Magsimal®- 59
Primer Alüminyum Enjeksiyon Döküm Alaşımı
RHEINFELDEN ALLOYS
Magsimal® – Telkari hafifliğe rağmen son derece dayanıklı
Narin, uzun süre formunu, hatlarını ve dayanımını muhafaza etmek zorunda olan döküm parçalarına uygun bir alaşım. İyi
kaynak yapılabilme, yüksek dayanıklılık ve neredeyse sınırsız
kullanım olanakları. Çok yüksek korozyon mukavemeti; hatta
deniz suyuna bile.
Yusufçukların narin kanat yapısından esinlenilerek tasarlanan
parçalar için: Çok ince, elastiki, buna rağmen son derece dayanıklı ve sağlam kanatları bu zarif böceğe şaşırtıcı bir uçuş
performansı sağlar.
Magsimal®-59
Primer Alüminyum Enjeksiyon Döküm Alaşımı
İçerik
Sayfa
Özellikler
4
Özet olarak mekanik ve fiziksel özellikler
5
Uygulama örnekleri
6 Kimyasal bileşim ve iç yapı
15
Mekanik özellikler
16
Döküm durumunda (F) mekanik özellikler
16
Suni yaşlandırmadan (T5) sonraki mekanik özellikler
17
Tavlamadan (0) sonraki mekanik özellikler
18
Yorulma dayanımı
19
Korozyon direnci
19
Üretim ve tasarım önerileri
20
Ergitme
20
Döküm
20
Kaynak
21
Perçinleme
21
Yüzey modifikasyonu
21
Tasarım
21
Alüminyum enjeksiyon dökümde hedef basamakları
22
Külçe sevkiyatı
22
Magsimal-59 enjeksiyon döküm parçaları üretiminde dökümhane için öneriler 23
İletişim
24
Bir bakışta Magsimal-59
AlMg5Si2Mn tipi bu enjeksiyon döküm alaşımı otomotiv uygulamalarında gittikçe daha fazla önem kazanmaktadır. Bu alaşım gurubu döküm durumunda
yüksek sünekliğe bağlı olarak fevkalade bir akma dayanımına sahiptir. Bir kaza
halinde çarpışmadan doğan enerjiyi sönümleme özelliği çok iyidir. Yorulma dayanımı alışılagelmiş enjeksiyon döküm alaşımlarına göre daha yüksektir.
Bu nedenle Magsimal-59 alaşımının kullanıldığı uygulamalar, emniyet kemeri,
direksiyon iskeleti, çapraz kiriş, motosiklet jantı ve direksiyonu, suspansiyon çatalı ve
diğer şasi parçaları gibi yüksek performans isteyen emniyet parçalarını içermektedir.
Önemli bir nokta ise mekanik özelliklerin cidar kalınlığına bağlı olarak değiştiğidir.
Cidar kalınlığından doğan bu özelliği telafi etmek için istisnai olarak parçaya, mukavemet,
veya yüksek süneklik veren ısıl işlem yapmak mümkündür. Özel olarak geliştirilen bu
ısıl işlemler, suni yaşlandırma ve kabarcık oluşumunun hemen altındaki sıcaklıklarda
yapılan tavlamadır. Su verme işlemi yoktur ve soğuma hava ile yapıldığı için parçalarda
çarpılma görülmez.
Magsimal-59, primer aluminyum kullanılarak üretildiği için yüksek bir analitik saflık
gösterir. Bu da alaşıma, boyanmamış şasi parçalarında bile kullanılabilecek şekilde
mükemmel bir korozyon direnci sağlar.
3
Özellikler
Kullanım alanları
Mimari, otomobil, uçak sanayii, ev aletleri, klima cihazları, otomotiv, gıda endüstrisi, makina sanayii,
optik, mobilya, gemi yapımı, kimya sanayii.
Karakteristik özellikler
İnce cidar kalınlıklarında çok iyi mekanik ve dinamik özelliklere sahip iyi dökülebilir bir enjeksiyon
döküm alaşımı. Kaynak için çok uygun. Korozyon direnci mükemmel. Perçin yapılabilir. Fevkalade
parlatma, polisaj yapılabilme ve iyi işlenebilirlik. Soğuk şekil verilebilen birleştirme teknikleri için gerekli
süneklik. İnce cidarlı ve büyük ebatlı parçalara uygunluk. Dökülmüş haliyle kullanım.
Alaşım tanımı
Kimyasal: AlMg5Si2Mn
Nümerik: 51 500
Kimyasal bileşim (ağırlık yüzdesi)
[%]
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Zn
Ti
min.
1,8
0,5
5,0
max.
2,6
0,20
0,03
0,8
6,0
0,07
0,20
Be
0,004
Cidar kalınlığına göre mekanik özellikler
14
350
Rp0,2
Rm
250
10
200
8
150
6
100
4
50
2
0
0
0
5
10
Cidar kalınlığı [mm]
4
12
A
15
20
Uzama [%]
Mukavemet [ MPa]
300
Özet Olarak Mekanik ve Fiziksel Özellikler
Çekme deneyi nümunelerinin cidar kalınlığına bağlı olarak döküm durumundaki (F) mekanik özellikler
Döküm yöntemi
Isıl işlem durumu
Cidar kalınlığı
mm
Akma dayanımı
Rp0,2 [N/mm2 ]
Çekme dayanımı
Rm[N/mm2]
Kırılma uzaması
A [%]
Enjeksiyon döküm
F
< 2
> 220
> 300
10 – 15
Enjeksiyon döküm
F
2 – 4
160 – 220
310 – 340
12 – 18
Enjeksiyon döküm
F
4 – 6
140 – 170
250 – 320
9 – 14
Enjeksiyon döküm
F
6 – 12
120 – 145
220 – 260
8 – 12
Katkı elementlerinin döküme ve mekanik özelliklere etkisi
Mükemmel korozyon
direnci
Yüksek akma mukavemeti
Yüksek uzama
[%]
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Zn
Ti
min.
