Литье под действием силы тяжести — широко применяемый процесс в литейном производстве. Перед началом реализации проекта по литью одной из первых задач часто становится выбор материала. Какие материалы подходят для литья под действием силы тяжести?
Сегодня мы рассмотрим свойства и области применения различных алюминиевых сплавов, пригодных для литья под давлением.
Алюминиево-кремниевые сплавы для литья под давлением
Большинство алюминиевых сплавов, широко используемых в литье под действием силы тяжести, относятся к семейству алюминиево-кремниевых литейных сплавов. Причина, по которой эти материалы подходят для литья под действием силы тяжести, заключается главным образом в литейных свойствах, обеспечиваемых кремнием.
Кремний может улучшить текучесть расплавленного алюминия, что позволяет жидкому металлу легче заполнять металлическую форму. Для гравитационного литья под давлением, при котором заполнение формы осуществляется за счет собственного веса расплавленного металла, текучесть играет очень важную роль. Если материал не обладает достаточной текучестью, в тонкостенных участках, ребрах, углах или в дальних частях детали с большей вероятностью могут возникнуть дефекты литья, холодные швы или неполнота профиля.
Несмотря на то что алюминиево-кремниевые сплавы обладают хорошей текучестью и литейной формуемостью, в деталях с заметными перепадами толщины стенок или повышенными требованиями к последующей механической обработке все же могут возникать проблемы с недостаточной подачей металла во время затвердевания, пористость от внутренней усадки или дефекты, выявляющиеся после механической обработки.
Среди алюминиево-кремниевых сплавов некоторые марки также содержат магний, образуя алюминиево-кремниево-магниевые литейные сплавы, такие как A356, A357, LM25, ZL101A и ZL104. Роль магния заключается не в улучшении текучести, а в улучшении реакции материала на термическую обработку. После надлежащей термической обработки эти алюминиевые сплавы могут приобрести более высокую прочность, твёрдость и стабильность размеров.
Свойства и применение града
Выбор алюминиевых сплавов для литья под давлением, как правило, зависит от прочности, вязкости, герметичности, стабильности размеров, требований к механической обработке и целевой стоимости детали. Различные марки сплавов подходят для разных условий эксплуатации, и абсолютно универсального материала не существует.
С учетом эксплуатационных требований и сценариев применения типовых промышленных деталей широко используемые алюминиевые сплавы для литья под действием силы тяжести можно разделить на следующие категории.
A356 / A357: Распространенные алюминиевые сплавы для изготовления высококачественных деталей, полученных методом литья под давлением
Для деталей, изготовленных методом гравитационного литья под давлением, которым требуются относительно высокая прочность, вязкость и стабильность, типы A356 и A357 являются типичными вариантами среди алюминиево-кремниево-магниевых сплавов.
A356 обладает хорошими литейными свойствами, коррозионной стойкостью и реакцией на термообработку. После термообработки по режиму T6 его предел прочности при растяжении обычно достигает более 240 МПа, предел текучести — более 180 МПа, а относительное удлинение — 8%–9%. Он подходит для изготовления автомобильных колес, деталей подвески, корпусов двигателей электромобилей, конструктивных элементов манипуляторов роботов, корпусов клапанов высокого давления и других изделий.
A357 можно считать высокопрочной версией A356. Он отличается более высокой чистотой материала, а его предел прочности на разрыв в состоянии T6 может превышать 350 МПа. Этот материал лучше подходит для изготовления конструкционных деталей в аэрокосмической отрасли и других промышленных деталей, к которым предъявляются повышенные требования по прочности, вязкости и надежности.
Следует отметить, что к процессам термообработки марок A356 и A357 предъявляются более высокие требования. Параметры растворительной обработки, закалки и старения должны строго контролироваться. В случае колес, толстостенных деталей или конструкций с явными локальными перегревами необходимо также контролировать наличие усадочных полостей, усадочной пористости и других внутренних дефектов в процессе литья под давлением в гравитационных формах.
ZL104: алюминиевый сплав, обеспечивающий оптимальный баланс между стабильностью размеров и прочностью конструкции
Для деталей, изготовленных методом гравитационного литья под давлением, имеющих сложную форму и предъявляющих высокие требования к точности размеров и герметичности, материал ZL104 является достойным вариантом.
ZL104, также известный как ZAlSi9Mg, представляет собой алюминиево-кремниево-магниево-марганцевый литейный сплав, описанный в китайском национальном стандарте. Он обладает хорошими литейными свойствами, низкой линейной усадкой, низкой склонностью к горячему растрескиванию и хорошей герметичностью. Он подходит для изготовления тонкостенных деталей, сложных конструкционных элементов, а также средних и крупных отливок из алюминиевого сплава.
Что касается эксплуатационных характеристик, прочность сплава ZL104 можно повысить с помощью термообработки, и она, как правило, превышает прочность обычных алюминиево-кремниевых сплавов, таких как ZL101 и ZL102. После термообработки T6 его предел прочности на разрыв обычно достигает более 230–240 МПа, а твёрдость — более 70 по шкале ХБ.
Преимущество ZL104 заключается в его хорошей стабильности размеров. Детали из этого материала реже подвержены заметной деформации в ходе длительной эксплуатации или при перепадах температур. Поэтому этот материал широко применяется при изготовлении корпусов гидравлических насосов, впускных труб двигателей, картеров, головок блока цилиндров, блоков цилиндров, крупных коробчатых отливок, судовых деталей, компонентов строительной техники и других изделий.
