Dökme Alüminyum-Magnezyum Alaşımları: Hafiflik Gücü

1. Yönetici Özeti

"Dökme alüminyum-magnezyum" birbiriyle ilişkili ancak farklı iki mühendislik ailesini ifade eder:

(A) yüksek Mg döküm Al-Mg alaşımları (Denizcilik/ağırlık açısından kritik parçalar için korozyon direncini ve özel gücü en üst düzeye çıkarmak için Mg ağırlıklı alaşım) Ve (B) Al–Si–Mg döküm alaşımları (Yaşlandırma sertleştirmesi ve mukavemeti için kullanılan mütevazı Mg ilaveli Al-Si bazı).

Al-Mg döküm alaşımları mükemmel korozyon direnci sağlar (özellikle klorür ortamlarında), çekici mukavemet-ağırlık ve iyi tokluk, ancak Mg kolayca oksitlendiğinden ve süreç disiplini zayıfsa gözenekliliği artırabildiğinden döküm ve eriyik işleme zorlukları ortaya çıkarırlar.

Al-Mg döküm alaşımlarının çoğu çökelmeyle sertleşmez; güçlendirme esas olarak katı çözeltiyle gerçekleşir, Al-Si-Mg alaşımları için kullanılan geleneksel T6 yollarından ziyade mikro yapı kontrolü ve termomekanik işleme.

2. "Döküm Al-Mg" ile ne demek istiyoruz — aileler ve ortak dereceler

Dökme Al-Mg alaşımlarının iki pratik kategorisi endüstride tekrar tekrar karşımıza çıkmaktadır.:

• Kategori A - Yüksek Mg'li döküm alaşımları (Al-Mg ailesi): Mg içeriğinin korozyon davranışına ve spesifik yoğunluk/mukavemete hakim olacak kadar yüksek olduğu alaşımlar.
  Literatürde ve atölye uygulamalarında bu sınıf genellikle Mg'den bahseder. 3–6 ağırlıkça % küçük Si ilaveli aralık (≈0,5–1,0 %) daha iyi dökülebilirlik gerektiğinde. Bunlar korozyon direncinin olduğu yerlerde kullanılır / hafiflik önceliklidir.
• Kategori B — Al–Si–Mg döküm alaşımları (Al–Si–Mg ailesi): ötektikliğe yakın Al-Si bazlı döküm alaşımları (Si ≈ ağırlıkça %7–12) mütevazı Mg içeren (≈0,2–0,8 ağırlıkça %) yapay yaşlanmaya izin vermek (Mg₂Si yağışı) ve T tipi yaşlanma sonrasında daha yüksek mukavemet (T6).
  Örnekler arasında A356 gibi endüstrinin beygir alaşımları yer alır (Al–Si–Mg) — bunlara bazen “Al-Mg içeren dökümler” denir (fakat esas olarak güçlendirici element olarak Mg içeren Al-Si alaşımlarıdır).

Uygulamada korozyon direnci söz konusu olduğunda Kategori A'yı seçeceksiniz. (deniz, kimyasal temas) ve düşük yoğunluk hakimdir; dökülebilirlik durumunda Kategori B'yi seçin, boyutsal stabilite ve ısıl işleme dayanım gereklidir.

3. Tipik kimyasal bileşimler

Masa: Tipik bileşim aralıkları (mühendislik rehberliği)

Notalar

• Yukarıdaki aralıklar pratik mühendislik pencereleridir; tam spesifikasyonlar bir standart tanımına referans vermelidir (ASTM/EN) veya tedarikçinin sertifikası.
• Yüksek Mg'li döküm alaşımları, işlenmiş 5xxx alaşımlarının bileşim bölgesine yaklaşır ancak döküm için tasarlanmıştır (farklı kirlilik kontrolü ve katılaşma davranışı).

4. Mikro yapı ve faz kimyası — performansı kontrol eden şey

Birincil mikroyapısal oyuncular

• α-Al matrisi (yüz merkezli kübik): tüm Al alaşımlarında birincil yük taşıma fazı.
• Katı çözeltide Mg: Mg atomları α-Al'de çözünür; orta konsantrasyonlarda katı çözeltiyi güçlendirerek matrisi güçlendirirler.
• İnteretalikler / ikinci aşamalar:

• • Mg açısından zengin intermetalikler (Al₃Mg₂/β): yüksek Mg seviyelerinde ve interdendritik bölgelerde oluşabilir; morfolojileri ve dağılımları yüksek sıcaklık stabilitesini ve korozyon davranışını kontrol eder.
  • Mg₂si (Al-Si-Mg alaşımlarında): Yaşlanma sırasında oluşur ve Al-Si-Mg ailesinde başlıca çökelme sertleşme aşamasıdır..
  • Fe taşıyan fazlar: Fe safsızlıkları kırılgan intermetalikler oluşturur (Al₅FeSi, vesaire.) Sünekliği azaltan ve lokal korozyona neden olan; Fe fazlarını değiştirmek için genellikle küçük miktarlarda Mn eklenir.

