Нови области на приложение на структурните компоненти
През 90-те години Audi постави крайъгълен камък в областта на леката конструкция с алуминий с първия A8 с конструкцията на космическата рамка. Още тогава Райнфелден беше партньор в разработването на отливки от сплави със сплав Silafont-36 (AlSi10MnMg), която сега се използва като стандарт в конструкцията на каросерията. Silafont-36 беше първата сплав, която позволи да се използва отливен алуминий в компоненти, свързани с катастрофата. В допълнение към минималното ниво на якост, такива компоненти изискват по-специално висока степен на пластичност, неизвестна досега при отливките.
Изображение 1 Audi A8 заден надлъжен елемент, изработен от Castasil-37 (дължина 1,4 м, тегло 10 кг). Изображение: Rheinfelden Alloys
Въз основа на този материал, използването на алуминиево леене под налягане за структурни компоненти се разшири значително през последните години при автомобилните производители у нас и в чужбина. По отношение на материалите в момента се преследват две основни цели за развитие: По-нататъшен напредък в леката конструкция чрез високоякостни алуминиеви материали и сплави, които са лесни за обработка и позволяват стабилен производствен процес. Таблица 1 показва четири нови материала, които Rheinfelden Alloys са разработили с оглед на тези цели и които са описани по-подробно по-долу.
Таблица 1 Химичен състав на нови разработки от сплави Rheinfelden (данните за свинете, отливките са частично по-широки).
Кастасил-37
При разработването на тази сплав акцентът беше върху желанието за прост и здрав производствен процес. Когато се използва сплав Silafont-36 (AlSi10MnMg), е необходима двустепенна топлинна обработка T7, за да бъдат изпълнени изискванията за компоненти, свързани с катастрофата. Подобна термична обработка изисква не само допълнителен производствен етап, но също така води до изкривяване на компонентите с желаната дебелина на тънките стени на компонентите (2-3 mm), което от своя страна прави необходимата работа по изправяне. Това прави производствения процес сложен и скъп. В допълнение, спектърът на леярни, които могат надеждно да произвеждат такива структурни компоненти с голяма площ, е забележимо ограничен.
Поради тези причини се търси материално решение, което да отговаря на изискванията за структурни компоненти без термична обработка. Резултатът е, че сплавът Castasil-37 е лесен за леене благодарение на високото си съдържание на силиций, което означава, че могат да се произвеждат големи площи, тънкостенни компоненти със сложна геометрия. В случай на съединителна технология, полезните им свойства на заваряване и адхезия са полезни. Ако се използва подходяща геометрия на нит и матрица, при серийно производство се постигат добри резултати за нитове. Тяхната висока чистота води до добра устойчивост на корозия. Пример за приложение е страничният елемент на Audi A8, който е направен от сплав Кастасил-37 (AlSi9MnMoZr) в продължение на няколко години (Фиг. 1, Таблица 2).
Таблица 2 Механични свойства
Кастадукт-42
Castaduct-42 е една от най-новите разработки за сплави от Rheinfelden Alloys. И тук целта беше прост и здрав производствен процес за отливане на структурни компоненти с отливка с допълнителни подобрени свойства на материала. Простият химичен състав отваря нови възможности за приложение. Високото съдържание на желязо води до много ниска склонност към залепване, което улеснява леенето и увеличава живота на плесента. Особено в случай на алуминиеви структурни компоненти, усилието, дължащо се на износване на плесен, е важен фактор за разходите. Подобно на Castasil-37, не е необходима топлинна обработка, за да се отговори на изискванията за компоненти, свързани с катастрофата. Таблица 2 показва механичните свойства на излятото състояние. Вдлъбнатината на Ерихсен корелира с опънатостта, характерна стойност от 3,6 mm с дебелина на стената от 3 mm е висока стойност (от стойност от 2,5 mm, обикновено се дава способност за закрепване).
Сплавта Castaduct-42 е тествана върху напречен носач в леярна Fonderie 2a (Сантена, Италия). В сравнение със сплавта, използвана в серийното производство (Magsimal-59, виж следващата точка), времето за пръскане и втвърдяване може да бъде значително намалено, което означава, че може да се очаква висока производителност и ниско износване на плесента. В сравнение със сплавите AlSi, сплавът Castaduct-42 има по-високо свиване. Това трябва да се вземе предвид при проектирането на компонента и отливката. Освен това ниското съдържание на Si води до много добра анодизуемост. Компонентите, изработени от Castaduct-42, също могат да бъдат анодизирани с добро оптично качество в черно, което едва ли е възможно при съдържащите Si сплави Al. Тестовете за корозия (тест за междузърнеста корозия и солен спрей) показаха по-добра устойчивост на корозия от AlSi10MnMg.
