Lietais alumīnija-magnija sakausējumi: Viegls spēks

1. Kopsavilkums

“Lietais alumīnijs-magnijs” attiecas uz divām saistītām, bet atšķirīgām inženierzinātņu saimēm:

(Izšķirt) Lietie Al-Mg sakausējumi ar augstu Mg saturu (Mg vairākuma sakausējums, lai maksimāli palielinātu izturību pret koroziju un īpatnējo izturību jūras/svaram kritiskām daļām) un (Bārts) Al-Si-Mg liešanas sakausējumi (Al-Si bāze ar pieticīgām Mg piedevām, ko izmanto vecuma sacietēšanai un izturībai).

Al-Mg sakausējumi nodrošina izcilu izturību pret koroziju (Īpaši hlorīdu vidē), pievilcīga izturība pret svaru un laba stingrība, bet tie rada liešanas un kausēšanas problēmas, jo Mg viegli oksidējas un var veicināt porainību, ja procesa disciplīna ir vāja.

Lielākajai daļai Al-Mg sakausējumu nav spēcīga nokrišņu cietēšana — stiprināšana notiek galvenokārt ar cietu šķīdumu, mikrostruktūras kontrole un termomehāniskā apstrāde, nevis tradicionālie T6 ceļi, ko izmanto Al-Si-Mg sakausējumiem.

2. Ko mēs domājam ar “liet Al-Mg” — ģimenes un kopīgas atzīmes

Rūpniecībā atkārtoti parādās divas praktiskas lieto Al-Mg sakausējumu kategorijas:

• A kategorija — lietie sakausējumi ar augstu Mg saturu (Al-Mg ģimene): sakausējumi, kuros Mg saturs ir pietiekami augsts, lai dominētu korozijas uzvedībā un īpatnējā blīvumā/izturībā.
  Literatūrā un veikalu praksē šajā klasē Mg parasti tiek citēts 3–6 masas % diapazons ar nelieliem Si papildinājumiem (≈0,5–1,0 %) kad ir nepieciešama labāka liešanas spēja. Tos izmanto vietās, kur ir izturība pret koroziju / primārais ir vieglais svars.
• B kategorija — Al–Si–Mg liešanas sakausējumi (Al-Si-Mg ģimene): gandrīz eitektiski Al-Si bāzes lietie sakausējumi (Si ≈ 7–12 masas %) kas satur nelielu Mg (≈0,2–0,8 masas %) lai nodrošinātu mākslīgu novecošanu (Mg₂Si nokrišņi) un lielāka izturība pēc T veida novecošanas (T6).
  Piemēri ir nozares darba zirgu sakausējumi, piemēram, A356 (Al-Si-Mg) — tos dažreiz sauc par “Al-Mg saturošiem lējumiem” (bet galvenokārt ir Al-Si sakausējumi ar Mg kā stiprinošu elementu).

Praksē jūs izvēlaties A kategoriju, ja ir izturība pret koroziju (jūras, ķīmiskais kontakts) un zems blīvums ir dominējošie; izvēlēties B kategoriju, kad ir castability, nepieciešama izmēru stabilitāte un termiski apstrādājama izturība.

3. Tipiski ķīmiskie sastāvi

Galotne: Tipiski sastāva diapazoni (inženierzinātņu vadība)

Piezīmes

• Iepriekš minētie diapazoni ir praktiski inženiertehniskie logi — precīzām specifikācijām jāatsaucas uz standarta apzīmējumu (ASTM/EN) vai piegādātāja sertifikāts.
• Lietie sakausējumi ar augstu Mg saturu tuvojas kalto 5xxx sakausējumu sastāva apgabalam, bet ir izstrādāti liešanai (atšķirīga piemaisījumu kontrole un sacietēšanas uzvedība).

4. Mikrostruktūra un fāzes ķīmija — kas kontrolē veiktspēju

Primārie mikrostrukturālie spēlētāji

• α-Al matrica (uz seju centrēts kub): primārā nesošā fāze visos Al sakausējumos.
• Mg cietā šķīdumā: Mg atomi izšķīst α-Al; mērenās koncentrācijās tie stiprina matricu, stiprinot cieto šķīdumu.
• Starpmetāls / otrās fāzes:

• • Mg bagāti intermetāliski materiāli (Al3Mg₂/β): var veidoties pie augsta Mg līmeņa un starpdendritiskos reģionos; to morfoloģija un sadalījums kontrolē stabilitāti augstā temperatūrā un korozijas izturēšanos.
  • Mg₂si (Al-Si-Mg sakausējumos): veidojas novecošanas laikā un ir galvenā nokrišņu sacietēšanas fāze Al-Si-Mg saimē.
  • Fe nesošās fāzes: Fe piemaisījumi veido trauslus intermetāliskus (Al₅FeSi, utc) kas samazina elastību un var veicināt lokālu koroziju; Mn bieži pievieno nelielos daudzumos, lai modificētu Fe fāzes.

