Döküm alüminyum alaşımlar otomotivde önemli malzemelerdir, havacılık, endüstriyel makineler, ve tüketici elektroniği, hafiflik özellikleri nedeniyle değerlidir (yoğunluk 2,5–2,8 g/cm³), Mükemmel Dökülebilirlik, ve ayarlanabilir mekanik performans.
Birincil alaşım elementlerine göre, Dökme alüminyum alaşımları uluslararası olarak dört çekirdekli sisteme sınıflandırılır: Al-si (alüminyum-silikon), Al-Cu (alüminyum-bakır), Al-MG (alüminyum-magnezyum), Ve Al-Zn (alüminyum-çinko).
Her sistem, belirli uygulama gereksinimlerine göre uyarlanmış farklı özellikler sergiler, yüksek mukavemetli havacılık bileşenlerinden korozyona dayanıklı denizcilik parçalarına kadar.
Bu makale sınıflandırmalarının kapsamlı bir analizini sunmaktadır., Anahtar Özellikler, alaşım mekanizmaları, ve endüstriyel uygulamalar — ASTM B179'a dayanmaktadır, ISO 3116, ve diğer uluslararası standartlar.
1. Sınıflandırma: Dökme alüminyum alaşımlarının dört ana ailesi
| Aile | Tipik kompozisyon (Ağırlık%) | Anahtar özellikler | Tipik uygulamalar |
| Al - Evet (Alüminyum – Silikon) | Ve ≈ 7–12; + minör Mg (≈0,2–0,6%), isteğe bağlı İle (~%4'e kadar) | Mükemmel akışkanlık ve düşük katılaşma büzülmesi; İyi dökülebilirlik ve işlenebilirlik; iyi aşınma ve termal stabilite (özellikle ötektik ötesi); Mg mevcutsa yaşlandıkça sertleşebilir | Motor blokları, silindir kafaları, şanzıman gövdeleri, yapısal dökümler, döküm bileşenleri, pistonlar (Düşük termal genleşme için hiperötektik) |
| Al-Cu (Alüminyum – Bakır) | Cu ≈ 3–10; Si düşük (≤ ~%2); Mg/Mn ilavesi mümkün | Yüksek döküm ve ısıl işleme dayanım; üstün yüksek sıcaklık dayanımı ve sürünme direnci (Al₂Cu aracılığıyla çökelmeyi güçlendirme) | Sıcak uç motor bileşenleri, valf koltukları, yüksek sıcaklıklarda çalışan yüksek yüklü yapısal dökümler ve parçalar |
| AL - MG (Alüminyum – Magnezyum) | Mg ≈ 3–6; Si küçük (≈0,5–1,0%) dökülebilirliğe yardımcı olmak için isteğe bağlı | Çok iyi korozyon direnci (deniz suyunda mükemmel); düşük yoğunluk ve iyi tokluk; tek fazlı veya tek faza yakın mikro yapılar mümkün | Deniz donanımı, denizaltı konutları, Korozyon direncinin ve düşük kütlenin kritik olduğu hafif yapısal parçalar |
| Al -Zn / Al - Zn - MG (Çinko taşıyan sistemler) | Mg mevcutken ağırlıkça birkaç Zn (Çökelme sertleşmesi için Zn ve Mg birleştirildi) | Çözelti işleminden sonra çok yüksek ulaşılabilir mukavemet + yaşlanma (T6); iyi spesifik güç | Kesinlik, çözeltiye tabi tutulacak ve eskitilecek yüksek mukavemetli bileşenler ve yapısal parçalar (Maksimum statik mukavemetin gerekli olduğu yerlerde kullanılır) |
2. Dökümde baskın aile Al-Si alaşımlarıdır
Tipik kompozisyon & mikroyapı
- Ve: tipik olarak 7–12 ağırlıkça % birçok döküm derecesinde; ötektik yakın (~ağırlıkça ,6 Si) bileşimler en iyi akışkanlığı ve en düşük döküm büzülmesini sergiler.
- Diğer amaçlı eklemeler: Mg (A356'da ≈%0,3–0,6) yaş sertleştirme için (Mg₂Si çökelir); Cu (piston veya yüksek sıcaklık alaşımlarında) yüksek sıcaklık dayanımı için;
İçinde silikon kırılganlığını kontrol etmek için yüksek sıcaklıkta hizmet ve hiperötektik alaşımlarda. - Dökülmüş mikro yapı: öncelik α-Al dendritler artı ötektik silikon (A + Ve).
