Сплав магния и алюминия: Литейные сплавы алюминий-магний

alexxlab | 16.12.2022 | 0 | Разное

Литейные сплавы алюминий-магний

Алюминиевые сплавы подразделяются на деформируемые и литейные. Легирующие элементы и в деформируемых, и в литейный одни и те же, но в деформируемых сплавах их содержание намного меньше.

Литейные алюминиевые сплавы

Основными легирующими элементами литейных алюминиевых сплавов являются магний, медь и кремний. Они дают качественное изменение природы алюминиевых сплавов. В сплавах Al-Cu, Al-Mg и Al-Mg-Si образуются интерметаллиды, а сплавах Al-Si  – эвтектика. Интерметаллиды, особенно в сочетании с эвтектикой, дают возможность применения различных методов термического упрочнения. Другие легирующие элементы – вспомогательные и модифицирующие – применяют в значительно меньших количествах для улучшения заданных механических и физических свойств сплавов.

Сплавы алюминий-магний

Алюминиево-магниевые сплавы являются однофазными бинарными сплавами с уровнем прочности от среднего до высокого и хорошими вязкими свойствами. То, что они являются однофазными, означает, что они не способны повышать свою прочность в результате термической обработки.

Главная особенность этих Al-Mg сплавов состоит в их высокой коррозионной стойкости, в том числе, в морской воде и морской атмосфере. Самая высокая коррозионная стойкость достигается при минимуме примесей – и твердых, и газообразных. Поэтому эти сплавы изготавливают из высококачественных металлов и с особенной тщательностью при его выплавке и разливке. Эти сплавы  хорошо свариваются и часто применяются в строительстве для декоративной отделки. Алюминиево-магниевые сплавы легко обрабатываются резанием и имеют привлекательный вид после анодирования.

Сплавы трудные для литья

По сравнению с алюминиево-кремниевыми сплавами все сплавы алюминия с магнием имеют значительно больше проблем при разливке. Они требуют более тщательного проектирования литейных форм и более высокие градиенты температур при затвердевании для получения хороших отливок.

При литье этих сплавов нужно учитывать их повышенную склонность к окислению при плавлении. Это важно еще и потому, что для многих изделий из этих сплавов требуется высокое качество поверхности и дефекты, связанные с оксидами, крайне нежелательны.

Влияние примесей

• Медь и никель снижают сопротивление коррозии, а также пластичность.
• Железо, кремний и марганец снижают прочность и пластичность.
• Олово снижает сопротивление коррозии.

Литейные сплавы серии 5хх.х

В американской и международной классификации алюминиево-магниевые литейные сплавы образуют серию сплавов 5хх.х. Три из них представлены ниже.

Литейный алюминиевый сплав 514.0

Формула сплава: 4Mg

Химический состав:

• медь: 0,15 % макс;
• магний: 3,5-4,5 %;
• марганец: 0,35 % макс.;
• кремний: 0,35 % макс.;
• железо: 0,50 % макс.
• цинк: 0,15 % макс.;
• титан: 0,25 % макс.;
• другие: каждый 0,05 %, сумма 0,15 % макс.;
• алюминий: остальное.

Типичные механические свойства (в состоянии поставки):

• прочность на растяжение: 145 МПа;
• предел текучести: 95 МПа;
• относительное удлинение: 3 %;
• коэффициент Пуассона: 0,33;
• модуль упругости: 71,0 ГПа.

Физические свойства:

• плотность: 2,65 г/см³;
• температура ликвидус: 630 ºС;
• температура солидус: 585 ºС.

Технологические свойства:

• температура плавления: от 675 до 815 ºС;
• температура разливки: от 675 до 790 ºС;
• сплав для сварки – 4043.

Литейный алюминиевый сплав 518.0

Формула сплава: 8Mg

Химический состав:

• медь: 0,25 % макс;
• магний: 7,5-8,5 %;
• марганец: 0,35 % макс.;
• кремний: 0,35 % макс.;
• железо: 1,8 % макс.;
• никель: 0,15 % макс.;
• цинк: 0,15 % макс.;
• олово: 0,15 % макс.;
• другие: сумма 0,25 % макс.;
• алюминий: остальное.

Типичные механические свойства (в состоянии поставки):

• прочность на растяжение: 310 МПа;
• предел текучести: 190 МПа;
• относительное удлинение: 5-8 %.

Физические свойства:

• плотность: 2,57 г/см³;
• температура ликвидус: 620 ºС;
• температура солидус: 535 ºС.

Литейный алюминиевый сплав 520.0

Формула сплава: 10Mg

Химический состав:

• медь: 0,25 % макс;
• магний: 9,5-10,6 %;
• марганец: 0,15 % макс.;
• кремний: 0,25 % макс.;
• железо: 0,30 % макс.;
• цинк: 0,15 % макс.;
• титан: 0,25 % макс.;
• другие: каждый 0,05 %, сумма 0,15 % макс.;
• алюминий: остальное.

