A357-alumiiniseoksen koostumus: pii, magnesium ja lämpökäsittely selitetty

Jos piirustuksessa lukee A357-T6 ja toimittaja toimittaa A356-T6:n, osat kiinnittyvät silti. Ne mittaavat silti oikein CMM:ssä. He voivat jopa läpäistä penkkitestin. Mitä he eivät tee, on saavuttaa suunnittelussa oletetun myötölujuuden, ja tämä vajaus ilmenee yleensä kuukausia myöhemmin halkeilevana kotelona, ​​itkevänä tiivistepinnana tai pultin ulkoneman väsymisvauriona. Kemiallinen ero on paperilla pieni, minkä vuoksi se liukuu saapuvan tarkastuksen läpi.

A357-alumiiniseoksen koostumus painon mukaan on 6,5 - 7,5 prosenttia piitä, 0,40 - 0,70 prosenttia magnesiumia, enintään 0,20 prosenttia rautaa, enintään 0,20 prosenttia kuparia, enintään 0,10 prosenttia mangaania, enintään 0,10 prosenttia sinkkiä ja enintään 0,20 prosenttia titaania . Alumiini muodostaa tasapainon. A356:een verrattuna sekä magnesiumlattia että magnesiumkatto liikkuvat ylöspäin ja rautarajaa pidetään tiukemmin. Nämä kaksi vuoroa antavat noin 15 prosenttia enemmän myötörajaa kunnollisen T6-lämpökäsittelyn jälkeen.

Se on lyhyt vastaus. Tämän artikkelin loppuosassa hajotetaan kemia elementeiltä, ​​verrataan A357:ää A356:een ja 356:een reaalilukujen perusteella ja selitetään sitten, kuinka valureitti ja vanhentamissykli ratkaisevat, tuleeko kyseisestä kemiasta luotettava rakenneosa vai kallis romukasa.

A357-alumiiniseoksen koostumus: Täysi kemia, elementti elementiltä

Alla olevassa taulukossa on listattu A357.0 valumerkinnälle julkaistut koostumusrajat sekä käytännöllinen tavoiteikkuna, johon valimot todella pyrkivät näiden rajojen sisäpuolelle. Rajat tulevat teollisuudessa käytetyistä vakioalumiinin valuspesifikaatioista, ja samat numerot näkyvät Aluminium Associationin merkintäarkeissa ja ASM Handbookissa, osa 15: Casting, joka on edelleen alumiinivalumetallurgian vakioviite.

Yksi yksityiskohta, joka yllättää ostajat: jotkin A357-versiot mahdollistavat erittäin pienen berylliumlisäyksen, 0,04–0,07 prosenttia, rautaa sisältävien verihiutaleiden pyöristämiseksi. Toiset rajoittavat berylliumia 0,0007 prosenttiin ja kieltävät sen käytännössä. Jos osa on tarkoitettu säänneltyyn ympäristöön tai koneistuskennoon, jossa on tiukat ilmankäsittelysäännöt, tämä yksittäinen rivi teknisissä tiedoissa muuttuu, mikä sulatto voi tarjota sinulle tarjouksen.

Mitä kukin elementti todella tekee valukappaleen sisällä

Pii 6,5-7,5 prosenttia

Pii on syy, miksi tämä seos voidaan kaataa ollenkaan. Se alentaa sulamisaluetta ja työntää metalliseosta kohti alumiini-pii-eutektiikkaa, jonka lämpötila on lähellä 577 celsiusastetta. Noin 7 prosentin piipitoisuudella seos on hypoeutektinen, joten jähmettynyt rakenne on sekoitus alumiinidendriittejä, joita ympäröi hieno eutektinen verkosto. Tämä verkko antaa sinulle ohutseinämäisen juoksevuuden, kuuman repeytymisen kestävyyden ja kohtuullisen alhaisen kutistumisjännityksen.

