A357 aluminiumlegering sammansättning: kisel, magnesium och värmebehandling förklaras

Om en ritning anger A357-T6 och en leverantör skickar A356-T6, kommer delarna fortfarande att bulta ihop. De kommer fortfarande att mäta korrekt på en CMM. De kan till och med klara ett bänktest. Vad de inte kommer att göra är att uppnå den sträckgräns som designen antog, och det underskottet tenderar att dyka upp månader senare som ett sprucket hus, en gråtande tätningsyta eller ett utmattningsfel vid en bultbov. Skillnaden i kemi är liten på pappret, det är just därför den slinker igenom inkommande besiktning.

A357 aluminiumlegeringssammansättning, i vikt, är 6,5 till 7,5 procent kisel, 0,40 till 0,70 procent magnesium, maximalt 0,20 procent järn, högst 0,20 procent koppar, högst 0,10 procent mangan, högst 0,10 procent zink och högst 0,20 procent titan . Aluminium utgör balansen. Jämfört med A356 rör sig både magnesiumgolvet och magnesiumtaket uppåt, och järngränsen hålls hårdare. Dessa två skift är det som ger ungefär 15 procent mer sträckgräns efter en ordentlig T6-värmebehandling.

Det är det korta svaret. Resten av den här artikeln bryter ner kemin element för element, jämför A357 mot A356 och 356 på reella tal, och förklarar sedan hur gjutvägen och åldringscykeln avgör om den kemin blir en pålitlig strukturell del eller en dyr hög med skrot.

A357 aluminiumlegeringssammansättning: hela kemin, grundämne för grundämne

Tabellen nedan listar de publicerade sammansättningsgränserna för A357.0-gjutbeteckningen, tillsammans med ett praktiskt målfönster som gjuterier faktiskt siktar på inom dessa gränser. Gränserna kommer från standardspecifikationerna för aluminiumgjutning som används inom branschen, och samma siffror visas i Aluminium Associations beteckningsblad och i ASM Handbook, Volume 15: Casting, som förblir standardreferensen för aluminiumgjutmetallurgi.

En detalj som fångar köparna ur vakt: vissa A357-varianter tillåter en mycket liten berylliumtillsats, i intervallet 0,04 till 0,07 procent, för att runda av de järnbärande blodplättarna. Andra sätter beryllium på 0,0007 procent och förbjuder det i praktiken. Om en del är avsedd för en reglerad miljö eller en bearbetningscell med strikta luftbehandlingsregler, ändras den enda raden på specifikationsbladet vilken smältverkstad som kan citera dig.

Vad varje element faktiskt gör i en gjutning

Kisel vid 6,5 till 7,5 procent

Kisel är anledningen till att denna legering överhuvudtaget kan hällas. Det sänker smältområdet och trycker legeringen mot aluminium-kisel-eutektiken, som ligger nära 577 grader Celsius. Vid ungefär 7 procent kisel är legeringen hypoeutektisk, så den stelnade strukturen är en blandning av aluminiumdendriter omgiven av ett fint eutektiskt nätverk. Det nätverket är det som ger dig tunnväggig fluiditet, motstånd mot heta rivning och en rimligt låg krympspänning.

Släpp kisel under intervallet och felkörningar och heta tårar blir rutin. Skjut den över intervallet och det eutektiska kislet förgrovs till nålformade plattor som fungerar som inre skåror. Omodifierat eutektiskt kisel i en A357-gjutning kan dra ned töjningen med 40 procent eller mer jämfört med en korrekt modifierad smälta, varför en strontiumtillsats på cirka 0,010 till 0,020 procent, eller en natriumbaserad modifierare, är standardpraxis.

Magnesium vid 0,40 till 0,70 procent

Magnesium är det härdande elementet och den främsta anledningen till att A357 finns som en separat legering. Under artificiellt åldrande fäller fin magnesiumsilicid ut kärnor i aluminiummatrisen och blockerar dislokationsrörelse. A356 kapslar magnesium vid 0,45 procent; A357 tillåter upp till 0,70 procent. Det extra magnesiumet höjer den topplagrade flytgränsen med ungefär 20 till 30 MPa när allt annat är lika.