Типичные механические свойства (в состоянии поставки):

• прочность на растяжение: 330 МПа;
• предел текучести: 180 МПа;
• относительное удлинение: 16 %.

Физические свойства:

• плотность: 2,57 г/см³;
• температура ликвидус: 605 ºС;
• температура солидус: 450 ºС.

Слитки магния для легирования алюминиевых сплавов

Магний – брат алюминия

Магний во многом похож на алюминий. Плотность магния при 20 °C составляет 1,74 г/см³ – он плавает в жидком алюминии (плотность жидкого алюминия – 2,4 г/см³). Температуры плавления алюминия и магния почти одинаковые: у магния – 650 °C, у алюминия 99,5 % – 657 °C. Поэтому магний прямо загружают в плавильную печь, в отличие, например, от кремния. Чистый кремний имеет высокую температуру плавления, 1415 °C. По этой причине кремний  вводят в алюминиевый расплав обычно в составе силумина с содержанием кремния около 12 %. Такой эвтектический алюминиевый сплав Al-Si плавятся при температуре всего лишь около 577 °C.

Фазовая диаграмма алюминий-магний

Источники:

Aluminum and Aluminum Alloys, ASM International, 1996

Aluminum Alloy Castings: Properties, Processes And Applications – J. Gilbert Kaufman, Elwin L. Rooy

Сплавы алюминия с магнием

Магний в алюминии

Введение в алюминий магния в количестве до 6 % в качестве главного легирующего элемента дает упрочнение твердого раствора сплава и высокую эффективность деформационного упрочнения. Это  обеспечивает сплавам серии 5ххх довольно высокие прочностные свойства – выше, чем у сплавов серии 3ххх – при сохранении хорошей формуемости.

При определенной восприимчивости к межзеренной коррозии (при содержании магния более 3 %) эти сплавы имеют хорошую коррозионную стойкость, особенно сопротивление коррозии в морской воде и морской атмосфере, которая значительно выше, чем у сплавов других серий.

Применение алюминиево-магниевых сплавов

Эти сплавы сочетают в себе хорошую формуемость, довольно высокую прочность, отличную коррозионную стойкость, хорошую анодируемость и лучшую из всех сплавов свариваемость. Поэтому эти алюминиевые сплавы применяют во многих конструкциях, подверженных суровым атмосферным воздействиям, например, в облицовочных панелях зданий, строительных лесах и, особенно, – в судостроении и конструкциях в прибрежных районах и в открытом море, включая нефтяные платформы. Сварные алюминиевые лодки и катера изготавливают исключительно из сплавов этой серии. В автомобилестроении из этих сплавов изготавливают штампованные детали корпуса и шасси благодаря хорошей комбинации прочности и формуемости.

Достижение высокой прочности за счет упрочнения твердого раствора магнием возможно потому, что магний в этой роли является очень эффективным. Кроме того, его высокая растворимость позволяет увеличивать его содержание до 5 % в наиболее легированных сплавах.

Больше магния

Однако в сплавах с высоким содержанием магния существует тенденция к образованию интерметаллидной фазы Mg₅Al₈ по границам зерен и в областях локализованной деформации внутри микроструктуры. Это происходит потому, что равновесная растворимость магния в алюминии всего лишь около 2 %. Выделение избыточной фазы в этом случае эквивалентно тому, что происходит в сплавах, упрочняемых старением, но с отрицательным эффектом для свойств сплава. Выделение частиц происходит медленно при комнатной температуре, но ускоряется с повышением температуры или, если сплав подвергся интенсивной холодной пластической деформации. Это явление делает сплав восприимчивым к некоторым типам межзеренной коррозии, например, коррозия под напряжением, и/или ухудшение механических свойств в ходе эксплуатации при повышенных температурах.

Роль хрома

Хром в количествах не более 0,35 % добавляют для повышения электрического сопротивления. При больших содержаниях хром имеет тенденцию образовывать очень грубые соединения с другими примесями или добавками, такими, как марганец, железо и титан. Хром обладает низкой скоростью диффузии и образует очень мелкодисперсные фазы, которые сдерживают зарождение и рост зерен. Поэтому он используется для предотвращения роста зерен. Образующиеся при этом волокнистые структуры снижают восприимчивость к коррозии под напряжением и улучшают вязкость. Хром в твердом растворе или в виде мелкодисперсных частиц способствует некоторому повышению прочности. Хром имеет тенденцию окрашивать анодное покрытие этих сплавов в желтый цвет.

Влияние марганца

Добавки марганца, также как и хрома, предназначены для снижения восприимчивости сплавов с высоким содержанием магния к различным формам межзеренной коррозии.