Cietināšanas īpašības

• Sakausējumi ar augstu Mg saturu mēdz būt salīdzinoši vienkāršs α + starpmetālu sacietēšanas ceļš, bet var parādīties segregācija, ja dzesēšana ir gausa; ātra dzesēšana uzlabo struktūru, bet palielina porainības risku, ja barošana ir nepietiekama.
• Al-Si-Mg sakausējumi sacietē ar primāro α, kam seko eitektiskais α + Un; Mg piedalās vēlākās reakcijās (Mg₂si) ja pietiek ar Mg saturu.

Mikrostruktūra → rekvizītu saite

• Smalks, vienmērīgi sadalītas otrās fāzes nodrošināt labāku izturību un izvairīties no trauslas uzvedības.
• Rupji intermetāliski elementi vai segregācija mazināt nogurumu, elastība un izturība pret koroziju. Kontrole, izmantojot kausēšanas praksi, graudu rafinētājiem un dzesēšanas ātrumam ir izšķiroša nozīme.

5. Galvenās veiktspējas īpašības

Mehāniskās īpašības (tipiski inženierijas diapazoni — liešanas stāvoklis)

Vērtības atšķiras atkarībā no sakausējuma, sekcijas izmērs, liešanas process un termiskā apstrāde. Izmantojiet piegādātāja datus projektēšanai kritiskiem skaitļiem.

• Blīvums (tipisks): ~2.66–2,73 g·cm⁻³ Al-Mg lietajiem sakausējumiem (neliels pieaugums salīdzinājumā ar tīru Al ~ 2,70).
• Stiepes izturība (tikpat ietērpts):

• • Lietie sakausējumi ar augstu Mg saturu: ~150–260 MPa (atkarībā no Mg satura, sekcijas biezums un apdare).
  • Al-Si-Mg (atlaist + T6): ~240–320 MPa (T6 vecuma A356 diapazons ir augšējā galā).

• Peļņas izturība: aptuveni 0.5–0,8 × UTS kā ceļvedis.
• Pagarināšana:5–15% atkarībā no sakausējuma un apstrādes — lējumiem ar augstu Mg saturu parasti ir laba elastība (vienfāzes tendence), Al-Si ar rupjo Si uzrādīs mazāku pagarinājumu, ja vien tas netiks modificēts.
• Nogurums un izturība pret lūzumiem: labi, ja mikrostruktūra ir stabila un porainība ir zema; noguruma veiktspēja, jutīga pret liešanas defektiem.

Izturība pret koroziju

• Lietie sakausējumi ar augstu Mg saturu izrādīt Lieliska vispārēja izturība pret koroziju, īpaši jūras un sārmainā vidē — Mg palielina pretestību punktos, salīdzinot ar standarta 3xxx/6xxx Al sakausējumiem.
• Videi, kas bagāta ar hlorīdu, Al-Mg sakausējumi bieži pārspēj parastos Al sakausējumus, taču tie joprojām ir zemāki par nerūsējošo tēraudu, un smagos gadījumos ir nepieciešama virsmas aizsardzība.

Termiskās īpašības

• Al-Mg sakausējumu siltumvadītspēja joprojām ir augsta (≈ 120–180 W·m⁻¹·K⁻¹ atkarībā no sakausējuma un mikrostruktūras), padarot tos piemērotus termiskiem korpusiem un siltumu izkliedējošām daļām.

Ražošana & metināšana

• Liešanas metodes: smilšu liešana, pastāvīga pelējuma, gravitācijas liešana un daži augstspiediena presliešana (ar rūpīgu fluxing) tiek izmantoti.
• Metināmība: Al-Mg sakausējumi parasti ir metināmi (Gtaw, Ieeja), bet metinot lējumus, jāpievērš uzmanība porainībai un pēcmetināšanas korozijai (izmantojiet atbilstošus pildvielu sakausējumus un tīrīšanu pēc metināšanas).
• Mašīnīgums: godīgi; instrumentu izvēle un ātrumi pielāgoti alumīnija sakausējumiem.

6. Termiskā apstrāde un termiskā apstrāde

Kuri sakausējumi reaģē uz termisko apstrādi?

