Die Materialklassifizierung von häufig verwendeten Aluminium-Druckgusslegierungen

Die Dichte von Aluminium beträgt nur etwa 1/3 der Dichte von Eisen, Kupfer, Zink und anderen Legierungen. Es ist derzeit einer der Druckgusslegierungswerkstoffe, die den Anforderungen des Leichtbaus gerecht werden. Darüber hinaus weist Aluminium eine höhere spezifische Festigkeit und spezifische Steifigkeit sowie gute plastische rheologische Eigenschaften auf. , Die Vorteile des engen Kristallisationstemperaturbereichs, der geringen linearen Schrumpfrate, der einfachen Umformung und des Schneidens, der hohen mechanischen Eigenschaften und der Korrosionsbeständigkeit, basierend auf den oben genannten Vorteilen, hat sich Aluminiumlegierung zu einem der hochfesten und zähen Druckgusslegierungsmaterialien entwickelt. Druckgussteile aus Aluminiumlegierungen haben ausgezeichnete Gewichtsreduzierungseffekte in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Industrien. Seit den 1980er Jahren hat die rasante Entwicklung der Automobilindustrie die Entwicklung verwandter Industrien vorangetrieben. Die Entwicklung der Automobilindustrie konzentriert sich hauptsächlich auf Intelligenz, Leichtbau und Modularität化 und so weiter.

Einfluss der Legierungszusammensetzung auf die Eigenschaften der Aluminiumlegierung Zusammensetzung und Gehalt der Aluminiumdruckgusslegierung haben einen wesentlichen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften des Gussstücks. Für die Leistungsanforderungen unterschiedlicher Gussteile sollten unterschiedliche Druckgussverfahren und entsprechende Aluminiumlegierungszusammensetzungen gewählt werden. Gegenwärtig werden druckgegossene Aluminiumlegierungen in großem Umfang im industriellen Bereich verwendet. Binäre Al-Si-Legierungen, binäre Al-Mg-Legierungen, Al-Si-Mg-Legierungen, Al-Si-Cu-Legierungen usw. werden üblicherweise in China, den Vereinigten Staaten und Japan verwendet. Das Modell und die Zusammensetzung der Aluminiumlegierung sind in Tabelle 1 gezeigt. Im Allgemeinen sind die Hauptlegierungselemente, die der traditionellen Aluminiumdruckgusslegierung hinzugefügt werden, Si, Fe, Cu usw., unter denen die Zugabe von Si-Elementen verbessert werden kann
Die Fließfähigkeit der Aluminiumlegierung, die Zugabe von Fe-Elementen fördert das Entformen von Druckgussteilen, die Zugabe von Cu-Elementen kann die Festigkeit von Gussstücken erhöhen und die Zugabe verschiedener Legierungselemente verleiht Aluminiumlegierungen unterschiedliche Eigenschaften und Vor- und Nachteile.

Legierung der Al-Si-Serie

Die Zugabe des Si-Elements zu der druckgegossenen Aluminiumlegierung verringert den Kristallisationstemperaturbereich, der eutektische Gehalt wird erhöht und aufgrund der großen latenten Kristallisationswärme des Si-Elements wird die Fließfähigkeit der Legierung erhöht. Außerdem beträgt die Volumenschrumpfungsrate des Si-Elements ungefähr null und der lineare Ausdehnungskoeffizient ist viel kleiner als der von Al. Wenn der Gehalt des Si-Elements zunimmt, nimmt die Schrumpfungsrate der gebildeten Legierung ab, wodurch die Neigung zu Porenschrumpfung und Heißrissbildung verringert und Hochtemperatursprödigkeit verhindert wird. Aufgrund der Zugabe von Si-Elementen zu einer druckgegossenen Aluminiumlegierung weist es eine gute Gießleistung, Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und andere Vorteile auf, so dass Legierungen der Al-Si-Reihe auf dem Gebiet des Gießens weit verbreitet sind. Obwohl die traditionelle binäre Al-Si-Legierungsreihe eine gute Festigkeit aufweist, ist ihre Plastizität gering, und es ist schwierig, die Anforderungen an Aluminiumlegierungen mit höherer Leistung in der rasanten Entwicklung der Automobilindustrie zu erfüllen.

