Zloženie hliníkovej zliatiny A357: Vysvetlenie kremíka, horčíka a tepelného spracovania

Ak výkres uvádza A357-T6 a dodávateľ odošle A356-T6, diely budú stále priskrutkované. Na CMM budú stále merať správne. Môžu dokonca prejsť testom na lavičke. To, čo neurobia, je dosiahnuť medzu klzu, ktorú návrh predpokladal, a tento nedostatok sa zvykne prejaviť o mesiace neskôr ako prasknutý kryt, presakujúca tesniaca plocha alebo únavové zlyhanie na náboji skrutky. Rozdiel v chémii je na papieri malý, čo je presne dôvod, prečo prekĺzne cez prichádzajúcu kontrolu.

Zloženie hliníkovej zliatiny A357 podľa hmotnosti je 6,5 až 7,5 percent kremíka, 0,40 až 0,70 percent horčíka, maximálne 0,20 percent železa, maximálne 0,20 percent medi, maximálne 0,10 percent mangánu, maximálne 0,10 percenta zinku a maximálne 0,20 percent titánu . Hliník tvorí rovnováhu. V porovnaní s A356 sa horčíková podlaha aj horčíkový strop posúvajú nahor a medza železa je držaná prísnejšie. Tieto dva posuny poskytujú približne o 15 percent vyššiu medzu klzu po správnom tepelnom spracovaní T6.

To je stručná odpoveď. Zvyšok tohto článku rozoberá chémiu prvok po prvku, porovnáva A357 s A356 a 356 na reálnych číslach a potom vysvetľuje, ako cesta odlievania a cyklus starnutia rozhodujú o tom, či sa táto chémia stane spoľahlivou konštrukčnou súčasťou alebo drahou hromadou šrotu.

Zloženie hliníkovej zliatiny A357: Úplná chémia, prvok po prvku

Nižšie uvedená tabuľka uvádza zverejnené limity zloženia pre označenie odliatku A357.0 spolu s praktickým cieľovým oknom, na ktoré sa zlievarne skutočne zameriavajú v rámci týchto limitov. Limity pochádzajú zo štandardných špecifikácií hliníkových odliatkov používaných v celom odvetví a rovnaké čísla sa objavujú v listoch označenia Aluminium Association a v príručke ASM, zväzok 15: Casting, ktorá zostáva štandardnou referenciou pre metalurgiu hliníkového odlievania.

Jeden detail, ktorý zaskočí kupujúcich nepripravených: niektoré varianty A357 umožňujú veľmi malý prídavok berýlia v rozsahu 0,04 až 0,07 percenta na zaokrúhlenie doštičiek nesúcich železo. Iní obmedzujú berýlium na 0,0007 percenta a v praxi ho zakazujú. Ak je súčiastka určená do regulovaného prostredia alebo do obrábacej bunky s prísnymi pravidlami vzduchotechniky, tento jediný riadok v technickom liste zmení, ktorá taviaca dielňa vás môže citovať.

Čo každý prvok skutočne robí vo vnútri odliatku

Kremík 6,5 až 7,5 percenta

Kremík je dôvod, prečo sa táto zliatina môže vôbec liať. Znižuje rozsah topenia a tlačí zliatinu smerom k hliníkovo-kremíkovému eutektiku, ktoré sa nachádza blízko 577 stupňov Celzia. So zhruba 7 percentami kremíka je zliatina hypoeutektická, takže stuhnutá štruktúra je zmesou hliníkových dendritov obklopených jemnou eutektickou sieťou. Táto sieť je to, čo vám dáva tenkostennú plynulosť, odolnosť proti roztrhnutiu za tepla a primerane nízke napätie pri zmrašťovaní.

