Cast aloi aluminium -magnesium: Kekuatan ringan

1. Ringkasan Eksekutif

"Cast Aluminium -Magnesium" merujuk kepada dua keluarga kejuruteraan yang berkaitan tetapi berbeza:

(A) High-Mg Cast Al-Mg Alloys (MG-majoriti mengadili untuk memaksimumkan rintangan kakisan dan kekuatan khusus untuk bahagian marin/berat kritikal) dan (B) Al -Si -Mg Casting Alloys (Pangkalan Al -Si dengan penambahan MG sederhana yang digunakan untuk pengerasan dan kekuatan umur).

Al -mg cast aloi memberikan rintangan kakisan yang sangat baik (terutamanya dalam persekitaran klorida), Kekuatan yang menarik dan kuat, Tetapi mereka menimbulkan cabaran pemutus dan cairkan kerana Mg mengoksida dengan mudah dan dapat menggalakkan keliangan jika disiplin proses lemah.

Sebilangan besar aloi cast al-mg tidak kuat pemendakan-pengukuhan berlaku terutamanya oleh penyelesaian pepejal, Kawalan mikrostruktur dan pemprosesan thermomechanical dan bukannya laluan T6 konvensional yang digunakan untuk aloi Al-Si-Mg.

2. Apa yang kita maksudkan dengan "cast al -mg" - keluarga dan gred biasa

Dua kategori praktikal aloi cast al -mg muncul berulang kali dalam industri:

• Kategori A-Alloy Cast High-Mg (Keluarga Al -Mg): aloi di mana kandungan mg cukup tinggi untuk menguasai tingkah laku kakisan dan ketumpatan/kekuatan tertentu.
  Dalam kesusasteraan dan amalan kedai kelas ini biasanya memetik mg di 3-6 wt% julat dengan penambahan SI kecil (≈0.5-1.0 %) Apabila kebolehkerjaan yang lebih baik diperlukan. Ini digunakan di mana rintangan kakisan / Berat ringan adalah utama.
• Kategori B - AL -SI -MG Casting Alloys (Keluarga Al -Si -Mg): Alloy Cast Base Eutectic Al-Si (Si ≈ 7-12 wt%) yang termasuk mg sederhana (≈0.2-0.8 wt%) untuk membenarkan penuaan buatan (Pemendakan mg₂si) dan kekuatan yang lebih tinggi selepas penuaan T-jenis (T6).
  Contohnya termasuk aloi kerja industri seperti A356 (Al -si -mg) - ini kadang -kadang dipanggil "al -mg yang mengandungi casting" (tetapi terutamanya aloi Al -Si dengan MG sebagai elemen pengukuhan).

Dalam amalan, anda akan memilih Kategori A apabila rintangan kakisan (Marin, Hubungan Kimia) dan ketumpatan rendah dominan; Pilih Kategori B Ketika Kebolehkerjaan, Kestabilan dimensi dan kekuatan yang boleh dirawat haba diperlukan.

3. Komposisi kimia biasa

Jadual: Julat komposisi biasa (Panduan Kejuruteraan)

Nota

• Rentang di atas adalah tingkap kejuruteraan praktikal - spesifikasi tepat mesti merujuk penunjukan piawaian (ASTM/EN) atau sijil pembekal.
• Aloi pelakon tinggi MG mendekati kawasan komposisi aloi 5xxx tempa tetapi direka bentuk untuk pemutus (Kawalan kekotoran yang berbeza dan tingkah laku pemejalan).

4. Mikrostruktur dan Fasa Kimia - Apa yang mengawal prestasi

Pemain mikrostruktur utama

• α-al matriks (kubik berpusatkan muka): fasa galas beban utama di semua aloi al.
• Mg dalam penyelesaian pepejal: Atom mg larut dalam α-al; Pada kepekatan sederhana mereka menguatkan matriks dengan pengukuhan penyelesaian pepejal.
• Intermetallics / Fasa kedua:

• • Intermetallics kaya Mg (Al₃mg₂/β): boleh membentuk pada tahap Mg yang tinggi dan di kawasan interdendritik; Kawalan morfologi dan pengedaran mereka kestabilan suhu tinggi dan tingkah laku kakisan.
  • Mg₂si (dalam aloi al -Si -mg): bentuk semasa penuaan dan merupakan fasa pengerasan pemendakan utama dalam keluarga al-Si-Mg.
  • Fasa Bearing Fe: Kekotoran Fe membentuk intermetallic rapuh (Al₅fesi, dll.) yang mengurangkan kemuluran dan boleh menggalakkan kakisan setempat; MN sering ditambah dalam jumlah yang kecil untuk mengubah fasa FE.

