Vorm aluminium legeringen zijn cruciale materialen in de automobielsector, ruimtevaart, industriële machines, en consumentenelektronica, gewaardeerd om hun lichtgewicht eigenschappen (dichtheid 2,5–2,8 g/cm³), Uitstekende castabiliteit, en afstembare mechanische prestaties.
Gebaseerd op hun primaire legeringselementen, gegoten aluminiumlegeringen worden internationaal geclassificeerd in vier kernsystemen: Al-SI (aluminium-silicium), Al-Cu (aluminium-koper), AL-MG (aluminium-magnesium), En Al-Zn (aluminium-zink).
Elk systeem vertoont verschillende kenmerken die zijn afgestemd op specifieke toepassingsvereisten, van zeer sterke lucht- en ruimtevaartcomponenten tot corrosiebestendige maritieme onderdelen.
Dit artikel biedt een uitgebreide analyse van hun classificatie, Belangrijke eigenschappen, legeringsmechanismen, en industriële toepassingen – gebaseerd op ASTM B179, ISO 3116, en andere internationale normen.
1. Classificatie: vier belangrijke families van gegoten aluminiumlegeringen
| Familie | Typische compositie (wt%) | Belangrijkste eigenschappen | Typische toepassingen |
| AL - Ja (Aluminium-silicium) | En ≈ 7–12%; + kleine mgr (≈0,2–0,6%), optioneel Met (tot ~4%) | Uitstekende vloeibaarheid en lage stolkrimp; Goede castabiliteit en machinaliteit; goede slijtage en thermische stabiliteit (vooral hypereutectisch); leeftijdhardbaar als Mg aanwezig is | Motorblokken, cilinderkoppen, transmissiebehuizingen, structurele gietstukken, gegoten componenten, zuigers (hypereutectisch voor lage thermische uitzetting) |
| Al-cu (Aluminium-koper) | Cu ≈ 3–10%; Si laag (≤ ~2%); Mg/Mn-toevoegingen mogelijk | Hoge gegoten en hittebehandelbare sterkte; superieure sterkte bij hoge temperaturen en kruipweerstand (neerslagversterking via Al₂Cu) | Hot-end motoronderdelen, klepstoelen, structurele gietstukken en onderdelen met hoge belasting die bij hoge temperaturen werken |
| Al - Mg (Aluminium–Magnesium) | Mg ≈ 3–6%; Si klein (≈0,5–1,0%) optioneel om de gietbaarheid te bevorderen | Zeer goede corrosiebestendigheid (uitstekend in zeewater); lage dichtheid en goede taaiheid; eenfasige of bijna eenfasige microstructuren mogelijk | Mariene hardware, onderzeese behuizingen, lichtgewicht structurele onderdelen waarbij corrosiebestendigheid en lage massa van cruciaal belang zijn |
| Al - zn / Al - Zn - Mg (Zinkdragende systemen) | Zn enkele gew.% met Mg aanwezig (Zn en Mg gecombineerd voor precipitatieharding) | Zeer hoge haalbare sterkte na oplossingsbehandeling + veroudering (T6); goede specifieke sterkte | Nauwkeurigheid, componenten met hoge sterkte en structurele onderdelen die in oplossing worden behandeld en verouderd (gebruikt waar maximale statische sterkte vereist is) |
2. De dominante familie op het gebied van gieten: Al-Si-legeringen
Typische compositie & microstructuur
- En: typisch 7–12 gew.% in vele gietkwaliteiten; bijna eutectisch (~12,6 gew.% Si) samenstellingen vertonen de beste vloeibaarheid en de laagste gietkrimp.
- Andere doelgerichte toevoegingen: Mg (≈0,3–0,6% in A356) voor ouderdomsverharding (Mg2Si slaat neer); Cu (in zuiger- of hogetemperatuurlegeringen) voor sterkte bij hoge temperaturen;
In in gebruik bij hoge temperaturen en hypereutectische legeringen om de brosheid van silicium te beheersen. - As-cast microstructuur: primair α-Al dendrieten plus eutectisch silicium (A + En).