Следует отметить, что сплав ZL104 не подходит для длительного использования в условиях эксплуатации при температурах выше 200 °C. В то же время этот сплав обладает явной склонностью к поглощению газа и подвержен образованию микропоровых дефектов. В процессе плавки и разливки необходимо надлежащим образом проводить рафинирование и дегазацию, а также контролировать плавность потока расплава.
LM25 / ZL101A: надежные решения для традиционного промышленного литья под действием силы тяжести
Для промышленных отливок, изготовленных методом гравитационного литья, которые не требуют исключительных эксплуатационных характеристик, но для которых необходимы проверенные, надёжные материалы и контролируемая стоимость, LM25 и ZL101A являются относительно безопасным выбором.
LM25 — это широко распространённый сорт литейного алюминиевого сплава, предусмотренный британским стандартом BS 1490, тогда как ZL101A — это усовершенствованный алюминиево-кремниево-магниевый сплав, широко используемый в китайском национальном стандарте. Оба сплава относятся к термообрабатываемым сплавам Al-Si-Mg и сочетают в себе хорошие литейные свойства, коррозионную стойкость и применимость в машиностроении.
Преимущества сплава LM25 заключаются в отработанной технологии производства, хорошей коррозионной стойкости и стабильности применения. Он широко используется для изготовления корпусов автомобильных деталей, корпусов насосов, судовых отливок, деталей пищевого оборудования и общих конструкционных элементов. Сплав ZL101A можно считать высококачественной усовершенствованной версией сплава ZL101. Его состав и эксплуатационные характеристики близки к A356, при этом он обладает хорошими литейными свойствами, обрабатываемостью и герметичностью. Он подходит для изготовления автомобильных колес, корпусов насосов, корпусов, судовых отливок и конструкционных деталей транспортных средств на альтернативных источниках энергии.
При выборе материала LM25 в большей степени подходит для изготовления стандартных промышленных деталей, к которым предъявляются требования по коррозионной стойкости, стабильности технологического процесса и контролю затрат. ZL101A в большей степени подходит для отливок из алюминиевых сплавов, к которым предъявляются более высокие требования по прочности, герметичности, качеству микроструктуры и стабильности последующей механической обработки.
Следует отметить, что при литье под давлением необходимо контролировать температуру разлива сплава LM25, чтобы избежать повышенной пористости и снижения механических свойств. В случае сплава ZL101A необходимо контролировать усадочную пористость, микропоры и оксидные включения. В процессе плавки необходимо надлежащим образом проводить рафинирование и дегазацию, а также поддерживать плавный поток расплава.
ADC12 / A380: альтернативные алюминиевые сплавы, обеспечивающие оптимальный баланс между стоимостью и литейными свойствами
В случае деталей из алюминиевых сплавов, при изготовлении которых особое внимание уделяется контролю затрат, сложности форм и эффективности формования, в качестве альтернативных материалов для оценки можно рассмотреть ADC12 и A380. Однако они чаще всего используются в литье под высоким давлением. При применении в проектах литья под действием силы тяжести их пригодность необходимо оценивать с учетом эксплуатационных требований и рисков возникновения дефектов.
Сплавы ADC12 и A380 относятся к семейству литейных алюминиевых сплавов на основе Al-Si-Cu. Они обладают хорошей текучестью и формуемостью при литье и подходят для изготовления деталей из алюминиевых сплавов со сложной конструкцией и значительными перепадами толщины стенок. Эти сплавы широко используются в автомобилестроении, мотоциклетной промышленности, электронной и электротехнической отраслях, при производстве оборудования связи, осветительных приборов, а также корпусов для общепромышленного машиностроения.
Следует отметить, что сплавы ADC12 и A380 характеризуются относительно высоким содержанием меди и относительно низким удлинением. Их пластичность, герметичность под давлением и коррозионная стойкость в некоторых средах уступают показателям алюминиево-кремниево-магниевых сплавов, таких как A356, ZL101A и ZL104. Для деталей, работающих под давлением, конструктивных элементов, критичных с точки зрения безопасности, или деталей, изготовленных методом гравитационного литья под давлением и используемых в сложных условиях длительной эксплуатации, в первую очередь следует оценить материалы, более подходящие для гравитационного литья под давлением.
Компания «MinHe Casting» поможет вам подобрать более подходящий материал
От высокопроизводительных вариантов, таких как A356 и A357, до надежных решений на основе сплавов ZL104 и ZL101A, а также экономичных вариантов, таких как ADC12 и A380, — различные алюминиевые сплавы подходят для конкретных конструкций деталей и областей применения.
Компания «MinHe Casting» предоставляет услуги по литью алюминиевых сплавов в гравитационных формах. Мы также можем проанализировать нагрузку на деталь, рабочую температуру, герметичность, точность размеров, термообработку, последующую обработку на станках с ЧПУ и другие факторы в соответствии с чертежами заказчика, условиями эксплуатации и целевыми показателями по затратам. Это поможет вам выбрать более подходящий алюминиевый сплав и снизить риски возникновения дефектов и ухудшения эксплуатационных характеристик, связанные с неправильным выбором материала.