Pudota silikoni alueen alapuolelle ja virheajossa ja kuumissa kyyneleissä tulee rutiinia. Työnnä se alueen yläpuolelle, ja eutektinen pii karkeutuu neulamaisille levyille, jotka toimivat kuin sisäisiä lovia. Modifioimaton eutektinen pii A357-valussa voi vetää venymää alaspäin 40 prosenttia tai enemmän verrattuna oikein modifioituun sulatteeseen, minkä vuoksi noin 0,010-0,020 prosentin strontiumin lisäys tai natriumpohjainen modifiointiaine on vakiokäytäntö.

Magnesiumia 0,40-0,70 prosenttia

Magnesium on kovetusaine ja tärkein syy A357:n olemassaoloon erillisenä seoksena. Keinotekoisen vanhenemisen aikana hieno magnesiumsilikidi saostaa ytimiä läpi alumiinimatriisin ja estää dislokaatioliikkeen. A356 korkii magnesiumia 0,45 prosentissa; A357 sallii jopa 0,70 prosenttia. Tämä ylimääräinen magnesium nostaa huippuvanhennuksen myötölujuutta noin 20-30 MPa, kun kaikki muu on sama.

Kompromissi on prosessin herkkyys. A357 istuu lähempänä liukoisuusrajansa reunaa, joten lyhyt liuoskäsittely tai epätasainen sammutus jättää jälkeensä liukenematonta magnesiumsilikiä, jolloin osa alittaa määrityksensä, mutta silti läpäisee tulevan harkon spektrin tarkistuksen.

Rautaa enintään 0,20 prosenttia

Rauta on sitkeyden hiljainen tappaja. Yli 0,25 prosenttia 7-prosenttisessa piiseoksessa rauta muodostaa beeta-faasin Al5FeSi-verihiutaleita, jotka ovat hauraita, levymäisiä ja alttiita halkeilemaan kuormituksen alaisena. Rautapitoisuuden pitäminen vähintään 0,20 prosentissa ja mieluiten 0,15 prosentissa korkealaatuisessa työssä pitää nämä verihiutaleet pieninä ja vähemmän haitallisina. Tämä tiukempi rautaraja, enemmän kuin magnesium, erottaa korkealaatuisen A357-sulan tavallisesta toissijaisesta seoksesta.

Titaanin ja viljan jalostus

Titaani 0,10 - 0,15 prosenttia, normaalisti lisättynä Al-5Ti-1B-pääseoksen kautta, rajoittaa rakeiden kasvua jähmettymisen aikana. Hienojakoiset rakeet parantavat syöttöä, levittävät kutistumishuokoisuutta pienempiin ja paremmin jakautuneisiin huokosiin ja lisäävät sekä vetolujuutta että venymää. Sula, josta on poistettu kaasut ja jota on modifioitu, mutta ei raejalostettu, näyttää mekaanisissa testituloksissa karkeita pylväsmäisiä rakeita ja laajempaa sirontaa.

Kupari, mangaani, sinkki ja jälkiämpäri

Kupari on rajoitettu 0,20 prosenttiin, koska se heikentää korroosion suorituskykyä märissä tai suolapitoisissa ympäristöissä. Mangaani maksimissaan 0,10 prosenttia muuttaa rautafaasia hieman, mutta ei voi pelastaa sulaa, joka on jo rautaraskas. Sinkki, jonka enimmäispitoisuus on 0,10 prosenttia, on suurelta osin romun hallintaparametri. Kertausrajat, 0,05 prosenttia mille tahansa määrittämättömälle elementille ja 0,15 prosenttia kokonaismäärälle, ovat olemassa estämään tuntemattomia jäämiä muuttamasta lejeeringin jähmettymiskäyttäytymistä.

A357 vs A356 vs 356: Missä numerot eroavat toisistaan

Näitä kolmea metalliseosta lainataan usein vaihtokelpoisina, ja piirustusversiossa ne voivat näyttää kirjallisilta muunnelmilta. He eivät ole. Alla oleva taulukko näyttää tyypilliset julkaistut T6-arvot; todelliset luvut muuttuvat valuprosessin, poikkileikkauksen paksuuden ja paikan mukaan, josta kuponki leikataan.

