Auswahl von Aluminiumlegierungen: metallurgische Faktoren

Industrielle Aluminiumverarbeitungstechnologien

Die meisten Aluminiumprodukte und Halbzeuge, die im Maschinenbau verwendet werden, Bau- und andere Ingenieurbereiche werden geprägt, die sie durch Verfahren der Metallbearbeitung durch Druckwalzen erhalten, Pressen (Extrusion), Schleppen, Schmieden, stempeln. Beispiele sind gerolltes Blech (dick, dünn und Folie), extrudiertes Profil, Trompete, Stange und Draht. Aluminiumlegierungen, die mit diesen Methoden verarbeitet werden, genannt verformbar.

Fast alle anderen Aluminiumprodukte – das sind hauptsächlich Gussprodukte, die durch verschiedene Gießverfahren gewonnen werden, wie Sandguss, Kokillenguss, Hochdruckguss, Niederdruckguss, Feinguss und andere. Aluminiumlegierungen, die zum Gießen verwendet werden, heißen Gießereien.

Eine relativ geringe Menge an Aluminiumlegierungen und Produkten daraus wird durch spezielle Verfahren gewonnen, wie heißisostatische Behandlung, Pulvertechnologien, ultraschnelle Verfestigungsmethode und andere.

Knetlegierungen

Die Anzahl der Aluminiumknetlegierungen, verfügbar für den Konstrukteur, es ist sehr groß. Alle Aluminiumknetlegierungen werden klassifiziert in:

  • thermisch nicht härtbare Legierungen und
  • warmhärtbare Legierungen.

Bevor wir die Eigenschaften dieser beiden Klassen von Aluminiumknetlegierungen betrachten, Es ist nützlich, sich an das moderne internationale System zur Bezeichnung der verformbaren Legierungen selbst und ihrer Zustände zu erinnern, das heißt, dass die technologische Verarbeitung, die sie bei der Herstellung von Produkten und Halbzeugen erhalten.

Bezeichnung von Knetlegierungen

Das internationale Bezeichnungssystem für Aluminiumknetlegierungen unterteilt alle Knetlegierungen in acht Klassen (Serie, Gruppen) für die wichtigsten Legierungselemente (Tabelle 1).

Tabelle 1 - Internationale Klassifikation und
Notationssystem für Aluminiumknetlegierungen [1]

In diesem internationalen Notationssystem für Aluminiumknetlegierungen, die aus vier Zahlen besteht:

  • die erste Ziffer bezeichnet die wichtigsten Legierungselemente
  • die anderen drei Ziffern dienen als Seriennummer zur Identifizierung der verschiedenen Einzellegierungen.

Die Serie 1xxx umfasst formal Nichtlegierungen (keine Legierungselemente), und Aluminiumsorten. Bestimmte Informationen sind in der Bezeichnung der Aluminiumsorten enthalten. beispielsweise, Bei der Bezeichnung von Aluminiumqualitäten in Industriequalität geben die letzten drei Ziffern xxx den Reinheitsgrad an: 1080 gibt die Reinheit von Aluminium an 99,80 %. In anderen Serien von Aluminiumlegierungen (2xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx und 8xxx) Zahlen xxx enthalten keine direkten Informationen über die chemische Zusammensetzung einer bestimmten Legierung. Dazu müssen Sie sich auf Normen und andere behördliche Dokumente beziehen..

Zustände von Aluminiumlegierungen

Dieselbe Legierung kann durch verschiedene technologische Verfahren verarbeitet werden: Wärmebehandlung, Kaltverformung (Autofrettage) und deren Kombinationen. Als Ergebnis einer solchen Verarbeitung kann die Legierung unterschiedliche mechanische Eigenschaften erhalten., Mikrostruktur und andere Leistungsmerkmale. Diese Merkmale der technologischen Verarbeitung von Aluminiumlegierungen und die durch diese Verarbeitung erhaltenen Eigenschaften spiegeln sich in den Eigenschaften der Legierung wider., was als "Legierungszustand" bezeichnet wird.

