinis | Variklio komponentai, vožtuvai, karštos darbo dalys |
| Al - mg | Vidutinis (reikalinga lydymosi kontrolė) | Vidutinis | Puiku (jūrų) | Jūrų, lengvas, korozijai atsparios dalys |
| Al - Zn / Al - Zn - mg | Vidutinis arba prastas; geriau po terminio apdorojimo | Labai didelis po T6 | Kintamasis; dažnai mažesnis nei Al-Mg | Tikslumas, didelio stiprumo dalys po senėjimo |
7. Lieto aliuminio terminis apdorojimas – praktinės taisyklės
Terminis apdorojimas yra pagrindinė priemonė aliuminio mikrostruktūrai paversti kontroliuojama, eksploatacinės būklės.
Lietam lydiniams, bendri tikslai yra:
(1) padidinti stiprumą apdorojant tirpalu + gesinimas + senėjimas (T-gydymai);
(2) homogenizuojant sumažinti segregaciją ir cheminį nehomogeniškumą;
(3) sumažinti liejimo įtempius ir atkurti elastingumą atkaitinant;
(4) stabilizuoti mikrostruktūrą, kad būtų užtikrintas matmenų stabilumas.
Tipiški gydymo langai (praktinė nuoroda)
(Vertybės yra inžinerinės gairės; tikslių režimų patikrinkite su lydinio tiekėju ir gaminio standartu.)
| Gydymas | Tipinė temperatūra (° C.) | Tipiškas mirkymo laikas | Tipiniai lydiniai / užrašai |
| Homogenizacija | 420–520 ° C. | 2– 12 val (priklauso nuo storio) | Naudinga dideliems Al-Cu liejiniams ir kai kuriems Al-Si didelio vario lydiniams |
| Gydymas tirpalu | 480–520 ° C. | 1– 6 val (priklauso nuo skyriaus) | Al-Si-Mg (A356/A357): ~495 °C; Al–Cu lydiniai dažnai ~495–505 °C |
| Gesinimas | vanduo (~20–40 °C) arba polimerinis gesinimas | nedelsiant; sumažinti laiką tarp krosnies ir gesinimo | Numalšinimo sunkumas yra labai svarbus T6 atsakui; sunkioms sekcijoms reikia gesinimo modeliavimo |
Dirbtinis senėjimas (T6) |
150–185 °C | 4– 12 val (Priklauso nuo lydinio & norimos savybės) | A356 T6: tipiška 160–180 °C 4–8 val; Al-Zn-Mg lydiniai skiriasi - vadovaukitės specifikacijomis |
| Stabilizuojantis / T7 (vyresnio amžiaus) | 170–200 ° C. | ilgesnis senėjimas (Pvz., 8– 24 val) | Naudojamas ten, kur yra šiluminis stabilumas > pirmenybė teikiama aptarnavimo temperatūrai (mažesnis didžiausias stiprumas, daugiau stabilumo) |
| Anneal / streso palengvinimas | 300–400 ° C. (žemas) | 0.5–2 h | Skirtas elastingumo atstatymui ir streso mažinimui; venkite gyventi sigmos formavimo diapazonuose (netaikoma daugumai Al) |
Svarbus: mirkymo laiko skalė su sekcijos dydžiu. Norėdami nustatyti konkrečių liejimo skerspjūvių laikymo laiką, naudokite šiluminės masės skaičiavimus arba tiekėjų diagramas.
Dažni terminio apdorojimo defektai ir prevencija
- Nepakankamas sprendimo būdas (žema temperatūra / trumpas laikas) → nepilnas tirpių fazių ištirpimas; dėl to sumažėja reakcija į amžių ir blogos mechaninės savybės.
Prevencija: sekite laiko ir temperatūros profilius, pritaikytus sekcijos dydžiui; mirkymui patikrinti naudokite termoporas arba modeliavimą. - Perteklinis sprendimas (per aukšta temperatūra / laikas per ilgas) → prasidedantis mažai tirpstančių eutektinių fazių tirpimas (ypač didelio vario lydiniuose) ir grūdų rupinimas.
Prevencija: laikykitės maksimalaus T ir neperkaiskite; naudokite krosnies valdymą & diagramas. - Numalšinkite įtrūkimus / iškraipymas → per didelis terminis gradientas arba suvaržymas gesinimo metu.
Prevencija: dizaino šviestuvai, labai didelėms dalims naudokite pakopinį gesinimą arba polimerinį gesinimą; leidžia kontroliuoti šilumos ištraukimą. - Amžiaus minkštinimas tarnyboje → jei eksploatacija artėja prie senėjimo temperatūros, atsiranda priešlaikinis minkštėjimas.
Prevencija: pasirinkti T7 / vyresnio amžiaus būklę, arba pasirinkite termiškai stabilesnį lydinį (Ni-stabilizuotas) už padidintą T. - Paviršiaus korozija po terminio apdorojimo → gesinimo druskų ar užteršto vandens likučiai gali pažeisti aliuminį.
Prevencija: skubus kruopštus valymas (dejonizuotas vanduo), neutralizuoti gesinančias druskas, ir užtepti apsaugines konversijas arba dangas.