Der Hauptfehler von Legierungen der Al-Si-Reihe besteht darin, dass es während des Gießprozesses leicht zu Fehlern wie nicht übereinstimmenden Gussgrößen und Poren kommt. Die Mikrostrukturkörner traditioneller Aluminiumgusslegierungen sind Dendriten, die die mechanischen Eigenschaften der Legierung beeinflussen. Die Industrie teilt Al-Si-Legierungen in drei Kategorien ein: untereutektische Al-Si-Legierungen, eutektische Al-Si-Legierungen und übereutektische Al-Si-Legierungen, wie in Abbildung 1 dargestellt. Der höhere Si-Gehalt in der Legierung fördert die Bildung von harten und rauen primäre Si-Partikel und verbessert die Verschleißfestigkeit von übereutektischen Al-Si-Legierungen. Gleichzeitig beeinträchtigt die Anwesenheit von primären Si-Partikeln auch die mechanischen Eigenschaften der Legierung. Auswirkungen, z. B. Verringerung der Schneidleistung.

Legierung der Al-Mg-Serie

Al-Mg-Legierungen haben eine ausgezeichnete Plastizität und Korrosionsbeständigkeit. Die Oberflächenqualität der geformten Gussteile ist hoch. Es wird hauptsächlich in korrosionsbeständigen Automobilteilen und Druckgussteilen mit hohen Anforderungen an die Oberflächenqualität verwendet. Das Mg-Element wird der druckgegossenen Aluminiumlegierung zugesetzt. Da der Radius der Mg-Atome um 13% größer ist als der der Al-Atome, löst sich Mg nach der Lösungsbehandlung in der Alpha-Phase von Al, was eine größere Verformung verursacht und die Festigkeit der Aluminiumlegierung verbessert. Auf der Oberfläche der Al-Mg-Legierungsflüssigkeit kann ein Spinellfilm mit starker Korrosionsbeständigkeit gebildet werden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit der Legierung verbessert werden kann, und die Neigung der Legierung zur Bildung eines Schleimfilms ist gering, und die Oberflächenqualität von der guss ist hoch. Al-Mg-Legierungen können jedoch harte und spröde Phasen von Mg 2 Si und Al 3 Mg 2 erzeugen, die die Dehnung der Legierung verringern und die Neigung zur Heißrissbildung erhöhen. Beim Schmelzen kann es leicht oxidieren oder Schlacke bilden, was zu einer schlechten Gießleistung führt.

Legierung der Al-Si-Mg-Serie

Legierungen der Al-Si-Mg-Reihe gehören zu einer besonderen Art von Legierungen der Al-Si-Reihe. Bei Legierungen der Al-Si-Reihe ist die Löslichkeit des Si-Elements in Al gering, und es ist schwierig, der Aluminiumlegierung mehr Si-Element zuzusetzen. Daher wird der Aluminiumlegierung ein Si-Element hinzugefügt. Die Intensität des Aufpralls ist gering. Da es durch den Wärmebehandlungsprozess nicht verstärkt werden kann, kann erwogen werden, der Legierung der Al-Si-Reihe ein Mg-Element zuzusetzen. Nach dem Wärmebehandlungsverfahren wird die Legierung eine Dispersionsverstärkungsphase ausscheiden, um die Festigkeit der Legierung zu verbessern. Zum Beispiel ist die Aluminiumlegierung ZL114A eine Al-Si-Mg-Legierung, eine kleine Menge Mg kann die Zugfestigkeit und Streckgrenze der Legierung verbessern, hat bessere mechanische Eigenschaften und die Legierung hat eine bessere Füllfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und niedrigere The Neigung zur thermischen Rissbildung. Die Legierung der Al-Si-Mg-Serie ist das Entwicklungsziel einer neuen Aluminiumdruckgusslegierung, die in der Karosserie verwendet werden kann
Teile mit komplexen Formen und hohen Anforderungen an umfassende mechanische Eigenschaften, aber die anschließende Verarbeitung von Formteilen erfordert höhere Anforderungen, die die Herstellungskosten erhöhen.
1.1.4 Legierung der Al-Si-Cu-Reihe
Das Cu-Element wird der Legierung der Al-Si-Cu-Reihe hinzugefügt. Die Löslichkeit des Cu-Elements in einer α-Al-Mischkristalllösung bei Raumtemperatur ist gering, aber die Löslichkeit ist bei hoher Temperatur größer, so dass das Cu-Element in der Aluminiummatrix in der Legierung gelöst werden oder Partikel bilden kann Formverbund-Verfestigungsphasen (hauptsächlich AlCu und Al 5 Cu 2 Mg 8 Si 6 Phasen) verbessern die Kriechbeständigkeit der Legierung und die hohe Härte der Legierung. Die Zugabe von Cu-Elementen zu Legierungen der Al-Si-Cu-Reihe kann die mechanischen Eigenschaften, Gusseigenschaften und Bearbeitbarkeit von Aluminiumlegierungen verbessern
Ja, aber die chemische Potentialdifferenz zwischen dem Al-Element und dem Cu-Element ist groß, was leicht dazu führt, dass sich die Korrosionsbeständigkeit der Legierung verschlechtert, und die Neigung zu Heißrissen ist höher. In der Al-Si-Cu-Druckgusslegierung wird der Cu-Gehalt im Allgemeinen auf 1% bis 5% kontrolliert. Die A383-Legierung ist eine verbesserte Druckguss-Aluminiumlegierung, die auf der traditionellen A380-Legierung in den Vereinigten Staaten basiert. Der Si-Gehalt liegt näher am Eutektikum als bei A380, was die Fließfähigkeit der Legierung verbessert. Sein Gehalt an Cu-Elementen ist geringer und es kommt zu einer gewissen Heißrissbildung während des Druckgussprozesses. Neigt dazu, einen heißen Risspfad zu bilden.

