Во многих инженерных чертежах в разделе "Материал" указывается просто "Алюминий" или даже указываются деформируемые марки, такие как 6061. Однако на этапе литья становится ясно, что не весь алюминий может быть использован для отливок. Возможность успешного литья того или иного сплава зависит от конкретных марки алюминиевого литья разработаны для заполнения формы, контроля усадки и поведения при затвердевании. Понимание этих марок является основополагающим для оценки риска дефектов, возможности производства и возможных вариантов термообработки.
В этой статье представлен информационный обзор литейных марок алюминия: чем они отличаются от обычных деформируемых сплавов типа 6061/7075, как литейные марки классифицируются по системам сплавов, какие марки широко используются в промышленности и как различаются системы наименований в различных стандартах по всему миру.
Какие бывают марки алюминиевого литья?
Литейные марки алюминия - это сплавы, разработанные специально для процессов литья, а не механической обработки или экструзии. Их составы рассчитаны не столько на предельную прочность, сколько на текучесть, усадочные характеристики, устойчивость к горячему растрескиванию и стабильность затвердевшей структуры. Эти сплавы обычно содержат кремний, медь, магний или другие элементы, которые улучшают литейные свойства и позволяют проводить термообработку при необходимости.
В отличие от кованого алюминия, для которого используется привычная номенклатура серий 5xxx/6xxx, литейные сплавы классифицируются по системе 1xx-9xx. Каждая категория обозначает отдельное семейство сплавов, например, алюминий-кремний, алюминий-медь или алюминий-магний. Понимание систем сплавов важнее, чем запоминание номеров отдельных марок.
Чем отличаются литейные сплавы от деформируемых марок алюминия
Марки алюминия, с которыми чаще всего сталкиваются инженеры - 6061, 5052, 7075 - относятся к деформируемые алюминиевые сплавыЭто означает, что они оптимизированы для экструзии, прокатки или ковки. При разработке сплавов особое внимание уделяется пластической деформации, свариваемости, формуемости и скорости экструзии.
Литейные сплавы подчиняются другой логике. В их формулах приоритетными являются заполнение сложных форм, контроль усадки при затвердевании, управление пористостью, ограничение горячего растрескивания и взаимодействие с материалами формы. Кованый сплав, который на бумаге выглядит прочным, при литье может растрескаться, дать чрезмерную усадку или задержать газ. Аналогично, многие литые сплавы не могут быть сформированы в кованые изделия, поскольку их состав не подходит для деформационной обработки.
Вкратце:
- Деформируемые сплавы предназначены для "формирования".
- Литейные сплавы предназначены для "эффективного наливания и застывания".
Понимание этого различия позволяет избежать распространенных ошибок, таких как попытка отлить 6061 только из-за его механических свойств.
Преимущества компонентов из литого алюминия
Использование алюминия в литье дает определенные преимущества, которые обусловлены как системой сплавов, так и самим процессом литья. Литой алюминий позволяет формировать сложные, легкие геометрические формы непосредственно из формы, исключая многие операции механической обработки, необходимые для стали или кованого алюминия. Такие элементы, как внутренние каналы, тонкие стенки, ребра и встроенные точки крепления, могут быть затвердевшими, как часть почти готовой формы, а не добавлены в виде отдельных деталей.
Текстура поверхности литого алюминия крупным планом
Алюминиевые литейные сплавы также отличаются низкой усадкой при затвердевании, особенно богатые кремнием марки, что уменьшает горячий разрыв и позволяет более жестко контролировать размеры тонких секций. Естественная устойчивость к коррозии и способность подвергаться термообработке еще больше расширяют возможности их использования в таких промышленных деталях, как корпуса, кронштейны и структурные компоненты.
Одним словом, алюминиевое литье обеспечивает сочетание небольшого веса, практически чистого формообразования, стабильности размеров и коррозионной стойкости - свойств, которых трудно достичь в рамках одного процесса с использованием других металлических систем.
Классификация алюминиевых литейных сплавов (серия 100-900)
В литейных алюминиевых сплавах используется 100-900 числовых категорий, каждая из которых представляет собой отдельную систему сплавов. Среди них в промышленном литье преобладают алюминиево-кремниевые сплавы 300/400. Алюминиево-медные сплавы 200 и алюминиево-магниевые сплавы 500 служат для удовлетворения специфических эксплуатационных потребностей.
Серия 100: Почти чистый алюминий
Эти сплавы содержат очень высокое содержание алюминия с незначительными добавками. Несмотря на коррозионную стойкость и электропроводность, их прочность невысока, а литейные свойства ограничены. Они используются для специализированных применений, а не для изготовления структурных компонентов.
Серия 200: Алюминиево-медные сплавы
Эти сплавы могут быть значительно упрочнены путем термической обработки и используются в конструкциях или несущих элементах. Однако содержание меди снижает коррозионную стойкость, что часто требует нанесения защитных покрытий во влажной или богатой хлоридами среде. Их использование обычно требует опытного контроля технологического процесса из-за повышенной чувствительности к термическому растрескиванию и термообработке.