• Al-Si-Mg lietie sakausējumi (B kategorija) ir termiski apstrādājams (izturēšanās): šķīduma ārstēšana → veldzēšana → mākslīgā novecošana (T6) rada ievērojamu stiprības pieaugumu, nogulsnējot Mg2Si.
  Tipiski T6 grafiki A356/A357: šķīdums ~495 °C, iztur 160–180 °C temperatūrā vairākas stundas (ievērojiet piegādātāja norādījumus).
• Lietie Al-Mg sakausējumi ar augstu Mg saturu (A kategorija) ir parasti nav tādā pašā mērā izturīgs pret nokrišņiem: Mg ir cieta šķīduma stiprinātājs, un daudzas kompozīcijas ar augstu Mg saturu sacietē galvenokārt ar deformācijas novecošanu vai aukstu apstrādi kaltās formās, nevis ar parasto T6 novecošanu..
  Lieto sakausējumu ar augstu Mg saturu termiskā apstrāde koncentrējas uz:

• • Homogenizācija lai samazinātu ķīmisko segregāciju (mērcēšana zemā temperatūrā, lai pārdalītu izšķīdušo vielu).
  • Stresa mazināšanas rūdīšana lai noņemtu liešanas spriegumus (tipiskas temperatūras: neliela atlaidināšana 300–400 °C — precīzi cikli ir atkarīgi no sakausējuma un sekcijas).
  • Rūpīga šķīduma apstrāde: izmanto selektīvi dažiem lietajiem Al-Mg variantiem, bet var veicināt nevēlamu intermetālu raupināšanu — skatiet sakausējuma datu lapas.

Praktiski norādījumi par termisko apstrādi

• Par Al-Si-Mg lējumi paredzēts spēkam, plāns šķīdums + dzēst + novecošanās (T6) un dizains ar sekciju izmēriem, kas efektīvi slāpē.
• Par Lējumi ar augstu Mg saturu, norādīt homogenizācija un stresa mazināšana cikli, lai stabilizētu mikrostruktūru un izmēru stabilitāti; negaidiet lielus vecuma sacietēšanas pieaugumus.

7. Liešanas prakse un apstrādes apsvērumi

Aizsardzība pret kušanu un kušanu

• Magnija kontrole: Mg viegli oksidējas līdz MgO. Izmantojiet aizsargpārklājuma plūsmas (sāls plūsma), kontrolēta pārkaršana, un samazina izsēņu veidošanos.
• Kušanas temperatūra: ievērot ieteikto diapazonu izvēlētajam sakausējumam; pārmērīga pārkaršana palielina apdeguma zudumus un oksīdu veidošanos.
• Degazēšana un filtrēšana: noņemt ūdeņradi un oksīdus (rotācijas degazēšana, keramikas putu filtri) lai samazinātu porainību un uzlabotu mehānisko/korozijas veiktspēju.

Liešanas metodes

• Smilšu liešana & pastāvīgs-pelējums: izplatīts sakausējumiem ar augstu Mg saturu un lielākām detaļām.
• Gravity Die liešana / zema spiediena liešana: rada labāku mikrostruktūru un virsmas apdari; piemērots konstrukcijas daļām.
• Augsta spiediena liešana: izmanto galvenokārt sakausējumiem uz Al-Si bāzes; jāievēro piesardzība ar augstu Mg saturu Mg oksidācijas un gāzes porainības dēļ.

Parastie defekti & mazināšana

• Porainība (gāze / saraušanās): mazina ar degazēšanu, filtrēšana, pareizs vārtu un stāvvada dizains, un kontrolējot sacietēšanas ātrumu.
• Oksīda/biplēves defekti: kontrolēt liešanas turbulenci un izmantot filtrēšanu.
• Karsta asarošana: pārvaldīt, izmantojot dizainu (izvairieties no pēkšņām sekciju izmaiņām) un kontrolēt barošanu/sacietēšanu.

8. Alumīnija un magnija sakausējumu tipiskie pielietojumi

Alumīnijs– magnija sakausējumi ieņem svarīgu vidusceļu vieglo metālu inženierijā: tie apvieno zemāku blīvumu un uzlabotu izturību pret koroziju salīdzinājumā ar daudziem alumīnija sakausējumiem ar pieņemamu liejamību un labu stingrību.