Avvägningen är processkänslighet. A357 sitter närmare kanten av sin löslighetsgräns, så en kort lösningsbehandling eller en ojämn släckning lämnar oupplöst magnesiumsilicid bakom sig, och delen underpresterar då sin specifikation samtidigt som den klarar en spektrokontroll av det inkommande götet.

Stryk på 0,20 procent max

Järn är duktilitetens tysta mördare. Över ungefär 0,25 procent i en 7 procent kisellegering, bildar järn beta-fas Al5FeSi blodplättar som är spröda, plattliknande och benägna att spricka under belastning. Att hålla järnet på 0,20 procent eller lägre, och helst 0,15 procent för arbete av högsta kvalitet, håller dessa blodplättar små och mindre skadliga. Denna snävare järngräns, mer än magnesium, är det som skiljer en premium A357-smälta från en vanlig sekundär legering.

Titan och kornförfining

Titan vid 0,10 till 0,15 procent, normalt infört genom en Al-5Ti-1B masterlegering, begränsar korntillväxt under stelning. Fina likaxliga korn förbättrar matningen, sprider krympningporositeten till mindre och bättre fördelade porer och höjer både draghållfasthet och töjning. En smälta som har avgasats och modifierats men inte kornraffinerad kommer att visa grova kolonnformade korn och en bredare spridning i mekaniska testresultat.

Koppar, mangan, zink och spårhinken

Koppar är begränsat till 0,20 procent eftersom det försämrar korrosionsprestandan i våta eller salthaltiga miljöer. Mangan vid 0,10 procent maximalt modifierar järnfasen något men kan inte rädda en smälta som redan är järntung. Zink vid maximalt 0,10 procent är till stor del en skrotkontrollparameter. De samlade gränserna, 0,05 procent för varje enskilt ospecificerat element och 0,15 procent totalt, finns för att förhindra okända rester från att förändra stelningsbeteendet hos legeringen.

A357 vs A356 vs 356: Där siffrorna separeras

Dessa tre legeringar citeras ofta omväxlande, och på en ritningsrevision kan de se ut som prästvarianter. Det är de inte. Tabellen nedan visar typiska publicerade T6-värden; faktiska siffror rör sig med gjutningsprocessen, sektionstjockleken och positionen kupongen klipps från.

Den praktiska läsningen: om din spänningsanalys antog A357 sträckgräns och du får A356, har du tyst förlorat cirka 50 MPa i marginal. På en del med säkerhetsfaktor 3 är det osynligt. På en del dimensionerad till en säkerhetsfaktor på 1,4 är det skillnaden mellan ett godkänt utmattningstest och en omkonstruktion.

Värmebehandling: Varför kemin ensam inte räcker

Du kan slå varje nummer i Tabell 1 och fortfarande producera en mjuk del. Legeringen når sin specificerade styrka först efter en trestegs T6-cykel, och varje steg har ett smalt praktiskt fönster.

1. Lösningsbehandling vid ungefär 540 grader Celsius i 6 till 12 timmar, tillräckligt lång för att lösa upp de magnesiumrika faserna tillbaka till fast lösning.
2. Släckning, vanligtvis i varmt vatten eller ett polymerbad, tillräckligt snabbt för att fånga in en övermättad fast lösning men långsam nog för att undvika skevning av tunna sektioner.
3. Konstgjord åldring vid ungefär 155 till 170 grader Celsius i 4 till 8 timmar för att fälla ut de fina magnesiumsilicidpartiklarna som gör själva förstärkningen.

Det klassiska felläget är en släckningsfördröjning som är längre än vad legeringen tål. A357 är känsligare här än A356 eftersom den högre magnesiumhalten innebär att mer löst ämne måste kvarhållas i lösningen. En fördröjning på några minuter mellan att dra i lasten och att träffa kyltanken kan sjunka sträckgränsen långt under det specificerade minimumet samtidigt som draghållfastheten endast marginellt påverkas, vilket gör problemet svårt att upptäcka med en enda hårdhetskontroll.