In ongemodificeerde legeringen is eutectisch Si grof en plaatachtig; na modificatie wordt het Si fijn en vezelig.
Eutectische modificatie (doel en agenten)
Doel: grof omzetten, platey Si tot een fijne vezelachtige morfologie die de ductiliteit verbetert, bewerkbaarheid en weerstand tegen vermoeiing.
- Natrium (NA) - zeer effectieve modificator maar vluchtig; vereist een afgesloten dosering en zorgvuldige controle.
- Strontium (SR) — de meest gebruikte commerciële modificator; typische dosering 0.015–0,03 gew.%; overdosering is niet effectief en kan schadelijk zijn.
- Antimoon (SB) — in sommige systemen in combinatie met Sr gebruikt om de wijziging te stabiliseren.
- Zeldzame aardes — kleine toevoegingen kunnen de modificatie-effecten in sommige legeringen stabiliseren en verlengen.
Schadelijke onzuiverheden en de beheersing ervan
- Ijzer (Fe) — gewone onzuiverheid die zich hard vormt, brosse intermetallische stoffen (Bijv., FeAl₃, Al₉Fe₂Si₂) die gietstukken bros maken en de oppervlakteafwerking en corrosieweerstand aantasten.
Verzachting: toevoegen Mn (≈0,3–0,5%) of Cr (≈0,1–0,2%) om Fe-fasen te wijzigen in minder schadelijke morfologieën (Al₆(Fe,Mn)), en controle van schrootgrondstoffen. - Fosfor (P) — reageert met Na en breekt modificatie af; controleer strak het P-gehalte van de ovenlading.
- Sn/Pb — vormen laagsmeltende eutectica die warmtetekort en doorbranden veroorzaken; houden < ~0,05% indien mogelijk.
- Calcium (Ca) — kunnen verbindingen met een hoog smeltpunt vormen die de vloeibaarheid verminderen en krimp bevorderen; Ca-controle < ~0,05% voor goede gietbaarheid.
Representatieve Al-Si-gietlegeringen en toepassingen
- A356.0 / EN AC-AlSi7Mg (≈Si 7,0–7,5%, Mg 0,3–0,5%) — veel gebruikt zand & legering met permanente mal; warmte-behandelbaar (T6); toepassingen: motorblokken, structurele behuizingen, wielen.
- A357 — vergelijkbaar met A356 maar met strengere controle van Fe en hogere mechanische eigenschappen.
- A319 / A380 (spuitgietende families) — Al-Si-Cu-spuitgietlegeringen die worden gebruikt voor pomphuizen voor auto's, wielhubs, versnellingsbakbehuizingen.
- Hypereutectische Al-Si (En > 12%) — gebruikt voor zuigers en schuiftoepassingen vanwege de zeer lage thermische uitzetting en goed slijtagegedrag (vaak gelegeerd met Ni/zeldzame aardmetalen om broosheid te verminderen). Voorbeeld compositie: AlSi12Cu2Mg voor zuigerlegeringen voor hoge temperaturen.
3. Al-Cu-gietlegeringen - geschikt voor hoge sterkte en hoge temperaturen
Metallurgie & prestatie
- Kracht komt voort uit Al₂cu (e) neerslag gevormd bij veroudering; Cu bevordert een hoge as-cast en warmtebehandelde sterkte en een goede kruipweerstand bij verhoogde temperaturen.
- Afruil: Cu verhoogt de neiging tot kortsluiting in hitte, segregatie en krimp tijdens stolling; de castingpraktijk moet deze aanpakken.
Typische composities & gebruik
- Hoog-Cu-gietlegeringen (Bijv., Al-Cu met 3–10% Cu): gebruikt voor kleppen, stoelen, en componenten die thermische stabiliteit en mechanische sterkte bij verhoogde temperatuur vereisen.
- Versterking uit meerdere componenten (toevoeging van Mn, Mg, enz.) kan complexe dispersies produceren die zowel de sterkte als de warmverwerkbaarheid verbeteren.