1,8
0,5
5,0
max.
2,6
0,20
0,03
0,8
6,0
0,07
0,20
İntermetalik demir
fazları yok
Be
0,004
Kalıba yapışmama
Cürufun azaltılması
Döküm durumundaki fiziksel özellikler
Katılaşma aralığı
Yoğunluk
Elastisite modülü
Doğrusal ısıl genleşme katsayısı
°C
2,65
kg/dm3
20 °C
70 – 80
GPa 20 °C
1,05 – 1,30
Elektrik iletkenliği
14 – 16
Yorulma dayanımı (r = 1) 4 mm cidar kalınlığı
100
Poisson sayısı
Geçerlilik aralığı
618 – 580
24
Isıl iletkenlik
Birim
1/K ×
10 -6
W/(K × cm)
M/(Ω ×
mm2 )
20 – 200 °C
20 – 200 °C
20 °C
MPa
106 devir
AlMg3Mn
AlSi10Mg(Fe)
0,325
Diğer enjeksiyon döküm alaşımları ile karşılaştırma
Isıl işlem
Magsimal-59
İstisnai olarak mümkün
Hayır
Evet
Sıcak çatlamaya karşı hassasiyet
Az
Yüksek
Hayır
Yapışmaya yatkınlık
Az
Yüksek
Az
Orta
Orta
Az
Cüruf oluşturmaya yatkınlık
Kalıp ömrü Çekme, büzülme
% 90
% 70
% 100
% 0,6 – 1,1
% 0,9 – 1,3
% 0,4 – 0,6
5
Uygulama Örnekleri
Dört kapılı spor araba için kapı tasarımı
Magsimal-59, basıldığı gibi
1140 x 690 x 155 mm, cidar kalınlığı 2 mm, ağırlık 4,1 kg
Kapı iç parçaları / Ford Range Rover
Magsimal-59, basıldığı gibi
1400 x 500 mm ila 1000 x 240 mm
cidar kalınlığı 1,8 – 2,0 mm, ağırlık 2,0 – 2,2 kg
Daha önceki modelin çelik saç kapısına göre burada toplam
40 kg’ luk bir ağırlık tasarrufu yapılmıştır. Ekstrüzyon profillerden, dövme parçalardan ve Magsimal-59 ile basılan
enjeksiyon döküm parçalarından oluşan bu konstrük- siyonda, kaynak, yapıştırma, perçinleme ve civatalama gibi birleştirme teknikleri uygulanmaktadır. Dış konstrüksiyon, sıvama ve yapıştırmayla iç konstrüksiyona bağlanmaktadır.
6
Magsimal®-59 [AlMg5Si2Mn]
Suspansiyon çatalı / Porsche Cayenne
Magsimal-59, basıldığı gibi
340 x 370 x 60 mm, cidar kalınlığı 6 mm, ağırlık 0,9 kg
Bu parça yüksek dinamik yüklere açıktır ve bunun için de 4 ila 6 mm cidar kalınlıklarında Magsimal-59 ile tasarlanmıştır. Kalın boğum noktaları
olmayan ya da az yükün olduğu kısımlardaki boğum noktaları Magsimal-59
kullanımına uymaktadır.
Ön tekerlek suspansiyon dayanağı / BMW 5 ve 6 serileri
Magsimal-59, basıldığı gibi
500 x 380 x 500 mm, ağırlık 2,3 kg, cidar kalınlığı 2,5 mm
BMW 5 ve 6 serilerinin ön aksamındaki bu parça yüksek
dinamik yüklere maruzdur. Çeşitli birleştirme teknikleri üstün
malzeme kalitesini gerekli kılmakta ve sadece 2,5 mm’ lik
cidar kalınlığı da burada kolaylaştırıcı bir rol oynamaktadır.
7
Uygulama Örnekleri
Ön aks kirişi / Porsche Cayman
Magsimal-59, basıldığı gibi,
910 x 710 x 85 mm, cidar kalınlığı 3 – 6 mm, ağırlık 4,8 kg
Bu kiriş, ısıl işlem yapılan çok daha ağır bir kokil döküm AlSiMg alaşımının yerini almıştır.
İnce cidarlı bu hafif konstrüksiyonun üretimi, çözeltiye almadan yapılan bir ısıl işlemle ekonomik olmaktadır. Aksi takdirde çar- pılma meydana gelmekte ve akabinde yapılan düzeltme operas- yonu parçada tekrar gerilimlerin oluşmasına yol açmaktadır.
Şanzıman köprüsü / Mercedes Benz S-Sınıfı
Magsimal-59, basıldığı gibi,
610 x 210 x 75 mm, ağırlık 2,3 kg, cidar kalınlığı 4 mm
Yüksek statik yük altında yüksek dinamik yükler ve buna ek olarak arabanın alt tarafında olduğu için
korozyona açık olma durumu bu parçadan istenenleri özetlemektedir. İşlenmiş iki deliğe preslenen
vibrasyon sönümleme elemanlarıyla parça üzerindeki yük plakaya geçer. Bu yüksek yüklere rağmen
200 °C derecede yapılan bir ısıl işlemle akma mukavemeti 190 Mpa’ nın üzerine çıkarılabildiği için
cidar kalınlığı 4 ila 5 mm arasında tutulabilmiştir.