Magsimal-plus
Друга сплав, разработена от Rheinfelden Alloys, се основава на Magsimal-59, която се използва успешно от 20 години (фиг. 2).
Снимка 2 Рамка на вратата и купол на Porsche Panamera от Magsimal-59 (дължина 1,1 м, тегло 4,1 кг) Снимка: Rheinfelden Alloys
Тук акцентът е върху увеличаването на здравината с цел по-нататъшно усъвършенстване на леката конструкция. Със сплавта Magsimal-plus беше възможно да се постигне граница на провлачване между 230 и 240 MPa с 10% удължение при скъсване на големи структурни отливки след термична обработка T5 (Таблица 2). Това означава почти удвояване на якостта в сравнение с типичната граница на текучест от 120 MPa за структурни компоненти. По този начин може да се цели намаляване на теглото на компонентите с 30%. Намаляването на теглото от този мащаб води не само до желаното спестяване на тегло в компонента, но и до по-малък обем на метала при закупуване и в цеха за топене на леярната.
Сплавът Magsimal-plus е сплав със студено втвърдяване. Процесът на втвърдяване може да бъде съкратен чрез едноетапна термообработка T5. Освен това контролът на температурата по време на процеса на леене влияе върху свойствата на материала. Това изисква по-високо ниво на техническо ноу-хау при производството на структурни компоненти, отколкото при сплав тип Silafont-36 (AlSi10MnMg). Процесът на занитване на сплавта изисква корекции поради високата якост. След това нитове могат да се вмъкват без пукнатини върху големи структурни компоненти, направени от Magsimal-plus. Тестовете за корозия (IC и изпитване със солна мъгла) се оказаха значително по-добри, отколкото при сплавта Silafont-36 (AlSi10MnMg). В зависимост от приложението мерките за защита срещу корозия може да са излишни.
Силафонт-38
Сплавът Silafont-38 беше представен за първи път на Euroguss 2016. Целта на тази разработка е леката конструкция чрез увеличаване на якостта на материала, като се предвижда особено висока якост на провлачване над 180 MPa. Свойствата на материала, дадени в таблица 2, са постигнати върху структурни компоненти в леярни заводи с тегло на отливката до 11 kg и дължина на потока до 1 m. Начинът на топлинна обработка играе решаваща роля. Трябва да се постигне добър компромис между необходимите параметри на материала и изкривяването на компонентите, като в допълнение към температурите и времената на отгряване е важно охлаждането на въздуха след отгряването. Подобно на сплавта Magsimal-plus, способността за занитване е малко ограничена поради по-високата якост. С подходящ процес на занитване компонентите могат да бъдат съединени без пукнатини. Заваряемостта обикновено зависи не само от самия процес на заваряване, но също така до голяма степен от процеса на леене, използването на средства за освобождаване на мухъл и евакуацията на отливката. Ако тук се вземат необходимите мерки, Silafont-38 може да бъде заварен добре с помощта на MIG процеса.
Заключение
Последните разработки на материали от Rheinfelden Alloys позволяват разширяване на използването на алуминиево леене под налягане в структурни компоненти. С тези материали могат да се постигнат цели като по-нататъшно подобряване на леката конструкция чрез увеличаване на якостта на сплавта или просто, стабилно производство на структурни компоненти. Castasil-37 (AlSi9MnMoZr) е сплав, която е изпробвана и тествана в серийно производство в продължение на няколко години и по-специално прави ненужна термичната обработка на T6. Новоразработеният Castaduct-42 (AlMg4Fe2) носи допълнително опростяване в процеса на леене, по-добри материали и нитове, както и висока устойчивост на корозия. Сплавът Magsimal-plus (AlMg6Si2MnZr) може да се разглежда като високотехнологична сплав за структурни компоненти. Тяхната висока якост (Rp0,2 до 230–240 MPa) с добра пластичност поставя нови стандарти в олекотената конструкция с отливен алуминий. С помощта на сплав Silafont-38 (AlSi10MnMgZn) са възможни по-високи якости (Rp0,2 до 180-200 MPa), отколкото със Silafont-36 (AlSi10MnMg), който сега е стандарт.