Cast aluminium aloi adalah bahan penting dalam automotif, Aeroangkasa, Jentera Perindustrian, dan elektronik pengguna, dihargai untuk sifat ringan mereka (Ketumpatan 2.5-2.8 g/cm³), Castability yang sangat baik, dan prestasi mekanikal yang boleh ditunaikan.
Berdasarkan elemen pengaliran utama mereka, Aloi Aluminium Cast diiktiraf ke dalam empat sistem teras: Al-Si (Aluminium-Silicon), Al-cu (Aluminium-Copper), Al-mg (Aluminium-Magnesium), dan Al-Zn (Aluminium-Zinc).
Setiap sistem mempamerkan ciri -ciri yang berbeza yang disesuaikan dengan keperluan aplikasi tertentu, dari komponen aeroangkasa kekuatan tinggi ke bahagian laut yang tahan kakisan.
Artikel ini memberikan analisis komprehensif mengenai klasifikasi mereka, sifat utama, mekanisme aloi, dan aplikasi perindustrian yang didasarkan pada ASTM B179, ISO 3116, dan piawaian antarabangsa yang lain.
1. Klasifikasi: Empat keluarga utama aloi aluminium cast
| Keluarga | Komposisi biasa (wt%) | Sifat utama | Aplikasi biasa |
| AL - Ya (Aluminium -silikon) | Dan ≈ 7-12%; + kecil mg (≈0.2-0.6%), pilihan dengan (Sehingga ~ 4%) | Ketidakstabilan yang sangat baik dan pengecutan pemejalan rendah; Kebolehbaburan dan kebolehkerjaan yang baik; Pakaian yang baik dan kestabilan terma (terutamanya hiperutektik); umur yang sukar jika mg hadir | Blok enjin, kepala silinder, perumahan penghantaran, Casting Structural, Komponen die-cast, Piston (Hypereutectic untuk pengembangan haba yang rendah) |
| Al-cu (Aluminium -Copper) | Cu ≈ 3-10%; Si rendah (≤ ~ 2%); Penambahan mg/mn mungkin | Kekuatan ast-cast dan haba yang tinggi; kekuatan suhu tinggi yang tinggi dan rintangan rayapan (Pengukuhan pemendakan melalui Al₂cu) | Komponen enjin panas, Kerusi injap, casting struktur tinggi dan bahagian yang beroperasi pada suhu tinggi |
| Al -mg (Aluminium -Magnesium) | Mg ≈ 3-6%; Si kecil (≈0.5-1.0%) Pilihan untuk membantu kebolehpercayaan | Rintangan kakisan yang sangat baik (Cemerlang dalam air laut); Ketumpatan rendah dan ketangguhan yang baik; mikrostruktur fasa tunggal atau single-fasa mungkin | Perkakasan Marin, perumahan bawah laut, bahagian struktur ringan di mana rintangan kakisan dan jisim rendah adalah kritikal |
| Al -Zn / Al -Zn -mg (Sistem Zink-Bearing) | Zn beberapa wt% dengan mg hadir (Zn dan Mg digabungkan untuk pengerasan hujan) | Kekuatan yang sangat tinggi selepas rawatan penyelesaian + penuaan (T6); kekuatan khusus yang baik | Ketepatan, Komponen kekuatan tinggi dan bahagian struktur yang akan dirawat penyelesaian dan berumur (digunakan di mana kekuatan statik maksimum diperlukan) |
2. Keluarga yang dominan dalam pemutus - aloi al -Si
Komposisi biasa & Mikrostruktur
- Dan: biasanya 7-12 wt% dalam banyak gred pemutus; dekat-eutektik (~ 12.6 wt% Si) Komposisi mempamerkan ketidakstabilan terbaik dan pengecutan pemutus terendah.
- Penambahan tujuan lain: Mg (≈0.3-0.6% dalam A356) untuk pengerasan umur (Mg₂SI Precipitates); Cu (di omboh atau aloi suhu tinggi) untuk kekuatan suhu tinggi;
Dalam dalam perkhidmatan suhu tinggi dan aloi hiperutektik untuk mengawal kelembutan silikon. - Mikrostruktur as-cast: utama α-al Dendrites ditambah silikon eutektik (a + Dan).
