ซิลิคอนเป็นธาตุผสมที่สำคัญที่สุดในโลหะผสมอะลูมิเนียมสำหรับการหล่อขึ้นรูป กว่า 85% ของการหล่อขึ้นรูปอะลูมิเนียมทั้งหมดผลิตจากโลหะผสม Al-Si ตั้งแต่ล้อรถยนต์ A356 ไปจนถึงบล็อกเครื่องยนต์ A380 ความโดดเด่นนี้ไม่ใช่เรื่องบังเอิญ: ซิลิคอนช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการหล่อขึ้นรูปได้อย่างมาก ในขณะเดียวกันก็มอบความแข็งแรง ความยืดหยุ่น และความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม
บทความนี้อธิบายว่าปริมาณซิลิคอนส่งผลต่อพฤติกรรมของแท่งโลหะผสมอะลูมิเนียมระหว่างการหล่ออย่างไร และส่งผลต่อคุณสมบัติทางกายภาพของชิ้นส่วนสำเร็จรูปอย่างไร ไม่ว่าคุณจะระบุแท่งโลหะสำหรับการหล่อทราย การหล่อแบบแม่พิมพ์ถาวร หรือการหล่อแรงดันสูง การทำความเข้าใจบทบาทของซิลิคอนเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการควบคุมคุณภาพและต้นทุน
ทำไมต้องใช้ซิลิคอน? เหตุผลทางโลหะวิทยา
มีการเติมซิลิคอนลงในโลหะผสมอะลูมิเนียมหล่อด้วยเหตุผลพื้นฐานหลายประการ:
- ความสามารถในการหล่อขึ้นรูปที่ยอดเยี่ยม: ซิลิคอนช่วยเพิ่มความลื่นไหลได้อย่างมาก ทำให้โลหะหลอมเหลวสามารถเติมเต็มส่วนที่บางและรูปทรงแม่พิมพ์ที่ซับซ้อนได้
- การหดตัวต่ำ: โลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนมีช่วงการแข็งตัวที่แคบ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งใกล้กับองค์ประกอบยูเทคติก) ซึ่งช่วยลดการแตกร้าวขณะร้อนและรูพรุนจากการหดตัว
- น้ำหนักเบา: ซิลิคอน (ความหนาแน่น 2.33 กรัม/ซม³) เบากว่าอะลูมิเนียม (2.70 กรัม/ซม³) ดังนั้นปริมาณซิลิคอนที่สูงขึ้นจะช่วยลดน้ำหนักในการหล่อขึ้นรูป
- คุณสมบัติเชิงกลที่ดี: อนุภาคซิลิคอนช่วยเสริมความแข็งแรงให้กับโลหะผสม ในขณะที่ยังคงรักษาความยืดหยุ่นไว้ได้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผ่านการปรับปรุงแล้ว)
- ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม: ซิลิคอนช่วยปรับปรุงพฤติกรรมการป้องกันการกัดกร่อน
- การขยายตัวทางความร้อนต่ำ: โลหะผสมที่มีซิลิคอนสูงมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง
แหล่งที่มา: โลหะซิลิคอนความบริสุทธิ์สูงสำหรับผสมโลหะ
คุณภาพของโลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนสำหรับการหล่อเริ่มต้นจากโลหะซิลิคอนที่ใช้เป็นส่วนผสมเพิ่มเติม สำหรับการหล่ออะลูมิเนียมคุณภาพสูง โลหะซิลิคอนบริสุทธิ์สูง สิ่งสำคัญคือต้องหลีกเลี่ยงการนำสิ่งเจือปนที่ไม่พึงประสงค์เข้ามา ซึ่งอาจทำให้คุณสมบัติทางกลและความสามารถในการหล่อลดลง บริษัท Bright Alloys จัดจำหน่ายโลหะซิลิคอนเกรดต่างๆ ครบวงจรที่เหมาะสมสำหรับการผลิตโลหะผสมอะลูมิเนียม:
- โลหะซิลิคอนเกรด 97 (ซิลิคอน 97% ขั้นต่ำ) — ตัวเลือกที่ประหยัดสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมหล่อทั่วไปที่ไม่ต้องการความบริสุทธิ์สูงสุด