8
Magsimal®-59 [AlMg5Si2Mn]
Emniyet kemeri makaraları, Saab, Daimler-Benz
Magsimal-59, basıldığı gibi,
ø-56 x 55 mm, ağırlık 0,066 kg
Kaza anında bir mekanizma ile makara ve dolayısıyla emniyet kemeri sabitlenerek gergin tutulur. Malzeme burada kırılganlık değil süneklik göstermelidir. Dökümde vakum kullanılarak parçanın kalitesi yükseltilebilmektedir.
Navigasyon ekran çerçevesi
Magsimal-59, basıldığı gibi,
ince cidarlı ve hafif, dekoratif krom kaplama,
bir kaza veya darbe durumunda yüksek uzama.
Direksiyon iskeleti, VW New Beetle
Magsimal-59, basıldığı gibi, ø-370 x 125 mm,
ağırlık 0,85 kg
Direksiyon kolonları bir kaza anında kırılmayıp keskin kenar, köşe veya kırık oluşturmadan kolon plakasına kadar deforme olmalıdırlar. Çöl iklimlerinde ön cam arkasında oluşan muhtemel sıcaklıkların simule edildiği testlerle bu parçaların stabilitesi mercek altına alınmaktadır.
9
Uygulama Örnekleri
Spor arabalar için suspansiyon kulesi
Magsimal-59, basıldığı gibi,
590 x 450 x 340 mm,
cidar kalınlığı 3 mm, ağırlık 3,0 kg
Arka çapraz kiriş
Magsimal-59, basıldığı gibi,
1080 x 370 x 150 mm,
cidar kalınlığı 4 mm, ağırlık 6,5 kg
10
Magsimal®-59 [AlMg5Si2Mn]
Yatak plakası W12, VW Phaeton
Magsimal-59, basıldığı gibi, ağırlık 3,0 – 4,2 kg
Pencere çerçevesi için boğumlar
Magsimal-59, basıldığı gibi
kaynak yapılabilir, uzunluk 510 mm’ ye kadar, ağırlık 0,20 – 0,35 kg
Yağ karteri
Magsimal-59, basıldığı gibi,
440 x 310 x 180 mm,
cidar kalınlığı 2,2 mm, ağırlık 3,0 kg
11
Uygulama Örnekleri
Cabriolar için kapatma mafsal plakası
Magsimal-59, basıldığı gibi,
600 x 350 x 280 mm,
cidar kalınlığı 2 ila 5 mm, ağırlık 3,2 kg
Cabriolar için kapatma kolu
Magsimal-59, basıldığı gibi,
740 x 130 x 125 mm,
cidar kalınlığı 2 ila 5 mm, ağırlık 1,3 kg
Cabriolar için kapatma
mekanizması ara plakası
Magsimal-59, basıldığı gibi,
230 x 220 x 130 mm,
cidar kalınlığı 2 ila 5 mm, ağırlık 0,85 kg
12
Magsimal®-59 [AlMg5Si2Mn]
Ayaklık plakası, BMW R 1150 RT motosikleti,
Magsimal-59, basıldığı gibi,
690 × 170 × 100 mm, ağırlık 1,1 kg,
kromat kaplama veya boyama,
yüksek akma mukavemeti istenilen bir parça.
Kayak ayakkabısı bağlantı parçaları
Magsimal-59, basıldığı gibi,
76 x 23 x 18 mm, ağırlık 20 gm
Ray kapakçığı
Magsimal-59, basıldığı gibi,
yüzey polisaj yapılmış,
34 x 15 x 13 mm, ağırlık 6 gm
Kayak bağlama parçaları
Magsimal-59, basıldığı gibi, polisaj yapılmış,
77 x 69 x 53 mm, ağırlık 150 gm
13
Uygulama örnekleri
Stabilizatör çubuğu için tutucu köprü / BMW 5 serisi
Magsimal-59, basıldığı gibi,
135 x 90 x 50 mm, ağırlık 0,18 kg
Stabilizatör çubuğu için tutucu köprü / BMW 7 serisi
Magsimal-59, basıldığı gibi,
130 x 85 x 45 mm, ağırlık 0,20 kg
Bu parçalarda sadece Magsimal-59 daha önce kullanılan aluminyum dövme parçanın yerini alabildi ve böylelikle de %10 civarında bir ağırlık tasarrufu sağlandı.
Kompresör taşıyıcı / Porsche Cayenne
Magsimal-59, basıldığı gibi
330 x 230 x 75 mm, ağırlık 0,45 kg
Bu ince taşıyıcı lastik hava kompresörünü sabitlemektedir.
Yüksek dinamik yük ve çatallı tasarım, enjeksiyon döküm
kalıbında birden fazla yolluk girişini ve sıkça yerleştirilen hava
ceplerini gerekli kılmaktadır.
Motosiklet jantı / MZ
Magsimal-59, basıldığı gibi
ø 460 x 180 mm, ağırlık 6,4 kg
Ağırlık tasarrufu nedeniyle konvansiyonel alüminyum
jantlarına göre daha az kütle ile motosikletin daha
dinamik bir sürüşü söz konusudur. Bu jant, iki simetrik
parça olarak basılmakta, gerekli genişlikte işlenerek
elektron demeti yöntemiyle kaynak yapılıp birleştirildikten sonra boyanmaktadır.
14
Kimyasal Bileşim ve İç Yapı
Si
[%]
Fe
Cu
Mn
Mg
min.
1,8
0,5
5,0
max.
2,6
0,20
0,03
0,8
6,0
Zn
Ti
Be
Diğer toplam
0,07
0,20
0,004
0,2
Tablo 1: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, kimyasal bileşim
Tablo 1’ de, Magsimal-59 alaşımının kimyasal
bileşimi verilmiştir.
Yukarıdaki silisyum oranını içeren AlMg alaşımlakonusudur. Bu özellik Magsimal-59’ u iyi iç beslemesi olan ve mükemmel dökülebilen bir alaşım haline getirir.