Drop kremík pod hranicu a nesprávne tečenie a horúce slzy sa stanú rutinou. Zatlačte ho nad rozsah a eutektický kremík zhrubne do ihličkovitých dosiek, ktoré fungujú ako vnútorné zárezy. Nemodifikovaný eutektický kremík v odliatku A357 môže stiahnuť predĺženie o 40 percent alebo viac v porovnaní so správne upravenou taveninou, a preto je štandardnou praxou pridanie stroncia asi 0,010 až 0,020 percenta alebo modifikátora na báze sodíka.

Horčík 0,40 až 0,70 percent

Horčík je vytvrdzovacím prvkom a hlavným dôvodom, prečo A357 existuje ako samostatná zliatina. Počas umelého starnutia jemný silicid horčíka precipituje jadro v hliníkovej matrici a blokuje pohyb dislokácie. A356 obsahuje horčík na 0,45 percenta; A357 povoľuje až 0,70 percenta. Tento extra horčík zvyšuje maximálnu medzu klzu po starnutí o približne 20 až 30 MPa, keď je všetko ostatné rovnaké.

Kompromisom je citlivosť procesu. A357 sa nachádza bližšie k hranici svojho limitu rozpustnosti, takže krátke ošetrenie roztokom alebo nerovnomerné ochladenie zanechá za sebou nerozpustený silicid horčíka a diel potom neplní svoju špecifikáciu, pričom stále prechádza spektrálnou kontrolou prichádzajúceho ingotu.

Žehliť maximálne 0,20 percenta

Železo je tichý zabijak tvárnosti. Nad približne 0,25 percenta v 7 percentnej kremíkovej zliatine tvorí železo beta-fázové doštičky Al5FeSi, ktoré sú krehké, doskové a náchylné na praskanie pri zaťažení. Udržiavanie železa na 0,20 percenta alebo menej, a pokiaľ možno 0,15 percenta pre prácu prvotriednej kvality, udržuje tieto krvné doštičky malé a menej škodlivé. Tento prísnejší limit železa, viac ako horčík, je to, čo odlišuje prémiovú taveninu A357 od bežnej sekundárnej zliatiny.

Titán a rafinácia zŕn

Titán v množstve 0,10 až 0,15 percent, bežne zavádzaný cez predzliatinu Al-5Ti-1B, obmedzuje rast zŕn počas tuhnutia. Jemné rovnoosé zrná zlepšujú kŕmenie, rozširujú pórovitosť zmršťovania do menších a lepšie distribuovaných pórov a zvyšujú pevnosť v ťahu aj predĺženie. Tavenina, ktorá bola odplynená a modifikovaná, ale nie rafinovaná zrna, bude vykazovať hrubé stĺpcovité zrná a širší rozptyl výsledkov mechanických skúšok.

Meď, mangán, zinok a vedro so stopami

Meď je obmedzená na 0,20 percenta, pretože znižuje koróznu výkonnosť vo vlhkom alebo soľnom prostredí. Mangán v koncentrácii maximálne 0,10 percent mierne modifikuje železnú fázu, ale nedokáže zachrániť taveninu, ktorá už je ťažká na železo. Zinok v maximálnom množstve 0,10 percenta je do značnej miery parametrom kontroly šrotu. Záchytné limity, 0,05 percenta pre akýkoľvek jednotlivý nešpecifikovaný prvok a 0,15 percenta celkovo, existujú, aby zabránili neznámym zvyškom, aby posunuli správanie zliatiny pri tuhnutí.

A357 vs A356 vs 356: Kde sú čísla oddelené

Tieto tri zliatiny sú často zameniteľné a pri revízii výkresu môžu vyzerať ako administratívne varianty. nie sú. V tabuľke nižšie sú uvedené typické publikované hodnoty T6; skutočné čísla sa pohybujú s procesom odlievania, hrúbkou sekcie a pozíciou, z ktorej je kupón vyrezaný.

Praktické znenie: ak vaša analýza napätia predpokladala medzu klzu A357 a dostanete A356, v tichosti ste stratili asi 50 MPa marže. Na časti s bezpečnostným faktorom 3 je to neviditeľné. Na časti dimenzovanej na bezpečnostný faktor 1,4 je to rozdiel medzi úspešným únavovým testom a prerobením.