Die internationale Klassifikation der Zustände von Aluminiumlegierungen ist in der Tabelle dargestellt 2.

Tabelle 2 - Internationale Klassifizierung
Zustände von Aluminiumlegierungen [1, 2]

Zustandsgruppen (Grundzustände) verformter Aluminiumlegierungen

Zustand F:

  • Gilt für Produkte und Halbzeuge aus Knetlegierungen und Gussprodukten, die ohne besondere Kontrolle der thermischen Bedingungen oder des Grades der Kaltverfestigung hergestellt werden. Bei Produkten aus Knetlegierungen werden die mechanischen Eigenschaften nicht kontrolliert..

Staaten über:

  • Gilt für Knetlegierungsprodukte, welche glühen, um einen Zustand mit minimaler Festigkeit zu erreichen und Produkte zu gießen, welche glühen, zur Verbesserung der Kunststoffeigenschaften und zur Dimensionsstabilisierung. Auf den Buchstaben O kann eine Zahl folgen, ungleich null.

Zustand H:

  • Gilt nur für Knetlegierungsprodukte. Es zeigt Produkte an, die eine Kaltverformung mit zusätzlicher Wärmebehandlung zur Verringerung der Festigkeit oder ohne Kaltverformung erhalten haben. Auf den Buchstaben H folgen immer zwei oder mehr Ziffern, die den Grad der Autofrettage und zusätzliche Operationen widerspiegeln. beispielsweise, Н24 zeigt an, dass das Aluminiumprodukt (Halbzeug) einer Kaltumformung bis zu einem Grad von ½ . unterzogen wurde, dann partielles Reduktionsglühen. Cm. mehr Details Hier.

Staaten T:

  • Es wird für Produkte aus thermisch gehärteten Knet- und Gusslegierungen verwendet. Dem Buchstaben T können eine bis vier Ziffern folgen. beispielsweise, T64 - Behandlung (Erhitzen) für feste Lösung und unvollständige künstliche Alterung (um die Plastizität im Vergleich zum T6-Zustand zu erhöhen). Cm. mehr Details Hier.

Referenz

Wärmebehandlung für feste Lösung [2]:

  • Um die Effizienz des thermischen Härtens durch Ausfällen von Härtephasen zu maximieren, du musst zuerst eine feste lösung bekommen. Prozess, wodurch dies erreicht wird, Lösungsglühen genannt. Der Zweck dieser Behandlung besteht darin, die maximale Menge an löslichen Verstärkungselementen der Legierung zu verfestigen.. Es besteht darin, die Legierung eine Zeit lang auf einer ausreichend hohen Temperatur zu halten, was ausreicht, um eine fast homogene feste Lösung zu erhalten.

Stabilisierungswärmebehandlung (Stabilisierung) [2]:

  • Diese Verarbeitung wird angewendet, um die Eigenschaften eines Aluminiumprodukts bei einer etwas höheren Temperatur zu stabilisieren, als die reale Temperatur, in dem dieses Produkt verwendet wird. Dadurch wird verhindert, dass sich die Eigenschaften des Produkts beim Erhitzen im Betrieb ändern.. Diese Behandlung wird auch bei Gussprodukten verwendet, um Eigenspannungen zu reduzieren..

Vollständige Bezeichnung der Aluminiumlegierung

Das vollständige Protokoll der Legierungsbezeichnung besteht aus der Bezeichnung der Legierung und der Bezeichnung ihres Zustandes. Dieser Eintrag wird in verschiedenen Regionen und Ländern unterschiedlich geschrieben:

  • Bindestrich: 6060-T6 - Nordamerika
  • Leerzeichen getrennt: 6060 T6 - Europa
  • Durch einen Punkt: AD31.T5 - zum Beispiel, GAST 8617-2018
  • Kontinuierlich: AD31T5 - zum Beispiel, SNiP 2.03.06-85 Aluminiumkonstruktionen (SP 128.13330.2011).

