Noi domenii de aplicare pentru componentele structurale
În anii 1990, Audi a stabilit o piatră de hotar în domeniul construcțiilor ușoare cu aluminiu cu primul A8 cu construcția cadrului spațial. Chiar și atunci, Rheinfelden a fost partener în dezvoltarea aliajelor turnate cu aliajul Silafont-36 (AlSi10MnMg), care este acum utilizat ca standard în caroserie. Silafont-36 a fost primul aliaj care a permis ca aluminiul turnat sub presiune să fie utilizat în componente relevante pentru accidente. În plus față de un nivel minim de rezistență, astfel de componente necesită, în special, o ductilitate ridicată necunoscută anterior în piese turnate.
Imaginea 1 Element longitudinal spate Audi A8 din Castasil-37 (lungime 1,4 m, greutate 10 kg). Imagine: Rheinfelden Alloys
Pe baza acestui material, utilizarea turnării sub presiune din aluminiu pentru componentele structurale s-a extins semnificativ în ultimii ani de către producătorii de automobile din țară și străinătate. În ceea ce privește materialele, se urmăresc în prezent două obiective principale de dezvoltare: Progrese suplimentare în construcția ușoară prin materiale și aliaje din aluminiu de înaltă rezistență, ușor de prelucrat și care permit un proces de fabricație robust. Tabelul 1 prezintă patru materiale noi pe care aliajele Rheinfelden le-au dezvoltat având în vedere aceste obiective și care sunt descrise mai detaliat mai jos.
Tabelul 1 Compoziția chimică a noilor dezvoltări de către aliajele Rheinfelden (datele pentru porci, piesele turnate sunt parțial mai largi).
Castasil-37
La dezvoltarea acestui aliaj, accentul a fost pus pe dorința unui proces de fabricație simplu și robust. Atunci când se utilizează aliajul Silafont-36 (AlSi10MnMg), este necesar un tratament termic T7 în două trepte dacă sunt îndeplinite cerințele pentru componentele relevante pentru accidente. Un astfel de tratament termic nu numai că necesită o etapă de fabricație suplimentară, dar conduce și la distorsionarea componentelor cu grosimea de perete subțire dorită a componentelor (2-3 mm), ceea ce, la rândul său, face necesară lucrarea de îndreptare. Acest lucru face ca procesul de fabricație să fie complex și costisitor. În plus, spectrul de turnătorii care pot fabrica în mod fiabil astfel de componente structurale de suprafață mare este limitat în mod vizibil.
Din aceste motive, s-a căutat o soluție materială care să îndeplinească cerințele pentru componentele structurale fără tratament termic. Rezultatul, aliajul Castasil-37 este ușor de turnat datorită conținutului ridicat de siliciu, ceea ce înseamnă că pot fi fabricate componente cu suprafață mare, cu pereți subțiri, cu o geometrie complexă. Când vine vorba de îmbinarea tehnologiei, adecvarea lor pentru sudare și lipire este benefică. Dacă se utilizează o geometrie potrivită pentru nituire și matriță, se obțin rezultate bune de nituire în producția de serie. Puritatea lor ridicată duce la o bună rezistență la coroziune. Un exemplu de aplicare este elementul lateral al Audi A8, care a fost fabricat din aliaj Castasil-37 (AlSi9MnMoZr) de câțiva ani (Fig. 1, Tabelul 2).
Tabelul 2 Proprietăți mecanice
Castaduct-42
Castaduct-42 este una dintre cele mai noi dezvoltări ale aliajelor de la Rheinfelden Alloys. Și aici, scopul a fost un proces de fabricație simplu și robust pentru componente structurale turnate sub presiune cu proprietăți materiale îmbunătățite în continuare. Compoziția chimică simplă deschide noi posibilități de aplicare. Conținutul ridicat de fier duce la o tendință foarte mică de lipire, ceea ce facilitează turnabilitatea și crește durata de viață a mucegaiului. În special în cazul componentelor structurale din aluminiu, efortul datorat uzurii matriței este un factor important de cost. Similar cu Castasil-37, nu este necesar un tratament termic pentru a îndeplini cerințele pentru componentele relevante pentru accidente. Tabelul 2 prezintă proprietățile mecanice ale stării as-cast. Depresiunea Erichsen se corelează cu nituibilitatea, o valoare caracteristică de 3,6 mm cu o grosime a peretelui de 3 mm este o valoare ridicată (de la o valoare de 2,5 mm, netația este în general dată).
Aliajul Castaduct-42 a fost testat pe o traversă la turnătoria Fonderie 2a (Santena, Italia). În comparație cu aliajul utilizat în producția de serie (Magsimal-59, vezi punctul următor), timpul de pulverizare și solidificare ar putea fi redus semnificativ, ceea ce înseamnă că se poate aștepta o productivitate ridicată și se poate concluziona uzura redusă a mucegaiului. Comparativ cu aliajele AlSi, aliajul Castaduct-42 are o contracție mai mare. Acest lucru trebuie luat în considerare la proiectarea componentei și a matriței de turnare. În plus, conținutul scăzut de Si duce la o anodisabilitate foarte bună. Componentele din Castaduct-42 ar putea fi, de asemenea, anodizate cu o calitate optică bună în negru, ceea ce este greu posibil cu aliajele de Al care conțin Si. Testele de coroziune (coroziunea intergranulară și testul de pulverizare cu sare) au arătat o rezistență mai bună la coroziune decât AlSi10MnMg.