Mg2Si bileşimi temel alındığında magnezyumun
çokça olduğunu görüyoruz. Bu önemlidir, çünkü korozyona karşı direnç açısından bakıldı-
Sıcaklık [°C]
rında %40-50 (yüzey yüzdesi) ötektik söz 640
630
620
610
600
590
580
570
560
550
540
ğında yapıda serbest silisyumun olmaması TG
TLu
TLo
dTL
TSu
TSo
dTS
0
2,5
=
=
=
=
=
=
=
[°C]
657,1
618,9
619,8
0,9
594,0
594,3
0,3
5,0
7,5
Süre [min]
gerekir. Fazladan magnezyum ayrıca yüksek
akma dayanımı sağlamaktadır. Kalsiyum ve sod-
Reaksiyonlar
yum elementleri, dökümün sıcak çatlağa 618 °C
Likidus – α alüminyum
yatkınlıklığını olumsuz etkiledikleri için düşük
594 °C
Likidus – Mg2Si + Al6Mn veya Al15 (Mn,Fe) 3Si2
tutulmak zorundadırlar. Fosfor da aynı şekilde 594 °C – 580 °C
Tesbit edilmedi
Al-Mg2Si-ötektiğinin oluşmasını ve dolayısiyle de sünekliği olumsuz etkilediği için düşük Grafik 1: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, Quick-Cup-potasında termik analiz
tutulmalıdır.
Enjeksiyon döküm yapısında çok hızlı bir soğumada homojen bir α-fazı %2’ den fazla Mg içeren Al-Mg tipi alaşım ergiyik- dağılımı görülür. Resim 1’ deki açık renk parçacıklar Al6Mn fazıdır. leri özellikle yüksek sıcaklıkta uzun süre ocakta
Manganezin varlığıyla kalıba yapışma önlenmektedir. α-dendritlerinin etrafında
kaldıkları zaman cüruf oluşturmaya meyillidirler.
α-alüminyum ve Mg2Si’ den oluşan ötektik dağılımı görülmektedir.
Bu durumda karnıbahar gibi ve zor temizlenen
Büyük fazlar yoktur ve ötektik de ince ve küreseldir. Dolayısıyle de burada
cüruf oluşumları söz konusudur. Bunun için
oldukça sünek bir yapı söz konusudur.
alaşıma berilyum katılmaktadır. Berilyum,oksit
tabakasını sıklaştırır ve dışarıya daha az oksitlenebilecek aluminyum ve magnezyum sızmasını
sağlar.
Magsimal-59’ un termik analizi grafik 1’ de görülmektedir. Sıcaklık eğrisi bir Quick-Cup potada
(Croning kumu) kaydedilmiştir. Likidus sıcaklığı
yaklaşık 618, solidus sıcaklığı da yaklaşık 594 °C
derecededir. 592 °C derecede bir durma noktası
görülmektedir. Bu noktada Al-Mg2Si-ötektiği
katılaşmaktadır.
Resim 1: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, REM fotoğrafı
15
Mekanik Özellikler
Döküm durumunda (F) mekanik özellikler
Döküm durumundaki Magsimal-59’ un mekanik
320
özellikleri her hangi bir ısıl işlemi gereksiz Rp0,2 =178 MPa
kılacak şekilde mükemmeldir ve aşağıdaki avan-
Rm =313 MPa
240
tajlar söz konusudur:
Dayanım [ MPa]
• Enerji tasarrufu
• Kalıcı deformasyon yok
• Büyük ebatlarda parça dökümü
•Düşük maliyetle birden fazla parçanın entegrasyonu.
A
=20,6 %
160
80
Magsimal-59’ un mekanik özellikleri cidar kalınlığına ve katılaşma koşullarına bağlıdır.
0
0
Grafik 2’ de Magsimal-59 ile basılmış 3 mm
5
10
15
20
Kırılma uzaması A [%]
kalınlığındaki bir plakanın döküm durumundaki
dayanım ve uzama eğrisi görülmektedir.
Grafik 2: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn alaşımının döküm durumundaki dayanım ve uzama eğrisi; nümune cidar kalınlığı 3 mm
Tablo 2’ de mekanik özellikler cidar kalınlığına
bağlı olarak verilmiştir.
Enjeksiyon döküm parçalarından alınan nümune-
Bu nedenle döküm parçasında nümunenin alınacağı en uygun yeri bulmak ler, ayrı basılan plakalardan alınan nümu- zordur ve önceden dökümcü ve tasarımcı arasında tanımlanmalıdır. nelerle karşılaştırıldığında döküm parçalarından
Ayrıca çekme nümunesi ölçüleri ile döküm parçasından istenilen mekanik özellik
alınan nümunelerden elde edilen değerlerde değerlerinin de karşılıklı olarak önceden kararlaştırılmasında yarar vardır.
dağılım aralığının daha geniş olduğu görülmektedir. Normalde yolluk girişi bölgesinden elde
edilen nümune değerleri, girişe uzak bölgelerden
elde edilen nümune değerlerinden daha iyidir.
Cidar kalınlığı [mm]
Rp0,2 [MPa]
Rm [MPa]
A [%]
< 2
> 220
> 300
10 – 15
2 – 4
160 – 220
310 – 340
12 – 18
4 – 6
140 – 170
250 – 320
9 – 14
6 – 12
120 – 145
220 – 260
8 – 12
Tablo 2: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn alaşımı ile basılmış çekme deneyi nümuneleri; cidar kalınlığına bağlı olarak döküm durumundaki mekanik özellikler
16
Suni yaşlandırmadan (T5) sonraki mekanik
özellikler
300
Cidar kalınlığının artmasıyla akma dayanımı da
uygulamalar vardır ve parçadan istenilen sertlik
değerlerine ulaşılamıyabilir. Böyle durumlarda
mekanik özellik değerleri T5 ısıl işlemle yükseltilebilir. Grafik 3’ te bu durum görülmektedir.
