Eigenschaften und Klassifizierung von Aluminiumgusslegierungen

Jun 07, 2024

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Eine Aluminiumgusslegierung ist eine Art Aluminiummatrix, die durch Zugabe anderer Legierungselemente zu einem Werkstoff wird und über eine Reihe hervorragender Eigenschaften und ein breites Anwendungsspektrum verfügt.

Zu den Eigenschaften einer Aluminiumgusslegierung gehören vor allem:

Geringe Dichte und hohe Festigkeit. Die Dichte von Aluminiumgusslegierungen liegt üblicherweise zwischen 2,63 und 2,85 g/cm³, bei hoher Festigkeit und spezifischer Festigkeit, was das Gewicht von Teilen und Komponenten erheblich reduzieren und die Nutzungseffizienz verbessern kann.

Gute Gusseigenschaften. Aluminiumgusslegierungen weisen eine gute Fließfähigkeit und Schrumpfung auf, können zu Teilen mit komplexen Formen verarbeitet werden und erfordern keine große Zusatzausrüstung. Sie bieten Metalleinsparungen, geringere Kosten, kürzere Arbeitszeiten und weitere Vorteile.

Gute Korrosionsbeständigkeit. Aluminiumgusslegierungen können in Luft, Wasser, Säure, Lauge und anderen Umgebungen die Helligkeit und das Finish der Oberfläche beibehalten und weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf.

Gute Hitzebeständigkeit. Im Vergleich zu Gusseisenlegierungen haben Aluminiumgusslegierungen einen höheren Schmelzpunkt und eine höhere thermische Stabilität, wodurch eine hervorragende Leistung in Umgebungen mit hohen Temperaturen aufrechterhalten werden kann.

Gute elektrische und thermische Leitfähigkeit. Aluminiumlegierungen weisen gute elektrische und thermische Leitfähigkeitseigenschaften auf und eignen sich für Teile, die eine gute Wärmeleitfähigkeit erfordern, wie Zylinderköpfe und Kolben von Verbrennungsmotoren.

Gute Verarbeitbarkeit. Aluminiumlegierungen lassen sich leicht verarbeiten und weisen eine ausgezeichnete Formbarkeit und Bearbeitbarkeit auf.

Klassifizierung von Aluminiumgusslegierungen

Moderne Aluminiumgusslegierungen können je nach den wichtigsten zugesetzten Elementen in vier Serien unterteilt werden: Aluminium-Silizium-Serie, Aluminium-Kupfer-Serie, Aluminium-Magnesium-Serie und Aluminium-Zink-Serie. Für diese vier Serien hat jedes Land die entsprechende Legierung und Legierungsklasse. China verwendet die ZL+3-stellige Kennzeichnungsmethode, wobei die erste Ziffer das Legierungssystem angibt, wobei: 1 das Aluminium-Silizium-Legierungssystem angibt, 2 das Aluminium-Kupfer-Legierungssystem angibt, 3 das Aluminium-Magnesium-Legierungssystem angibt, 4 das Aluminium-Zink-Legierungssystem angibt, die zweite und dritte Ziffer geben die Seriennummer der Legierung an. Zum Beispiel ZL101, ZL201, ZL301, ZL401