Dalam aloi yang tidak diubahsuai Si Eutectic adalah kasar dan seperti plat; Selepas pengubahsuaian Si menjadi halus dan berserabut.
Pengubahsuaian eutektik (tujuan dan ejen)
Matlamat: Tukar kasar, Platey Si ke morfologi berserabut halus yang meningkatkan kemuluran, kebolehkerjaan dan rintangan keletihan.
- Natrium (Na) - pengubah yang sangat berkesan tetapi tidak menentu; Memerlukan dos tertutup dan kawalan yang teliti.
- Strontium (Sr) - Pengubah komersial yang paling banyak digunakan; dos biasa 0.015-0.03 wt%; overdosing tidak berkesan dan boleh memudaratkan.
- Antimoni (Sb) - Digunakan dalam kombinasi dengan SR dalam beberapa sistem untuk menstabilkan pengubahsuaian.
- Nadir bumi - Penambahan kecil dapat menstabilkan dan memanjangkan kesan pengubahsuaian dalam beberapa aloi.
Kekotoran dan kawalan mereka yang berbahaya
- Besi (Fe) - kekotoran tramp biasa yang membentuk keras, Intermetallics rapuh (Mis., Feal₃, Al₉fe₂si₂) yang memeluk castings dan merendahkan kemasan permukaan dan rintangan kakisan.
Pengurangan: tambah Mn (≈0.3-0.5%) atau Cr (≈0.1-0.2%) untuk mengubah fasa FE ke morfologi kurang berbahaya (Al₆(Fe,Mn)), dan mengawal bahan bakar sekerap. - Fosforus (P) - bertindak balas dengan pengubahsuaian NA dan merendahkan; Kandungan Kandungan Kandungan Kandungan P Ketat P.
- SN/PB -Bentuk eutektik yang rendah mencairkan menyebabkan kesakitan panas dan terbakar; Simpan < ~ 0.05% jika boleh.
- Kalsium (Ca) -boleh membentuk sebatian lebur tinggi yang mengurangkan ketidakstabilan dan menggalakkan pengecutan; Kawalan CA < ~ 0.05% untuk kebolehan yang baik.
Perwakilan aloi dan aplikasi pemutus Al -Si
- A356.0 / Dan AC-ILSI7mg (≈SI 7.0-7.5%, Mg 0.3-0.5%) - Pasir yang digunakan secara meluas & aloi tetap; Haba-dirawat (T6); aplikasi: Blok enjin, perumahan struktur, Roda.
- A357 - Sama dengan A356 tetapi dengan kawalan yang lebih ketat terhadap Fe dan sifat mekanikal yang lebih tinggi.
- A319 / A380 (keluarga mati) -aloi al-si-cu die-casting yang digunakan untuk perumahan pam automotif, Hab roda, Perumahan Gearbox.
- Hypereutectic al -Si (Dan > 12%) - Digunakan untuk piston dan aplikasi gelongsor kerana pengembangan haba yang sangat rendah dan tingkah laku pakaian yang baik (Selalunya aloi dengan Ni/Rare Earths untuk mengurangkan kelembutan). Contoh komposisi: Alsi12cu2mg untuk aloi omboh suhu tinggi.
3. AL-CU CAST ALLOYS-Kekuatan Tinggi dan Keupayaan Suhu Tinggi
Metalurgi & prestasi
- Kekuatan berasal dari Al₂cu (th) precipitates terbentuk pada penuaan; CU menggalakkan kekuatan ast-cast dan haba yang tinggi dan rintangan rayap yang baik pada suhu tinggi.
- Perdagangan: CU meningkatkan kecenderungan hot-shortness, pemisahan dan pengecutan semasa pemejalan; Amalan pemutus mesti menangani perkara ini.
Komposisi biasa & penggunaan
- Alloy Cast High-Cu (Mis., Al -cu dengan cu 3-10%): digunakan untuk injap, tempat duduk, dan komponen yang memerlukan kestabilan haba dan kekuatan mekanikal pada suhu tinggi.