Серия 300 / 400: Алюминиево-кремниевые сплавы
Это наиболее важная категория для алюминиевого литья. Кремний значительно повышает текучесть и снижает усадку, позволяя создавать сложные тонкостенные геометрии. Широко используемые марки, такие как A356, A413, A380 и ADC12, относятся к этому семейству. В них сбалансированы литейные свойства, стоимость и механические характеристики при гравитационном литье, литье под низким давлением, литье в песчаные формы и литье под давлением.
Серия 500: Алюминиево-магниевые сплавы
Эти сплавы обладают превосходной коррозионной стойкостью, особенно в морских условиях или на открытом воздухе. Магний может способствовать умеренному упрочнению, но эти сплавы проявляют большую склонность к горячему растрескиванию, что делает контроль процесса критически важным. Окно литья у них более узкое, чем у алюминиево-кремниевых систем.
Серия 700 / 800: Сплавы специального назначения
В отличие от широко известных деформируемых сплавов 7xxx, литейные сплавы 700/800 имеют ограниченное промышленное применение. Они предназначены только для специальных применений, а в большинстве обычных литых изделий по-прежнему используются алюминиево-кремниевые, алюминиево-медные и алюминиево-магниевые системы.
Распространенные марки алюминиевого литья в промышленности
В практическом машиностроении для большинства коммерческих и промышленных деталей используется всего несколько марок литья. Ниже приведены краткие примеры широко используемых сплавов без сравнения характеристик.
A356 (AlSi7Mg)
A356 широко используется в гравитационном литье, литье под низким давлением и литье в песчаные формы. Кремний улучшает литейные свойства, а магний позволяет проводить термообработку T6. После T6 A356 приобретает высокую усталостную прочность и сбалансированную прочность, что делает ее пригодной для изготовления деталей подвески автомобилей, корпусов насосов и клапанов, а также конструкционных деталей машин.
ADC12 (семейство A383)
ADC12 - самый распространенный сплав для литья под давлением. Известный своей отличной текучестью, он заполняет тонкие и сложные полости с высокой скоростью и хорошо подходит для крупносерийного производства. Он широко используется для изготовления корпусов двигателей, крышек коробок передач, корпусов потребительских товаров и электронных конструкций. ADC12 обычно не используется с высокопрочной термообработкой из-за пористости, характерной для литья под высоким давлением.
AlSi10Mg
Известный своей стабильностью размеров и качеством поверхности, AlSi10Mg широко используется в точном литье и аддитивном производстве металлов (3D-печать). При соответствующей термообработке он обеспечивает сбалансированную прочность и пластичность для аэрокосмических кронштейнов, функциональных корпусов и легких конструкций, требующих геометрической точности.
Взаимосвязь между марками отливок и процессами литья
Один и тот же сплав может вести себя по-разному в зависимости от процесса литья. Скорость заливки, скорость охлаждения, приложенное давление и характеристики формы влияют на дефекты усадки, пористость и горячее растрескивание.
При литье под высоким давлением предпочтение отдается высокотекучим алюминиево-кремниевым сплавам, таким как ADC12 или A380. При литье под низким давлением и гравитационном литье часто используется A356 благодаря его способности к T6 и более однородной микроструктуре. Для литья в песчаные формы требуются сплавы с меньшей газочувствительностью и контролируемой усадкой, такие как A356 и AlSi10Mg.
Не существует какого-то одного "лучшего сплава" для любого процесса; вместо этого успешное литье достигается путем согласования поведения материала при затвердевании с соответствующим технологическим окном.
Международные различия в названиях и обозначениях
В разных странах используются разные системы наименования литейных сплавов. Для одного и того же семейства сплавов в США может использоваться A356, в Европе - EN AC-42100, а в Японии - ADC12. Несмотря на различия в названиях, химический состав и эксплуатационные характеристики обычно сопоставимы. Перекрестные ссылки на стандарты по химическому составу, а не только по названию, являются стандартной инженерной практикой при поиске поставщиков на международном уровне.
При встрече с незнакомыми обозначениями инженеры должны проверить системы сплавов, доминирующие элементы и применимые стандарты, а не предполагать эквивалентность, основываясь только на номенклатуре.
Реферат: Понимание систем важнее всего
Марки алюминиевого литья - это не просто цифры, а система материалов, построенная на основе литейных свойств, поведения при затвердевании и совместимости с технологическими процессами. На практике в большинстве случаев преобладают алюминиево-кремниевые сплавы, а алюминиево-медные и алюминиево-магниевые сплавы служат для специфических конструкционных или коррозионных нужд. Понимание систем сплавов и взаимодействия процессов более ценно, чем запоминание кодов марок.
Если вы оцениваете конструкцию отливки или вариант сплава, не стесняйтесь поделитесь своими чертежами и позвольте нашей команде инженеров помочь вам с рекомендациями по материалам и технологиям.