Ciri -ciri pemejalan

• Aloi tinggi-mg cenderung mempunyai α yang agak sederhana + Laluan pemejalan intermetallic tetapi mungkin menunjukkan pemisahan jika penyejukan lambat; struktur penyejukan cepat menapis tetapi menimbulkan risiko keliangan jika makan tidak mencukupi.
• Aloi al -si -mg menguatkan dengan α primer diikuti dengan α eutektik + Dan; MG mengambil bahagian dalam reaksi kemudian (Mg₂si) Sekiranya kandungan mg cukup.

Mikrostruktur → Pautan Properties

• Baik, fasa kedua yang diedarkan secara seragam Berikan ketangguhan yang lebih baik dan elakkan tingkah laku rapuh.
• Intermetallics kasar atau pemisahan merendahkan keletihan, Kemuluran dan prestasi kakisan. Kawalan melalui amalan cair, Penapis bijirin dan kadar penyejukan adalah penting.

5. Ciri -ciri prestasi utama

Sifat mekanikal (julat kejuruteraan biasa - Negeri Cast)

Nilai berbeza dengan aloi, saiz seksyen, proses pemutus dan rawatan haba. Gunakan data pembekal untuk nombor kritikal reka bentuk.

• Ketumpatan (tipikal): ~2.66-2.73 g · cm ³ untuk aloi cast al -mg (peningkatan sedikit berbanding al ~ 2.70 tulen).
• Kekuatan tegangan (as-cast):

• • Alloy Cast High-Mg: ~ 150-260 MPa (bergantung pada kandungan mg, Ketebalan dan Selesai Bahagian).
  • Al -si -mg (Cast + T6): ~ 240-320 MPa (T6 berumur A356 berkisar di bahagian atas).

• Kekuatan hasil: kira -kira 0.5-0.8 × UTS sebagai panduan.
• Pemanjangan:5-15% Bergantung pada aloi dan pemprosesan-Casting Mg tinggi biasanya mempamerkan kemuluran yang baik (kecenderungan fasa tunggal), Al -Si dengan Si kasar akan menunjukkan pemanjangan yang lebih rendah kecuali diubah suai.
• Keletihan dan kelemahan patah: baik apabila mikrostruktur adalah bunyi dan keliangan rendah; prestasi keletihan sensitif terhadap kecacatan pemutus.

Rintangan kakisan

• Alloy Cast High-Mg tunjukkan rintangan kakisan umum yang sangat baik, Terutama dalam persekitaran laut dan alkali - MG menimbulkan rintangan pitting berbanding dengan aloi 3xxx/6xxx al standard.
• Untuk persekitaran yang kaya dengan klorida, Aloi al -mg sering mengatasi aloi Al biasa tetapi masih lebih rendah daripada keluli tahan karat dan memerlukan perlindungan permukaan dalam kes -kes yang teruk.

Sifat terma

• Kekonduksian terma aloi al -mg kekal tinggi (≈ 120-180 w · m⁻¹ · k⁻¹ bergantung pada aloi dan struktur mikro), menjadikan mereka sesuai untuk perumahan haba dan bahagian-bahagian yang hilang.

Pengilang & kimpalan

• Kaedah pemutus: Pemutus pasir, acuan kekal, graviti mati-casting dan beberapa pemutus mati tekanan tinggi (dengan fluks yang berhati -hati) digunakan.
• Kebolehkalasan: Aloi al -mg biasanya boleh dikimpal (GTAW, Gawn), Tetapi kimpalan bahagian pelakon memerlukan perhatian terhadap keliangan dan kakisan pasca-kimpalan (Gunakan aloi pengisi yang sesuai dan pembersihan pasca kimpalan).
• Kebolehkerjaan: adil; Pemilihan dan kelajuan alat diselaraskan untuk aloi aluminium.

6. Rawatan haba dan pemprosesan haba

Aloi mana yang bertindak balas terhadap rawatan haba?