4. Al-Mg-gietlegeringen - corrosieweerstand en lichtgewicht
Belangrijkste kenmerken
- Mg 3–6 gew.% produceert in gegoten varianten Al₃Mg₂-fasen; wanneer het op de juiste manier wordt verwerkt, Veel Al-Mg-gietlegeringen bieden een uitstekende corrosieweerstand (vooral in marine, chloride-dragende omgevingen) en een lagere dichtheid dan typische Al-Si-gietlegeringen.
- Oppervlakteafwerking en oxidekwaliteit zijn belangrijk; Mg is tijdens het smelten gevoelig voor oxidatie, dus smeltcontrole is van cruciaal belang.
Typische toepassingen
- Mariene componenten, drijvende structuren, corrosiebestendige behuizingen en lichtgewicht onderdelen waar een hoge specifieke corrosieweerstand en matige sterkte vereist zijn.
Notities verwerken
- Gebruik gecontroleerde atmosfeer of vloeimiddel, minimaliseer turbulentie om schuim en waterstofopname te verminderen, en voeg vaak kleine Si toe om de gietbaarheid te verbeteren.
5. Al - zn (inclusief Al-Zn-Mg) gegoten legeringen - hoge sterkte na warmtebehandeling
Kenmerken
- Zn (vaak gecombineerd met Mg) biedt een legeringssysteem dat goed reageert op oplossingsbehandeling en veroudering (T6) productie zeer hoge vloei- en treksterkte.
- De maakbaarheid als gegoten is minder vriendelijk (grotere neiging tot porositeit en heetscheuren) dus zorgvuldige poort- en stollingscontrole zijn nodig.
Toepassingen
- Nauwkeurigheid, onderdelen met hoge sterkte waarvoor een warmtebehandeling na het gieten aanvaardbaar is: lucht- en ruimtevaartfittingen en enkele precisie-instrumentatiecomponenten.
6. Vergelijkende casteerbaarheid en selectiebegeleiding
| Legering familie | Gietbaarheid | Typische kracht (als afgewassen / T6) | Corrosie | Typisch beste gebruik |
| AL - Ja | Uitstekend (best) | Matig → goed (T6 verbetert) | Goed | Algemene gietstukken, motorblokken, behuizingen, wielen |
| Al-cu | Redelijk → uitdagend | Hoog; goede verhoogde T-sterkte | Gematigd | Motoronderdelen, kleppen, hete werkende onderdelen |
| Al - Mg | Gematigd (smeltbeheersing nodig) | Gematigd | Uitstekend (marien) | Mariene, lichtgewicht, corrosiebestendige onderdelen |
| Al - zn / Al - Zn - Mg | Matig tot slecht als gegoten; beter na warmtebehandeling | Zeer hoog na T6 | Variabel; vaak lager dan Al-Mg | Nauwkeurigheid, onderdelen met hoge sterkte na veroudering |
7. Warmtebehandeling van gegoten aluminium — Praktische regels
Warmtebehandeling is het belangrijkste instrument om een gegoten aluminium microstructuur om te zetten in een gecontroleerde, bruikbare staat.
Voor gegoten legeringen, de gemeenschappelijke doelstellingen zijn:
(1) verhoog de sterkte door oplossingsbehandeling + uitdoven + veroudering (T-behandelingen);
(2) segregatie en chemische inhomogeniteit verminderen door homogenisering;
(3) verlicht de gietspanningen en herstel de taaiheid door uitgloeien;
(4) stabiliseer de microstructuur voor dimensionale stabiliteit tijdens gebruik.