Серия 5ххх в европейском стандарте EN 573-3 включает 44 сплава и их модификаций, в ГОСТ 4784-97 – 13.

Алюминиево-магниевые (5000) сплавы

Содержание магния в коммерческих сплавах колеблется от 0,5 до 12-13% Mg , сплавы с низким содержанием магния имеют наилучшую формуемость, сплавы с высоким содержанием магния – достаточно хорошую литейность и высокую прочность. Обычно эти сплавы готовят из алюминия более высоких сортов (99,7 или выше) для получения максимальной коррозионной стойкости и отражательной способности; таким образом, содержание железа и кремния обычно ниже, чем в других алюминиевых сплавах.

Иногда добавляют железо и цирконий для повышения температуры рекристаллизации; кремний для улучшения текучести; марганец или хром для коррекции коррозионного эффекта железа. Медь добавляется для уменьшения точечной коррозии за счет усиления общей коррозии; цинк практически не влияет на коррозию, но повышает литейные свойства и прочность.

Магний в коммерческих сплавах колеблется от 0,5 до 12-13%. Mg , сплавы с низким содержанием магния, обладающие лучшей формуемостью, сплавы с высоким содержанием магния достаточно хорошая литейная способность и высокая прочность. Обычной практикой является их приготовление. сплавы из высших сортов алюминия (99.7 или лучше) для получения максимальной коррозии сопротивление и отражательная способность; таким образом, содержание железа и кремния обычно ниже, чем в других алюминиевых сплавах.

Иногда добавляют железо и цирконий для повышения температуры рекристаллизации; кремний для улучшения текучести; марганец или хром для устранения коррозии действие железа. Медь добавляется для уменьшения точечной коррозии за счет улучшения общего коррозия; цинк практически не влияет на коррозию, но улучшает литейные свойства и прочность.

В первые дни добавляли сурьму, и ее оксиду приписывали коррозию. устойчивость к морской воде, но более поздние эксперименты опровергли эффективность сурьмы. Титан и титан плюс бор часто добавляют в качестве измельчителей зерна; бериллий и иногда литий для уменьшения окисления магния при высокой температуре и особенно в расплавленном состоянии. Свинец был добавлен для улучшения обрабатываемости, предположительно без потеря прочности или коррозионной стойкости.

Пределы состава коммерческих сплавов:

мг	0,5-13%	цинк	до 3%
Б	до 0,05%	Ли	до 3%
Си	до 2%	Кр	до 0,5%
ни	до 0,5%	Zr	до 0,5%
Fe	до 0,8%	Ти	до 0,2%
Быть	до 0,01%	Мн	до 2%
Cu	до 0,2%	–	–

В алюминиево-магниевых технических сплавах затвердевание начинается с в виде первичных кристаллов и обычно растущих в виде дендритов с другими составляющими сегрегация на границах зерен или между плечами дендритов.

В сплавах с более 10% Mg и более 0,5% Si , Mg ₂ Кристаллы Si могут быть первичными, в виде кубов или шестиугольников.

Если железо, железо плюс марганец или железо плюс хром выше 1-2% (в зависимости от содержание магния), первичные кристаллы FeAl ₃ , (FeMn)Al ₆ , (FeMn) ₃ Si ₂ Al ₁₅ , (FeCr)Al ₇ , или (FeCr) ₄ Si ₄ Al ₁₃ может образоваться. Эти первичные кристаллы делают не оказывает существенного влияния на прочность, но заметно влияет на формуемость, сопротивление усталости и отделка поверхности. Утверждение, что добавки магния уменьшают размер FeAl ₃ и Co ₂ Al ₉ первичные кристаллы сомнительно.

Твердая растворимость магния в промышленных сплавах колеблется от 2% Mg при комнатной температуре до 14-15% при 720К. Поэтому большая часть магния находится в растворе и только неравновесные условия или отжиг дают Mg

5 Al ₈ как разведенная эвтектика по границам в литых сплавах, в виде глобул в отожженных или стареющих твердый материал.

Кремний обычно образует Mg ₂ Si , большей частью нерастворимый, особенно в сплавы с содержанием магния более 3-4%. Железо может образовывать Fe ₂ SiAl ₈ в сплавах с низким содержанием магния и высоким содержанием кремния; FeAl ₃ в отсутствие хрома или марганца; (FeMn)Al ₆ или (FeMn) ₃ Si ₂ Al ₁₅ , когда присутствует марганец; (FeCr)Al ₇ или (FeCr) ₄ Si ₄ Ал ₁₃ при наличии хрома. Медь была обнаружена как CuMgAl

2 и Cu ₂ FeAl ₇ . Цинк редко выходит из раствора, а затем образует Mg ₃ Zn ₃ Al ₂ ; титан, бор и бериллий в основном в растворе.

