Передовые инновации алюминиевого литья под давлением 2022 года

В последние годы с быстрым развитием авто, авиакосмической и компьютерной промышленностей к литьям предъявляются выше требования: легкость, высокая вязкость, коррозионная стойкость. Для алюминиевых сплавов обработка и формовка высокопрочных, вязких, коррозионностойких, деформируемых сплавов и процесс формовки крупных сложных деталей стали исследовательскими горячими точками легких сплавов. Однако большинство механических свойств литых алюминиевых сплавов в состоянии литья под давлением — низкая предельная прочность и низкое удлинение.

Зачем обсуждать новые алюминиевые сплавы для литья под давлением?

С развитием технологий спрос на высокопрочные легкие литья растет, и преимущества литья под давлением для изготовления алюминиевых деталей привлекают внимание. Процесс литья под давлением (die-casting) — специальный литейный процесс, широко используемый в обработке. Заполнение жидким или полужидким металлом формы литья под давлением на высокой скорости под высоким давлением, застывание под давлением для получения литья.

Так как литья под давлением имеют преимущества: высокая размерная точность, высокая прочность, высокая утилизация материала — литье под давлением и высокопрочное литье широко применяются для компонентов сложной формы и средних нагрузок.

Плотность алюминия лишь ~1/3 от железа, меди, цинка и др. сплавов — один из литейных сплавов, отвечающих требованиям легкости. Кроме того, алюминий имеет высокую удельную прочность и жесткость, хорошие реологические свойства пластического тела. Узкий интервал кристаллизации, малая линейная усадка и др. преимущества — легко формовать и резать, высокие механические свойства и коррозионная стойкость. На базе этих преимуществ алюминиевые сплавы стали одним из высокопрочных вязких литейных сплавов.

Алюминиевые литья под давлением имеют отличный эффект снижения веса в авто, авиа и др. отраслях. С 1980-х быстрые развитие автопрома толкало смежные отрасли, развитие авто — интеллектуализация, облегчение, модульность. Технология замены чугунных литьев алюминиевыми, инженерными пластиками и углеродным волокном развивается стремительно. Более 40 видов деталей — теплообменники, цилиндры блоков, водяные насосы, колесные диски — из алюминиевых сплавов.

Новые литейные алюминиевые сплавы

Автопром развивается по запросам энергетики, безопасности, комфорта. Потребности автопрома в материалах — эпоха применения алюминий-магниевых сплавов вместо стали, чугуна и других энергозатратных тяжелых материалов.

Традиционные кузовные детали — стамповка стальных листов, гидрозакручивание или сварка отдельных листов. При использовании алюминиевых сплавов нужны высокая прочность и вязкость. Преимущество алюминия — высокая интеграция деталей. Требования к свойствам разные: где-то нужно повысить удлинение, где-то — коррозионную стойкость. С развитием высоковакуумного литья под давлением к свойствам литьев предъявляются более высокие требования к сплавам с отличными характеристиками.

Для удовлетворения спроса на высокопластичные алюминиевые сплавы ученые Германии и Японии с 1990-х исследуют высокопластичные Al-Si-Mg сплавы на базе высоковакуумной технологии. В новых литейных алюминиевых сплавах компании Rheinland Aluminum (Германия): Maximal-59, Sila-font-36, Castasil-37 — содержание Fe контролируют < 0.2% для обеспечения вязкости и прочности литья. Феномен прилипания подавляют, добавляя 0.5–0.8% Mn. После испытаний удлинение стандартного пробы Maximal-59 в литом состоянии достигает 17%, используется для автодверей.

Кондо Кайли использовал Silafont-36 как базовый сплав, получая разные механические свойства контролем Mg. Исследование показало: при массовой доле Mg 0.33–0.40% сплав показывает лучшее удлинение и сжатую прочность.

Немецкие ученые разработали сплавы Aural-2 и Aural-3. Aural-3 — хорошая текучесть и наполнение, может термически обрабатываться за счет добавления Mg, после застывки получают новый высокопрочный вязкий сплав. Удлинение 5–12%, предел текучести σ0.2 = 250 МПа.

В настоящее время многие китайские предприятия и НИИ разрабатывают высокопрочные вязкие алюминиевые сплавы для кузовных деталей. В сотрудничестве разработан высокопластичный теплостойкий литой алюминиевый сплав и метод его литья под давлением.

Сплав относится к Al-Si-Mg системе, описывает содержание Si, Cu, Mg, задает следовые элементы Sc и M (хотя бы один из Ti, Zr, V). Предел текучести 169 МПа, удлинение 10.0%, высокотемпературная прочность при 200 °C — 190 МПа, высокотемпературное удлинение 14.0%. Отличные комнатные и высокотемпературные свойства, применим в автодеталях без застывочного термообработки. Квантифицированные потребности развития.

Подводя итог: текущие исследования новых высокопрочных вязких литейных алюминиевых сплавов фокусируются на системе Al-Si-Mg. Благодаря добавлению Mg в Al-Si сплаве образуется Mg2Si, при застывке образуется твердый раствор. Mg также формирует высококоррозионностойкую спинельную пленку на поверхности расплава, повышая коррозионную стойкость литьев.

Теоретически комплексное укрепляющее действие Cu в Al-Si сплавах более значимо. По сравнению с Mg, Cu легче образует центры кристаллизации в алюминиевом сплаве, свойства улучшаются после термообработки, но скорость растворения Cu в алюминиевом сплаве ниже Mg, применение в Al-Si ограничено. Исследование новых высокопрочных вязких свойств Al-Si-Cu сплавов требует дальнейшего обсуждения, имеет большое значение для разработки новых высокопрочных вязких алюминиевых сплавов.