Die Rolle anderer Elemente in Aluminiumlegierungen

Das Fe-Element ist ein Verunreinigungselement mit großem Einfluss in Druckguss-Aluminiumlegierungen. Das Fe-Element reagiert leicht mit Al, Si, Mg und anderen Elementen in der Aluminiumlegierung, um Al 3 Fe, Al 9 Fe 2 Si 2, Al 8 Mg 3 FeSi 6 usw. zu bilden. Die Phasen sind alle harte und spröde Phasen, die anfällig sind zu Rissen, und es ist leicht, sich an der Position der Phase Verunreinigungsgas anzusammeln, was die mechanischen Eigenschaften der Legierung verringert. Das Druckgussverfahren dient dazu, die Ausscheidung der nadelförmigen Fe-reichen Phase bis zu einem gewissen Grad zu reduzieren, so dass die negativen Auswirkungen auf die Matrix reduziert werden. Darüber hinaus verringert der hohe Gehalt an Fe-Elementen die Korrosionsbeständigkeit und Fließfähigkeit der Aluminiumlegierung und erhöht die Heißrissneigung und
Neigung zum Einsinken von Löchern.

Die Löslichkeit des Zn-Elements in der α-Al-Matrix ist gut und es kann eine feste Lösung bilden, die mechanischen Eigenschaften der Legierung verstärken, ihre Fließfähigkeit verbessern und die mechanische Verarbeitungsleistung der Legierung verbessern. Aber ähnlich wie beim Cu-Element ist aufgrund des großen Unterschieds im chemischen Potential zwischen dem Zn-Element und dem Al in der Legierung die Korrosionsbeständigkeit der druckgegossenen Aluminiumlegierung schlecht, und die Volumenschrumpfungsrate des Zn-Elements in der Legierung beträgt sogar 4.7%, wodurch die Aluminium-Druckgusslegierung eine höhere Schrumpfungsneigung hat.
Seltene Erden werden häufig zu Druckguss-Aluminiumlegierungen hinzugefügt. Der Atomradius von Seltenerdelementen ist größer als der des Al-Elements. Die Kristallstruktur des Al-Elements ist ein flächenzentriertes kubisches Gitter, und das Seltenerdelement ist ein dicht gepacktes hexagonales Gitter. Daher sind Seltenerdelemente in Aluminiumlegierungen enthalten. Die Löslichkeit ist gering und es ist nicht einfach, eine feste Lösung zu bilden. Die Zugabe von Seltenerdelementen zu Aluminiumlegierungen wird vor der Fest-Flüssig-Grenzfläche konzentriert, was zu einer übermäßigen Abkühlung der Zusammensetzung führt, was die mechanischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung verbessern kann. Seltenerdelemente sind aktiver und leichter zu füllen, wenn eine Aluminiumlegierung geschmolzen wird.

Die durch die Legierungsphase erzeugten Defekte verringern die Oberflächenspannung zwischen den beiden Phasen und bilden eine aktive Schicht auf der Oberfläche der Legierungskörner, um das Wachstum der Körner zu verhindern. Bei Verunreinigungen wie Fe in der Legierung können Seltenerdelemente mit ihnen reagieren, um die Aluminiumflüssigkeit zu reinigen und die Fe-reiche Verunreinigungsphase zu verbessern.

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