В большинстве промышленных сплавов другие элементы присутствуют только в небольших количествах. и их влияние на физические свойства уступает влиянию магния, так что свойства коммерческих сплавов находятся в пределах погрешности тестирования свойств бинарные сплавы.

Магний является основным фактором, определяющим механические свойства, но все остальные этому способствуют легирующие элементы. В таблице 1 показаны свойства в зависимости от сочинение. Термическая обработка не дает существенного увеличения прочности, но, особенно в отливках, обработка на твердый раствор с последующим естественным старением может более чем удвоить %A.

Таблица 1. Механические свойства промышленных сплавов AlMg

Сплав	Состояние	Твердость (HV)	Р М (МПа)	Р р0.2 (МПа)	Удлиненный. А (%)
0,5-1,5% мг	Отжиг снятие стресса	25-35 60-80	100-150 200-300	40-80 150-250	20-40 5-15
1% Mg, 1% Mn	Отжиг снятие стресса	35-50 65-90	150-200 250-350	50-100 200-300	20-30 5-8
2-3% Mg, 0-2% цинка	Отливка из песка литой пм Отжиг снятие стресса	50-60 50-70 40-55 65-90	150-200 170-220 150-250 250-350	50-100 70-150 80-150 200-300	3-7 3-8 25-35 6-15
5-7% магния	Отливка из песка литой пм Отжиг снятие стресса	50-60 60-80 60-80 80-100	150-200 200-300 250-350 400-500	70-150 100-200 120-250 250-350	4-10 5-12 20-30 10-15
8-12% магния	Отливка из песка Литой под давлением PM Отжиг снятие стресса Термически обработанный	70-90 75-95 80-100 90-110 120-140	150-300 200-350 350-500 450-600 400-500	100-200 100-250 150-300 300-400 250-350	3-8 5-10 10-25 5-15 20-25

Свойства, достигаемые в сплавах с 4-5% Mg и 1-3% Li после термическая обработка такая же, как и в сплавах 5-7% Mg холодным работающий.

В кованых изделиях размер зерна мало влияет на прочность. Свойства кованые изделия в некоторой степени зависят от качества слитка, из которого они были изготовлены. изготовленные, особенно толстые пластины или полосы из тонких отливок. Высокое давление литье под давлением может иметь свойства, приближающиеся к свойствам кованых изделий.

Сплавы, содержащие более 5% Mg , редко используются в холоднодеформированном состоянии. состояние, потому что они могут быть подвержены коррозии под напряжением. Стабилизирующий (снятие стресса) используется обработка, которая мало влияет на свойства, но существенно снижает восприимчивость к коррозии под напряжением. Свойства в тонких фольга, как правило, ниже, особенно пластичность, но деформационное упрочнение более произносится. Ультразвуковое облучение увеличивает прочность поверхности, но снижает его при применении в агрессивной среде. Нейтронное облучение дает закалка, которая исчезает только после отжига выше 500К. В литий-содержащих излучение сплавов образует пузырьки гелия, которые имеют тенденцию к снижению свойств.

Прочность на сжатие примерно равна прочности на растяжение; прочность на сдвиг составляет 70-80% предела прочности. Прочность надреза также минимальна в литых материалах, особенно литье в песчаные формы сплавов с высоким содержанием магния: лучше всего подходит для кованых изделий с низким содержанием магния.

Модуль упругости понижается магнием и повышается большинством других веществ. дополнения. Эффект кумулятивный, а результат немного отличается по модулю. от чистого алюминия для сплавов до 5-6% Mg , чуть ниже при повышенное содержание магния.

Сопротивление усталости увеличивается пропорционально прочности с магнием содержание. Как и в других алюминиевых сплавах, сопротивление усталости очень чувствительно к методы испытаний, неоднородность сплава, насечки, отверстия, качество поверхности, коррозии и атмосферы.

Изменение свойств с температурой такое же, как и у других алюминиевых сплавов: более низкие температуры приводят к увеличению прочности и сопротивления усталости, при этом незначительное снижение или отсутствие снижения пластичности и ударной вязкости деформируемых сплавов. В литейные сплавы, с другой стороны, с более или менее непрерывными хрупкими фазами в границы зерен, пластичность и ударная вязкость, уже низкие, заметно снижаются при минусовых температурах.

При более высоких температурах снижается прочность, модуль и сопротивление усталости. менее быстрый, чем для большинства других алюминиевых сплавов. Из-за этой силы при высокой температуры, использование сплавов Al-Mg в автомобильных поршнях было опробовано, но с небольшой успех. Длительное нагревание и циклическое изменение температуры снижают прочность.