Aluminium-Silizium-Legierung

Normalerweise liegt der Siliziumgehalt zwischen 4 % und 13 %, auch bekannt als „Silizium-Aluminium-Ming“-Legierung. Die Gusseigenschaften sind am besten, die Rissneigung ist sehr gering, die Schrumpfungsrate ist niedrig, es gibt eine gute Korrosionsbeständigkeit und Luftdichtigkeit sowie ausreichende mechanische Eigenschaften und Schweißeigenschaften. Obwohl diese Legierungsreihe in der Industrie später als die Aluminium-Kupfer-Legierung eingesetzt wurde, wurde 1920 festgestellt, dass nach der metamorphen Behandlung die Struktur und Eigenschaften dieser Legierungsreihe verbessert und der Anwendungsbereich erweitert wurde, was fast 50 % der gegossenen Aluminiumlegierungen ausmacht. Al-Si-Legierungen können in eutektische, hypoeutektische, hypereutektische und komplexe eutektische Legierungen mit Zusätzen von Kupfer, Magnesium und Mangan unterteilt werden. Die ZL102-Legierung ist eine typische binäre eutektische Legierung mit einer eutektischen Temperatur von 577 Grad und einer eutektischen Zusammensetzung von 12,6 % Si. Bei eutektischer Temperatur sind 1,6 % Si in fester Lösung gelöst, bei Raumtemperatur sind es etwa 0,05 % Si. Die Phase ist eine feste Lösung von Aluminium, das in Silizium gelöst ist, und ihre Löslichkeit ist sehr gering, sodass die eutektische Struktur aus zwei Phasen +Si besteht. Neben und Silizium gibt es in der Struktur von Mehrkomponentenlegierungen θ (CuAl2), W (AlxMg5Si4) und andere Phasen (siehe die Phase von Aluminiumlegierungen). Aluminium-Silizium-Legierungen mit Kupfer können durch Wärmebehandlung verstärkt werden, aber die Korrosionsbeständigkeit ist schlecht. Die Form der Siliziumphase in der Legierung hat einen erheblichen Einfluss auf die Festigkeit und Plastizität. Durch die Modifikationsbehandlung (Zugabe von Natrium oder Antimon in die Schmelze) wird die Siliziumphase kugelförmig gemacht und die Mikrostruktur und Eigenschaften der Legierung werden verbessert. Das grobe Primärsilizium in hypereutektischen Legierungen ist schädlich für die mechanischen Eigenschaften und die Bearbeitbarkeit. Phosphor wird oft zugesetzt, um AlP-Verbindungen zu bilden, um das Primärsilizium zu verfeinern und seine schädlichen Auswirkungen zu verringern.

Aluminium-Kupfer-Legierung

Es handelt sich um die erste industriell gegossene Aluminiumlegierung. Die Legierungen weisen eine hohe Festigkeit und thermische Stabilität auf, sind jedoch schlecht gießbar und korrosionsbeständig. Der Kupfergehalt liegt im Allgemeinen unter der Löslichkeitsgrenze von Kupfer in Aluminium (5,85 %), es gibt kein Eutektikum in der Gleichgewichtsstruktur und unter Nichtgleichgewichtsbedingungen kann eine geringe Menge Eutektikum auftreten. Nach der Lösungsbehandlung kann die feste Lösung übersättigt werden und der alterungsverstärkende Effekt kann erzielt werden. Die Zugabe von Mangan und Titan zur Legierung kann das Korn verfeinern, verstärken und die Korrosionsbeständigkeit verbessern.

Aluminium-Magnesium-Legierung

Die Legierung weist eine hohe Festigkeit, beste Korrosionsbeständigkeit, geringe Dichte und gute Luftdichtheit auf. Aluminium-Magnesium-Zweistoff-Gusslegierung, der Magnesiumgehalt beträgt bis zu 11,5 %, und der Magnesiumgehalt in der Mehrkomponentenlegierung beträgt im Allgemeinen etwa 5 %. Die Mikrostruktur der Legierung ist + (Mg5Al8)-Phase, und der Verstärkungseffekt der Wärmebehandlung ist nicht offensichtlich, hauptsächlich bei der Verstärkung durch feste Lösung. Wenn die (Mg5Al8)-Phase in einem Netzwerk entlang der Korngrenze ausfällt, verschlechtern sich die Korrosionsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften. Um die Ausfällung der (Mg5Al8)-Phase entlang der Korngrenze zu verhindern, wird sie meist im Zustand fester Lösung verwendet. Das Hinzufügen von Silizium und Mangan zur Legierung kann die Fließfähigkeit der Legierung verbessern.

Aluminium-Zink-Legierung

Die Legierung weist im Gusszustand die Eigenschaft einer abgeschreckten Mikrostruktur auf, und eine hohe Festigkeit kann ohne Wärmebehandlung erreicht werden, aber die Dichte der Legierung ist groß und sie ist nicht für die Herstellung von Flugzeugteilen geeignet. Das Legierungssystem besteht aus Zink auf der Basis einer Silica-Aluminium-Legierung, daher wird es auch als „Zink-Silicium-Aluminium“-Legierung bezeichnet.

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