Ливене легуре алуминијум-магнезијум: Лигхтвеигхт Стренгтх

1. Извршни сажетак

„Ливени алуминијум–магнезијум“ се односи на две повезане, али различите фамилије инжењеринга:

(А) ливене легуре Ал–Мг са високим садржајем Мг (Легура са већином магнезијума за максималну отпорност на корозију и специфичну чврстоћу за делове који су критични за брод и тежину) и (Б) Ал–Си–Мг легуре за ливење (Ал-Си база са скромним додацима Мг која се користи за старење и чврстоћу).

Ал-Мг ливене легуре пружају одличну отпорност на корозију (посебно у окружењима хлорида), атрактивна снага према тежини и добра жилавост, али представљају изазове за ливење и руковање топљењем јер Мг лако оксидира и може да подстакне порозност ако је дисциплина процеса слаба.

Већина ливених легура Ал-Мг није јако таложено стврдњавајуће - ојачање се дешава првенствено чврстим раствором, контрола микроструктуре и термомеханичка обрада уместо конвенционалних Т6 путева који се користе за легуре Ал-Си-Мг.

2. Шта подразумевамо под „ливеним Ал–Мг“ — породице и уобичајене оцене

Две практичне категорије ливених Ал-Мг легура се стално појављују у индустрији:

• Категорија А — ливене легуре са високим садржајем магнезијума (Ал–Мг породица): легуре у којима је садржај Мг довољно висок да доминира понашањем корозије и специфичном густином/чврстоћом.
  У литератури и радњи ова класа обично цитира Мг у 3–6 теж.% опсег са малим додацима Си (≈0,5–1,0 %) када је потребна боља способност ливења. Користе се тамо где је отпоран на корозију / мала тежина је примарна.
• Категорија Б — легуре за ливење Ал–Си–Мг (Ал–Си–Мг породица): скоро еутектичке ливене легуре на бази Ал–Си (Си ≈ 7–12 теж.%) који укључују скроман Мг (≈0,2–0,8 теж.%) да се дозволи вештачко старење (Мг₂Си падавине) а већа чврстоћа након старења типа Т (Т6).
  Примери укључују индустријске легуре као што је А356 (Ал–Си–Мг) — они се понекад називају „одливци који садрже Ал–Мг“ (али су првенствено легуре Ал–Си са Мг као елементом за јачање).

У пракси ћете изабрати категорију А када је отпорност на корозију (маринац, хемијски контакт) а доминирају ниска густина; изаберите категорију Б када се може ливети, потребна је стабилност димензија и чврстоћа термички обрађена.

3. Типични хемијски састави

Сто: Типични распони композиције (инжењерски водич)

Белешке

• Горе наведени распони су практични инжењерски прозори — тачне спецификације морају да се односе на ознаку стандарда (АСТМ/ЕН) или сертификат добављача.
• Ливене легуре са високим садржајем магнезијума приближавају се региону састава кованих легура 5ккк, али су пројектоване за ливење (различита контрола нечистоћа и понашање учвршћивања).

4. Микроструктура и хемија фаза — оно што контролише перформансе

Примарни микроструктурни играчи

• α-Ал матрица (кубни центриран на лице): примарна носећа фаза код свих Ал легура.
• Мг у чврстом раствору: Атоми Мг се растварају у α-Ал; при умереним концентрацијама јачају матрикс јачањем у чврстом раствору.
• Интерметаллицс / друге фазе:

• • Интерметали богати Мг (Ал₃Мг₂/β): могу се формирати на високим нивоима Мг и у интердендритским регионима; њихова морфологија и дистрибуција контролишу стабилност при високим температурама и корозијско понашање.
  • Мг₂си (у легурама Ал–Си–Мг): формира се током старења и главна је фаза преципитацијског очвршћавања у породици Ал-Си-Мг.
  • Фазе које садрже Фе: Нечистоће Фе формирају крте интерметале (Ал₅ФеСи, итд.) који смањују дуктилност и могу подстаћи локализовану корозију; Мн се често додаје у малим количинама да би се модификовале Фе фазе.

Карактеристике очвршћавања

• Легуре са високим садржајем магнезијума имају тенденцију да имају релативно једноставно α + интерметални пут очвршћавања, али може показати сегрегацију ако је хлађење споро; брзо хлађење побољшава структуру, али повећава ризик од порозности ако је храњење неадекватно.
• Ал–Си–Мг легуре учврсти са примарним α након чега следи еутектика α + И; Мг учествује у каснијим реакцијама (Мг₂си) ако је садржај Мг довољан.

Микроструктура → линк својстава

• У реду, равномерно распоређене друге фазе дају бољу жилавост и избегавају крто понашање.
• Груби интерметали или сегрегација деградирати умор, дуктилност и перформансе корозије. Контрола кроз праксу топљења, рафинерије зрна и брзина хлађења је кључна.