Сопротивление ползучести также велико, но в значительной степени зависит от распределение легирующих элементов. Когда они находятся в растворе или в виде мелкие осадки, сопротивление ползучести высокое; крупные частицы осадка не улучшить сопротивление ползучести. Сплавы, полученные методом порошковой металлургии, имеют исключительно высокое сопротивление ползучести, но это за счет Al ₂ О ₃ содержание а не к магнию. Трение и износ уменьшаются с увеличением содержания магния. содержание.

Кремний в количествах, обычно присутствующих в сплавах (Si), снижает небольшая пластичность и ударная вязкость без компенсирующего увеличения прочности. При добавлении в больших количествах для улучшения литейных свойств он существенно снижает пластичность. На сопротивление ползучести заметного влияния не оказывает.

Железо имеет ограниченный укрепляющий эффект в низкомагнезиальных (Mg) сплавы. В сплавах с более высоким содержанием магния он обычно присутствует в виде относительно крупных частиц. кристаллы, которые лишь снижают пластичность, сопротивление ползучести и сопротивление усталости.

Марганец и хром оказывают упрочняющее действие при снижении пластичности. на сплавах с низким содержанием магния, поскольку они могут растворяться в матрице, но с более высоким магния, их растворимость снижается, и размер их частиц имеет тенденцию к укрупнению. Также уменьшается количество образующихся первичных кристаллов. Оба немного увеличиваются низкотемпературные свойства и сопротивление ползучести.

Медь в количествах, обычно присутствующих в сплавах, практически не влияет на механические свойства. Цинк до 1,5-2% несколько повышает прочность, при этом мало или совсем не влияет на сопротивление ползучести. Церий, титан, молибден, ванадий и цирконий не оказывают прямого упрочняющего действия, но имеют некоторое упрочняющее и Некоторое увеличение сопротивления ползучести может быть результатом измельчения зерна и увеличения в температуре рекристаллизации, которую они производят. Бериллий, кальций, серебро и сурьма не оказывают заметного влияния на механические свойства.

Электролитический потенциал коммерческих сплавов такой же, как у сплавы высокой чистоты. Цинк увеличивает потенциал, медь снижает его; ни один из других элементов не имеет заметного эффекта.

Коррозионная стойкость коммерческих сплавов также близко соответствует бинарные; примеси, снижающие его, обычно присутствуют в ограниченных количествах и их влияние незначительно. Таким образом, сплавы обладают отличной коррозионной стойкостью. нормальному воздействию воды или пара, морской воды и морской атмосферы, а также ко многим химическим веществам.

Подверженность межкристаллитной коррозии и коррозии под напряжением присутствует в коммерческих сплавов, с определенной зависимостью от структуры.

Разница между сплавами алюминия, магния и цинка

Перейти к:

• Сплавы и процесс литья под давлением
• Различные свойства сплава
• Алюминиевые сплавы
• Часто используемые алюминиевые сплавы и их преимущества
• Магниевые сплавы
• Алюминий и магниевые сплавы
• Цинк против магниевых сплавов
• Цинк и цинко-алюминиевые сплавы
• Алюминий против цинковых сплавов
• Определение стоимости сплава и литья

Перейти к:

• Сплавы и процесс литья под давлением
• Различные свойства сплава
• Алюминиевые сплавы
• Часто используемые алюминиевые сплавы и их преимущества
• Магниевые сплавы
• Алюминий и магниевые сплавы 904:00
• Цинк против магниевых сплавов
• Цинк и цинко-алюминиевые сплавы
• Алюминий против цинковых сплавов
• Определение стоимости сплава и литья

От создания копий автомобилей и самолетов в масштабе до прочных механических деталей, размещенных в их реальных аналогах, литье под давлением является одним из самых рентабельных и универсальных производственных процессов в мире.

Литье под давлением представляет собой прецизионный процесс, включающий впрыскивание расплавленного металла под высоким давлением в форму или форму желаемой формы. Матрицы обычно изготавливаются из долговечной качественной стали. После затвердевания и охлаждения материала конструкция, которая может поддерживать ряд сложных геометрических форм и замысловатых деталей, выбрасывается для закалки, механической обработки или чистовой обработки.

Этот процесс можно повторять снова и снова с невероятной точностью размеров, что делает его одним из лучших способов изготовления больших объемов отливок.

Кроме того, некоторые отливки могут быть полностью обработаны при выходе из пресс-формы, что устраняет необходимость механической обработки и дополнительных отделочных работ. Предлагая высокоскоростной производственный процесс, точное и высококачественное литье, литье под давлением стало ценным производственным методом с момента его изобретения в 1838 году.0006

Одним из наиболее важных решений, которые необходимо сделать при литье под давлением, является определение типа сплава, наиболее подходящего для конкретного применения. Алюминий, магний, цинк и цинк-алюминий (ZA) являются наиболее распространенными типами металлических сплавов, используемых в процессе литья под давлением.