Typische behandelvensters (praktische referentie)
(Waarden zijn technische richtlijnen; verifieer bij de legeringsleverancier en productstandaard voor exacte regimes.)
| Behandeling | Typische temperatuur (° C) | Typische weektijd | Typische legeringen / notities |
| Homogenisering | 420–520 ° C | 2–12 uur (dikte afhankelijk) | Handig voor grote Al-Cu-gietstukken en sommige Al-Si-legeringen met hoog Cu-gehalte |
| Oplossingsbehandeling | 480–520 ° C | 1–6 uur (sectie afhankelijk) | Al-Si-Mg (A356/A357): ~495 °C; Al-Cu-legeringen vaak ~495–505 ° C |
| Uitdoven | water (~20–40 °C) of polymeerquench | onmiddellijk; Minimaliseer de tijd tussen oven en afschrikken | De ernst van de blussing is van cruciaal belang voor de T6-respons; zware secties hebben quench-modellering nodig |
Kunstmatige veroudering (T6) |
150–185 °C | 4–12 uur (hangt af van de legering & gewenste eigenschappen) | A356 T6: typisch 160–180 °C gedurende 4–8 uur; Al-Zn-Mg-legeringen variëren - volg de specificaties |
| Stabiliserend / T7 (ouder) | 170–200 ° C | langere veroudering (Bijv., 8–24 uur) | Gebruikt waar thermische stabiliteit > servicetemperatuur prioriteit (minder pieksterkte, meer stabiliteit) |
| Ontharden / stressverlichting | 300–400 ° C (laag) | 0.5–2 H | Voor ductiliteitsherstel en stressverlichting; vermijd verblijf in sigmavormende gebieden (niet van toepassing op de meeste Al) |
Belangrijk: weektijdenschaal met sectiegrootte. Gebruik thermische massaberekeningen of leveranciersgrafieken om de houdtijden voor specifieke gietdoorsneden te bepalen.
Veel voorkomende warmtebehandelingsdefecten en preventie
- Onvoldoende oplossingsgerichtheid (lage temperatuur / korte tijd) → onvolledige oplossing van oplosbare fasen; resulteert in een lagere leeftijdsrespons en slechte mechanische eigenschappen.
Preventie: volg tijd-temperatuurprofielen aangepast aan de sectiegrootte; gebruik thermokoppels of simulatie om het weken te verifiëren. - Overoplossing (temperatuur te hoog / tijd te lang) → beginnend smelten van laagsmeltende eutectische fasen (vooral in legeringen met een hoog Cu-gehalte) en korrelvergroving.
Preventie: houd u aan max T en vermijd oververhitting; gebruik ovencontrole & grafieken. - Afschrikken kraken / vervorming → overmatige thermische gradiënt of beperking tijdens het blussen.
Preventie: ontwerp armaturen, gebruik gefaseerde quench of polymeerquench voor zeer grote onderdelen; gecontroleerde warmteafvoer mogelijk maken. - Verzachting van de leeftijd in dienst → als de service de verouderingstemperatuur nadert, er treedt voortijdige verzachting op.
Preventie: kies T7/ouderdomstoestand, of selecteer een thermisch stabielere legering (Ni-gestabiliseerd) voor verhoogde T. - Oppervlaktecorrosie na warmtebehandeling → resten van bluszouten of vervuild water kunnen aluminium aantasten.
Preventie: onmiddellijke grondige reiniging (gedeïoniseerd water), neutraliseer bluszouten, en beschermende conversies of coatings aanbrengen.
Speciale overwegingen per legeringsfamilie
- Al-Si-Mg (Bijv., A356/A357): gewone T6: oplossing ~495 °C, uitdoven, leeftijd 160–180 °C.
Gevoelig voor porositeitseffecten; warmtebehandeling verbetert de sterkte, maar opgesloten gas kan de mechanische efficiëntie verminderen. - Al-Cu-legeringen: homogenisatie vereisen voor grote gietstukken om segregatie te verminderen voordat ze worden opgelost; zorgvuldige controle om beginnend smelten van laagsmeltende bestanddelen te voorkomen.
- Al-Zn-Mg-legeringen: reageert zeer goed op T6 maar is zeer gevoelig voor quench; risico op spanningscorrosie als er sprake is van een onjuiste verouderings-/afschrikvolgorde en restspanningen – controleer de onzuiverheidsniveaus en spanningsverlichting.