Värmebehandlade motorcylinderdelar i aluminium och liknande strukturella gjutgods är en bra illustration av vinsten. Samma geometri, hälld från samma smälta, kan komma ut ur ugnen med antingen 250 MPa eller 290 MPa sträckgräns beroende enbart på hur härdningen sköttes.

Bilmotorcylinderdelar i aluminium Rice Transplanter Reservdelar Visa produkt →

Gjutvägen förändrar vad samma kemi levererar

A357 är överväldigande en gravitationsfamiljslegering. Den hälls i sandformar, investeringsskal, permanenta stålformar och lågtrycksgjutformar. Det är inte en naturlig passform för konventionell högtrycksgjutning, och anledningen är gas, inte kemi.

Högtryckspressgjutning fyller en form på millisekunder och fångar upp luft- och formsmörjmedelsnedbrytningsprodukter inuti metallen. Dessa tomrum är osynliga tills delen går in i en lösningsbehandlingsugn vid 540 grader Celsius, då det inre trycket ökar och ytan blir blåsor. A357 är beroende av T6 för att nå sin styrka, så processen och legeringen drar i motsatta riktningar. Om du vill ha A357-kemin i en högtrycksdel måste du generellt acceptera ett gjutet eller lågtemperatur-åldrat tillstånd och en motsvarande lägre hållfasthet.

Lågtrycksgjutning sitter i en användbar mellanväg. Fyllningen är långsam och kontrollerad, stigarröret matar metall under tryck genom stelning, och gasinneslutningen är mycket lägre än i ett högtrycksskott. Det gör lågtrycks A357 till en realistisk väg för delar som behöver både väggtjocklekskontroll och fulla T6-egenskaper. Om du vill ha bakgrunden om hur processen fyller ett hålrum, denna förklaring av hur pressgjutning av aluminium fungerar går igenom fyllsekvensen steg för steg.

En praktisk jämförelse av de tre vägarna för arbete av A357-typ:

• Sandgjutning ger den största designfriheten och den långsammaste stelnandet, vilket förgrovar mikrostrukturen och minskar töjningen om inte kyla används.
• Permanent formgjutning påskyndar kylningen, förfinar kornstrukturen och tillför vanligtvis 20 till 30 MPa draghållfasthet över sand för samma legering.
• Lågtrycksgjutning kombinerar en permanent form med kontrollerad fyllning, vilket håller gasporositeten tillräckligt låg för en fullständig T6-cykel på tjockväggiga delar.

Bilcylinderkroppsdelar Bensinmotorlåda för pressgjutning av aluminium Visa produkt →

Defekter som spårar tillbaka till sammansättning eller smälthantering

De flesta A357-kasseringar orsakas inte av att legeringen är fel. De orsakas av att smältan behandlas fel. De fem återkommande problemen är dessa:

Gasporositet. Vätelösligheten i flytande aluminium är ungefär tjugo gånger dess löslighet i fast aluminium. Eventuellt väte som finns kvar i smältan efter avgasning blir runda porer när metallen fryser. Fixeringen är roterande avgasning med argon eller kväve plus en ren, torr laddning och en uppmätt vätenivå under cirka 0,15 ml per 100 g aluminium för konstruktionsarbete.

Krympporositet. A357 drar ihop sig ungefär 6 till 7 volymprocent vid stelning. Matningsvägar, stigrör och kylningar måste utformas så att den sista vätskan som fryser sitter i en stigare snarare än i en bultbov. Tjock-till-tunna övergångar är där detta dyker upp först.

Oxidinneslutningar. Aluminiumoxid bildas på några sekunder på en störd smältyta. Turbulent gjutande veck viker filmen in i gjutgodset, och det producerar en linjär defekt som visar sig på ett bearbetat ansikte som en mörk strimma som inte kommer att poleras ut.