Käytännön luettavaa: jos jännitysanalyysisi oletti A357:n myötölujuuden ja saat A356:n, olet hiljaa menettänyt marginaalin noin 50 MPa. Osassa, jonka turvallisuuskerroin on 3, se on näkymätön. Turvallisuuskertoimella 1,4 mitoitetulla osalla se on läpäisevän väsymistestin ja uudelleensuunnittelun välinen ero.

Lämpökäsittely: Miksi pelkkä kemia ei riitä

Voit osua jokaiseen numeroon taulukossa 1 ja tuottaa silti pehmeän osan. Seos saavuttaa määritellyn lujuutensa vasta kolmivaiheisen T6-syklin jälkeen, ja jokaisessa vaiheessa on kapea käytännöllinen ikkuna.

1. Liuoskäsittely noin 540 celsiusasteessa 6-12 tunnin ajan, riittävän kauan liuottamaan magnesiumpitoiset faasit takaisin kiinteäksi liuokseksi.
2. Sammuttaminen, yleensä lämpimään veteen tai polymeerihauteeseen, riittävän nopeasti vangitsemaan ylikyllästyneen kiinteän liuoksen, mutta riittävän hidas välttääkseen ohuiden osien vääntymisen.
3. Keinotekoinen vanhentaminen noin 155-170 celsiusasteessa 4-8 tunnin ajan hienojen magnesiumsilikihiukkasten saostamiseksi, jotka tekevät varsinaisen vahvistuksen.

Klassinen vikatila on vaimennusviive, joka on pidempi kuin metalliseos sietää. A357 on herkempi tässä kuin A356, koska korkeampi magnesiummäärä tarkoittaa, että enemmän liuennutta ainetta on säilytettävä liuoksessa. Muutaman minuutin viive kuorman vetämisen ja sammutussäiliöön osumisen välillä voi pudottaa myötölujuuden selvästi määritellyn minimin alapuolelle, mutta jättää vetolujuuteen vain marginaalisen vaikutuksen, mikä tekee ongelman vaikeasti havaittavissa yhdellä kovuustarkastuksella.

Lämpökäsitellyt alumiiniset moottorin sylinteriosat ja vastaavat rakennevalut ovat hyvä esimerkki voitosta. Sama geometria, kaadettu samasta sulatuksesta, voi tulla ulos uunista joko 250 MPa:n tai 290 MPa:n myötörajalla riippuen puhtaasti sammutuksen hallinnasta.

Alumiini Auto Engine Cylinder Parts Riisinsiirtokoneen varaosat Näytä tuote →

Valureitti muuttaa sen, mitä sama kemia tuottaa

A357 on ylivoimaisesti painovoimaperheen metalliseos. Se kaadetaan hiekkamuotteihin, sijoituskuoriin, kestäviin teräsmuotteihin ja matalapaineisiin painevalumuotteisiin. Se ei sovi luonnollisesti tavanomaiseen korkeapainevaluon, ja syynä on kaasu, ei kemia.

Korkeapainevalu täyttää muotin millisekunneissa ja vangitsee ilman ja muotin voiteluaineen hajoamistuotteet metallin sisään. Nämä ontelot ovat näkymättömiä, kunnes osa menee liuoskäsittelyuuniin 540 celsiusasteessa, jolloin sisäinen paine nousee ja pinta rakkuloita. A357 riippuu T6:sta saavuttaakseen vahvuutensa, joten prosessi ja metalliseos vetäytyvät vastakkaisiin suuntiin. Jos haluat A357-kemian korkeapaineiseen osaan, sinun on yleensä hyväksyttävä valettu tai matalassa lämpötilassa vanhentunut kunto ja vastaavasti pienempi lujuus.

Matalan paineen painevalu on hyödyllinen keskitie. Täyttö on hidasta ja hallittua, nousuputki syöttää metallia paineen alaisena jähmettymisen kautta, ja kaasun juuttuminen on paljon pienempi kuin korkeapaineiskussa. Tämä tekee matalapaineisesta A357:stä realistisen reitin osille, jotka tarvitsevat sekä seinämän paksuuden säädön että täydet T6-ominaisuudet. Jos haluat taustaa siitä, kuinka prosessi täyttää ontelon, tämä selitys alumiinin painevalusta käy läpi täyttösarjan vaihe vaiheelta.