Magsimal-plus
Un alt aliaj dezvoltat de Rheinfelden Alloys se bazează pe Magsimal-59, care a fost utilizat cu succes de 20 de ani (Fig. 2).
Imaginea 2 Cadru de ușă și cupolă de montare a Porsche Panamera din Magsimal-59 (lungime 1,1 m, greutate 4,1 kg) Imagine: Rheinfelden Alloys
Aici accentul este pus pe creșterea rezistenței pentru a avansa în continuare construcția ușoară. Cu aliajul Magsimal-plus, a fost posibil să se obțină o rezistență la randament între 230 și 240 MPa la 10% alungire la rupere în piese turnate structurale mari după tratamentul termic T5 (Tabelul 2). Aceasta înseamnă aproape o dublare a rezistenței în comparație cu rezistența la randament tipică de 120 MPa pentru componentele structurale. În acest fel, se poate urmări o reducere a greutății componentelor de 30%. O reducere a greutății de această magnitudine nu duce doar la economiile de greutate dorite în componentă, ci și la un volum mai mic de metal la achiziționare și la atelierul de topire al turnătoriei.
Aliajul Magsimal-plus este un aliaj de întărire la rece. Procesul de întărire poate fi scurtat printr-un tratament termic T5 într-o etapă. În plus, controlul temperaturii în timpul procesului de turnare afectează proprietățile materialului. Acest lucru necesită un nivel mai ridicat de cunoștințe tehnice în producția de componente structurale decât pentru tipul de aliaj Silafont-36 (AlSi10MnMg). Procesul de nituire a aliajului necesită ajustări datorită rezistenței ridicate. Nituri pot fi apoi introduse fără fisuri pe componente structurale mari din Magsimal-plus. Testele de coroziune (test IC și spray cu sare) s-au dovedit semnificativ mai bune decât cu aliajul Silafont-36 (AlSi10MnMg). În funcție de aplicație, măsurile de protecție împotriva coroziunii pot fi inutile.
Silafont-38
Aliajul Silafont-38 a fost prezentat pentru prima dată la Euroguss 2016. Scopul acestei dezvoltări a fost construcția ușoară prin creșterea rezistenței materialului, cu o rezistență deosebit de mare la randament mai mare de 180 MPa. Proprietățile materialului date în tabelul 2 au fost realizate pe componentele structurale din instalațiile de turnare sub presiune cu greutăți de turnare de până la 11 kg și lungimi de curgere de până la 1 m. Modul de tratament termic joacă un rol crucial. Trebuie realizat un compromis bun între parametrii necesari ai materialului și distorsiunea componentelor, prin care, pe lângă temperaturile și timpii de recoacere, este importantă stingerea aerului după recoacere. Similar cu aliajul Magsimal-plus, nitibilitatea este oarecum limitată datorită rezistenței mai mari. Cu un proces de nituire adecvat, componentele pot fi îmbinate fără fisuri. Sudabilitatea depinde, în general, nu numai de procesul de sudare în sine, ci și în mare măsură de procesul de turnare, de utilizarea agenților de eliberare a matriței și de evacuarea matriței de turnare. Dacă se iau măsurile necesare aici, Silafont-38 poate fi sudat bine folosind procesul MIG.
Concluzie
Cele mai recente dezvoltări ale materialelor din aliajele Rheinfelden permit extinderea utilizării turnării sub presiune din aluminiu în componentele structurale. Obiective precum o îmbunătățire suplimentară a construcției ușoare prin creșterea rezistenței aliajului sau producția simplă și robustă a componentelor structurale pot fi atinse cu aceste materiale. Castasil-37 (AlSi9MnMoZr) este un aliaj care a fost încercat și testat în producția de serie de câțiva ani și, în special, face inutil tratamentul termic T6. Nou dezvoltat Castaduct-42 (AlMg4Fe2) aduce simplificare suplimentară în procesul de turnare, materiale mai bune și proprietăți de nituire, precum și rezistență ridicată la coroziune. Aliajul Magsimal-plus (AlMg6Si2MnZr) poate fi văzut ca un aliaj de înaltă tehnologie pentru componentele structurale. Rezistența lor ridicată (Rp0.2 până la 230-240 MPa) combinată cu o ductilitate bună stabilește noi standarde în construcția ușoară cu aluminiu turnat sub presiune. Cu ajutorul aliajului Silafont-38 (AlSi10MnMgZn) sunt posibile rezistențe mai mari (Rp0,2 până la 180-200 MPa) decât cu Silafont-36 (AlSi10MnMg), care este acum standardul.