- Al-Mg-legeringen: velen zijn niet door neerslag hardbaar (of slechts minimaal); Warmtebehandeling richt zich op uitgloeien / spanningsverlichting in plaats van op T6-versterking.
8. Praktische legeringsvoorbeelden en afstemming op toepassingen
- Algemeen structureel, hittebehandelbare gietstukken: A356/A357 (Al-Si-Mg) — motorbehuizingen, versnellingen, wiel onderdelen.
- Gegoten structurele onderdelen (automobiel): A380 / A319-familie (Al-Si-Cu gegoten) — pomphuizen, versnellingsbak gevallen, wielhubs.
- Hoge temperatuur zuigers / onderdelen met lage expansie: Hypereutectische Al-Si (Si 12–18 gew.%) met Ni/RE-toevoegingen - zuigers, Precisielagers.
- Mariene / corrosiekritisch: Al-Mg-castvarianten (Mg 3–6 gew.%) — zeewaterfittingen en -behuizingen.
- Zeer sterk, hittebehandelde onderdelen: Al-Zn-Mg-gietlegeringen (onderworpen aan een T6-behandeling) — precisiecomponenten die een hoge statische sterkte vereisen.
9. Conclusies
Gegoten aluminiumlegeringen vormen een veelzijdige familie die over een breed mechanisch bereik kan worden afgestemd, thermische en corrosieprestaties door oordeelkundige selectie van legeringen, Smelt de praktijk, wijziging, warmtebehandeling en vorming.
Al-Si-legeringen vormen de ruggengraat van de wereld van gegoten aluminium omdat ze superieure gietbaarheid combineren met goede mechanische prestaties en warmtebehandelingsreactie.
Al-cu En Al - zn systemen bieden een hogere sterkte en hittebestendigheid ten koste van de gietbaarheid; Al - Mg legeringen zijn onvervangbaar waar corrosiebestendigheid en lage dichtheid van het grootste belang zijn.
Voor betrouwbare componentprestaties, koppel een geschikte legeringskeuze (gebruik erkende internationale aanduidingen zoals A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg enz.) met strikte onzuiverheidscontrole, correcte modificatiepraktijk voor Al-Si-families (Dhr./Na) en de juiste giet-/warmtebehandelingsroute.
FAQ's
Wat is de meest gebruikte gegoten aluminiumlegering?
A356.0 (Al-serie) is de meest voorkomende, goed voor ~40% van de wereldwijde productie van gegoten aluminium vanwege de evenwichtige gietbaarheid, kracht, en corrosieweerstand.
Welke gegoten aluminiumlegering is het beste voor maritieme toepassingen?
535.0 (Al-Mg-serie) biedt uitzonderlijke weerstand tegen zeewatercorrosie (corrosiesnelheid <0.005 mm/jaar) en lichtgewicht eigenschappen, waardoor het ideaal is voor uitrusting van zeeschepen.
Kunnen Al-Cu-legeringen worden gebruikt voor complexe gietstukken??
Nee – Al-Cu-legeringen hebben een slechte gietbaarheid (lage vloeibaarheid, Hoge krimp) en zijn ongeschikt voor complexe geometrieën. Gebruik A356.0 of A380.0 voor complexe onderdelen die een hoge sterkte vereisen.
Welke warmtebehandeling is vereist voor Al-Zn-Mg-legeringen??
Al-Zn-Mg-legeringen (Bijv., 712.0) vereisen een T6-warmtebehandeling (Oplossingsbehandeling + kunstmatige veroudering) om hoge sterkte te verkrijgen - de sterkte in de gegoten toestand is te laag (~180 MPa) en is niet geschikt voor praktische toepassingen.
Hoe de gietbaarheid van Al-Mg-legeringen te verbeteren?
Voeg 0,5–1,0% Si toe om eutectische fasen te vormen, verbeteren de vloeibaarheid, en gebruik inert gasafscherming tijdens het smelten om Mg-oxidatie te voorkomen.