• Al -Si -Mg Cast Alloys (Kategori b) adalah Haba-dirawat (Pengerasan usia): Penyelesaian Rawat → Quench → Penuaan Buatan (T6) menghasilkan peningkatan kekuatan yang ketara melalui pemendakan mg₂SI.
  Jadual T6 biasa untuk A356/A357: penyelesaian ~ 495 ° C., Umur pada 160-180 ° C selama beberapa jam (Ikuti bimbingan pembekal).
• High-Mg Cast Al-Mg Alloys (Kategori a) adalah Umumnya tidak boleh dipendekkan ke tahap yang sama: MG adalah penguat penyelesaian pepejal dan banyak komposisi MG tinggi yang mengeras terutamanya oleh penuaan ketegangan atau kerja sejuk dalam bentuk tempa dan bukan penuaan T6 konvensional.
  Rawatan haba untuk aloi tinggi Mg yang memberi tumpuan:

• • Homogenisasi untuk mengurangkan pengasingan kimia (Rendam suhu rendah untuk mengagihkan semula larut).
  • Tekanan-pelepasan Anneal untuk menghilangkan tekanan pemutus (suhu biasa: Anneals sederhana 300-400 ° C - Kitaran tepat bergantung pada aloi dan bahagian).
  • Rawatan penyelesaian yang teliti: Digunakan secara selektif untuk beberapa varian AL -MG Cast, tetapi boleh menggalakkan kasar intermetallic yang tidak diingini - berunding dengan data aloi.

Panduan rawatan haba praktikal

• Untuk AL -SI -MG CASTINGS dimaksudkan untuk kekuatan, merancang untuk penyelesaian + menghilangkan + penuaan (T6) dan reka bentuk dengan saiz seksyen yang menghilangkannya dengan berkesan.
• Untuk High-Mg Castings, nyatakan homogenisasi dan pelepasan tekanan kitaran untuk menstabilkan mikrostruktur dan kestabilan dimensi; Jangan mengharapkan keuntungan pengerasan usia yang besar.

7. Pertimbangan Amalan dan Pertimbangan Pemprosesan Foundry

Perlindungan mencair dan mencairkan

• Kawalan magnesium: Mg mengoksida dengan mudah ke MGO. Gunakan fluks perlindungan pelindung (Fluks garam), Superheat terkawal, dan meminimumkan pembentukan DROS.
• Suhu cair: Simpan dalam julat yang disyorkan untuk aloi yang dipilih; Superheat yang berlebihan meningkatkan kerugian membakar dan pembentukan oksida.
• Degassing dan penapisan: Keluarkan hidrogen dan oksida (Rotary degassing, Penapis busa seramik) untuk mengurangkan keliangan dan meningkatkan prestasi mekanikal/kakisan.

Kaedah pemutus

• Pemutus pasir & acuan kekal: biasa untuk aloi tinggi Mg dan untuk bahagian yang lebih besar.
• Gravity Die Casting / Pemutus tekanan rendah: menghasilkan struktur mikrostruktur dan permukaan yang lebih baik; Bagus untuk bahagian struktur.
• Casting mati tekanan tinggi: digunakan terutamanya untuk aloi berasaskan Al -Si; Berhati-hati dengan kandungan Mg tinggi kerana pengoksidaan Mg dan keliangan gas.

Kecacatan biasa & pengurangan

• Keliangan (gas/pengecutan): dikurangkan oleh degassing, penapisan, reka bentuk gating dan riser yang betul, dan dengan mengawal kadar pemejalan.
• Kecacatan oksida/bifilm: Kawalan menuangkan pergolakan dan gunakan penapisan.
• Panas merobek: Mengurus melalui reka bentuk (Elakkan perubahan seksyen tiba -tiba) dan mengawal pemakanan/pemejalan.

8. Aplikasi biasa aloi aluminium -magnesium

Cast aluminium-Magnesium aloi menduduki tempat tengah penting dalam kejuruteraan logam ringan: Mereka menggabungkan ketumpatan yang lebih rendah dan rintangan kakisan yang lebih baik berbanding dengan banyak aloi aluminium dengan kemampuan yang boleh diterima dan ketangguhan yang baik.