- Pengukuhan multikomponen (Penambahan Mn, Mg, dll.) dapat menghasilkan penyebaran kompleks yang meningkatkan kekuatan dan kebolehkerjaan panas.
4. Al -Mg Cast Alloys - Rintangan Kakisan dan Ringan
Atribut utama
- Mg 3-6% berat Dalam varian cast menghasilkan fasa al₃mg₂; apabila diproses dengan betul, banyak aloi al -mg membuang rintangan kakisan yang sangat baik (terutamanya dalam Marin, Persekitaran bearing klorida) dan ketumpatan yang lebih rendah daripada aloi pemutus Al -Si biasa.
- Kemasan permukaan dan kualiti oksida adalah penting; MG adalah rawan pengoksidaan semasa mencair sehingga kawalan cair adalah kritikal.
Aplikasi biasa
- Komponen Marin, Struktur yang menggembirakan, perumahan tahan kakisan dan bahagian ringan di mana rintangan kakisan yang tinggi dan kekuatan sederhana diperlukan.
Nota pemprosesan
- Gunakan suasana terkawal atau fluks, meminimumkan pergolakan untuk mengurangkan pengambilan dan hidrogen, dan sering menambah SI kecil untuk meningkatkan kebolehpercayaan.
5. Al -Zn (termasuk al -Zn -mg) Aloi Cast - Kekuatan Tinggi Selepas Rawatan Panas
Ciri -ciri
- Zn (sering dipasangkan dengan mg) Menyediakan sistem aloi yang bertindak balas dengan baik kepada rawatan penyelesaian dan penuaan (T6) menghasilkan hasil yang sangat tinggi dan kekuatan tegangan.
- Pengeluaran as-cast kurang mesra (kecenderungan yang lebih besar untuk keliangan dan panas) jadi kawalan gating dan pemejalan yang berhati -hati diperlukan.
Aplikasi
- Ketepatan, Bahagian kekuatan tinggi di mana rawatan haba pasca-casting boleh diterima-kelengkapan aeroangkasa dan beberapa komponen instrumentasi ketepatan.
6. Kebolehbaringan dan Panduan Pemilihan Perbandingan
| Keluarga aloi | Kebolehan | Kekuatan biasa (as-cast / T6) | Kakisan | Kegunaan terbaik tipikal |
| AL - Ya | Cemerlang (terbaik) | Sederhana → Baik (T6 bertambah baik) | Baik | Castings Umum, Blok enjin, perumahan, Roda |
| Al-cu | Adil → mencabar | Tinggi; Kekuatan yang baik-T | Sederhana | Komponen enjin, injap, bahagian kerja panas |
| Al -mg | Sederhana (Kawalan mencairkan diperlukan) | Sederhana | Cemerlang (Marin) | Marin, ringan, Bahagian tahan kakisan |
| Al -Zn / Al -Zn -mg | Sederhana hingga miskin as-cast; Lebih baik selepas rawatan haba | Sangat tinggi selepas T6 | Pembolehubah; sering lebih rendah daripada al -mg | Ketepatan, bahagian kekuatan tinggi selepas penuaan |
7. Rawatan Haba Aluminium Cast - Peraturan Praktikal
Rawatan haba adalah alat utama untuk menukar mikrostruktur aluminium as-cast ke dalam terkawal, keadaan yang boleh digunakan.
Untuk aloi cast, Objektif biasa adalah:
(1) Meningkatkan kekuatan dengan rawatan penyelesaian + menghilangkan + penuaan (T-rawatan);
(2) Kurangkan pemisahan dan ketidaksamaan kimia oleh homogenisasi;
(3) melegakan tekanan pemutus dan memulihkan kemuluran dengan menyiapkan penyepuhlindapan;
(4) menstabilkan mikrostruktur untuk kestabilan dimensi dalam perkhidmatan.