Tepelné spracovanie: Prečo samotná chémia nestačí

Môžete trafiť každé číslo v tabuľke 1 a napriek tomu vytvoriť mäkkú časť. Zliatina dosiahne svoju špecifikovanú pevnosť až po trojstupňovom cykle T6 a každý stupeň má úzke praktické okienko.

1. Ošetrenie roztokom pri približne 540 stupňoch Celzia po dobu 6 až 12 hodín, dostatočne dlho na to, aby sa fázy bohaté na horčík rozpustili späť do pevného roztoku.
2. Kalenie, zvyčajne do teplej vody alebo polymérového kúpeľa, dostatočne rýchle na zachytenie presýteného tuhého roztoku, ale dostatočne pomalé, aby sa zabránilo deformácii tenkých častí.
3. Umelé starnutie pri teplote približne 155 až 170 stupňov Celzia počas 4 až 8 hodín, aby sa vyzrážali jemné častice silicidu horčíka, ktoré skutočne spevňujú.

Klasický režim zlyhania je oneskorenie zhášania, ktoré je dlhšie, ako zliatina dokáže tolerovať. A357 je tu citlivejší ako A356, pretože vyššie množstvo horčíka znamená, že v roztoku sa musí zadržať viac rozpustenej látky. Oneskorenie niekoľkých minút medzi vytiahnutím záťaže a nárazom do ochladzovacej nádrže môže znížiť medzu klzu výrazne pod špecifikované minimum, pričom pevnosť v ťahu zostane ovplyvnená len okrajovo, čo sťažuje zistenie problému pri jedinej kontrole tvrdosti.

Tepelne spracované hliníkové časti valcov motora a podobné konštrukčné odliatky sú dobrým príkladom výnosu. Rovnaká geometria, odliata z rovnakej taveniny, môže vychádzať z pece buď pri 250 MPa alebo 290 MPa medze klzu v závislosti čisto od toho, ako bolo riadené ochladzovanie.

hliník Auto Engine Cylinder Parts Náhradné diely presádzača ryže Zobraziť produkt →

Odlievacia cesta mení to, čo tá istá chémia prináša

A357 je prevažne gravitačná zliatina. Odlieva sa do pieskových foriem, investičných škrupín, trvalých oceľových foriem a nízkotlakových foriem. Nehodí sa prirodzene pre konvenčné vysokotlakové liatie a dôvodom je plyn, nie chémia.

Vysokotlakové odlievanie naplní formu v priebehu milisekúnd a zachytí vzduch a produkty rozkladu maziva vo vnútri kovu. Tieto dutiny sú neviditeľné, kým diel neprejde do pece na úpravu roztoku pri 540 stupňoch Celzia, kedy vnútorný tlak stúpa a na povrchu sa tvoria pľuzgiere. A357 závisí od T6, aby dosiahol svoju pevnosť, takže proces a zliatina sa ťahajú opačným smerom. Ak chcete chémiu A357 vo vysokotlakovej časti, vo všeobecnosti musíte akceptovať stav odliatku alebo starnutia pri nízkej teplote a príslušne nižšiu pevnosť.

Nízkotlakové liatie je užitočnou strednou cestou. Plnenie je pomalé a kontrolované, stúpacia trubica privádza kov pod tlakom cez tuhnutie a zachytenie plynu je oveľa nižšie ako pri vysokotlakovom výstrele. To robí z nízkotlakového A357 realistickú cestu pre diely, ktoré potrebujú kontrolu hrúbky steny a plné vlastnosti T6. Ak chcete získať informácie o tom, ako proces vypĺňa dutinu, toto vysvetlenie toho, ako funguje tlakové liatie hliníka prechádza postupnosťou plnenia krok za krokom.