Gemäß unserer Meinung, “amerikanisch” die bequemste und eindeutigste Option.

Auswahl an Aluminiumknetlegierungen

Aluminiumknetlegierungen für Produkte werden ausgewählt auf der Grundlage von:

  • Eigenschaften, für das Produkt während seiner Lebensdauer erforderlich
  • der Grad der Komplexität der Herstellung eines Produkts
  • Gesamtlegierungskosten, seine Verfügbarkeit auf dem Markt, Wärmebehandlungstechnik und Oberflächenveredelung

Aluminiumknetlegierungen werden unterteilt in:

  • Thermisch nicht härtbare Legierungen
  • Warmhärtbare Legierungen

Thermisch nicht härtbare Legierungen

Nicht thermisch gehärtete Legierungen können durch Mischkristallbehandlung und / oder durch Kaltverformung (Autofrettage) gehärtet werden, aber aufgrund des Alterungsmechanismus nicht aushärten, d.h. Ausfällung von Verstärkungsphasen.

  • Aluminiumsorten 1xxx: technisch reines Aluminium (elektrische Leiter, chemische Ausrüstung, dekorative architektonische Elemente). Die Zugfestigkeit im geglühten Zustand ist gering (ca 50 MPa) und kann durch Kaltumformung verdoppelt werden.
  • Legierungen 3xxx: Aluminium-Mangan ("Bier"-Dosen, Autokühler). Sie werden für Produkte mit mittlerer Stärke (ca 180 MPa) mit guter Plastizität (um Produkte leichter umzuformen) und guter Korrosionsbeständigkeit. Legierung 3003 in Form von Platten wird zur Herstellung von Autokühlern verwendet. Legierung 3004, mit Mangan und Magnesium, zur Herstellung von Dosen für Erfrischungsgetränke und Bier verwendet.
  • 5xxx Legierungen: Aluminium-Magnesium: Verwendung in der Verkehrstechnik, Schiffbau, Automobilindustrie, in dekorativen Bauelementen. Hohe Festigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit. Gut schweißen.

Warmhärtbare Legierungen

Dies sind Legierungen der 2xxx-Serie, 6xxx, 7xxx und 8xxx, das gibt reichlich Möglichkeiten für die Auswahl einer geeigneten Legierung sehr breit.

  • Legierungen Serie 2xxx, besonders diese, die auf dem Aluminium-Kupfer-Magnesium-System basieren, fand Anwendung in tragenden Strukturelementen von Flugzeugen.
  • Legierungen der Serie 6xxx (Aluminium-Magnesium-Silizium) werden häufig als Profile mit mittlerer Festigkeit im Bau verwendet, Maschinenbau und andere Industriebereiche.
  • Legierungen der Serie 7xxx (Aluminium-Zink-Magnesium) bieten hohe Festigkeit für kritische Strukturen und Strukturen.
  • Spezielle warmhärtende Legierungen der Serie 8xxx beinhalten eine Legierung 8001 (Al-1,1Ni-0,6Fe) für Kernkraftwerke für den Betrieb in Wasser bei hohen Temperaturen und hohem Druck und Legierung 8011 (Al-0,75Fe-0,7Si), die für die Fertigung tiefziehen kann, z.B, Kronkorken [1].

Gusslegierungen

Internationales Bezeichnungssystem für das Gießen von Aluminiumlegierungen

Das internationale Klassifizierungs- und Bezeichnungssystem von Aluminiumgusslegierungen ist in der Tabelle dargestellt 3.

Tabelle 3 – Internationale Klassifikation und
Bezeichnungssystem für Aluminiumgusslegierungen [1]

Gusslegierungen werden ebenso wie Knetlegierungen unterteilt in:

  • thermisch ungehärtet und
  • thermisch gehärtet.