Katılaşma özellikleri

• Yüksek Mg alaşımları nispeten basit bir α'ya sahip olma eğilimindedir + intermetalik katılaşma yolu ancak soğutma yavaşsa ayrışma gösterebilir; hızlı soğutma yapıyı iyileştirir ancak besleme yetersizse gözeneklilik riskini artırır.
• Al–Si–Mg alaşımları birincil α ve ardından ötektik α ile katılaşır + Ve; Mg daha sonraki reaksiyonlara katılır (Mg₂si) Mg içeriği yeterliyse.

Mikroyapı → özellikler bağlantısı

• İyi, eşit olarak dağıtılmış ikinci aşamalar daha iyi tokluk sağlar ve kırılgan davranışlardan kaçınır.
• Kaba intermetalikler veya ayrışma yorgunluğu azaltmak, süneklik ve korozyon performansı. Erime uygulamasıyla kontrol, Tahıl incelticileri ve soğutma hızı çok önemlidir.

5. Temel performans özellikleri

Mekanik Özellikler (tipik mühendislik aralıkları - yayın durumu)

Değerler alaşıma göre değişir, bölüm boyutu, döküm işlemi ve ısıl işlem. Tasarım açısından kritik sayılar için tedarikçi verilerini kullanın.

• Yoğunluk (tipik): ~2.66–2,73 g·cm⁻³ Al-Mg döküm alaşımları için (Saf Al'a göre hafif artış ~2.70).
• Gerilme mukavemeti (asi):

• • Yüksek Mg'li döküm alaşımları: ~150–260 MPa (Mg içeriğine bağlı olarak, kesit kalınlığı ve bitiş).
  • Al–Si–Mg (döküm + T6): ~240–320 MPa (T6 eski A356 aralıkları en üstte).

• Verim gücü: kabaca 0.5–0,8 × ÜTS rehber olarak.
• Uzama:5–15 alaşıma ve işleme bağlı olarak — yüksek Mg'li dökümler tipik olarak iyi süneklik sergiler (tek fazlı eğilim), Kaba Si içeren Al-Si, değiştirilmedikçe daha düşük uzama gösterecektir.
• Yorulma ve kırılma tokluğu: mikroyapı sağlam ve gözeneklilik düşük olduğunda iyidir; Döküm kusurlarına duyarlı yorulma performansı.

Korozyon direnci

• Yüksek Mg'li döküm alaşımları göstermek Mükemmel genel korozyon direnci, özellikle deniz ve alkali ortamlarda — Mg, standart 3xxx/6xxx Al alaşımlarına kıyasla oyuklanma direncini artırır.
• Klorür açısından zengin ortamlar için, Al-Mg alaşımları genellikle düz Al alaşımlarından daha iyi performans gösterir ancak yine de paslanmaz çeliklerden daha düşüktür ve ciddi durumlarda yüzey koruması gerektirir..

Termal özellikler

• Al-Mg alaşımlarının ısıl iletkenliği yüksek kalır (≈ 120–180 W·m⁻¹·K⁻¹ Alaşım ve mikro yapıya bağlı olarak), onları termal muhafazalar ve ısı yayan parçalar için uygun hale getirir.

Üretim & kaynak

• Döküm yöntemleri: kum dökümü, kalıcı kalıp, yerçekimi basınçlı döküm ve bazı yüksek basınçlı döküm (dikkatli akıtarak) kullanılır.
• Kaynaklanabilirlik: Al-Mg alaşımları genellikle kaynaklanabilir (GTAW, Çiğnemek), ancak döküm bölümlerin kaynaklanması gözenekliliğe ve kaynak sonrası korozyona dikkat edilmesini gerektirir (uygun dolgu alaşımları ve kaynak sonrası temizlik kullanın).
• İşlenebilirlik: adil; Alüminyum alaşımları için ayarlanmış takım seçimi ve hızlar.

6. Isıl işlem ve ısıl işlem

Hangi alaşımlar ısıl işleme cevap verir??