Praktické porovnanie troch trás pre prácu typu A357:

• Pieskové liatie poskytuje najväčšiu voľnosť pri návrhu a najpomalšie tuhnutie, čo zdrsňuje mikroštruktúru a znižuje predĺženie, pokiaľ sa nepoužíva chladenie.
• Trvalé odlievanie do formy urýchľuje chladenie, zjemňuje štruktúru zŕn a zvyčajne pridáva 20 až 30 MPa pevnosti v ťahu oproti piesku pre rovnakú zliatinu.
• Nízkotlakové odlievanie kombinuje stálu formu s riadeným plnením, čím sa pórovitosť plynu udržuje dostatočne nízka na celý cyklus T6 na hrubostenných dieloch.

Časti karosérie automobilových valcov hliník Die Casting Gasoline Engine Case Zobraziť produkt →

Poruchy, ktoré sa spätne spájajú so zložením alebo manipuláciou s taveninou

Väčšina odmietnutí A357 nie je spôsobená nesprávnou zliatinou. Sú spôsobené nesprávnym spracovaním taveniny. Päť opakujúcich sa problémov je týchto:

Pórovitosť plynu. Rozpustnosť vodíka v tekutom hliníku je približne dvadsaťkrát väčšia ako rozpustnosť v pevnom hliníku. Akýkoľvek vodík, ktorý zostal v tavenine po odplynení, sa stáva okrúhlymi pórmi, keď kov zamrzne. Opravou je rotačné odplynenie argónom alebo dusíkom plus čistá, suchá náplň a nameraná hladina vodíka pod približne 0,15 ml na 100 g hliníka pre konštrukčné práce.

Pórovitosť zmršťovania. A357 sa pri tuhnutí zníži o približne 6 až 7 percent objemu. Prívodné cesty, stúpačky a chladiarne musia byť navrhnuté tak, aby posledná kvapalina, ktorá zamrzne, sedela v stúpačke a nie v nálite skrutky. Prechody z hrubého do tenkého sú miesta, kde sa to prejaví ako prvé.

Oxidové inklúzie. Oxid hlinitý sa vytvára v priebehu niekoľkých sekúnd na narušenom povrchu taveniny. Turbulentné odlievacie záhyby, ktoré sa nafilmujú na odliatok, vytvárajú lineárny defekt, ktorý sa na opracovanej ploche prejaví ako tmavý pruh, ktorý sa nevyleští.

Horúce trhanie. Obsah kremíka A357 mu dáva dobrú odolnosť, ale tavenina s nízkym obsahom kremíka alebo zle rafinovaná tavenina sa roztrhne na ostrých vnútorných rohoch počas prvých minút chladenia. Zarovnajte rohy a udržujte titán v strede jeho rozsahu.

Tvorba pľuzgierov počas T6. Ide skôr o zlyhanie pri výbere procesu než o zlyhanie chémie a je to jediný najčastejší dôvod, prečo kupujúci zistí, že ním zvolená cesta odlievania nemôže dodať špecifikovanú teplotu.

Kde si diely A357 zarobia

A357 sa objavuje všade tam, kde musí odliatok niesť zaťaženie, odolávať vibráciám a stále si udržiavať obrobenú toleranciu. Všetky aplikácie uvedené nižšie zdieľajú tento vzor.

• Konštrukčné odliatky lietadiel a rotorových lietadiel, kde je hmotnosť kritická a únavová životnosť je rozhodujúcim konštrukčným prípadom.
• Automobilové odpruženie a uzly podvozku vrátane ovládacích ramien, kĺbov a držiakov pomocného rámu.
• Puzdrá čerpadla, kompresora a hydrauliky, ktoré vidia vnútorný tlak a cyklické zaťaženie.
• Kryty motora a koncové uzávery, kde zliatina musí držať ložiskové otvory okolo tepelným cyklom.
• Obežné kolesá a rotačné komponenty, kde rovnováha medzi pevnosťou a predĺžením rozhoduje o rozpätí prasknutia.
• Komponenty tepelného manažmentu v elektrifikovaných hnacích jednotkách, kde je kombinácia tuhosti a tepelnej dráhy dôležitá viac ako hrubá pevnosť v ťahu.