Modifiye edilmemiş alaşımlarda ötektik Si kaba ve plaka benzeridir; modifikasyondan sonra Si ince ve lifli hale gelir.
Ötektik modifikasyon (amaç ve ajanlar)
Amaç: kaba dönüştürmek, platin Si'yi sünekliği artıran ince lifli bir morfolojiye dönüştürür, işlenebilirlik ve yorulma direnci.
- Sodyum (Na) — çok etkili değiştirici ancak uçucu; Kapalı dozaj ve dikkatli kontrol gerektirir.
- Stronsiyum (SR) — en yaygın kullanılan ticari değiştirici; tipik dozaj 0.015–0,03 ağırlıkça %; Doz aşımı etkisizdir ve zararlı olabilir.
- Antimon (SB) - bazı sistemlerde modifikasyonu stabilize etmek için Sr ile birlikte kullanılır.
- Nadir topraklar — küçük eklemeler bazı alaşımlarda modifikasyon etkilerini stabilize edebilir ve uzatabilir.
Zararlı yabancı maddeler ve bunların kontrolü
- Ütü (Fe) — sert oluşturan ortak serseri safsızlığı, kırılgan intermetalikler (Örn., FeAl₃, Al₉Fe₂Si₂) dökümleri kırılganlaştırır ve yüzey kalitesini ve korozyon direncini bozar.
Azaltma: eklemek MN (≈0,3–0,5%) veya CR (≈0,1–0,2%) Fe fazlarını daha az zararlı morfolojilere dönüştürmek (Al₆(Fe,MN)), ve hurda hammaddesini kontrol edin. - Fosfor (P) — Na ile reaksiyona girer ve modifikasyonu bozar; fırın şarjı P içeriğini sıkı bir şekilde kontrol edin.
- Sn/Pb - sıcak kısalığa ve yanmaya neden olan düşük erime noktalı ötektikler oluşturur; kale < Mümkünse ~%0,05.
- Kalsiyum (CA) — akışkanlığı azaltan ve büzülmeyi teşvik eden yüksek erime noktalı bileşikler oluşturabilir; Ca kontrolü < İyi dökülebilirlik için ~%0,05.
Temsili Al-Si döküm alaşımları ve uygulamaları
- A356.0 / Ve AC-Alsi7mg (≈Si %7,0–7,5, Mg%0,3–0,5) - yaygın olarak kullanılan kum & kalıcı kalıp alaşımı; Isıya Deatable (T6); başvuru: motor blokları, yapısal muhafazalar, tekerlekler.
- A357 — A356'ya benzer ancak daha sıkı Fe kontrolü ve daha yüksek mekanik özelliklere sahiptir.
- A319 / A380 (döküm aileleri) — Otomotiv pompa gövdelerinde kullanılan Al–Si–Cu basınçlı döküm alaşımları, tekerlek gövdeleri, Şanzıman Muhafazaları.
- Ötektik Ötektik Al-Si (Ve > 12%) — çok düşük termal genleşme ve iyi aşınma davranışı nedeniyle pistonlarda ve kayar uygulamalarda kullanılır (kırılganlığı azaltmak için genellikle Ni/nadir topraklarla alaşımlanır). Örnek kompozisyon: AlSi12Cu2Mg yüksek sıcaklık piston alaşımları için.
3. Al-Cu döküm alaşımları — yüksek mukavemet ve yüksek sıcaklık kapasitesi
Metalurji & performans
- Güç şunlardan kaynaklanır: Al₂cu (th) yaşlanma sonucu oluşan çökeltiler; Cu, yüksek sıcaklıklarda döküm ve ısıl işlem görmüş mukavemeti ve iyi sürünme direncini destekler.
- Değiş tokuş: Cu sıcak-kısalık eğilimini artırır, katılaşma sırasında ayrışma ve büzülme; Oyuncu seçimi pratiği bu sorunları ele almalıdır.
Tipik kompozisyonlar & kullanma
- Yüksek Cu döküm alaşımları (Örn., %3–10 Cu içeren Al–Cu): vanalar için kullanılır, koltuklar, ve yüksek sıcaklıklarda termal stabilite ve mekanik mukavemet gerektiren bileşenler.