Bei der Auswahl einer Gusslegierung werden folgende Faktoren berücksichtigt:

  • Art der Gießtechnik
  • Anforderungen an mechanische und andere Eigenschaften
  • die Kosten

Gusslegierungen, wobei Silizium das Hauptlegierungselement ist, sind die wichtigsten für Anwendungen in verschiedenen Ingenieurbereichen. Diese Legierungen zeichnen sich durch eine hohe Fließfähigkeit aus., da sie vom Siliziumgehalt her nahe an der eutektischen chemischen Zusammensetzung liegen. Diese Gussteile weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit in Kombination mit geringer Wärmeausdehnung und guter Schweißbarkeit auf..

Die Zahl nach dem Punkt in der Bezeichnung der Aluminiumgusslegierung

Ziffer, was in der Bezeichnung der Gusslegierung nach dem Punkt, gibt die Form des Produkts an [3]:

  • Die Zahl Null (0) nach dem Punkt bezeichnet das Gussprodukt selbst (Guss)
  • Die Zahl eins (1) nach dem Punkt gibt die Grenzen der chemischen Zusammensetzung des Barrens an., die zur Herstellung von Gussprodukten verwendet wird xxx.0.
  • Die Zahl zwei (2) nach dem Punkt zeigt einen Barren an, die zur Herstellung des Produkts xxx.0 . verwendet wird, aber ein Barren anderer chemischer Zusammensetzung (meist schmaler), als Barren xxx.1. Obwohl nicht immer, xxx.1 gibt häufig die Grenzen der chemischen Zusammensetzung für die Sekundärlegierung an, тогда как ХХХ.2 указывает пределы химического состава для первичного сплава.

Важно помнить, что «0» после точки указывает на литейное изделие, тогда как «1» или «2» указывают на химический состав слитков, который требуется для изготовления этого литейного изделия (отливки).

Поскольку плавление и обработка расплава могут изменять химический состав сплава, который приготовлен для изготовления отливок, требования к химическому составу ххх.1 или ххх.2 всегда являются в определенной степени жестче, чем для требования к химическому составу ххх.0 для готовой отливки. Согласно принятой договоренности слитки ххх.2 всегда имеют более жесткие пределы по химическому составу, чем слитки ххх.1.

Не все сплавы имеют обе формы слитков – ххх.1 и ххх.2. Многие более традиционные сплавы для литья под высоким давлением будут имеют только слиток из вторичного металла ххх.1, а многие сплавы для литья высококачественных отливок имею только слиток ххх.2.

Буквы в обозначении литейного алюминиевого сплава

Перед цифровым обозначением литейного сплава может быть буква, z.B, А360.0. Буквы указывают некоторые отклонения от первоначально разработанного сплава, возможно версия с более низким содержанием примесей или дополнительным контролируемым элементом.

Применение литейных алюминиевых сплавов

Сплавы серии 1хх

Сплавы серии 1хх промышленно применяется для литья роторов электрических роторов. Роторы обычно льют на вертикальных машинах для литья под высоким давлением, speziell für diesen Zweck entwickelt. Благодаря высокой электропроводности технически чистого алюминия, его применяют для изготовления электропроводящих шин Их отливают вместе со стальной оболочкой, которую заранее устанавливают в литейной форме.

Сплавы серии 2хх

Сплавы серии 2хх включают самые высокопрочные на сегодняшний день литейные алюминиевые сплавы. Сплавы серии 2хх лучше сохраняют свою прочность при повышенных температурах, чем другие литейные алюминиевые сплавы.

Сплавы серии 3хх

Сплавы серии 3ххх являются настоящими рабочими лошадками алюминиевой литейной промышленности за счет их высоких литейных характеристик и хорошей прочности. Наиболее применяемые из них – это сплавы Al-Si-Cu, которые при повышенном содержании меди являются полностью термически упрочняемыми.