250
200
6 mm cidar kalınlığı
150
R
Kısmen de olsa yüksek cidar kalınlığının olduğu
3 mm cidar kalınlığı
Akma dayanımı Rp0,2 [MPa]
azalır ve kokil döküm değerlerine yaklaşır.
100
50
0
Suni yaşlandırmada dayanım değerlerini artırmak
0
20
için enjeksiyon döküm parçasının kalıptan ile soğutmak aynı etkiyi göstermez. Mekanik
60
80
100
120
140
Suni yaşlandırma süresi [min.]
alındıktan hemen sonra suda soğutulması gerekmektedir. Parçayı kalıptan çıktıktan sonra hava
40
Grafik 3: Suni yaşlandırmanın (250 °C) fonksiyonu olarak akma dayanımı Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, kalıptan çıktıktan sonra suda soğutma
değerlerin değişimi grafik 3 ve 4’ te gösterilmiştir.
60 dakikalık bir suni yaşlandırmadan sonra kararlı bir durumun ortaya çıktığı görülmektedir.
20
6 mm’ lik bir cidar kalınlığı ile 200 MPa’ lık bir
16
akma dayanımına ulaşılabilir. 3 mm’ lik nümune14
lerde daha yüksek değerlere ulaşılmaktadır. Bu davranışın, değişik cidar kalınlıklarına sahip
12
olduğu varsayılırsa, T5 ısıl işlemden sonra söz
konusu cidar kalınlıklarındaki parçalardaki
mukavemet değerlerinin de çok farklı olmaması
gerekir.
Uzama A [%]
enjeksiyon döküm parçaları için de geçerli 10
3 mm cidar kalınlığı
8
6
4
6 mm cidar kalınlığı
2
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Suni yaşlandırma süresi [min.]
Grafik 4: Suni yaşlandırmanın (250 °C) fonksiyonu olarak uzama; Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, kalıptan çıktıktan sonra suda soğutma
17
Tavlamadan (O) sonraki mekanik özellikler
300
değişik olabilir. 250 °C derecede 60 dakikalık bir
tavlamadan sonra 3 mm kalınlığındaki nümuneler
hala %10’ luk, 6 mm’ lik plakalar da hala %4’
lük uzama değerlerine sahiptirler. Normal olarak
civatalama veya boğum noktaları gibi yüksek
cidar kalınlıklarının olduğu bölgelerde mukavemet
değerleri ön plandadır. Alaşımın, parçanın kalın
olduğu bölgelerdeki bu davranışı ikincildir, Akma dayanımı Rp0,2 [MPa]
Uzama, cidar kalınlığına çok bağlı olduğu için
fakat tasarımcı tarafından göz önünde bulundu-
250 °C
250
200
350 °C
150
380 °C
100
50
0
0
rulmasında yarar vardır.
10
20
30
40
50
60
70
Tavlama süresi [min]
Tavlama ile yüksek cidar kalınlığı olan bölgelerdeki mukavemet artırılabilir. 350 °C derece- deki bir tavlamada akma dayanımı, başlangıç
Grafik 5: Değişik tavlama sıcaklıklarında akma dayanımı, Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, 3 mm cidar kalınlığı
değerine bağlı olarak 130 ila 150 MPa değer- lerine kadar düşmekte, uzama da çok artmak- tadır. Döküm durumunda istenilenin elde edile-
24
mediği durumlarda yüksek süneklik böylelikle
uzama değerleri grafik 5 ve 6’ da görülmektedir.
Uzama A [%]
3 mm’ lik bir cidar kalınlığı için mukavemet ve
380 °C
20
artırılabilir.
350 °C
16
12
250 °C
8
4
0
0
10
20
30
40
Tavlama süresi [min]
Grafik 6: Değişik tavlama sıcaklıklarında uzama, Magsimal-59, AlMg5Si2Mn, 3 mm cidar kalınlığı
18
50
60
70
Yorulma dayanımı
200
Yorulma dayanımı tasarımcı için önemli bir indika- 160
oluşumuna bağlıdır. Bu nedenle ölçüm sonuçla-
140
mümkündür. Grafik 7’ de Magsimal-59’ un
yorulma dayanımı r = -1 değeri için gösterilmektedir. Bu, ortadaki gerilimin sıfır olması demektir.
Dayanım [MPa]
laşma koşullarına, döküm hatalarına ve yüzey
rının bire bir karşılaştırması ancak sınırlı şekilde
Dayanım oranı r = -1
Cidar kalınlığı 4 mm
% 5, % 50, % 95 Kırılma olasılığı
180
tördür ve enjeksiyon döküm parçalarının katı- 120
% 95
% 50
%5
100
80
60
Ölçüm, 4 mm kalınlığındaki enjeksiyon döküm
plakaları ve yüksek frekans puls jeneratörü (yak-
40
laşık 110 Hz) ile yapılmıştır.
20
0
Eğriler değişik kırılma olasılıklarını yansıtmaktadır. 105
106
Normal olarak hesaplamalarda her zaman %5’
107
108
Yük sayısı [n]
ten hareket edilir. Eğrilere bakınca, döküm duru- munda 100 MPa yüksekliğinde bir yorulma daya-
Grafik 7: Döküm durumunda Magsimal-59, AlMg5Si2Mn Wöhler eğrisi
nımı görmekteyiz.