- Çok bileşenli güçlendirme (Mn'nin eklenmesi, Mg, vesaire.) hem mukavemeti hem de sıcak işlenebilirliği artıran karmaşık dispersiyonlar üretebilir.
4. Al-Mg döküm alaşımları — korozyon direnci ve hafiflik
Anahtar özellikler
- Mg ağırlıkça %3–6 döküm varyantlarında Al₃Mg₂ fazları üretilir; uygun şekilde işlendiğinde, birçok Al-Mg döküm alaşımı mükemmel korozyon direnci sunar (özellikle denizcilikte, Klorür taşıyan ortamlar) ve tipik Al-Si döküm alaşımlarından daha düşük yoğunluk.
- Yüzey kalitesi ve oksit kalitesi önemlidir; Mg erime sırasında oksidasyona eğilimli olduğundan erime kontrolü kritiktir.
Tipik uygulamalar
- Deniz bileşenleri, yüzer yapılar, Yüksek spesifik korozyon direncinin ve orta düzeyde mukavemetin gerekli olduğu korozyona dayanıklı muhafazalar ve hafif parçalar.
Notlar işleniyor
- Kontrollü atmosfer veya eritken kullanın, Cüruf ve hidrojen alımını azaltmak için türbülansı en aza indirin, ve dökülebilirliği geliştirmek için sıklıkla küçük Si ekleyin.
5. Al -Zn (Al – Zn – Mg dahil) döküm alaşımları - ısıl işlemden sonra yüksek mukavemet
Özellikler
- Zn (genellikle Mg ile eşleştirilir) çözelti işlemine ve eskimeye iyi yanıt veren bir alaşım sistemi sağlar (T6) üreten çok yüksek akma ve çekme dayanımı.
- Döküm halinde üretilebilirlik daha az dostudur (gözenekliliğe ve sıcak yırtılmaya karşı daha fazla eğilim) bu nedenle dikkatli yolluk ve katılaşma kontrolüne ihtiyaç vardır.
Başvuru
- Kesinlik, Döküm sonrası ısıl işlemin kabul edilebilir olduğu yüksek mukavemetli parçalar - havacılık bağlantı parçaları ve bazı hassas enstrümantasyon bileşenleri.
6. Karşılaştırmalı dökülebilirlik ve seçim rehberliği
| Alaşım ailesi | Bozulabilirlik | Tipik güç (asi / T6) | Korozyon | Tipik en iyi kullanımlar |
| Al - Evet | Harika (en iyi) | Orta → iyi (T6 iyileşiyor) | İyi | Genel dökümler, motor blokları, konutlar, tekerlekler |
| Al-Cu | Adil → zorlu | Yüksek; iyi yükseltilmiş T gücü | Ilıman | Motor bileşenleri, vanalar, sıcak çalışma parçaları |
| AL - MG | Ilıman (erime kontrolü gerekli) | Ilıman | Harika (deniz) | Deniz, hafif, korozyona dayanıklı parçalar |
| Al -Zn / Al - Zn - MG | Orta ila zayıf arası döküm; Isıl işlemden sonra daha iyi | T6'dan sonra çok yüksek | Değişken; genellikle Al-Mg'den daha düşüktür | Kesinlik, yaşlanma sonrası yüksek mukavemetli parçalar |
7. Dökme Alüminyumun Isıl İşlemi - Pratik Kurallar
Isıl işlem, dökme alüminyum mikro yapıyı kontrollü bir mikro yapıya dönüştürmek için temel araçtır., servis edilebilir durum.
Dökme alaşımlar için, ortak hedefler şunlardır:
(1) Çözelti tedavisiyle gücü artırın + söndürme + yaşlanma (T tedavileri);
(2) homojenleştirme yoluyla ayrışmayı ve kimyasal homojensizliği azaltmak;
(3) Tavlama yoluyla döküm gerilimlerini azaltır ve sünekliği geri kazandırır;
(4) Hizmette boyutsal kararlılık için mikro yapıyı stabilize edin.