Het rivning. A357:s kiselhalt ger den bra motstånd, men en låg kisel eller dåligt kornförfinad smälta kommer att rivas vid skarpa inre hörn under de första minuterna av kylning. Radius hörnen och håll titan i mitten av sitt sortiment.

Blåsor under T6. Detta är ett processvalsfel snarare än ett kemifel, och det är den enskilt vanligaste anledningen till att en köpare upptäcker att deras valda gjutningsväg inte kan leverera det angivna temperamentet.

Där A357-delar tjänar sitt behåll

A357 dyker upp varhelst ett gjutgods måste bära last, överleva vibrationer och fortfarande hålla en bearbetad tolerans. Applikationerna nedan delar alla det mönstret.

• Strukturella gjutgods för flygplan och rotorfartyg, där vikten är kritisk och utmattningslivslängden är det styrande designfallet.
• Fordonsupphängning och chassinoder, inklusive kontrollarmar, knogar och underramsfästen.
• Pump-, kompressor- och hydraulhus som ser internt tryck och cyklisk belastning.
• Motorhus och gavlar, där legeringen måste hålla lagerhål runt genom termisk cykling.
• Impellers och roterande komponenter, där balansen mellan styrka och töjning avgör sprängmarginalen.
• Termiska ledningskomponenter i elektrifierade drivlinor, där en kombination av styvhet och värmeväg har större betydelse än rå draghållfasthet.

Ett formgjutet motorhus är en representativ fallstudie. Delen har vanligtvis en tunn cylindrisk vägg, en tjock monteringsfläns och bearbetade lagersäten i varje ände. Dessa tre egenskaper drar stelningsbeteendet i tre olika riktningar samtidigt: väggen vill ha snabb kylning, flänsen vill ha matning och hålen vill ha dimensionsstabilitet efter värmebehandling. Att få alla tre från en legering innebär att hålla kiselmellannivån för smidighet, magnesiummellannivån för styrka och järn i den nedre delen för bearbetbarhet.

Motorhus i pressgjuten aluminium 375 Växellådshus i pressgjutning av aluminium Visa produkt →

Inköpschecklista innan du släpper en inköpsorder

Några frågor i förväg tar bort det mesta av risken från en A357-beställning. Arbeta igenom dem i denna ordning och det tekniska samtalet blir kort.

1. Bekräfta temperamentet, inte bara legeringen. A357-F, A357-T5 och A357-T6 är olika produkter med olika hållfasthetsnivåer, och ritningen måste säga vilken.
2. Fråga efter magnesium- och järnmålen, inte bara gränserna. En leverantör som siktar på 0,45 procent magnesium levererar effektivt A356 med en A357-etikett.
3. Ange varifrån den mekaniska testkupongen kommer att klippas. En kupong klippt från en stigare kommer alltid att se bättre ut än ett klipp från delen.
4. Kom överens om värmebehandlingsprotokollet. Lösningstid, släckningsfördröjning och åldringstemperatur är de tre siffrorna som avgör resultatet.
5. Bestäm acceptanskriterierna för intern sundhet innan den första artikeln, eftersom röntgen- och snittresultat driver verktygsförändringar.
6. Bekräfta bearbetningstillåten. A357 bearbetar rent, men hårda fläckar från segregation eller ett grovt eutektikum kommer att förstöra ett hårdmetallskär och ett leveransschema i tid på samma gång.

Om du vill ha ett rakt svar på om din geometri passar A357 eller en annan legering, skicka ritningen och legeringsanropet till vårt ingenjörsteam och vi kommer att återkomma med processvägen, det uppnåbara humöret och bearbetningstillägget i ett svar.

Vanliga frågor om A357 aluminiumlegeringssammansättning

Är A357 samma som 357.0?

De syftar på samma familj. A357 är gjutbeteckningen som används i aluminiumgjutningsstandarder och 357.0 är Aluminum Association-beteckningen för samma komposition. När du ser 357.0-T6 eller A357-T6 på en ritning, läs dem som samma material och kontrollera magnesium- och järngränserna för att vara säker, eftersom äldre ritningar ibland har lösare järntillägg än nuvarande praxis.

