Нови области на примена на структурните компоненти
Во 90-тите години на минатиот век, Ауди постави пресвртница во полето на лесна конструкција со алуминиум со првиот А8 со конструкција на вселенската рамка. Уште тогаш, Рајнфелден беше партнер во развојот на леани легури со легурата Силафонт-36 (AlSi10MnMg), која сега се користи како стандард во каросеријата. Силафонт-36 беше првата легура што овозможи да се употреби алуминиум од леано фрлање во компонентите што се однесуваат на несреќи. Покрај минималното ниво на јачина, таквите компоненти бараат, особено, висок степен на еластичност претходно непозната при леење.
Слика 1 Заден надолжен член на Audi A8 изработен од Castasil-37 (должина 1,4 m, тежина 10 kg). Слика: Легури на Рајнфелден
Врз основа на овој материјал, употребата на алуминиумско леење за умирање за структурни компоненти значително се прошири во последниве години од производителите на автомобили дома и во странство. Од страна на материјалите, во моментов се следат две главни развојни цели: Понатамошен напредок во лесната конструкција преку алуминиумски материјали и легури со поголема цврстина што се лесни за обработка и овозможуваат робустен процес на производство. Табела 1 прикажува четири нови материјали кои Рајнфелден легури ги развија со оглед на овие цели и кои се подетално опишани подолу.
Табела 1 Хемиски состав на новите достигнувања од Рајнфелден легури (податоците за свињи, леење се делумно пошироки).
Кастасил-37
При развивањето на оваа легура, фокусот беше насочен кон желбата за едноставен и робустен процес на производство. Кога се користи легурата Силафонт-36 (AlSi10MnMg), неопходен е двостепен Т7 термички третман, ако треба да се исполнат барањата за компонентите поврзани со падот. Таквиот термички третман не само што бара дополнителен чекор на производство, туку доведува и до нарушување на компонентите со посакуваната дебелина на тенкиот wallид на компонентите (2-3 мм), што пак ја прави неопходна работата за исправување. Ова го прави процесот на производство сложен и скап. Покрај тоа, спектарот на леарници кои можат со сигурност да произведат вакви големи структурни компоненти е значително ограничен.
Од овие причини, се бараше материјално решение што ќе ги исполни барањата за структурните компоненти без термичка обработка. Резултатот, легурата Кастасил-37 е лесна за леење благодарение на високата содржина на силикон, што значи дека може да се произведат компоненти со големи areaидови со голема површина и сложена геометрија. Во случај на приклучување кон технологијата, нивните добри својства на заварување и лепило се корисни. Ако се користи соодветна геометрија за занитвам и матрица, во сериското производство се постигнуваат добри резултати за заковување. Нивната висока чистота доведува до добра отпорност на корозија. Пример за примена е страничниот член на Audi A8, кој е направен од легурата Кастасил-37 (AlSi9MnMoZr) веќе неколку години (слика 1, табела 2).
Табела 2 Механички својства
Кастадукт-42
Кастадукт-42 е еден од најновите достигнувања на легури од легурите на Рајнфелден. И тука, целта беше едноставен и робустен процес на производство на умрените структурни компоненти со дополнително подобрени својства на материјалот. Едноставниот хемиски состав отвора нови можности за примена. Големата содржина на железо доведува до многу мала тенденција на лепење, што ја олеснува способноста за леење и го зголемува животот на мувлата. Особено во случај на алуминиумски структурни компоненти, напорот заради абење на мувла е важен фактор на трошоците. Слично на Кастасил-37, не е потребен термички третман за да се исполнат барањата за компонентите што се однесуваат на падот. Табелата 2 ги прикажува механичките својства на состојбата на леано. Депресијата на Ерихен е во корелација со обновливоста, карактеристична вредност од 3,6 мм со дебелина на wallидот од 3 мм е висока вредност (од вредност 2,5 мм, генерално е дадена обновување).
Легурата Кастадукт-42 беше тестирана на гредалка во леарницата Фондери 2а (Сантена, Италија). Во споредба со легурата што се користи во сериско производство (Магзимал-59, видете во следната точка), времето на прскање и зацврстување може значително да се намали, што значи дека може да се очекува голема продуктивност и да се заклучи мало абење на мувла. Во споредба со легурите AlSi, легурата Кастадукт-42 има поголемо намалување. Ова мора да се земе предвид при дизајнирање на компонентата и калапот за лиење. Покрај тоа, ниската содржина на Si доведува до многу добра анодизабилност. Компонентите изработени од Кастадукт-42 исто така може да се анодизираат со добар оптички квалитет во црно, што е тешко возможно со легурите на Ал кои содржат Si. Тестовите за корозија (тест за интергрануларна корозија и спреј за сол) покажаа подобра отпорност на корозија од AlSi10MnMg.