Tingkap rawatan biasa (Rujukan praktikal)
(Nilai adalah bimbingan kejuruteraan; Sahkan dengan pembekal aloi dan standard produk untuk rejim yang tepat.)
| Rawatan | Suhu biasa (° C.) | Masa rendam biasa | Aloi biasa / nota |
| Homogenisasi | 420-520 ° C. | 2-12 h (ketebalan ketebalan) | Berguna untuk casting al-cu yang besar dan beberapa aloi al-si tinggi cu |
| Rawatan penyelesaian | 480-520 ° C. | 1-6 h (Seksyen bergantung) | Al -si -mg (A356/A357): ~ 495 ° C.; Aloi al -cu sering ~ 495-505 ° C |
| Menghilangkan | air (~ 20-40 ° C.) atau pelepasan polimer | segera; meminimumkan masa antara relau dan penghapusan | Quench keterukan kritikal untuk tindak balas T6; Bahagian berat memerlukan pemodelan quench |
Penuaan Buatan (T6) |
150-185 ° C. | 4-12 h (Bergantung pada aloi & sifat yang dikehendaki) | A356 T6: Tipikal 160-180 ° C selama 4-8 jam; Aloi al -zn -mg berbeza -beza spec -ikut |
| Menstabilkan / T7 (usia lebih) | 170-200 ° C. | penuaan yang lebih lama (Mis., 8-24 h) | Digunakan di mana kestabilan haba > TEMP SERVICE diprioritaskan (Kekuatan puncak yang kurang, Lebih banyak kestabilan) |
| Anneal / melegakan tekanan | 300-400 ° C. (rendah) | 0.5-2 h | Untuk pemulihan kemuluran dan pelepasan tekanan; Elakkan tinggal di julat pembentukan sigma (tidak terpakai bagi kebanyakan al) |
Penting: Skala Masa Rendam dengan Saiz Seksyen. Gunakan pengiraan jisim termal atau carta pembekal untuk menentukan masa pegangan untuk keratan rentas spesifik.
Kecacatan dan pencegahan rawatan haba biasa
- Penyelesaian yang tidak mencukupi (suhu rendah / masa yang singkat) → Pembubaran fasa larut yang tidak lengkap; menghasilkan tindak balas umur yang lebih rendah dan sifat mekanikal yang lemah.
Pencegahan: Ikuti profil suhu masa diselaraskan untuk saiz seksyen; Gunakan termokopel atau simulasi untuk mengesahkan rendam. - Terlalu penyelesaian (suhu terlalu tinggi / masa terlalu lama) → Pencairan awal fasa eutektik yang rendah (terutamanya dalam aloi tinggi CU) dan bijirin kasar.
Pencegahan: mematuhi maksimum dan elakkan terlalu panas; Gunakan kawalan relau & carta. - Quench Cracking / Penyimpangan → Kecerunan terma atau kekangan yang berlebihan semasa menghilangkan.
Pencegahan: Reka bentuk reka bentuk, Gunakan quench atau qolimer polimer untuk bahagian yang sangat besar; Benarkan pengekstrakan haba terkawal. - Usia melembutkan dalam perkhidmatan → Sekiranya perkhidmatan mendekati suhu penuaan, Pelepasan pramatang berlaku.
Pencegahan: Pilih keadaan T7/over-usia, atau pilih lebih banyak aloi stabil termal (Ni-stabil) untuk tinggi t. - Kakisan permukaan selepas rawatan haba → Sisa dari garam quench atau air yang tercemar boleh menyerang aluminium.
Pencegahan: pembersihan menyeluruh (air deionized), Meneutralkan garam quench, dan gunakan penukaran atau lapisan pelindung.
Pertimbangan khas oleh keluarga aloi
- Al -si -mg (Mis., A356/A357): biasa T6: penyelesaian ~ 495 ° C., menghilangkan, Umur 160-180 ° C..
Terdedah kepada kesan keliangan; Haba merawat meningkatkan kekuatan tetapi gas terperangkap dapat mengurangkan kecekapan mekanikal. - Aloi al -cu: Memerlukan homogenisasi untuk casting besar untuk mengurangkan pemisahan sebelum penyelesaian; kawalan berhati-hati untuk mengelakkan pencairan awal penyusun rendah.
- Al -aloi al -Zn -mg: sangat responsif terhadap T6 tetapi sangat sensitif; Risiko Retak Kakisan Tekanan Jika urutan penuaan/quench yang tidak betul dan tekanan sisa wujud - mengawal tahap kekotoran dan pelepasan tekanan.