Jūras un jūras aprīkojums

• Sūkņu apvalki, vārstu korpusi un lāpstiņriteņi saldūdens/iesāļa ūdens apkalpošanai
• Klāja veidgabali, apkalpošanas kronšteini, rievas un apvalki šļakatu/izsmidzināšanas zonās
• Cauruļu veidgabali, kondensatora korpusi un servisa korpusi

Automobiļi un transports

• Strukturālie kronšteini un apakšrāmji (mazmasas sekcijas)
• Korpuss baltos komponentos, iekšējie strukturālie korpusi un korpusi
• Siltuma izlietnes korpusi un nesošās plāksnes spēka elektronikai (EV)

Sūkņi, vārsti un šķidruma apstrādes aparatūra (rūpniecisks)

• Sūkņu korpusi un spirāles ķimikāliju un ūdens apstrādei
• Vārstu ķermeņi, sēdekļu korpusi un izpildmehānismu korpusi

Siltuma izkliedes un elektronikas korpusi

• Elektroniskie apvalki, siltuma izkliedētāji un motora kontrolleru korpusi (EV vilces/invertori)
• Siltuma izlietnes korpusi, kur svarīga ir siltumvadītspēja un maza masa

Aviācija (neprimārās struktūras un sekundārās sastāvdaļas)

• Interjera kronšteini, apvalki, avionikas korpusi, ne primārie strukturālie paneļi un apšuvumi

Patērētājs & sporta preces, elektronika

• Viegli rāmji, aizsargapvalki, pārnēsājamo ierīču korpusi, velosipēdu sastāvdaļas (nekritisks), kameru korpusi

Rūpnieciskās iekārtas un HVAC sastāvdaļas

• Ventilatora korpusi, pūtēju korpusi, siltummaiņa gala vāciņi, viegli sūkņu vāki

Speciālie pielietojumi

• Kriogēnās iekārtas (kur maza masa ir izdevīga, bet sakausējumiem jābūt kvalificētiem zemas temperatūras izturībai)
• Ārzonas instrumentu korpusi, zemūdens sekla sastāvdaļas (ar atbilstošu aizsardzību)

9. Priekšrocības un trūkumi

Lietā alumīnija un magnija sakausējumu priekšrocības

• Augstāka izturība pret koroziju (Īpaši jūras vidē)
• Zems blīvums un augsta īpatnējā izturība svarīgām vajadzībām
• Lieliska gāzes necaurlaidība spiedtvertnēm un noslēgtām sistēmām
• Laba apstrādājamība precīzai apdarei

Alumīnija-magnija sakausējumu trūkumi

• Slikta liešanas veiktspēja ar augstu karstuma plīsuma tendenci un zemu plūstamību
• Oksidācijas risks un izdedžu iekļaušana, kam nepieciešama aizsargatmosfēra
• Augstākas ražošanas izmaksas procesa sarežģītības un materiālu izmaksu dēļ
• Ierobežota pielietojuma joma, kas attiecas tikai uz augstvērtīgām nozarēm

10. Salīdzinošā analīze: Lietie Al-Mg vs. Konkurējošie sakausējumi

Zemāk esošajā tabulā ir veikts salīdzinājums atlaist alumīnijs-magnija sakausējumi (Lietie Al-Mg) ar parasti konkurējošiem liešanas materiāliem, ko izmanto vieglos un pret koroziju jutīgos lietojumos.

Salīdzinājums koncentrējas uz galvenie inženiertehniskā lēmuma kritēriji nevis tikai nominālās materiāla īpašības, ļauj praktiski izvēlēties materiālu.

Materiālu izvēles kopsavilkums

Izvēlēties lietie alumīnija-magnija sakausējumi kad viegls svars, izturība pret koroziju, un saprātīgs spēks ir nepieciešamas mērenā temperatūrā.

Ekstrēmai videi (augsta temperatūra, spiediens, vai agresīvas ķīmiskas vielas), nerūsējošais tērauds paliek pārāks, kamēr Al-Si sakausējumi dominē, kad sarežģīta liešanas ģeometrija un izmaksu efektivitāte ir ārkārtīgi svarīgi.

11. Secinājumi — praktiskie inženiertehniskie aspekti

• Lietie Al-Mg sakausējumi nodrošina lielisku zema blīvuma kombināciju, izturība pret koroziju un pietiekama izturība daudziem strukturāliem lietojumiem, taču tie ir ne vienu materiālu; atšķirt augsta Mg lējumu saimes no Al-Si-Mg termiski apstrādājamām lējumu ģimenēm.
• Svarīga ir procesa disciplīna: kausējuma aizsardzība, degazēšana un filtrēšana ir būtiska, lai sasniegtu paredzamo mehānisko un korozijas veiktspēju.
• Termiskā apstrāde atšķiras: Al-Si-Mg sakausējumi labi reaģē uz šķīdumu + novecošanās (T6) un nodrošināt lielāku spēku; Lietie sakausējumi ar augstu Mg saturu mazāk iegūst no parastās novecošanas un ir vairāk atkarīgi no mikrostruktūras kontroles un mehāniskās apstrādes.
• Dizains liešanai: kontroles sekcijas biezums, padeve un vārti, lai izvairītos no izplatītiem liešanas defektiem, kas visvairāk ietekmē nogurumu un korozijas veiktspēju.