Tipik tedavi pencereleri (pratik referans)
(Değerler mühendislik rehberliğidir; Kesin rejimler için alaşım tedarikçisi ve ürün standardıyla doğrulayın.)
| Tedavi | Tipik sıcaklık (° C) | Tipik ıslatma süresi | Tipik alaşımlar / notlar |
| Homojenizasyon | 420–520 ° C | 2–12 saat (kalınlığa bağlı) | Büyük Al-Cu dökümler ve bazı Al-Si yüksek Cu alaşımları için kullanışlıdır |
| Çözüm tedavisi | 480–520 ° C | 1–6 saat (bölüme bağlı) | Al–Si–Mg (A356/A357): ~495 °C; Al–Cu alaşımları genellikle ~495–505 °C |
| Söndürme | su (~20–40 °C) veya polimer söndürme | acil; fırın ve söndürme arasındaki süreyi en aza indirin | T6 yanıtı için söndürme şiddeti kritik; ağır bölümler söndürme modellemesine ihtiyaç duyar |
Yapay yaşlanma (T6) |
150–185 °C | 4–12 saat (alaşıma bağlıdır & istenilen özellikler) | A356 T6: tipik 160–180 °C, 4–8 saat; Al–Zn–Mg alaşımları değişiklik gösterir; spesifikasyonları takip edin |
| Stabilizasyon / T7 (aşırı yaş) | 170–200 ° C | daha uzun yaşlanma (Örn., 8–24 saat) | Termal kararlılığın olduğu yerlerde kullanılır > hizmet sıcaklığına öncelik verildi (daha az tepe gücü, daha fazla istikrar) |
| Tavlama / stres giderme | 300–400 ° C (Düşük) | 0.5–2 saat | Sünekliğin geri kazanılması ve stresin giderilmesi için; sigma oluşturan aralıklarda durmaktan kaçının (çoğu Al için geçerli değildir) |
Önemli: bölüm boyutuna göre ıslatma süreleri ölçeği. Belirli döküm kesitleri için bekletme sürelerini belirlemek amacıyla termal kütle hesaplamalarını veya tedarikçi çizelgelerini kullanın.
Yaygın ısıl işlem kusurları ve önlenmesi
- Yetersiz çözümleme (düşük sıcaklık / kısa zaman) → çözünür fazların eksik çözünmesi; daha düşük yaş tepkisi ve zayıf mekanik özelliklerle sonuçlanır.
Önleme: bölüm boyutuna göre ayarlanmış zaman-sıcaklık profillerini takip edin; ıslatmayı doğrulamak için termokupllar veya simülasyon kullanın. - Aşırı çözümleme (sıcaklık çok yüksek / zaman çok uzun) → düşük erime noktasına sahip ötektik fazların erimeye başlaması (özellikle yüksek Cu alaşımlarında) ve tane irileşmesi.
Önleme: maksimum T'ye uyun ve aşırı ısınmayı önleyin; fırın kontrolünü kullan & çizelgeler. - Çatlamayı söndür / çarpıtma → söndürme sırasında aşırı termal eğim veya kısıtlama.
Önleme: tasarım armatürleri, çok büyük parçalar için aşamalı söndürme veya polimer söndürme kullanın; kontrollü ısı çıkışına izin ver. - Hizmette yaş yumuşatma → eğer servis eskime sıcaklığına yaklaşırsa, erken yumuşama meydana gelir.
Önleme: T7/aşırı yaşlanma durumunu seçin, veya termal olarak daha kararlı bir alaşım seçin (Ni-stabilize) yüksek T için. - Isıl işlem sonrası yüzey korozyonu → söndürme tuzlarından veya kirlenmiş sudan kaynaklanan kalıntılar alüminyuma zarar verebilir.
Önleme: anında kapsamlı temizlik (deiyonize su), söndürme tuzlarını nötralize edin, ve koruyucu dönüşüm veya kaplamalar uygulayın.
Alaşım ailesi tarafından özel hususlar
- Al–Si–Mg (Örn., A356/A357): ortak T6: çözelti ~495 °C, söndürme, yaş 160–180 °C.
Gözeneklilik etkilerine duyarlı; Isıl işlem gücü artırır ancak sıkışan gaz mekanik verimliliği azaltabilir. - Al-Cu alaşımları: Çözünmeden önce ayrışmayı azaltmak için büyük dökümler için homojenizasyon gerekir; Düşük erime noktalı bileşenlerin erimeye başlamasını önlemek için dikkatli kontrol.
- Al–Zn–Mg alaşımları: T6'ya oldukça duyarlı ancak söndürülmeye karşı çok duyarlı; uygun olmayan eskitme/söndürme sırası ve artık gerilimler mevcutsa gerilim korozyonu çatlaması riski - safsızlık seviyelerini kontrol edin ve gerilim giderme.