Käytännön kolmen reitin vertailu A357-tyyppiselle työlle:

• Hiekkavalu antaa suurimman suunnitteluvapauden ja hitain jähmettymisen, mikä karkeuttaa mikrorakennetta ja vähentää venymistä, ellei jäähdytystä käytetä.
• Pysyvä muottivalu nopeuttaa jäähtymistä, jalostaa raerakennetta ja lisää tyypillisesti 20-30 MPa vetolujuutta hiekan päälle samalle seokselle.
• Matalan painevalussa yhdistyvät pysyvä muotin kontrolloitu täyttö, mikä pitää kaasun huokoisuuden riittävän alhaisena täyttä T6-sykliä varten paksuseinäisillä osilla.

Auton sylinterin rungon osat Alumiini Die Casting Gasoline Engine Case Näytä tuote →

Viat, jotka juontavat juurensa koostumukseen tai sulatteen käsittelyyn

Useimmat A357-hylkeet eivät johdu siitä, että seos on väärä. Ne johtuvat siitä, että sulatetta on käsitelty väärin. Viisi toistuvaa ongelmaa ovat seuraavat:

Kaasun huokoisuus. Vetyliukoisuus nestemäiseen alumiiniin on noin kaksikymmentä kertaa sen liukoisuus kiinteään alumiiniin. Kaasunpoiston jälkeen sulaan jääneestä vedystä tulee pyöreitä huokosia metallin jäätyessä. Korjaus on pyörivä kaasunpoisto argonilla tai typellä sekä puhtaalla, kuivalla panoksella ja mitattu vetytaso alle noin 0,15 ml 100 g alumiinia kohti rakennetöissä.

Kutistumishuokoisuus. A357 supistuu noin 6-7 tilavuusprosenttia jähmettyessään. Syöttöreitit, nousuputket ja jäähdytysputket on suunniteltava siten, että viimeinen jäätyvä neste istuu nousuputkessa eikä pultin ulokkeessa. Paksusta ohueksi siirtymät ovat siellä, missä tämä näkyy ensimmäisenä.

Oksidisulkeumat. Alumiinioksidia muodostuu sekunneissa häiriintyneelle sulapinnalle. Myrskyinen kaataminen taittaa kalvon valukappaleeseen, ja se tuottaa lineaarisen vian, joka näkyy koneistetulla pinnalla tummina juovana, joka ei kiillotu pois.

Kuuma repiminen. A357:n piipitoisuus antaa sille hyvän kestävyyden, mutta vähän piipitoista tai huonosti jalostettu sulate repeytyy terävistä sisäkulmista ensimmäisten jäähdytysminuuttien aikana. Säteile kulmat ja pidä titaani alueensa keskellä.

Rakkulien muodostuminen T6:n aikana. Tämä on pikemminkin prosessin valinnan epäonnistuminen kuin kemiallinen vika, ja se on yleisin yksittäinen syy, miksi ostaja huomaa, ettei hänen valitsemansa valureitti pysty toimittamaan määritettyä lämpöä.

Missä A357-osat ansaitsevat säilytyksensä

A357 näkyy kaikkialla, missä valukappaleen on kestettävä kuormaa, kestettävä tärinää ja silti säilytettävä koneistettu toleranssi. Kaikki alla olevat sovellukset jakavat tämän kaavan.

• Lentokoneiden ja roottorilentokoneiden rakennevalut, joissa paino on kriittinen ja väsymisikä on hallitseva suunnittelutapaus.
• Autojen jousitus- ja alustasolmut, mukaan lukien ohjausvarret, nivelet ja apurungon kannattimet.
• Pumppu-, kompressori- ja hydraulikotelot, jotka näkevät sisäisen paineen ja syklisen kuormituksen.
• Moottorikotelot ja päätykappaleet, joissa metalliseoksen täytyy pitää laakerien reikiä lämpökierron aikana.
• Siipipyörät ja pyörivät komponentit, joissa lujuuden ja venymän välinen tasapaino ratkaisee murtumismarginaalin.
• Lämmönhallintakomponentit sähköistetyissä voimansiirroissa, joissa jäykkyyden ja lämmönpolun yhdistelmä on tärkeämpää kuin raakavetolujuus.