Kryt motora odlievaný pod tlakom je reprezentatívna prípadová štúdia. Diel má zvyčajne tenkú valcovú stenu, hrubú montážnu prírubu a opracované ložiskové sedlá na každom konci. Tieto tri vlastnosti ťahajú správanie tuhnutia v troch rôznych smeroch naraz: stena vyžaduje rýchle chladenie, príruba vyžaduje prívod a otvory vyžadujú rozmerovú stabilitu po tepelnom spracovaní. Získať všetky tri z jednej zliatiny znamená ponechať kremík v strednom rozsahu pre plynulosť, horčík v strednom rozsahu pre pevnosť a železo v dolnom rozsahu pre obrobiteľnosť.

hliník Die Cast Motor Housing 375 hliník Die Casting Gearbox Housing Zobraziť produkt →

Kontrolný zoznam obstarávania pred uvoľnením objednávky

Niekoľko otázok vopred odstráni väčšinu rizika z objednávky A357. Prepracujte ich v tomto poradí a technický rozhovor sa skráti.

1. Potvrďte teplotu, nielen zliatinu. A357-F, A357-T5 a A357-T6 sú rôzne produkty s rôznymi úrovňami pevnosti a nákres musí povedať, ktorý z nich.
2. Pýtajte sa na ciele horčíka a železa, nielen limity. Dodávateľ, ktorého cieľom je 0,45 percent horčíka, efektívne dodáva A356 s označením A357.
3. Uveďte, odkiaľ sa vystrihne kupón na mechanickú skúšku. Kupónový rez zo stúpačky bude vždy vyzerať lepšie ako jeden rez z dielu.
4. Odsúhlaste záznam o tepelnom spracovaní. Čas riešenia, oneskorenie ochladzovania a teplota starnutia sú tri čísla, ktoré rozhodujú o výsledku.
5. Pred prvým článkom rozhodnite o akceptačných kritériách pre vnútornú spoľahlivosť, pretože rádiografické výsledky a výsledky rezov riadia zmeny nástrojov.
6. Potvrďte prídavok na obrábanie. A357 obrába čisto, ale tvrdé miesta zo segregácie alebo hrubého eutektika súčasne zničia karbidovú doštičku a harmonogram dodávok načas.

Ak chcete priamu odpoveď, či vaša geometria vyhovuje A357 alebo inej zliatine, odošlite výkres a výzvu na zliatinu nášmu inžinierskemu tímu a my sa vrátime s cestou procesu, dosiahnuteľnou teplotou a príspevkom na obrábanie v jednej odpovedi.

Často kladené otázky o zložení hliníkovej zliatiny A357

Je A357 to isté ako 357.0?

Označujú tú istú rodinu. A357 je označenie odliatku používané v štandardoch odlievania hliníka a 357.0 je označenie asociácie hliníka pre rovnaké zloženie. Keď na výkrese uvidíte 357.0-T6 alebo A357-T6, čítajte ich ako rovnaký materiál a pre istotu skontrolujte limity horčíka a železa, pretože staršie výkresy niekedy obsahujú voľnejšie prídavky železa ako súčasná prax.

Môže byť A357 odlievaný pod tlakom?

Môže sa odlievať vo vysokotlakovom odlievacom stroji, ale nie je možné ho ľahko následne ošetriť T6, pretože zachytený plyn expanduje pri teplote roztoku a vytvára pľuzgiere na povrchu. V praxi sa vysokotlakové diely A357 dodávajú ako odliate alebo zámerne nestarnuté. Ak výkres vyžaduje A357-T6, diel by mal byť nasmerovaný do nízkotlakového tlakového liatia, stálej formy, piesku alebo investičného liatia.

Prečo A357 stojí viac ako A356?