Specialūs lydinių šeimos aspektai
- Al-Si-Mg (Pvz., A356/A357): dažnas T6: tirpalas ~495 °C, gesinimas, amžius 160–180 °C.
Jautrus poringumo poveikiui; terminis apdorojimas pagerina stiprumą, tačiau įstrigusios dujos gali sumažinti mechaninį efektyvumą. - Al-Cu lydiniai: dideliems liejiniams reikia homogenizuoti, kad būtų sumažinta segregacija prieš tirpinant; kruopšti kontrolė, kad būtų išvengta prasidėjusio mažai tirpstančių sudedamųjų dalių lydymosi.
- Al-Zn-Mg lydiniai: labai reaguoja į T6, bet labai jautrus gesimui; įtempių korozijos įtrūkimų rizika, jei yra netinkama senėjimo/gesinimo seka ir liekamieji įtempiai – kontroliuokite priemaišų lygį ir sumažinkite įtampą.
- Al-Mg lydiniai: daugelis jų nėra atsparūs krituliams (arba tik minimaliai); termiškai apdorojant daugiausia dėmesio skiriama atkaitinimui / streso mažinimui, o ne T6 stiprinimui.
8. Praktiniai lydinių pavyzdžiai ir pritaikymas pritaikymui
- Bendra struktūrinė, termiškai apdorojami liejiniai: A356/A357 (Al-Si-Mg) — variklių korpusai, krumpliaračiais, ratų dalys.
- Liejamos konstrukcinės dalys (automobilių): A380 / A319 šeima (Al-Si-Cu liejimas) — siurblių korpusai, greičių dėžės korpusai, ratų stebulės.
- Aukštos temperatūros stūmokliai / mažai besiplečiančios dalys: Hipereutektinis Al-Si (Si 12–18 masės %) su Ni/RE priedais — stūmokliais, Tikslūs guoliai.
- Jūrų / korozijai kritiškas: Al-Mg liejimo variantai (Mg 3–6 masės %) — jūros vandens jungiamosios detalės ir korpusai.
- Aukšto stiprumo, termiškai apdorotos dalys: Al-Zn-Mg liejiniai lydiniai (taikomas gydymas T6) — tikslūs komponentai, kuriems reikalingas didelis statinis stiprumas.
9. Išvados
Lieti aliuminio lydiniai yra universali šeima, kurią galima derinti įvairiais mechaniniais įrenginiais, šiluminis ir korozinis efektyvumas apgalvotai parinkus lydinį, ištirpdyti praktiką, modifikacija, terminis apdorojimas ir formavimas.
Al-Si lydiniai yra aliuminio lydinio pasaulio pagrindas, nes jie puikiai liejasi su geromis mechaninėmis savybėmis ir termiškai apdoroti.
Al-cu ir Al - Zn sistemos užtikrina didesnį stiprumą ir atsparumą karščiui už liejamumo kainą; Al - mg lydiniai yra nepakeičiami ten, kur svarbiausia yra atsparumas korozijai ir mažas tankis.
Patikimam komponentų veikimui, susiekite tinkamą lydinio pasirinkimą (naudoti pripažintus tarptautinius pavadinimus, pvz A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg kt.) su griežta priemaišų kontrole, teisinga modifikavimo praktika Al-Si šeimoms (Ponas/Na) ir teisingas liejimo / terminio apdorojimo būdas.
DUK
Koks yra plačiausiai naudojamas aliuminio lydinys?
A356.0 (Al serija) yra labiausiai paplitęs, sudaro ~40% pasaulinės aliuminio produkcijos dėl subalansuoto liejimo, stiprybė, ir atsparumas korozijai.
Kuris aliuminio lydinys geriausiai tinka naudoti jūroje?
535.0 (Al-Mg serija) siūlo išskirtinį jūros vandens atsparumą korozijai (Korozijos greitis <0.005 mm per metus) ir lengvos savybės, todėl idealiai tinka jūrinei įrangai.
Ar Al-Cu lydiniai gali būti naudojami sudėtingiems liejiniams?
Ne – Al-Cu lydinių liejimas prastas (mažas sklandumas, Aukštas susitraukimas) ir netinka sudėtingoms geometrijoms. Sudėtingoms dalims, kurioms reikia didelio stiprumo, naudokite A356.0 arba A380.0.
Koks terminis apdorojimas reikalingas Al-Zn-Mg lydiniams?
Al-Zn-Mg lydiniai (Pvz., 712.0) Reikalingas T6 terminis apdorojimas (Gydymas tirpalu + dirbtinis senėjimas) norint gauti didelį stiprumą – stiprumas liejimo būsenoje yra per mažas (~180 MPa) ir netinka praktiniam naudojimui.
Kaip pagerinti Al-Mg lydinių liejamumą?
Įpilkite 0,5–1,0% Si, kad susidarytų eutektinės fazės, padidinti sklandumą, ir lydymosi metu naudokite inertinių dujų ekraną, kad išvengtumėte Mg oksidacijos.