5. Кључне карактеристике перформанси

Механичка својства (типични инжењерски опсези — ливено стање)

Вредности варирају у зависности од легуре, Величина секције, процес ливења и термичка обрада. Користите податке добављача за критичне бројеве за дизајн.

• Густина (типичан): ~2.66–2,73 г·цм⁻³ за ливене легуре Ал–Мг (благо повећање у односу на чисти Ал ~2,70).
• Затезна чврстоћа (улога):

• • Ливене легуре са високим садржајем магнезијума: ~150–260 МПа (у зависности од садржаја Мг, дебљина пресека и завршна обрада).
  • Ал–Си–Мг (лишити + Т6): ~240–320 МПа (Т6 стари А356 се креће на горњем крају).

• Снага приноса: грубо 0.5–0,8 × УТС као водич.
• Издужење:5-15% у зависности од легуре и обраде — одливци са високим садржајем Мг обично показују добру дуктилност (једнофазна тенденција), Ал-Си са грубим Си ће показати ниже издужење осим ако се не модификује.
• Замор и отпорност на лом: добро када је микроструктура здрава и мала порозност; перформансе замора осетљиве на дефекте ливења.

Отпорност на корозију

• Ливене легуре са високим садржајем магнезијума схов Одлична општа отпорност на корозију, посебно у морским и алкалним срединама — Мг повећава отпорност на питтинг у поређењу са стандардним 3ккк/6ккк Ал легурама.
• За окружења богата хлоридима, Ал-Мг легуре често надмашују обичне Ал легуре, али су и даље инфериорније од нерђајућег челика и захтевају површинску заштиту у тешким случајевима.

Термичка својства

• Топлотна проводљивост легура Ал–Мг остаје висока (≈ 120–180 В·м⁻¹·К⁻¹ у зависности од легирања и микроструктуре), што их чини погодним за термичка кућишта и делове који одводе топлоту.

Доношење & заваривање

• Методе ливења: ливење песка, трајни калуп, ливење под притиском и ливење под високим притиском (уз пажљиво флуксирање) се користе.
• Завабилност: Ал-Мг легуре су генерално заварљиве (Гтав, Раскопер), али заваривање ливених делова захтева пажњу на порозност и корозију након заваривања (користите одговарајуће легуре за пуњење и чишћење након заваривања).
• Обрада: поштено; избор алата и брзине прилагођене легурама алуминијума.

6. Термичка обрада и термичка обрада

Које легуре реагују на топлотну обраду?

• Ал–Си–Мг ливене легуре (Категорија Б) су топлотни (очвршћавање): раствор третман → гашење → вештачко старење (Т6) производи значајно повећање чврстоће путем таложења Мг₂Си.
  Типични Т6 распореди за А356/А357: раствор ~495 °Ц, старе на 160–180 °Ц неколико сати (пратите упутства добављача).
• Ал-Мг легуре са високим садржајем магнезија (Категорија А) су генерално не очвршћава у истом степену на падавине: Мг је учвршћивач у чврстом раствору и многе композиције са високим садржајем Мг очвршћавају се првенствено старењем под напрезањем или радом на хладно у кованим облицима, а не конвенционалним старењем Т6.
  Термичка обрада ливених легура са високим садржајем Мг се фокусира на:

• • Хомогенизација да се смањи хемијска сегрегација (потапање на ниској температури ради редистрибуције растворене супстанце).
  • Аннеал за ублажавање стреса за уклањање напона ливења (типичне температуре: скромно жарење 300–400 °Ц — тачни циклуси зависе од легуре и пресека).
  • Пажљив третман раствора: користи се селективно за неке ливене варијанте Ал–Мг, али може да подстакне нежељено интерметално грубље — консултујте листове са подацима о легурама.

Практично упутство за топлотну обраду

• За Ал–Си–Мг одливци намењен за снагу, план за решење + угасити + старење (Т6) и дизајн са величинама пресека које ефикасно гасе.
• За одливци са високим садржајем Мг, специфицирати хомогенизација и ослобађање од стреса циклуси за стабилизацију микроструктуре и димензионалне стабилности; не очекујте велике добитке за старење.

7. Ливничка пракса и разматрања обраде

Топљење и заштита од топљења

• Контрола магнезијума: Мг лако оксидира у МгО. Користите заштитне флуксове (флукс соли), контролисано прегревање, и минимизирају стварање шљаке.
• Температура топљења: држати унутар препоручених опсега за изабрану легуру; прекомерно прегревање повећава губитке сагоревања и стварање оксида.
• Дегазација и филтрација: уклонити водоник и оксиде (ротационо дегазовање, филтери од керамичке пене) за смањење порозности и побољшање механичких/корозивних перформанси.

Методе ливења

• Ливење песка & трајни-калуп: уобичајено за легуре са високим садржајем Мг и за веће делове.
• Гравитација дие ливење / ливење ниског притиска: производи бољу микроструктуру и завршну обраду површине; добро за структурне делове.
• Улишење умирућег притиска: користи се углавном за легуре на бази Ал–Си; опрез са високим садржајем Мг због оксидације Мг и порозности гаса.