- Al-Mg alaşımları: çoğu yağışla sertleşemez (veya yalnızca minimum düzeyde); ısıl işlem T6 güçlendirmesi yerine tavlama/gerilme gidermeye odaklanır.
8. Pratik alaşım örnekleri ve uygulamalarla eşleştirme
- Genel yapısal, ısıl işlem görebilen dökümler: A356/A357 (Al–Si–Mg) — motor gövdeleri, dişliler, tekerlek parçaları.
- Döküm yapısal parçalar (otomotiv): A380 / A319 ailesi (Al-Si-Cu döküm) — pompa gövdeleri, şanzıman kutuları, tekerlek gövdeleri.
- Yüksek sıcaklık pistonları / düşük genleşmeli parçalar: Ötektik Ötektik Al-Si (Si 12–18 ağırlıkça %) Ni/RE ilaveli — pistonlar, hassas rulmanlar.
- Deniz / korozyon açısından kritik: Al – Mg döküm çeşitleri (Mg ağırlıkça %3–6) — deniz suyu bağlantı parçaları ve muhafazaları.
- Yüksek güçlü, ısıl işlem görmüş parçalar: Al–Zn–Mg döküm alaşımları (T6 tedavisine tabi) — Yüksek statik dayanım gerektiren hassas bileşenler.
9. Sonuç
Dökme alüminyum alaşımları, çok çeşitli mekanik parametrelere göre ayarlanabilen çok yönlü bir ailedir., Akıllı alaşım seçimiyle termal ve korozyon performansı, eriyik pratiği, modifikasyon, ısıl işlem ve şekillendirme.
Al-Si alaşımları Dökme alüminyum dünyasının omurgasını oluştururlar çünkü üstün dökülebilirliği iyi mekanik performans ve ısıl işlem tepkisi ile harmanlarlar.
Al-Cu Ve Al -Zn sistemler dökülebilirlik pahasına daha yüksek mukavemet ve ısı direnci sağlar; AL - MG Korozyon direncinin ve düşük yoğunluğun önemli olduğu durumlarda alaşımların yeri doldurulamaz.
Güvenilir bileşen performansı için, uygun bir alaşım seçimi yapın (gibi tanınmış uluslararası isimleri kullanın A356/A357, A319/A380, AlSi12Cu2Mg vesaire.) sıkı kirlilik kontrolü ile, Al-Si aileleri için doğru modifikasyon uygulaması (Bay/Na) ve doğru döküm/ısıl işlem rotası.
SSS
En yaygın kullanılan dökme alüminyum alaşımı nedir?
A356.0 (Al-Serisi) en yaygın olanıdır, Dengeli dökülebilirliği nedeniyle küresel dökme alüminyum üretiminin ~@'ını oluşturur, kuvvet, ve korozyon direnci.
Denizcilik uygulamaları için hangi dökme alüminyum alaşımı en iyisidir??
535.0 (Al-Mg serisi) olağanüstü deniz suyu korozyon direnci sunar (korozyon oranı <0.005 mm/yıl) ve hafif özellikler, denizcilik ekipmanları için ideal hale getiriyor.
Al-Cu alaşımları karmaşık dökümlerde kullanılabilir mi??
Hayır—Al-Cu alaşımlarının dökülebilirliği zayıftır (düşük akışkanlık, yüksek büzülme) ve karmaşık geometriler için uygun değildir. Yüksek mukavemet gerektiren karmaşık parçalar için A356.0 veya A380.0 kullanın.
Al-Zn-Mg alaşımları için hangi ısıl işlem gereklidir??
Al-Zn-Mg alaşımları (Örn., 712.0) T6 ısıl işlemi gerektirir (Çözüm tedavisi + yapay yaşlanma) yüksek mukavemet elde etmek için — döküm halindeki mukavemet çok düşük (~180MPa) ve pratik uygulamalar için uygun değildir.
Al-Mg alaşımlarının dökülebilirliği nasıl geliştirilir??
Ötektik fazlar oluşturmak için %0,5–1,0 Si ekleyin, akışkanlığı arttırmak, ve Mg oksidasyonunu önlemek için eritme sırasında inert gaz koruyucu kullanın.