Сплавы и процесс литья под давлением

Каждый сплав имеет свои физические и механические свойства, которые являются важными факторами, определяющими долговечность, прочность и общую функциональность готового продукта. В отличие от меди или ферросплавов, наиболее часто используемые сплавы имеют более низкую температуру плавления, что влияет на литейные свойства. Сложность детали, минимальная толщина стенки и требуемая точность детали также влияют на возможность ее литья.

В зависимости от применения вашей конструкции и используемого металлического сплава существует несколько различных методов литья под давлением, обеспечивающих большую гибкость в производстве. К ним относятся горячая камера, холодная камера и процессы литья под давлением.

Литье под давлением с горячей камерой идеально подходит для металлов с более низкой температурой плавления, таких как цинк и магний, а процессы с холодной камерой используются для металлических сплавов, таких как алюминий, которые имеют более высокие температуры плавления. Литье под давлением — это процесс, не требующий захвата газа и позволяющий получать высококачественные компоненты.

Различные свойства сплавов

Алюминий, магний, цинк и цинк-алюминий являются четырьмя наиболее часто используемыми сплавами в процессах литья под давлением в Северной Америке. Применение вашей конструкции, плотность материала, предел прочности при растяжении, предел текучести, температура плавления и модуль упругости — все это важные факторы при выборе сплава, наиболее подходящего для нужд вашей конструкции.

Алюминиевые сплавы

Хотя алюминий не считается таким же пригодным для литья, как цинк, из-за более высокой температуры плавления, алюминий является наиболее часто используемым сплавом в литье под давлением и остается одним из самых экономичных материалов, используемых в высокопрочной промышленности. проекты объемного литья. Литые под давлением алюминиевые детали можно найти во всем: от компонентов, используемых для запуска вашего автомобиля, до электроники и электроинструментов, которые миллионы американцев используют каждый день.

Алюминий с удельным весом 2,7 считается легким конструкционным материалом, но его редко отливают в чистом виде.

Из-за риска горячего растрескивания и усадки алюминий часто сплавляют с другими материалами, включая кремний, магний и медь. Кремний увеличивает текучесть, герметичность и модуль упругости сплава. Кроме того, кремний также снижает удельный вес металла, тепловое расширение и усадку. Это также улучшает коррозионную стойкость.

Медь используется для повышения коррозионной стойкости, прочности на растяжение и твердости сплава, придавая ему превосходные механические свойства.

В настоящее время конструкторам доступно несколько алюминиевых сплавов, которые пригодны для широкого спектра применений благодаря своим различным физическим и механическим свойствам.

Помимо легкости, алюминиевые сплавы также устойчивы к коррозии, сохраняют прочность при высоких температурах, обеспечивают высокую размерную стабильность при литье сложных геометрических форм и участков с тонкой стенкой. Они также обладают высокой тепло- и электропроводностью. Обработка алюминия также проще по сравнению с другими материалами, включая железо, сталь и титан.

Семь из восьми наиболее часто используемых алюминиевых сплавов основаны на системе эвтектического состава, где в качестве ориентира при их группировании используется 11,7% кремния.

Часто используемые алюминиевые сплавы и их преимущества

Сплав 380 используется в различных продуктах, включая бытовую технику, мебель, электроинструменты, автомобильные детали, электронику и корпуса газонокосилок, поскольку он предлагает наилучший набор свойств как для готовой изделие и литье. Благодаря сочетанию 8,5% кремния и 3,5% меди сплав 380 также обеспечивает прочность на разрыв 324 мегапаскаля, или 47 килофунтов на квадратный дюйм.

Альтернативы сплаву 380 включают сплавы 383 и 384, которые более устойчивы к горячему растрескиванию и обеспечивают улучшенные характеристики заполнения матрицы при литье сложных компонентов.

По сравнению с другими алюминиевыми сплавами сплав 360 обладает большей прочностью при воздействии более высоких температур. Он также обеспечивает лучшую устойчивость к коррозии.

Сплав 443 обладает самой высокой пластичностью или способностью растягиваться при растяжении из всех алюминиевых сплавов.

В то время как цинк идеально подходит для литья компонентов с тонкими стенками, алюминиевый сплав 413 полезен для литья различных сложных деталей. При производстве гидравлических цилиндров или другого оборудования, работающего под давлением, он также обеспечивает лучшую герметичность по сравнению со своими аналогами.

Сплав 390 обеспечивает лучшую устойчивость к истиранию и износу и изначально был разработан для автомобильных блоков цилиндров. Однако сплав 390 предлагает самую низкую пластичность среди алюминиевых сплавов с удлинением менее 1 процента.

Более высокая пластичность достигается за счет сплава 518, который также обладает превосходной коррозионной стойкостью по сравнению с другими сплавами, используемыми в литье.