Korozyon direnci
AlMg alaşımları genelde korozyona karşı çok dayanıklıdır ve bu nedenle de normal olarak deniz
20 °C
Korozyon altında
200
suyunun söz konusu olduğu ortamlarda da kullanılırlar. Bu alaşım gurubu emniyet parçalarında
da bir seçenektir ve bu nedenle de gerilim çatlağı
150
korozyonuna yatkınlık test edilmiştir. Bunun için
nümunelere akma mukavemetinin %75’ i kadar
daldırma testi (ASTM G 47-90) uygulanmıştır.
Testten sonra mukavemetin düşmemiş olması
gerekir.
Yorulma davranışı ile ilgili olarak normal ve korozif
atmosferde çeşitli malzemelerin karşılaştırılması
grafik 8’ da gösterilmiştir. Burada, korozyon etkisi
Gerilim dalga boyu [MPa]
bir yükle 35 g/l-NaCl çözeltisinde 30 günlük bir
3
100
2
1
50
altında Magsimal-59’ un T6 ısıl işlem yapılmış
AlSi7Mg0,3 alaşımından daha iyi olduğu gözlen-
40
mektedir.
30
1
Enjeksiyon döküm AIMg5Si2Mn
2
Thixo-Döküm AISi7Mg0,3 T6
3
Saç AIMg0,6Si0,8 T6
1
2
3
20
104
105
106
107
108
109
1010
Yük sayısı [n]
Grafik 8: Korozyonun alüminyum alaşımlarının yorulma özelliklerine etkisi (Kaynak: Haldenwanger, Werkstoffvielfalt im Automobil, Febr. 20)
19
Üretim ve Tasarım Önerileri
Ergitme
Ergiyik hareketinin olmadığı kapaktan
Döküm
Magsimal-59’ un Al-Mg2Si ötektiği için
ısıt-malı ocaklar ve üretime bağlı doldur-
Magsimal-59’ un ötektik sıcaklığı, böyle-
uzun süreli özel bir tane inceltmesi vardır.
malar olmaksızın uzun süreli ara vermeler
likle de döküm sıcaklığı AlSi10Mg(Fe) Ötektiğin incelik derecesi döküm parça-
AlSi alaşımlarında problem yaratırlar.
alaşımınkinden yaklaşık 20 °C derece daha
sının uzama ve mukavemetine yön verir
Magsimal-59 da dahil olmak üzere tüm
fazladır. Kalıp kullanım süresi hesaplanır-
(Resim 2 ve 3). Alaşım üretimindeki alüminyum ergiyikleri, sıcağa dayanıklı
ken, soğutmanın sadece kalıp yüzeyine
özel bir ergitme tekniği özellikle AlMg ala-
ocak malzemesinin %85’ inin kilden, yani
püskürtme suyla yapılması durumunda
şımlarına özgü olan oksit oluşumunu Al2O3’ ten oluşması halinde bununla
yukarıdaki noktanın dikkate alınması
çok azaltır. Böylelikle ergiyik yüzeyinde reaksiyona girmezler. Son zamanlardaki
gerekir. Eşanjör yoluyla ve su ile soğutulan
ve pota tabanında hemen hemen hiç oksit
yeni ısıya dayanıklı ocak malzemesi
kalıpların ömrü daha uzun olur.
aglomerasyonları oluşmaz. Bilindiği gibi
karışımları sızmayı ve istenmeyen reaksi-
alaşım içindeki oksitler uzamayı oldukça
yonları önler.
Yüksek manganez oranı sadece kalıba
yapışmayı önlemez, ısıl dayanım ve dola-
düşürmektedir.
Yolluk gibi geri dönüşüm malzemesinin
yısıyla alaşımın şekil stabilitesini de arttırır.
Dökümhanede külçelerin çabucak ergitil-
tekrar ergitilmesi problem teşkil etmez.
Bunun için yüksek büzülmeye rağmen
mesi halinde sadece rotorla gaz alma
Her halükarda diğer alaşımların geri
silisyum oranının da katkısıyla döküm
yapılırsa ergiyik için yukarıdaki avantajlar
dönüşüm malzemesi ile karışmamasına
parçaları kalıptan kolayca çıkarılabilir.
geçerlidir. Ergitme tuzları, tane inceltme,
dikkat etmek lazımdır. Bu malzemenin
modifikasyon, fosfor, alkali ve toprak alkali kullanılmasının mekanik özelliklere etkisi
Buna rağmen kalıplardaki çıkma açıları
maddeleri kullanıldığında ve ergiyiğe
olumsuz olabilir. Geri dönüşüm malzemesi
1,5 dereceden fazla olmalıdır.
yabancı metaller katıldığında bu avantajlar
kullanıldığında ergiyiğin rotor vasıtasıyla
kaybolur. Tabii ki bu Al-Mg2Si-ötektiğinin
argon veya azot vererek oksit inkluzyonları
Kabaca söylemek gerekirse Magsimal-59,
de olumsuz etkilenmesine yolaçar. Ergiyik
ve oxit tabakalarından temizlenmesi
8 mm cidar kalınlığına kadar iyi dökülebilir.
sıcaklığı 770 °C derecenin üzerinde
zorunluluktur. Yoksa bunların zamanla
2 mm cidar kalınlığından itibaren de kalıba
olmamalıdır.
proseste çoğalmasıyla döküm parçası
yapışma olmaz.
