AlZn10Si8Mg-Legierungen

Einführung in den Aluminiumdruckguss Das Druckgießen von Aluminiumlegierungen ist ein hocheffizientes Fertigungsverfahren, mit dem komplexe Metallteile in großen Mengen hergestellt werden können. Dabei wird eine geschmolzene Aluminiumlegierung unter hohem Druck in eine Form aus gehärtetem Stahl (die sogenannte Kokille) gespritzt. Das Verfahren wird besonders in der Automobil-, Elektronik-, Telekommunikations- und Industrieausrüstungsindustrie geschätzt, da es leichte Bauteile mit guter Maßgenauigkeit und Oberflächengüte erzeugt. Das ausgezeichnete Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht ist ein Hauptgrund dafür, dass Aluminium ein bevorzugtes Metall für den Druckguss ist. Die Komponenten aus Aluminiumlegierungen können die erforderliche mechanische Leistung für die strukturelle Anwendung erbringen und bieten ein Material mit einem hohen Grad an Produktgewichtsreduzierung. Darüber hinaus ermöglicht der Druckguss den Herstellern, mehrere Funktionen in ein einziges Teil zu integrieren. Rippen, Vorsprünge, Befestigungspunkte und dünne Wände können in einem einzigen Arbeitsgang gegossen werden, wodurch die Notwendigkeit einer sekundären Bearbeitung und Montage entfällt. Dies wiederum senkt die Produktionskosten und erhöht die Konsistenz und Wiederholbarkeit. Aufgrund dieser Vorzüge hat sich der Aluminiumdruckguss zu einem der beliebtesten Metallumformungsverfahren für die Produktion mittlerer bis hoher Stückzahlen entwickelt. Das Druckgussverfahren für Aluminium Die Vorbereitung und Einrichtung der Form beginnt mit der Vorbereitung der Stahlform. Die Form ist ein zweiteiliger Druckguss: eine feststehende und eine bewegliche Hälfte. Der Formhohlraum wird nach jedem Schuss besprüht und gereinigt. Diese Beschichtung ermöglicht die Kontrolle der Formtemperatur und sorgt dafür, dass der gegossene Feststoff leicht ausgeworfen werden kann, ohne an der Formoberfläche zu haften oder beschädigt zu werden. Einspritzen von geschmolzenem Aluminium In einem Ofen wird die Aluminiumlegierung geschmolzen und auf einer kontrollierten Temperatur gehalten, um die richtige Fließfähigkeit zu erreichen. Beim Druckguss wird eine bestimmte Menge geschmolzenen Metalls mit hohem Druck durch einen Hydraulikkolben in den Formhohlraum gespritzt. Der Druck kann zwischen mehreren tausend und mehr als 20.000 psi liegen, so dass das Metall kleine Bereiche und komplexe Geometrien vor der Erstarrung ausfüllen kann. Erstarrung und Abkühlung Nach dem Auffüllen des Hohlraums wird der Druck aufrechterhalten, bis das Aluminium abkühlt und erstarrt. Die schnelle Abkühlung der Stahlform führt zu einem feinen Gefüge, das die mechanischen Eigenschaften und die Oberflächengüte verbessert. Die Kanalkühlung innerhalb der Matrize reguliert die Temperatur und gewährleistet konstante Zykluszeiten. Auswerfen und Nachbearbeitung Wenn die Form gehärtet ist, öffnen sich die Hälften, und die Form wird mit Hilfe von Auswerferstiften aus der Form ausgeworfen. Überflüssiges Material, einschließlich Angüsse, Anschnitte und Grate, wird abgeschnitten. Je nach Anwendung können dann weitere Arbeitsgänge wie z. B. maschinelle Bearbeitung, Oberflächenbehandlung oder Wärmebehandlung am Teil durchgeführt werden. Das Ergebnis ist ein nahezu netzförmiges Aluminiumteil, das sich für anspruchsvolle industrielle Anwendungen eignet. Aluminiumlegierungen im Druckguss Legierungsbasierte Gussteile: Aluminium-Druckgusslegierungen sind so konzipiert, dass sie ein Gleichgewicht zwischen Gießbarkeit, mechanischer Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und thermischer Leistung herstellen. Im Gegensatz zu reinem Aluminium haben diese Legierungen einen kontrollierten Anteil an Silizium, Kupfer, Magnesium, Eisen und anderen Legierungselementen, um das Fließen, die Erstarrung und die Gebrauchstauglichkeit