Максимал-плус
Друга легура развиена од Рајнфелден легури се базира на Магзимал-59, кој успешно се користи 20 години (Слика 2).
Фотографија 2 Рамка на вратата и купола на потпора на Порше Панамера изработена од Магзимал-59 (должина 1,1 м, тежина 4,1 кг) Фото: Легури на Рајнфелден
Тука фокусот е насочен кон зголемување на силата со цел понатамошно унапредување на лесната конструкција. Со легурата Магзимал плус, беше можно да се постигне јачина на принос помеѓу 230 и 240 MPa со 10% издолжување при прекин во големи структурни леани делови по термичка обработка на Т5 (Табела 2). Тоа значи скоро двојно зголемување на јачината во споредба со типичната јачина на принос од 120 MPa за структурните компоненти. На овој начин, може да се насочи кон намалување на тежината на компонентата од 30%. Намалувањето на тежината од оваа големина доведува не само до посакуваната заштеда на тежина во компонентата, туку и до помал волумен на метал при набавка и во продавницата за топење на леарницата.
Легурата „Максимал плус“ е легура на стврднување на ладно. Процесот на лекување може да се скрати со едностепен Т5 термички третман. Покрај тоа, контролата на температурата за време на процесот на леење влијае на својствата на материјалот. Ова бара повисоко ниво на техничко знаење во производството на структурни компоненти отколку кај легурата тип Silafont-36 (AlSi10MnMg). Процесот на заниткување на легурата бара прилагодувања поради високата јачина. Заковките може да се вметнат без пукнатини на големи структурни компоненти изработени од Magsimal-plus. Тестовите за корозија (тест за ИЦ и спреј за сол) се покажаа значително подобри отколку со легурата Силафонт-36 (AlSi10MnMg). Во зависност од примената, мерките за заштита од корозија може да бидат непотребни.
Силафонт-38
Легурата Силафонт-38 беше претставена за прв пат на Еврогус 2016 година. Целта на овој развој беше лесна конструкција со зголемување на јачината на материјалот, со наменета особено висока јачина на принос поголема од 180 MPa. Карактеристиките на материјалот дадени во Табела 2 се постигнати на структурните компоненти во постројките за леење со умре со тежини на леење до 11 кг и должини на проток до 1 м. Начинот на термичка обработка игра клучна улога. Мора да се постигне добар компромис помеѓу потребните параметри на материјалот и изобличувањето на компонентите, при што покрај температурите и времињата на обложување, важно е и гаснење на воздухот по обложување. Слично на легурата „Максимал плус“, способноста за заковување е нешто ограничена како резултат на поголема јачина. Со соодветен процес на заковување, компонентите може да се спојат без пукнатини. Заварливоста генерално зависи не само од самиот процес на заварување, туку и во голема мера од процесот на леење, употребата на средства за ослободување на мувла и евакуацијата на калапот за леење. Ако тука се преземат потребните мерки, Silafont-38 може добро да се заварува со користење на процесот MIG.
Заклучок
Најновите достигнувања на материјалот од легурите на Рајнфелден овозможуваат проширување на употребата на леење на алуминиумски умре во структурните компоненти. Цели како што е понатамошно подобрување на лесната конструкција со зголемување на јачината на легурата или едноставно, робусно производство на структурни компоненти може да се постигнат со овие материјали. Кастасил-37 (AlSi9MnMoZr) е легура што е испробана и тестирана во сериско производство веќе неколку години и, особено, го прави термичкиот третман на Т6 непотребен. Новоразвиениот Кастадукт-42 (AlMg4Fe2) носи дополнително поедноставување во процесот на леење, подобар материјал и занитвам, како и висока отпорност на корозија. Легурата Максимал-плус (AlMg6Si2MnZr) може да се гледа како високо-технолошка легура за структурни компоненти. Нивната висока јачина (Rp0,2 до 230-240 MPa) во комбинација со добра еластичност поставуваат нови стандарди во лесна конструкција со леано алуминиум. Со помош на легурата Silafont-38 (AlSi10MnMgZn), можни се поголеми јачини (Rp0,2 до 180-200 MPa) отколку со Silafont-36 (AlSi10MnMg), кој сега е стандард.