özelliklerine etkisi olumsuz olur. Bu arada
Isıl konveksiyonla ergiyiği hareket halinde
oluşan cürufun metal oranı, Magsimal-59’
Kalıp ayırma yağı konsantrasyonunun AlSi
tutan ocaklar, oksit-ergiyik reaksiyonları a uygun bir ergiyik tuzu ile azaltılabilir.
alaşımlarıyla karşılaştırıldığında %30 ila
%50 daha fazla olması yararlıdır. Normal-
ve segregasyon nedeniyle ergiyik üzerinde
bir tabaka oluşumunu önlerler. Bu, ergiyik
Aynı şekilde ergiyik hareketinin olmadığı
de piyasada kullanılan kalıp ayırma yağları
hareketinin rotorla veya ocak tabanın- kapaktan ısıtmalı ve bir kaç bölmeli
kullanılabilir. Kaynak yapılmaya uygun
dan temizleme gazı verilmesi suretiyle hare- ocaklarda cüruf oluşumunu azalmak için
döküm istenilmesi halinde bu proses
ket halinde tutulduğu ocaklar için de
ergiyik yüzeyinin Magsimal-59’ a uygun
ve alaşıma uygun bir yağın kullanılması
geçerlidir.
bir tuzla kaplanması yarar sağlıyabilir.
gereklidir.
50 µm
Resim 2: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn’ deki ince Al-Mg2Si ötektiği
20
50 µm
Resim 3: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn’ deki büyük
taneli Al-Mg2Si ötektiği
Kaynak
Tasarım
Magsimal-59 parçaları AlMg4,5MnZr
Çok ince tasarlanmış federler, onların
kaynak katkı malzemesi kullanılarak WIG
istenmiyen bir şekilde katı olmasına neden
ve elektron demeti yöntemleriyle kay-
olur. Oluşabilecek deformasyon kısmi
nak yapılabilir. Isıl etkilenme bölgesinde
olarak federin sonunda yani duvardadır.
mukavemet özellikleri uzamanın tersine
Resim 4: İyi bir feder tasarımına örnek.
Feder kalınlığı duvar kalınlığına uygun
olmalıdır.
az etkilenmektedir. SG-AlSi5 kaynak katkı
malzemesi kullanılması halinde uzama
• Magsimal-59 ile iyi tasarıma örnekler:
değerleri daha çok düşmektedir. Tasarımcı, kaynak için öngörülen yerleri parçanın
•Boğum veya düğüm noktalarını, karşı
az yük alan kısmına koymalıdır. Aşağıdaki
mekanik özellikler, ısıl etkilenme bölge-
taraftaki duvarda döküm çöküntüleri
sinde mukavemet değerlerinin uzamanın
oluşmasını önlemek için kaldırmak
tersine az etkilendiğini göstermektedir.
Resim 5: Magsimal-59, AlMg5Si2Mn için boğumların
olmadığı iyi bir tasarım örneği
gerekir. Katılaşma sırasındaki yüksek
hacim büzülmesi boğumlarda çöküntüler oluşturur.
Duvar kalınlığı
Rp0,
Rm
A
•İç radyuslardaki kalınlıklar da çöküntü
4 mm
oluşturur. Bunlar karga bacaklarıyla
[MPa]
[MPa]
[%]
Kaynak yapılmamış
165
287
17
Kaynak yapılmış *
148
246
6
* Elle kaynak, MIG yöntemi, katkı malzemesi AlMg4,5Mn
azaltılabilir.
Orta çizgi döküm boşlukları bazı durumlarda çok uzun olabilirler. Fakat bunlar
ortada oldukları için parçanın mukaveme-
Son zamanlarda geliştirilen kalıp ayır-
tine kayda değer bir etkileri olmaz. Önemli
ma yağları AlMg alaşımlarının dökümü
olan, bu döküm boşluklarının yüksek
esnasında malzemenin akışıyla parçanın
yükün olduğu yüzey bölgesine bağlantıla-
kalıptan çıkışını kolaylaştırır. Bunun dışında
rının olmamasıdır.
parçanın kaynak yapılabilme özelliğine de
Perçin için tasarlanan parçalarda cidar
olumlu etkileri vardır.
Resim 6: Karga bacaklarına örnek
kalınlığı gerekli şekil alma kabiliyeti için 3 mm’ yi aşmamalıdır.
Perçinleme
Yüzey modifikasyonu
Çeşitli malzemelerden ince cidarlı parça-
Magsimal-59’ a hem yaş ve toz boya,
ları, Magsimal-59 ile basılan enjeksiyon
hem de polisaj ve eloksal yapılabilir.
döküm parçaları ile birleştirmek için perçin
Polisajda yüzey parlaklığında hafif mavi
yöntemi çok uygundur. Birleştirme için
bir renk oluşur. Eloksalde de silisyum
oldukça sık kullanılan bir yol da yapıştırma
oranı nedeniyle tipik bir gri tonun oluştuğu
ve perçin kombinasyonudur.
göz önünde bulundurulmalıdır. Dekoratif
amaçlar için yüzeyin bir krom tabakası ile
kaplanması veya parlatılması önerilir.
21
Aluminyum Enjeksiyon Dökümde Hedef Basamakları
amakları
Hafif ve ince
Ölçü
Yüksek
akma
dayanımı
Perçin
Sıvama
Yüksek
dinamik yük
Kaynak
Kalıp ayırıcı
s
Hedef Ba
Çözeltiye
alma
Kuru piston yağlayıcıları
Kalıp ayırıcının en aza indirilmesi
Modern kalıp yağları
AlSi12 ( Fe ) ve diğerleri
Magsimal-59 AlSi10Mg ( Fe ) Silafont-36 T5 Mg > 0,3 %
Silafont-36 Castasil-37 AlSi9
Silafont-36 Magsimal-59 Castasil-37 AlSi9
Magsimal-59 Castasil-37
Silafont-36 Castasil-37 Magsimal-59
Hava
Vakum < 50 hPa
Vakum
Çil blok ile hava tahliyesi
Hava ceplerinin etkili şekilde yerleştirilmesi (Simulasyon)
Gerekli enjeksiyon döküm üretim adımları
AlSi9Cu3 ( Fe ) ve diğerleri
Ergiyik
Kontrollu ergiyik taşınması
Birinci faz az türbülanslı
Ergiyik temizliği
Silafont-36 Castasil-37
Uygun enjeksiyon döküm alaşımları
Resim 7: Gerekli alaşımlar ve üretim prosesi aşamalarıyla enjeksiyon dökümün 8 hedef basamağı
Külçe sevkiyatı
Yeni „RHEINFELDEN Üretim Sistemi“ devreye girdikten sonra bütün alaşımlarımız RHEINFELDEN-Külçeleri şeklinde sevkedilmeye başlanmıştır. Bu külçe şekli uzun yıllardan sonra HSG-külçelerinin yerini almış ve onların sahip olduğu avantajları muhafaza etmiştir.