Магниевые сплавы

Магний — еще один легкий конструкционный материал, обычно используемый при литье под давлением, но, как и алюминий, его сплавляют с другими металлами для обеспечения большей стабильности и лучших механических свойств. В сочетании с такими металлами, как кремний, марганец, алюминий и цинк, магниевые сплавы стали большим преимуществом для индустрии литья под давлением. С удельным весом 1,7 магний является самым легким из обычно используемых сплавов.

Сплав AZ91D содержит около 9 процентов алюминия и 1 процент цинка, и это наиболее широко используемый магниевый сплав. AZ91D обладает превосходной прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей литейной способностью по сравнению с другими магниевыми сплавами. За счет ограничения содержания примесей, таких как железо, медь и никель, достигается лучшая коррозионная стойкость, что делает AZ91D одним из лучших вариантов при литье компонентов, которые должны выдерживать износ.

Сплавы AM60B, AM50A и AM20 также широко используются при литье под давлением, но они обеспечивают лучшую пластичность, сохраняя при этом коррозионную стойкость и прочность. Для применений, требующих повышенной прочности при воздействии более высоких температур, сплавы AS41B и AE42 часто являются лучшим вариантом.

Магний легкий и имеет прочную структуру для некоторых литых компонентов. Замена магниевых компонентов более тяжелыми алюминиевыми может способствовать снижению затрат на топливо в транспортных средствах, поэтому производители автомобилей разрабатывают новые технологии для использования уникальных свойств магния.

Для компонентов двигателя, чувствительных к высоким температурам и коррозии, отличным выбором являются сплавы AS41B и AE42. Все магниевые сплавы обладают высоким пределом текучести и модулем упругости.

Алюминий и магниевые сплавы

Как и алюминий, магниевые сплавы используются при литье автомобильных деталей и обладают собственными уникальными механическими и физическими свойствами. Хотя были проведены эксперименты по замене алюминия магнием, он все же мягче, менее стабилен, дороже и имеет тенденцию легче изгибаться под нагрузкой.

В то время как алюминиевые сплавы требуют больше времени для затвердевания по сравнению со сплавами магния, его сплавы обеспечивают более длительный срок службы матрицы. Кроме того, алюминий не требует столько отделочных работ, как магний. При определении области применения магниевого литья необходимы специальные обработки и покрытия.

По сравнению со стоимостью плавки алюминия, новая технология позволила снизить затраты, необходимые для плавки магниевых сплавов, но для литья требуется более высокая скорость впрыска. И наоборот, магний имеет более быстрое время выброса по сравнению с алюминиевыми отливками. Магний также лучше подходит для литья компонентов с более тонкими стенками и более жесткими допусками, чем алюминий.

Магний на 33% легче алюминия и на 75% легче конструкционной стали, что делает его самым легким конструкционным металлом на Земле. Многие защиты приложения зависят от магниевых сплавов для деталей, от ракет до легких автомобильных сидений и ноутбуков. Алюминий основной конструкционный материал для авиационной промышленности, обеспечивающий отливки двигателей, колес и даже кузова. части.

Свойства сплавов алюминия и магния служат полезными литыми компонентами для многих промышленных применений, требующих сложных и прочных механических деталей. Однако, даже при многих преимуществах магния, алюминий остается менее дорогой альтернативой для литья под давлением.

Цинк и магниевые сплавы

Одно из основных различий между магниевыми и цинковыми сплавами заключается в том, что цинковые и цинко-алюминиевые сплавы требуют более низкого давления и температуры для литья. Из-за более низкой температуры литья цинк обеспечивает гораздо более длительный срок службы матрицы, чем магний, что может помочь снизить производственные затраты.

В отличие от магния, который требует специальной обработки и покрытия для коррозионной стойкости и финишной обработки, сплавы цинка также обеспечивают превосходную коррозионную стойкость и лучшее качество поверхности при выходе из матрицы. Литье цинка под давлением имеет множество практических применений, в том числе:

• Автомобильные эстетические детали
• Усилитель руля
• Электронные устройства
• Компоненты кондиционера

Цинк и цинко-алюминиевые сплавы

Когда речь идет о литье деталей с жесткими допусками и областями с более тонкими стенками, никакие другие сплавы не могут сравниться с цинковыми и цинко-алюминиевыми сплавами. Элемент имеет удельный вес 7,0, что делает его одним из самых тяжелых материалов, обычно используемых при литье под давлением. Цинк идеально подходит для литья под давлением миниатюрных деталей в больших объемах посредством специального процесса впрыска в горячей камере.

Подобно магнию и алюминию, цинк сплавляется с другими металлами для обеспечения лучшей коррозионной стойкости, стабильности, размерной прочности и ударной вязкости. Некоторые из доступных сплавов цинка называются ZAMAK, что является аббревиатурой от цинка, алюминия, магния и меди.