- Al -mg aloi: banyak yang tidak boleh dipendekkan (atau hanya minimum); Rawatan haba memberi tumpuan kepada penyepuhlindai/melegakan tekanan dan bukannya pengukuhan T6.
8. Contoh aloi praktikal dan sepadan dengan aplikasi
- Struktur umum, Haba yang boleh dirawat: A356/A357 (Al -si -mg) - Perumahan enjin, gear, bahagian roda.
- Bahagian struktur mati (automotif): A380 / Keluarga A319 (Al-Si-Cu Die Cast) - Perumahan pam, Kes -kes kotak gear, Hab roda.
- Piston suhu tinggi / bahagian pengembangan rendah: Hypereutectic al -Si (SI 12-18 wt%) dengan penambahan Ni/Re - Pistons, galas ketepatan.
- Marin / Korosi-kritikal: Varian Cast AL -MG (Mg 3-6% berat) - Kelengkapan air laut dan perumahan.
- Kekuatan tinggi, bahagian yang dirawat haba: Al -Zn -Mg cast aloi (tertakluk kepada rawatan T6) - Komponen ketepatan yang memerlukan kekuatan statik yang tinggi.
9. Kesimpulan
Aloi aluminium cast adalah keluarga serba boleh yang boleh ditala di pelbagai mekanikal, prestasi termal dan kakisan dengan pemilihan aloi yang bijak, amalan cair, pengubahsuaian, rawatan haba dan pembentukan.
Aloi al -Si adalah tulang belakang dunia cast-aluminium kerana mereka menggabungkan kemampuan unggul dengan prestasi mekanikal yang baik dan tindak balas rawatan haba.
Al-cu dan Al -Zn Sistem memberikan kekuatan yang lebih tinggi dan rintangan haba dengan kos kebolehan; Al -mg aloi tidak boleh digantikan di mana rintangan kakisan dan ketumpatan rendah adalah yang paling utama.
Untuk prestasi komponen yang boleh dipercayai, Pasangan pilihan aloi yang sesuai (Gunakan sebutan antarabangsa yang diiktiraf seperti A356/A357, A319/A380, Alsi12cu2mg dll.) dengan kawalan kekotoran yang ketat, Amalan pengubahsuaian yang betul untuk keluarga Al -Si (MR/NA) dan laluan pemutus/rawatan yang betul.
Soalan Lazim
Apakah aloi aluminium cast yang paling banyak digunakan?
A356.0 (Al-siri) adalah yang paling biasa, menyumbang ~ 40% pengeluaran aluminium cast global kerana kebolehpercayaan seimbangnya, kekuatan, dan rintangan kakisan.
Aloi aluminium yang mana yang terbaik untuk aplikasi marin?
535.0 (Siri al-Mg) Menawarkan rintangan kakisan air laut yang luar biasa (kadar kakisan <0.005 mm/tahun) dan sifat ringan, menjadikannya sesuai untuk peralatan laut.
Bolehkah aloi al-cu digunakan untuk casting kompleks?
Aloi tidak-al-cu mempunyai kemampuan yang lemah (ketidakstabilan yang rendah, Pengecutan tinggi) dan tidak sesuai untuk geometri kompleks. Gunakan A356.0 atau A380.0 untuk bahagian kompleks yang memerlukan kekuatan tinggi.
Apa rawatan haba diperlukan untuk aloi al-Zn-Mg?
Al-Zn-Mg Alloys (Mis., 712.0) memerlukan rawatan haba T6 (Rawatan penyelesaian + Penuaan Buatan) untuk mendapatkan kekuatan yang tinggi-kekuatan dalam keadaan as-cast terlalu rendah (~ 180 MPa) dan tidak sesuai untuk aplikasi praktikal.
Cara memperbaiki kebolehkerjaan aloi al-mg?
Tambah 0.5-1.0% Si untuk membentuk fasa eutektik, Meningkatkan ketidakstabilan, dan gunakan pelindung gas lengai semasa lebur untuk mengelakkan pengoksidaan Mg.