Painevalettu moottorikotelo on edustava tapaustutkimus. Osassa on yleensä ohut lieriömäinen seinä, paksu asennuslaippa ja koneistetut laakeripesät molemmissa päissä. Nämä kolme ominaisuutta vetävät jähmettymiskäyttäytymistä kolmeen eri suuntaan kerralla: seinä haluaa nopeaa jäähdytystä, laippa syöttöä ja poraukset mittavakautta lämpökäsittelyn jälkeen. Kaikkien kolmen saaminen yhdestä seoksesta tarkoittaa piin säilyttämistä keskialueella juoksevuuden, magnesiumin keskialueen lujuuden ja raudan alimmassa päässä työstettävyyden vuoksi.

Alumiini Die Cast Motor Housing 375 Alumiini Die Casting Gearbox Housing Näytä tuote →

Hankinnan tarkistuslista ennen ostotilauksen julkaisemista

Muutama kysymys etukäteen poistaa suurimman osan A357-tilauksen riskeistä. Käsittele ne tässä järjestyksessä ja teknisestä keskustelusta tulee lyhyt.

1. Vahvista luonne, ei vain seos. A357-F, A357-T5 ja A357-T6 ovat erilaisia ​​tuotteita eri vahvuuksilla, ja piirustuksessa on kerrottava kumpi niistä.
2. Kysy magnesiumin ja raudan tavoitteita, ei vain rajoja. Toimittaja, joka tavoittelee 0,45 prosenttia magnesiumia, toimittaa tehokkaasti A356:ta A357-etiketillä.
3. Ilmoita, mistä mekaaninen testikuponki leikataan. Nousuputkesta leikattu kuponki näyttää aina paremmalta kuin osasta leikattu kuponki.
4. Sovi lämpökäsittelytietue. Liuosaika, sammutusviive ja vanhentamislämpötila ovat kolme numeroa, jotka ratkaisevat tuloksen.
5. Päätä sisäisen luotettavuuden hyväksymiskriteerit ennen ensimmäistä artikkelia, koska radiografiset ja leikkaustulokset muuttavat työkaluja.
6. Vahvista koneistusvara. A357 koneet siististi, mutta kovat kohdat erottelusta tai karkeasta eutektiikasta tuhoavat kovametalliterän ja oikea-aikaisen toimitusaikataulun samanaikaisesti.

Jos haluat suoran vastauksen siihen, sopiiko geometriasi A357 vai johonkin muuhun metalliseokseen, lähetä piirustus ja metalliseoskutsu insinööritiimillemme ja palaamme prosessireitin, saavutettavan luonteen ja koneistusvaran kanssa yhdessä vastauksessa.

Usein kysyttyjä kysymyksiä A357-alumiiniseoksen koostumuksesta

Onko A357 sama kuin 357.0?

Ne viittaavat samaan perheeseen. A357 on alumiinivalustandardeissa käytetty valunimitys, ja 357.0 on alumiiniliiton nimitys samalle koostumukselle. Kun näet piirustuksessa 357.0-T6 tai A357-T6, lue ne samana materiaalina ja tarkista varmuuden vuoksi magnesiumin ja raudan rajat, koska vanhemmissa piirustuksissa on joskus löysempiä rautapäästöjä kuin nykykäytäntö.

Voiko A357 olla korkeapainevalettu?

Se voidaan valaa korkeapainevalukoneessa, mutta sille ei voida helposti tehdä täyttä T6-käsittelyä jälkeenpäin, koska loukkuun jäänyt kaasu laajenee liuoksen lämpötilassa ja rakkuloita pintaan. Käytännössä korkeapaineiset A357-osat toimitetaan valettuina tai tarkoituksella alle vanhentuneina. Jos piirustus vaatii A357-T6:ta, osa tulee ohjata matalapainepainevaluon, kestomuottiin, hiekkaan tai sijoitusvaluon.

Miksi A357 maksaa enemmän kuin A356?