Peralatan laut dan luar pesisir

• Perumahan pam, badan injap dan pendesak untuk perkhidmatan air segar/payau
• Kelengkapan dek, kurungan perkhidmatan, Gusset dan Kafan di zon percikan/semburan
• Kelengkapan paip, Perumahan dan Lampiran Perkhidmatan Pemeluwap

Automotif dan pengangkutan

• Kurungan struktur dan subframe (bahagian jisim rendah)
• Badan dalam komponen putih, perumahan dan kandang struktur dalaman
• Perumahan-sink dan plat pembawa untuk elektronik kuasa (dalam EVS)

Pam, injap dan perkakasan pengendalian cecair (perindustrian)

• Casing pam dan volute untuk pengendalian kimia dan air
• Badan injap, tempat duduk dan perumahan penggerak

Pelesapan haba dan perumahan elektronik

• Perumahan elektronik, penyebar haba dan kandang pengawal motor (EV TRACTION/Inverters)
• Perumahan-sink heat di mana kekonduksian haba dan jisim rendah adalah penting

Aeroangkasa (struktur bukan utama dan komponen sekunder)

• Kurungan dalaman, perumahan, kandang avionik, Panel dan Fairings yang tidak utama

Pengguna & barangan sukan, elektronik

• Bingkai ringan, casing pelindung, perumahan peranti mudah alih, Komponen Basikal (tidak kritikal), badan kamera

Jentera perindustrian dan komponen HVAC

• Perumahan kipas, Casing Blower, penukar haba penukar akhir, penutup pam ringan

Aplikasi khusus

• Peralatan kriogenik (di mana jisim rendah adalah berfaedah tetapi aloi mesti memenuhi syarat untuk ketangguhan suhu rendah)
• Perumahan Instrumentasi Luar Pesisir, Komponen cetek bawah laut (dengan perlindungan yang mencukupi)

9. Kelebihan dan Kekurangan

Kelebihan aloi aluminium -magnesium

• Rintangan kakisan unggul (Terutama dalam persekitaran laut)
• Ketumpatan rendah dan kekuatan khusus yang tinggi untuk aplikasi kritikal berat
• Ketegangan gas yang sangat baik untuk kapal tekanan dan sistem tertutup
• Kebolehkerjaan yang baik untuk penamat ketepatan

Kekurangan aloi aluminium -magnesium

• Prestasi pemutus yang lemah dengan kecenderungan panas yang tinggi dan ketidakstabilan yang rendah
• Risiko pengoksidaan dan kemasukan sanga yang memerlukan atmosfera pelindung
• Kos pengeluaran yang lebih tinggi disebabkan proses kerumitan dan premium bahan
• Skop aplikasi terhad terhad kepada sektor bernilai tinggi

10. Analisis perbandingan: Cast al -mg vs. Aloi bersaing

Jadual di bawah membandingkan Cast aluminium-Magnesium aloi (Cast Al -Mg) dengan bahan pemutus yang bersaing yang digunakan dalam aplikasi yang sensitif ringan dan korosi.

Perbandingan memberi tumpuan kepada Kriteria Keputusan Kejuruteraan Utama bukannya hanya sifat bahan nominal, membolehkan pemilihan bahan praktikal.

Ringkasan Pemilihan Bahan

Pilih Cast aloi aluminium -magnesium Bila ringan, Rintangan kakisan, dan kekuatan yang munasabah diperlukan pada suhu sederhana.

Untuk persekitaran yang melampau (suhu tinggi, tekanan, atau bahan kimia yang agresif), keluli tahan karat tetap unggul, manakala Aloi al -Si menguasai bila geometri pemutus kompleks dan kecekapan kos adalah yang paling penting.

11. Kesimpulan - Takeaways Kejuruteraan Praktikal

• Cast al -mg aloi memberikan gabungan kepadatan rendah yang sangat baik, rintangan kakisan dan kekuatan yang mencukupi untuk banyak aplikasi struktur - tetapi mereka Bukan satu bahan; membezakan keluarga pelakon tinggi MG dari keluarga pemutus haba Al-Si-Mg.
• Proses disiplin perkara: Perlindungan mencairkan, Degassing dan penapisan adalah penting untuk mencapai prestasi mekanikal dan kakisan yang diharapkan.
• Kebolehpercayaan haba berbeza: Al-Si-Mg Cast Alloys bertindak balas terhadap penyelesaian + penuaan (T6) dan memberikan kekuatan yang lebih tinggi; aloi pelakon tinggi MG mendapat kurang daripada penuaan konvensional dan lebih bergantung pada kawalan mikrostruktur dan pemprosesan mekanikal.
• Reka bentuk untuk pemutus: Ketebalan seksyen kawalan, memberi makan dan gating untuk mengelakkan kecacatan pemutus biasa yang paling menjejaskan prestasi keletihan dan kakisan.