Tri dôvody. Prísnejší limit železa vyžaduje čistejší materiál vsádzky a lepšiu kontrolu taveniny, čo znižuje množstvo lacného šrotu, ktorý môže zlieváreň použiť. Vyššie množstvo horčíka znamená prísnejšiu kontrolu procesu počas úpravy roztoku. A procesné cesty, ktoré môžu poskytnúť skutočný výsledok T6, ako je nízky tlak alebo trvalá forma, majú dlhšie časy cyklu ako vysokotlaková strela.

Ako overím obsah horčíka na vstupnej zásielke?

Optická emisná spektrometria na vychladenej vzorke z naliatia je štandardná metóda a po príprave vzorky trvá len niekoľko minút. Požiadajte, aby sa číslo horčíka uvádzalo ako číslo, a nie ako vyhovenie alebo zlyhanie pri širokom okne a odoberte vzorky z viac ako jedného miesta na veľkých odliatkoch, pretože horčík sa môže počas pomalého tuhnutia oddeľovať.

Potrebuje A357 berýlium?

Nie a mnohé špecifikácie to zakazujú. Prídavok berýlia od 0,04 do 0,07 percent zlepšuje morfológiu fáz obsahujúcich železo a môže pomôcť pri oxidatívnom správaní pokožky, ale zavádza požiadavky na manipuláciu v taviarni a pri obrábaní. Väčšina konštrukčných prác sa vykonáva s A357 bez obsahu berýlia a namiesto toho s prísnym limitom železa.

Dajú sa diely A357 zvárať?

Môžu, so správnym plnivom a riadením procesu, ale zváranie dielu T6 vytvára lokálnu tepelne ovplyvnenú zónu, ktorá stráca pevnosť. Tam, kde je zvar nekonštrukčný, to nie je problém. Tam, kde zvar leží v dráhe zaťaženia, návrh by mal predpokladať zníženie lokálnej pevnosti v tejto zóne a zohľadniť to.

Akú povrchovú úpravu a toleranciu môžem očakávať?

Odliate povrchy z trvalej formy alebo nízkotlakovej matrice typicky dopadnú medzi 3,2 a 6,3 mikrometrov Ra, v závislosti od povlaku matrice a hrúbky steny. Obrobené čelá sú obmedzené nástrojmi a upínacími prostriedkami, a nie zliatinou a všeobecné tolerancie obrábania plus alebo mínus 0,05 mm na kritických otvoroch a čelách sú na stabilnom odliatku rutinou.

Je A357 vhodný pre tenkostenné diely?

Áno, v medziach. Obsah kremíka 7 percent poskytuje dobrú tekutosť a steny s hrúbkou približne 3 mm sú dosiahnuteľné v trvalej forme alebo pri nízkotlakovom liatí. Pod tým sa problém presúva z tekutosti na rýchlosť tuhnutia: tenké rezy sa ochladzujú tak rýchlo, že silicid horčíka môže zostať čiastočne nerozpustený aj po úplnom spracovaní v roztoku a diel nedosiahne vlastnosti, ktoré naznačuje jeho chémia.

Aby sme uzavreli kruh: Zloženie hliníkovej zliatiny A357 je definované 6,5 až 7,5 percentami kremíka, 0,40 až 0,70 percentami horčíka a maximálne 0,20 percentami železa, pričom zvyšné prvky sú udržiavané na stopovej úrovni a zvyšok tvorí hliník. Rozsah horčíka je to, čo ho oddeľuje od A356 a dáva mu približne 50 MPa extra medzu klzu v stave T6. Hranica železa je to, čo zachováva ťažnosť. A o tom, či sa niektorá z týchto výhod skutočne prejaví v hotovej časti, rozhoduje cesta odlievania plus disciplína kalenia.

Ak cenová ponuka pre A357-T6 vyzerá výrazne lacnejšie ako ostatné, odpoveď je zvyčajne na jednom z troch miest: horčíkový terč, železný strop alebo skutočne dodávaná tempera. Opýtajte sa na čísla a argument rýchlo skončí.