Kimyasal bileşim: Sevkiyat belgeleri şarjın ortalaması alınmış kimyasal analizini de içermektedir.
Sevkiyata hazır 13 sıralı külçe balyası
Balyaların işaretlenmesi: Her külçe balyasında alaşımın marka adını veya alaşım tanımını, dahili malzeme numarasını ve balya ağırlığını içeren bir etiket vardır. İstek üzerine balyanın renkli kodlaması da mümkündür. Şarj numarası yılın son iki rakamından ve bir üretim numarasından oluşmaktadır. Etikete ayrıca makina ile okunabilecek barkod kodlaması da basılabilir.
Külçelerin tek tek numaralanması
Rheinfelden-Külçesi
22
Magsimal®-59 [AlMg5Si2Mn]
Magsimal®-59 enjeksiyon döküm parçaları üretiminde dökümhane için öneriler
1 Külçelerin ergitilmesi
Magnezyum yanması, gaz alımı ve ergiyik oksidasyonunun az olması için yüksek
performanslı bir ocakta mümkün olduğu kadar çabuk ergitin. Önceden ısıtılmış külçeleri ve
geri dönüşüm malzemesini azar azar ilave edin; aksi takdirde segregasyon veya ayrışma
olur. Kil oranı yüksek malzemesi olan ocak kullanın. Ergiyik tarafından fosfor ve sodyum
alımını engelleyin.
2 Tuzla muamele
Yasak! Ergiyiğe böylelikle sodyum girmesi tehlikesi olabilir.
3 Magnezyum yanması
Her ergitmede yaklaşık % 0,1 yanma olur. Normal olarak magnezyum ilavesine gerek yok. Mg
oranının %5’ in oldukça altına düştüğü durumlarda azami olarak %0,5 saf magnezyum katın.
4 Cüruf alma
Ergitmeden sonra gerekli.
5 Ergitmeden sonraki En çok 780 °C derece (Sıcaklık kontrolu!).
sıcaklık
6 Döküm ocağındaki sıcaklık
650 °C derecenin altına düşmemeli ve ergiyiğin hareketi sağlanmalı:
• Isıl konveksiyonla
• Gaz alma rotoruyla
Ergiyiğin durgun olması halinde kapak ısıtmalı derin ocak kullanmayın. Isıya dayanıklı ocak
malzemesindeki kil oranının yüksek olmasına dikkat edin.
7 Gaz alma ve ergiyiğin
temizlenmesi
•R
otorla etkili şekilde ve hızlı olarak gaz verin: 500 – 600 U / min, 7 – 10 l / min argon veya azot, 6 – 10 dakika.
• İnce delikli rotor başlığıyla gaz alma süresi biraz daha uzun olur. Ergiyiğin soğumamasına dikkat edin.
•A
zot açığa çıkaran gaz alma tabletlerine dikkat edin. Bunların çoğu durumda olumsuz etkisi vardır. Ergiyiğe sodyum verirler, bu da parçadaki uzamanın düşmesi demektir.
8 Cüruf alma
Gaz aldıktan hemen sonra yapın. Cüruftaki metal oranı ancak gaz alma sırasında kullanılan
ve Magsimal alaşımları için özel olarak geliştirilmiş sodyum içermeyen tuzlarla azaltılabilir.
9 Tane inceltme
Yasak!
10 Modifikasyon
Yasak! Aksi takdirde parçada erişilebilecek uzama ciddi şekilde düşer.
11 Döküm sıcaklığı 690 – 730 °C derece.
(Referans değer)
Enjeksiyon döküm parçasının geometrisi, büyüklüğü ve cidar kalınlığına göre değişir.
12 Kalıp sıcaklığı
160 – 220 °C derece.
13 Kalıptan aldıktan sonra
Parçaların hemen soğuk suya daldırılması akma dayanımını düşürür, uzamayı da artırır.
parçaların soğuk suya
daldırılması
14 Isıl işlem
Normal durumlarda yapılmaz (Bak madde 15).
15 Suni yaşlandırma ve Sadece istisnai durumlarda suni yaşlandırma ve çözeltiye almadan tavlama yapılabilir:
tavlama
•S
uni yaşlandırma (T5): Gerektiğinde 250 °C dereceye ve 90 dakikaya kadar. Akma mukavemeti artar, uzama düşer.
•Ç
özeltiye almadan tavlama (O): Gerektiğinde 320 °C ila 380 °C derece arası ve 90 dakikaya kadar. Akma mukavemeti düşer, uzama artar.
23
RHEINFELDEN ALLOYS GmbH & Co. KG
Bir Aluminium Rheinfelden gurubu kuruluşu
Satış ve müşteri danışmanlığı
Friedrichstrasse 80
D-79618 Rheinfelden
Türkiye Temsilciliği
IPS-VISION
Tel. +49.7623.93-490
Fax +49.7623.93-546
Tel: +49-(0)7623-62 144
Cep: +49-(0)176-60 80 81 80
[email protected]
www.rheinfelden-alloy.eu
[email protected]
Turhan Topaçoğulları
www.ips-vision.com.tr
Download

Magsimal®- 59 - ips