des geschmolzenen Metalls zu verbessern. Die Auswahl einer geeigneten Legierung ist von entscheidender Bedeutung, da jede Zusammensetzung ein einzigartiges Gleichgewicht von Festigkeit, Haltbarkeit, Gewicht, Kosten und Herstellbarkeit bietet. Im Folgenden werden die gängigsten Hochleistungs-Aluminiumdruckgusslegierungen näher betrachtet und es wird erläutert, was jede einzelne für eine bestimmte Anwendung geeignet macht. Mechanische Leistung und Festigkeit der Aluminiumlegierung A380 A380 wird als das Arbeitspferd des Aluminiumdruckgusses bezeichnet. Sie hat eine gute Zugfestigkeit (ca. 320 MPa) und Streckgrenze (ca. 160 MPa) im gegossenen Zustand. Obwohl sie nicht die beste Aluminiumlegierung auf dem Markt ist, bietet sie die beste Kombination aus Festigkeit und Duktilität für strukturelle Gehäuse, Abdeckungen und Halterungen. Vorteile der Aluminiumlegierung A360 Mechanische Leistung und Festigkeit A360 bietet die gleiche Zugfestigkeit wie A380 und hat eine bessere Leistung bei höheren Temperaturen. Die Streckgrenze liegt typischerweise bei 170 MPa, und diese Aluminiumlegierung ist unter Warmverarbeitungsbedingungen, wie z. B. in Motorräumen, stabil. Vorteile der Aluminiumlegierung ADC12 (Äquivalent zu A383) Mechanische Leistung und Festigkeit Das Gegenstück zu A383 ist ADC12, das eine mäßige Festigkeit aufweist, und die Zugfestigkeit beträgt in der Regel 180 bis 230 MPa. Obwohl es etwas schwächer ist als das A380, reicht es für die strukturelle Leistung zahlreicher Industrie- und Automobilkomponenten aus. Vorteile der Al-Si11Cu3-Aluminiumlegierung Mechanische Leistung und Festigkeit Al-Si11Cu3 zeichnet sich durch ausgewogene mechanische Eigenschaften aus. Die Zugfestigkeit liegt typischerweise über 300 MPa, bei guter Härte und mäßiger Duktilität. Es ist fester als ADC12 und ähnelt in den meisten strukturellen Anwendungen dem A380. Vorteile der Aluminiumlegierung B390 Mechanische Leistung und Festigkeit B390 wurde so hergestellt, dass es so hart und verschleißfest wie möglich ist. Es hat eine unglaublich hohe Streckgrenze (ca. 240 MPa) und eine Zugfestigkeit von 350 MPa. Die Härte liegt bei bis zu 120 Brinell, was im Vergleich zu den meisten Druckgusslegierungen sehr hoch ist. Vorteile Vergleichende Zusammenfassung Die Legierungen des Aluminiumdruckgusses werden wie folgt verwendet: Die Wahl einer geeigneten Legierung wird durch den Konstruktionsfaktor bestimmt, der Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Gewichtsreduzierung oder Gusskomplexität sein kann. Zusammenfassung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Aluminiumlegierungen Legierung A380 A360 ADC12 / A383 Al-Si11Cu3 B390 Silizium % 7,5-9,5 9-10 9,5-11,5 9,6-12 16-18 Kupfer % 3-4 ≤0,6 2-3 1,5-3,5 4-5 Magnesium % ≤0.1 0,4-0,6 ≤0,3 ≤0,35 ≤0,1 Dichte (g/cm³) 2,71 2,63 2,70 2,70 2,75 Zugfestigkeit (MPa) ~324 ~317 180-230 ~300 320-360 Streckgrenze (MPa) ~160 ~170 ~150 ~140 240-250 Dehnung (%) ~3,5 ~3.5 ~3 ~2-3 <1 Härte ~80 ~75 ~75 ~85 ~120 Korrosionsbeständigkeit mäßig exzellent mäßig mäßig mäßig Gießbarkeit exzellent mäßig exzellent sehr gut mäßig Verschleißfestigkeit gut gut mäßig gut exzellent Anwendungen von Aluminiumlegierungen Automobilindustrie Leichtgewichtige Struktur- und Antriebskomponenten Aluminiumlegierungen für die Automobilindustrie finden breite Anwendung bei der Herstellung von Motorblöcken, Getriebegehäusen, Aufhängungskomponenten und Strukturkonsolen. Sie sind pro Gewichtseinheit leistungsstark, reduzieren die Gesamtmasse des Fahrzeugs und verbessern die Kraftstoffeffizienz, wodurch sich die Reichweite eines Elektrofahrzeugs erhöht. Diese Aluminiumlegierung verbessert auch die Wärmeableitung in Motoren und Batteriesystemen, was die Leistung und Haltbarkeit erhöht. Luft- und Raumfahrtsektor Flugzeugstrukturen und Innenraumstrukturen Die Eigenschaften, die Aluminium ausmachen