• Al–Si–Mg döküm alaşımları (Kategori B) var olan Isıya Deatable (yaşları sertleştiren): çözüm tedavisi → söndürme → yapay yaşlanma (T6) Mg₂Si'nin çökelmesi yoluyla önemli mukavemet artışları sağlar.
  A356/A357 için tipik T6 programları: çözelti ~495 °C, 160–180 °C'de birkaç saat bekletilir (tedarikçi rehberliğini takip edin).
• Yüksek Mg döküm Al-Mg alaşımları (Kategori A) var olan genellikle aynı derecede yağışla sertleşemez: Mg bir katı çözelti güçlendiricidir ve birçok yüksek Mg içerikli bileşimler, geleneksel T6 yaşlandırma yerine esas olarak gerinim yaşlandırma veya dövme formlarda soğuk işleme yoluyla sertleşir..
  Dökme yüksek Mg alaşımları için ısıl işlem,:

• • Homojenizasyon kimyasal ayrışmayı azaltmak için (çözünen maddenin yeniden dağıtılması için düşük sıcaklıkta ıslatma).
  • Gerilim giderme tavlaması döküm streslerini ortadan kaldırmak için (tipik sıcaklıklar: orta tavlamalar 300–400 °C — tam döngüler alaşıma ve kesite bağlıdır).
  • Dikkatli çözüm tedavisi: bazı döküm Al-Mg çeşitleri için seçici olarak kullanılır, ancak istenmeyen intermetalik kabalaşmayı teşvik edebilir - alaşım veri sayfalarına bakın.

Pratik ısıl işlem kılavuzu

• İçin Al-Si-Mg dökümleri güç amaçlı, için plan yapmak çözüm + söndürme + yaşlanma (T6) ve etkili bir şekilde söndürme sağlayan kesit boyutlarına sahip tasarım.
• İçin yüksek Mg'li dökümler, belirtmek homojenleştirme ve stres giderme mikroyapıyı ve boyutsal kararlılığı stabilize etmek için döngüler; yaşla sertleşen büyük kazanımlar beklemeyin.

7. Dökümhane uygulaması ve işleme hususları

Erime ve erime koruması

• Magnezyum kontrolü: Mg kolayca MgO'ya oksitlenir. Koruyucu kapak akıları kullanın (tuz akısı), kontrollü aşırı ısınma, ve cüruf oluşumunu en aza indirin.
• Erime sıcaklığı: seçilen alaşım için önerilen aralıklarda kalın; aşırı aşırı ısınma yanma kayıplarını ve oksit oluşumunu artırır.
• Gaz giderme ve filtreleme: hidrojen ve oksitleri uzaklaştırın (döner gaz giderme, seramik köpük filtreler) gözenekliliği azaltmak ve mekanik/korozyon performansını artırmak için.

Döküm yöntemleri

• Kum dökümü & kalıcı kalıp: yüksek Mg alaşımları ve daha büyük parçalar için ortaktır.
• Yerçekimi kalıp döküm / düşük basınçlı döküm: daha iyi mikro yapı ve yüzey kalitesi sağlar; yapısal parçalar için iyi.
• Yüksek basınçlı kalıp döküm: esas olarak Al-Si bazlı alaşımlar için kullanılır; Mg oksidasyonu ve gaz gözenekliliği nedeniyle yüksek Mg içeriğine dikkat edin.

Ortak kusurlar & hafifletme

• Gözeneklilik (gaz/büzülme): gaz giderme yoluyla hafifletilir, filtreleme, uygun geçit ve yükseltici tasarımı, ve katılaşma oranını kontrol ederek.
• Oksit/bifilm kusurları: dökme türbülansını kontrol edin ve filtrelemeyi kullanın.
• Sıcak yırtılma: tasarım yoluyla yönetmek (ani bölüm değişikliklerinden kaçının) ve besleme/katılaşmayı kontrol edin.

8. Dökme Alüminyum-Magnezyum Alaşımlarının Tipik Uygulamaları

Alüminyum–magnezyum alaşımları hafif metal mühendisliğinde önemli bir orta noktayı işgal eder: birçok alüminyum alaşımına göre daha düşük yoğunluk ve gelişmiş korozyon direncini kabul edilebilir dökülebilirlik ve iyi toklukla birleştirirler.

Deniz ve deniz ekipmanı

• Pompa gövdeleri, tatlı/acı su hizmeti için valf gövdeleri ve çarklar
• Güverte bağlantı parçaları, servis braketleri, Sıçrama/püskürtme bölgelerindeki köşebentler ve örtüler
• Boru bağlantı parçaları, kondenser muhafazaları ve servis muhafazaları

Otomotiv ve ulaşım

• Yapısal braketler ve alt çerçeveler (düşük kütleli bölümler)
• Beyaz bileşenlerden oluşan gövde, iç yapısal muhafazalar ve muhafazalar
• Güç elektroniği için ısı emici muhafazalar ve taşıyıcı plakalar (EV'lerde)