Kan A357 vara högtrycksgjuten?

Det kan gjutas i en högtryckspressgjutningsmaskin, men det kan inte lätt ges en fullständig T6-behandling efteråt eftersom instängd gas expanderar vid lösningstemperatur och blåsor på ytan. I praktiken levereras högtrycksdelar av A357 i gjutgods eller avsiktligt underåldrat skick. Om ritningen kräver A357-T6, ska delen dirigeras till lågtrycksgjutning, permanent form, sand eller investeringsgjutning.

Varför kostar A357 mer än A356?

Tre skäl. Den snävare järngränsen kräver renare laddningsmaterial och bättre smältkontroll, vilket minskar mängden billigt skrot ett gjuteri kan använda. Den högre magnesiumbelastningen innebär strängare processkontroll under lösningsbehandlingen. Och processvägarna som kan ge ett äkta T6-resultat, såsom lågtryck eller permanent mögel, har längre cykeltider än en högtrycksspruta.

Hur verifierar jag magnesiuminnehållet på ett inkommande parti?

Optisk emissionsspektrometri på ett kylt prov från hällningen är standardmetoden, och det tar bara några minuter när provet är preparerat. Be om att magnesiumsiffran ska rapporteras som en siffra snarare än som godkänd eller misslyckad mot ett brett fönster, och prova mer än en plats på stora gjutgods eftersom magnesium kan separera under långsam stelning.

Behöver A357 beryllium?

Nej, och många specifikationer förbjuder det. En berylliumtillsats på 0,04 till 0,07 procent förbättrar morfologin hos järnhaltiga faser och kan hjälpa till med oxidhudens beteende, men det inför hanteringskrav i smältverkstaden och vid bearbetning. Det mesta konstruktionsarbetet görs med berylliumfri A357 och en snäv järngräns istället.

Kan A357-delar svetsas?

Det kan de, med rätt fyllmedel och processkontroll, men svetsning av en T6-del skapar en lokal värmepåverkad zon som tappar styrka. Där svetsen är icke-strukturell är detta inget problem. Där svetsen ligger i en lastbana bör konstruktionen anta en minskning av lokal hållfasthet i den zonen och ta hänsyn till det.

Vilken ytfinish och tolerans kan jag förvänta mig?

Som gjutna ytor från en permanent form eller en lågtrycksdyna landar vanligtvis mellan 3,2 och 6,3 mikrometer Ra, beroende på formbeläggning och väggtjocklek. Maskinbearbetade ytor begränsas av verktyg och fixtur snarare än av legeringen, och generella bearbetningstoleranser på plus eller minus 0,05 mm på kritiska hål och ytor är rutinmässiga på ett stabilt gjutgods.

Är A357 lämplig för tunnväggiga delar?

Ja, inom gränserna. Den 7 procentiga kiselhalten ger god flytbarhet och väggar ner till ca 3 mm är möjliga i permanent form eller lågtrycksgjutning. Under det skiftar utmaningen från flytande till stelningshastighet: tunna sektioner svalnar så snabbt att magnesiumsiliciden kan förbli delvis olöst även efter en fullständig lösningsbehandling, och delen kommer inte att nå de egenskaper som dess kemi antyder.

För att sluta slingan: A357-aluminiumlegeringssammansättningen definieras av 6,5 till 7,5 procent kisel, 0,40 till 0,70 procent magnesium och maximalt 0,20 procent järn, med de återstående elementen på spårnivå och aluminium utgör balansen. Magnesiumsortimentet är det som skiljer den från A356 och ger den ungefär 50 MPa extra sträckgräns i T6-tillståndet. Järngränsen är det som bevarar duktiliteten. Och kastvägen plus släckningsdisciplinen avgör om någon av dessa fördelar faktiskt dyker upp i den färdiga delen.

Om en offert för A357-T6 ser märkbart billigare ut än resten, finns svaret vanligtvis på ett av tre ställen: magnesiummålet, järntaket eller temperamentet som faktiskt levereras. Fråga efter siffrorna och argumentet slutar snabbt.