Цинк 3 является наиболее часто используемым сплавом цинка, и иногда он используется исключительно литейщиками из-за его тенденции к более низкой цене. Кроме того, этот сплав обеспечивает лучшее качество поверхности при более высоких объемах производства, и он по-прежнему позволяет отливать стабильные, сложные конструкции и сложные компоненты.

Другой альтернативой Zinc 3 является Zinc 5, который используется из-за его повышенной прочности на растяжение, твердости и меньшей пластичности. Когда дело доходит до производства большего объема компонентов с тонкими стенками, можно использовать Zinc 7, поскольку он обладает более высокой текучестью, чем другие сплавы цинка, что может увеличить производительность.

Если требуется максимальная прочность и сопротивление ползучести или деформация при механическом воздействии, лучшим выбором будет цинко-алюминиевый сплав ZA-8. ZA-8 с содержанием алюминия 8,4% и меди 1% обеспечивает более низкую плотность и более высокую износостойкость. Цинковые сплавы также обеспечивают лучшую ударную вязкость по сравнению с другими обычно литыми сплавами.

Алюминий и цинковые сплавы

Как и в случае с магнием, одно из основных различий между алюминиевыми и цинковыми сплавами заключается в том, что цинк имеет более низкую температуру плавления и требует более низкого давления для литья. Цинк считается наиболее пригодным для литья из всех обычно используемых сплавов.

Более низкая температура плавления позволяет цинковому штампу служить намного дольше, чем алюминиевому штампу. Матрицы дороги, и их более длительное использование обеспечит более экономичный подход к проектам крупномасштабного литья.

Кроме того, более низкая температура плавления цинка позволяет проводить литье в горячей камере, что дешевле, чем процессы в холодной камере. При использовании метода литья под давлением с горячей камерой скорость производства также будет увеличена. Цинк — один из самых прочных сплавов, и он превосходит даже алюминий по способности выдерживать удары.

Еще одно преимущество использования цинкового сплава по сравнению с алюминиевым заключается в том, что цинк отлично подходит для отливок с очень сложными деталями и тонкими стенками. При использовании цинка требуется очень мало механической обработки, обрезки или отделки, поскольку более низкое давление и температура плавления уменьшают тепловой удар, который он испытывает во время литья. При литье из цинка он сохраняет более гладкую поверхность, когда компонент выталкивается из матрицы.

Определение стоимости сплава и литья

Алюминий остается самым дешевым сплавом на кубический дюйм из всех обычно используемых сплавов в литье под давлением, но рыночная стоимость все еще колеблется. В зависимости от применения и размера вашего дизайна, затраты могут быть ниже в зависимости от количества необходимого материала и веса материала.

Магний и алюминий — это легкие материалы, обладающие превосходной стабильностью, но они имеют более высокую температуру плавления, чем цинк, что может привести к более высоким затратам на литье. Литье с горячей камерой, которое можно использовать с цинковыми и магниевыми сплавами, дешевле, чем процессы с холодной камерой, и может выполняться с большей скоростью.

Изготовление штампа также является дорогостоящим процессом, и хотя затраты на фактическое производство штампа остаются постоянными, определение общего ожидаемого срока службы штампа является хорошим способом сократить расходы. Для таких сплавов, как цинк, срок службы матрицы длится намного дольше. Температура плавления магния ниже, чем у алюминия, что также обеспечивает более длительный срок службы матрицы.

При рассмотрении вопроса о том, какой сплав лучше всего соответствует потребностям вашего проекта, следует также учитывать операции механической обработки и чистовой обработки. Цинк и цинко-алюминиевые сплавы обеспечивают превосходные результаты по сравнению с алюминием и магнием, когда дело доходит до отделки, и они могут значительно снизить рабочую нагрузку, необходимую для производства конечного продукта. Магний обеспечивает наилучшую обрабатываемость конструкционного металла при минимальном потреблении энергии. Во многих случаях для резки магниевого сплава потребуется как минимум два черновых и чистовых прохода другого сплава.

Самое важное, что следует учитывать при выборе сплава, — это уникальные механические и физические свойства, которые они обеспечивают, и то, как они повлияют на производительность и долговечность применения вашей конструкции. Также важно учитывать минимальный вес вашего продукта. Магний — самый легкий, а алюминий — лучший выбор для баланса соотношения прочности и веса. Цинк также обеспечивает самую высокую ударопрочность из всех доступных сплавов.

Другим важным фактором, который следует учитывать, является коррозия. Алюминий подвергается коррозии в зависимости от его химического состава, включая содержание меди, в то время как сплавы магния имеют различную степень сопротивления в зависимости от чистоты металла.

Для проектов, связанных с воздействием более высоких температур, алюминий обладает большей прочностью, чем другие сплавы.