Kolme syytä. Tiukempi rautaraja edellyttää puhtaampaa panosmateriaalia ja parempaa sulamisen hallintaa, mikä vähentää edullisen romun määrää valimossa. Suurempi magnesiumkuormitus tarkoittaa tiukempaa prosessin hallintaa liuoskäsittelyn aikana. Ja prosessireiteillä, jotka voivat tuottaa aidon T6-tuloksen, kuten matalapaine tai pysyvä home, on pidemmät sykliajat kuin korkeapaineiskulla.

Kuinka tarkistan saapuvan erän magnesiumpitoisuuden?

Jäähdytetyn näytteen optinen emissiospektrometria on vakiomenetelmä, ja se kestää vain muutaman minuutin, kun näyte on valmistettu. Pyydä, että magnesiumluku ilmoitetaan numerona eikä läpilyöntinä tai epäonnistumisena leveää ikkunaa vasten, ja ota näyte useammasta kuin yhdestä paikasta suurissa valukappaleissa, koska magnesium voi segregoitua hitaan kiinteytymisen aikana.

Tarvitseeko A357 berylliumia?

Ei, ja monet tekniset tiedot kieltävät sen. 0,04 - 0,07 prosentin berylliumlisäys parantaa rautaa sisältävien faasien morfologiaa ja voi auttaa oksidikuoren käyttäytymisessä, mutta se tuo käsittelyvaatimuksia sulattoon ja koneistukseen. Suurin osa rakenteellisista töistä tehdään berylliumvapaalla A357:llä ja sen sijaan tiukalla rautarajalla.

Voidaanko A357-osia hitsata?

Oikealla täyteaineella ja prosessiohjauksella ne onnistuvat, mutta T6-osan hitsaus muodostaa paikallisen lämpövaikutteisen vyöhykkeen, joka menettää lujuutta. Jos hitsaus ei ole rakenteellista, tämä ei ole ongelma. Kun hitsi on kuormitusradalla, suunnittelussa tulisi olettaa paikallisen lujuuden väheneminen kyseisellä vyöhykkeellä ja ottaa se huomioon.

Millaista pintakäsittelyä ja toleranssia voin odottaa?

Kestävästä muotista tai matalapaineisesta muotista valetut pinnat laskeutuvat tyypillisesti 3,2-6,3 mikrometriin Ra riippuen muotin pinnoitteesta ja seinämän paksuudesta. Koneistettuja pintoja rajoittavat työkalut ja kiinnitys metalliseoksen sijaan, ja yleiset plus tai miinus 0,05 mm:n työstötoleranssit kriittisissä porauksissa ja pinnoissa ovat rutiinia vakaalla valulla.

Sopiiko A357 ohutseinäisille osille?

Kyllä, rajoissa. 7 prosentin piipitoisuus antaa hyvän juoksevuuden, ja noin 3 mm:n seinämät ovat saavutettavissa kestomuotissa tai matalapainevalussa. Sen alapuolella haaste siirtyy juoksevuudesta jähmettymisnopeuteen: ohuet osat jäähtyvät niin nopeasti, että magnesiumsilikidi voi jäädä osittain liukenematta jopa täysliuoskäsittelyn jälkeen, eikä osa saavuta kemiansa ehdottamia ominaisuuksia.

Silmukan sulkeminen: A357-alumiiniseoksen koostumus määritellään 6,5-7,5 prosentilla piitä, 0,40-0,70 prosentilla magnesiumia ja enintään 0,20 prosentilla rautaa, ja loput elementit pidetään hivenen tasolla ja alumiini muodostaa tasapainon. Magnesiumvalikoima erottaa sen A356:sta ja antaa sille noin 50 MPa ylimääräistä myötörajaa T6-tilassa. Rautaraja on se, mikä säilyttää sitkeyden. Ja valureitti ja sammutuskuri ratkaisevat, näkyykö jompikumpi näistä eduista todella valmiissa osassa.

Jos tarjous A357-T6 näyttää huomattavasti halvemmalta kuin muut, vastaus on yleensä jossakin kolmesta paikasta: magnesiumkohde, rautakatto tai todellisuudessa toimitettava temper. Pyydä numeroita ja argumentti päättyy nopeasti.