Pompalar, vanalar ve sıvı taşıma donanımı (sanayi)

• Kimyasal ve su işleme için pompa gövdeleri ve salyangozlar
• Valf gövdeleri, koltuk muhafazaları ve aktüatör muhafazaları

Isı dağıtımı ve elektronik muhafazalar

• Elektronik Konutlar, termal yayıcılar ve motor kontrol cihazı muhafazaları (EV çekiş/invertörler)
• Isı iletkenliğinin ve düşük kütlenin önemli olduğu ısı emici muhafazaları

Havacılık (Birincil olmayan yapılar ve ikincil bileşenler)

• İç braketler, konutlar, aviyonik muhafazalar, birincil olmayan yapısal paneller ve kaplamalar

Tüketici & spor malzemeleri, elektronik

• Hafif çerçeveler, koruyucu muhafazalar, taşınabilir cihaz muhafazaları, bisiklet bileşenleri (kritik olmayan), kamera gövdeleri

Endüstriyel makineler ve HVAC bileşenleri

• Fan muhafazaları, üfleyici muhafazaları, ısı eşanjörü uç kapakları, hafif pompa kapakları

Özel uygulamalar

• Kriyojenik ekipman (Düşük kütlenin avantajlı olduğu ancak alaşımların düşük sıcaklıkta tokluk için nitelikli olması gerektiği durumlarda)
• Açık deniz enstrümantasyon muhafazaları, deniz altı sığ bileşenleri (yeterli koruma ile)

9. Avantajları ve Dezavantajları

Dökme Alüminyum-Magnezyum Alaşımlarının Avantajları

• Üstün korozyon direnci (özellikle deniz ortamlarında)
• Ağırlığın kritik olduğu uygulamalar için düşük yoğunluk ve yüksek spesifik güç
• Basınçlı kaplar ve kapalı sistemler için mükemmel gaz sızdırmazlığı
• Hassas finisaj için iyi işlenebilirlik

Dökme Alüminyum-Magnezyum Alaşımlarının Dezavantajları

• Yüksek sıcak yırtılma eğilimi ve düşük akışkanlık nedeniyle zayıf döküm performansı
• Koruyucu atmosfer gerektiren oksidasyon riski ve cüruf oluşumu
• Proses karmaşıklığı ve malzeme primleri nedeniyle daha yüksek üretim maliyetleri
• Yüksek değerli sektörlerle sınırlı sınırlı uygulama kapsamı

10. Karşılaştırmalı analiz: Dökme Al – Mg vs. Rakip Alaşımlar

Aşağıdaki tablo karşılaştırılmıştır döküm alüminyum–magnezyum alaşımları (Dökme Al-Mg) hafif ve korozyona duyarlı uygulamalarda kullanılan yaygın olarak rakip döküm malzemeleriyle.

Karşılaştırma şuna odaklanır: temel mühendislik karar kriterleri yalnızca nominal malzeme özelliklerinden ziyade, pratik malzeme seçimini mümkün kılmak.

Malzeme Seçimi Özeti

Seçmek dökme alüminyum-magnezyum alaşımları Ne zaman hafif, korozyon direnci, ve makul güç orta sıcaklıklarda gereklidir.

Aşırı ortamlar için (yüksek sıcaklık, basınç, veya agresif kimyasallar), paslanmaz çelik üstün kalır, sırasında Al-Si alaşımları ne zaman hakim ol karmaşık döküm geometrisi ve maliyet verimliliği çok önemli.

11. Sonuçlar – pratik mühendislik çıkarımları

• Dökme Al-Mg alaşımları düşük yoğunluğun mükemmel bir kombinasyonunu sağlar, Birçok yapısal uygulama için korozyon direnci ve yeterli dayanıklılık tek bir malzeme yok; Yüksek Mg'li döküm ailelerini Al-Si-Mg ısıl işleme tabi tutulabilen döküm ailelerinden ayırmak.
• Süreç disiplini önemlidir: erime koruması, Gazdan arındırma ve filtreleme, beklenen mekanik ve korozyon performansını elde etmek için gereklidir.
• Isıl işleme tabi tutulabilirlik farklıdır: Al-Si-Mg döküm alaşımları çözüme iyi yanıt verir + yaşlanma (T6) ve daha yüksek güçler sağlayın; yüksek Mg'li döküm alaşımları geleneksel yaşlandırmadan daha az kazanç sağlar ve mikro yapı kontrolüne ve mekanik işlemeye daha fazla bağımlıdır.
• Döküm için tasarım: kontrol bölümü kalınlığı, Yorgunluk ve korozyon performansını en olumsuz şekilde etkileyen yaygın döküm kusurlarını önlemek için besleme ve yolluk.