Уобичајене недостатке & ублажавање

• Порозност (гас/скупљање): ублажава дегазовање, филтрација, правилан дизајн врата и подизача, и контролом брзине очвршћавања.
• Дефекти оксида/бифилма: контролисати турбуленцију изливања и користити филтрацију.
• Вруће сузење: управљати преко дизајна (избегавајте нагле промене секција) и контролу храњења/очвршћавања.

8. Типичне примене ливених легура алуминијум-магнезијум

Ливени алуминијум– легуре магнезијума заузимају важну средину у инжењерству лаких метала: они комбинују нижу густину и побољшану отпорност на корозију у односу на многе алуминијумске легуре са прихватљивом ливношћу и добром жилавошћу.

Морска и оффсхоре опрема

• Кућишта пумпе, тела вентила и импелера за слатку/бочату воду
• Палуба, сервисне конзоле, улошци и поклопци у зонама прскања/прскања
• Фитинги за цеви, кућишта кондензатора и сервисна кућишта

Аутомобилска и транспортна

• Конструктивни носачи и подоквири (секције мале масе)
• Тело у белим компонентама, унутрашња конструкцијска кућишта и кућишта
• Кућишта хладњака и носеће плоче за енергетску електронику (у ЕВс)

Пумпе, вентили и хардвер за руковање течностима (индустријски)

• Кућишта и спирале пумпе за хемикалије и руковање водом
• Тела вентила, кућишта седишта и кућишта актуатора

Кућишта за расипање топлоте и електронике

• Електронски кућишта, термичке распршиваче и кућишта контролера мотора (ЕВ вуча/инвертори)
• Кућишта хладњака где су топлотна проводљивост и мала маса важни

Ваздухопловство (непримарне структуре и секундарне компоненте)

• Унутрашњи носачи, кућишта, кућишта авионике, непримарне структурне плоче и облоге

Цонсумер & спортска роба, електроника

• Лагани оквири, заштитна кућишта, кућишта преносивих уређаја, компоненте бицикла (некритичан), Тела за камеру

Индустријске машине и ХВАЦ компоненте

• Кућишта вентилатора, кућишта дуваљки, завршни поклопци измењивача топлоте, лагани поклопци пумпи

Специјалне апликације

• Криогена опрема (где је мала маса предност, али легуре морају бити квалификоване за жилавост на ниским температурама)
• Кућишта за инструменте на мору, подморске плитке компоненте (уз адекватну заштиту)

9. Предности и недостаци

Предности ливених легура алуминијум-магнезијум

• Врхунски отпорност на корозију (посебно у морском окружењу)
• Мала густина и висока специфична чврстоћа за апликације са критичном тежином
• Одлична гасопропусност за посуде под притиском и заптивене системе
• Добра обрадивост за прецизну завршну обраду

Недостаци ливених легура алуминијум-магнезијум

• Лоше перформансе ливења са великом тенденцијом врућег цепања и малом флуидношћу
• Ризик од оксидације и укључивање шљаке која захтева заштитну атмосферу
• Већи трошкови производње због сложености процеса и материјалних премија
• Ограничен обим примене ограничен на секторе високе вредности

10. Упоредна анализа: Цаст Ал–Мг вс. Конкурентске легуре

Табела испод упоређује лишити алуминијум– легуре магнезијума (Цаст Ал–Мг) са уобичајено конкурентним материјалима за ливење који се користе у лаким и применама осетљивим на корозију.

Поређење се фокусира на кључни критеријуми инжењерске одлуке а не само називна својства материјала, омогућавајући практичан избор материјала.

Сажетак избора материјала

Изабрати ливене легуре алуминијум-магнезијум када лаган, отпорност на корозију, и разумне снаге потребни су на умереним температурама.

За екстремно окружење (висока температура, притисак, или агресивне хемикалије), нерђајући челик остаје супериоран, док Ал-Си легуре доминирају када сложена геометрија ливења и исплативост су најважнији.

11. Закључци — практични инжењерски закључци

• Ливене легуре Ал–Мг пружају одличну комбинацију ниске густине, отпорност на корозију и адекватна чврстоћа за многе структуралне примене — али јесу ни један материјал; разликују породице ливених материјала са високим садржајем магнезијума од породица ливених одливака који се могу термички обрађивати Ал–Си–Мг.
• Процесна дисциплина је важна: заштита од топљења, отплињавање и филтрација су од суштинског значаја за постизање очекиваних механичких и корозивних перформанси.
• Термичка обрада се разликује: Ал-Си-Мг ливене легуре добро реагују на раствор + старење (Т6) и испоручују веће снаге; ливене легуре са високим садржајем Мг добијају мање од конвенционалног старења и више зависе од контроле микроструктуре и механичке обраде.
• Дизајн за ливење: контрола дебљине пресека, довод и затварање да би се избегли уобичајени дефекти ливења који највише негативно утичу на замор и корозионе перформансе.