Группа сплавов 380 долгое время в подавляющем количестве применялась (свыше 85 %) для литья под высоким давлением. Diese Sekundärlegierungen (Aluminiumschrott) wurden speziell für den Hochdruckguss entwickelt. Sie enthalten mehr Silizium und Eisen, und auch mehr Verunreinigungen zulassen, als Legierungen, которые предназначены для литья другими методами. Эти сплавы обеспечивают хороший баланс между низкой стоимостью, умеренной прочностью без необходимости термической обработки и хорошими литейными характеристиками. Магний в этих сплавах обычно контролируется на очень низком уровне, чтобы минимизировать образование оксидов во время очень турбулентном наполнении литейной камеры. Однако считается, что малое содержание магния (около 0,3 %) kann die Härte und Bearbeitbarkeit deutlich erhöhen [3].

Legierungen der 4xx-Serie

Dann kommen Legierungen der 4xx-Reihe zum Einsatz, wenn gute Gießeigenschaften gefordert sind, а также более высокая коррозионная стойкость, чем у сплавов серии 3хх, которые содержат медь. Они применяются для изготовления отливок для работы в морской воде, оборудования для пищевой промышленности и компонентов для химической промышленности, а также таких изделий, как основания столбов уличного освещения [3].

Сплавы серии 5хх

Сплавы серии 5хх имеют самую высокую стойкость к коррозии из всех литейных алюминиевых сплавов. Они также хорошо полируются до зеркальной поверхности, хорошо анодируются с приятным естественным алюминиевым видом. Поэтому они применяются для изготовления декоративных отливок, а также литых изделий, которые применяются в молочном производстве и пищевой промышленности, трубных фитингов для морского и химического оборудования.

Сплавы 5хх требуют больше внимания при подготовке и литью, чем сплавы с низким содержанием магния, так они проявляют высокую реактивность в присутствии кислорода, влаги в атмосфере, смазок и т. P.

Ähnlich wie 2xx-Legierungen zeichnen sich 5xx-Legierungen durch eine geringe Fließfähigkeit und eine Neigung zur Heißrissbildung aus.. Поэтому обычные сплавы серии 5хх редко применяют для литья под высоким давлением, хотя некоторые специальные сплавы 5хх применяют и для литья под высоким давлением [3].

Сплавы серии 7хх

Сплавы серии 7хх обладают хорошей стойкостью к ударным нагрузкам и достигают достаточно высокой прочности без необходимости термической обработки. Сплавы серии 7хх постепенно состариваются при комнатной температуре, но набирают максимальную прочность в течение 20-30 суток после литья. Они популярны для изготовления крупных деталей машин, Möbel, садового инструмента, деталей грузовых автомобилей и шахтного оборудования.

Сплавы серии 7хх имеют самую температуру полного затвердевания (солидус) из всех литейных алюминиевых сплавов, кроме роторных сплавов серии 1хх. Поэтому они являются подходящими для соединения деталей методом пайки [3].

Сплавы серии 8хх

Сплавы серии 8хх применяются исключительно для литья втулок и опорных подшипников. Sie haben eine hohe Druckfestigkeit und einzigartige Schmiereigenschaften bei Überhitzung.. Die einzige Zutat in 8xx-Legierungen ist Zinn.. Олово находится в затвердевшей отливке в виде малых глобулей из чистого олова. Если нормальная смазка отсутствует и в подшипнике возникает перегрев, то оловянная фаза плавится при 231 ºС и просачивается из перегретой поверхности и обеспечивает аварийную смазку из жидкого олова и тем самым предотвращает катастрофическое разрушение системы [3].

Quellen:

  1. TALAT 1255 Metallurgical Background to Alloy Selection and Specifications for Wrought, Cast and Special Applications / M. h. Yacobs – 1999
  2. Aluminum and Aluminum Alloys /ed. J.R. Davis – ASM International, 1993
  3. Aluminiumgusslegierungen: Werkzeuge für verbesserte Leistung / D. Apelian – ABSENDER, 2009