- โลหะซิลิคอนเกรด 331 (ซิลิคอน 99.3%) — เกรดมาตรฐานสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนหล่อส่วนใหญ่ ซึ่งมีความสมดุลระหว่างความบริสุทธิ์และต้นทุน
- โลหะซิลิคอนเกรด 441 (ซิลิคอน 99.1%, เหล็กต่ำ, อลูมิเนียม, แคลเซียม) — นิยมใช้สำหรับการหล่อคุณภาพสูงที่ต้องการองค์ประกอบทางเคมีที่สม่ำเสมอและปริมาณเหล็กที่ลดลง
- โลหะซิลิคอนเกรด 553 (ซิลิคอน 98.5%) — ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับโลหะผสมหล่อมาตรฐาน ให้คุณค่าที่ดีสำหรับการผลิตในปริมาณมาก
- โลหะซิลิคอนเกรด 1101 (ซิลิคอน 99.7%, สิ่งเจือปนต่ำมาก) — เหมาะสำหรับงานหล่อโลหะในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศและงานหล่อโลหะประสิทธิภาพสูงที่ต้องการความบริสุทธิ์และความสม่ำเสมอสูงสุด
การเลือกเกรดโลหะซิลิคอนส่งผลโดยตรงต่อระดับสิ่งเจือปนในโลหะผสมขั้นสุดท้าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหล็ก แคลเซียม และอะลูมิเนียม ซึ่งส่งผลต่อความลื่นไหลในการหล่อ การตอบสนองต่อการชุบอะโนไดซ์ และคุณสมบัติทางกล
แผนภาพเฟส Al-Si: ไฮโปยูเทคติก ยูเทคติก และไฮเปอร์ยูเทคติก
แผนภาพเฟสของอะลูมิเนียม-ซิลิคอนเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจโลหะผสมเหล่านี้ คุณลักษณะสำคัญคือ จุดยูเทคติกที่ 12.6% ซิลิคอนและ 577°C.
โลหะผสมไฮโปยูเทคติก (< 12.6% ซิลิคอน)
ตัวอย่าง: A356 (7% ศรี), A357 (7% ศรี), A319 (6% ศรี), A356.2 (7% ศรี)
โครงสร้างจุลภาค: เดนไดรต์อะลูมิเนียมหลัก + ยูเทคติก Al-Si ในบริเวณระหว่างเดนไดรต์
ลักษณะเฉพาะ: มีความยืดหยุ่นดีเยี่ยม ผสานความแข็งแรงและการยืดตัวได้อย่างลงตัว นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการหล่อโครงสร้างที่ต้องการความแน่นหนาต่อแรงดันและคุณสมบัติทนต่อความล้าที่ดี การปรับปรุงโครงสร้างด้วยสตรอนเทียมหรือโซเดียมเป็นวิธีการมาตรฐานในการเปลี่ยนเกล็ดซิลิคอนรูปเข็มให้เป็นโครงสร้างเส้นใย ซึ่งช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นได้ 2-3 เท่า
โลหะผสมยูเทคติก (ซิลิคอน 12.6%)
ตัวอย่าง: A413 (ซิลิคอน 12%), LM6 (ซิลิคอน 12%)
โครงสร้างจุลภาค: ยูเทคติกสมบูรณ์ — ส่วนผสมละเอียดของอะลูมิเนียมและซิลิคอน
ลักษณะเฉพาะ: มีความลื่นไหลสูงสุด การหดตัวน้อยที่สุด ความแน่นหนาของแรงดันดีเยี่ยม ทนต่อการกัดกร่อนได้ดี หล่อขึ้นรูปได้ดีที่สุดในบรรดาโลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนทั้งหมด มีความแข็งแรงและความยืดหยุ่นปานกลาง (ดีขึ้นได้ด้วยการปรับปรุง) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการหล่อผนังบางที่ซับซ้อน ชิ้นส่วนไฮดรอลิก และชิ้นส่วนหล่อขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ที่ซับซ้อน
โลหะผสมไฮเปอร์ยูเทคติก (> 12.6% ซิลิคอน)
ตัวอย่าง: A390 (17% ศรี), A390.1 (17-18% ศรี), A391 (19% ศรี)
โครงสร้างจุลภาค: ผลึกซิลิคอนปฐมภูมิ + ยูเทคติก Al-Si
ลักษณะเฉพาะ: มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำมาก (17-19 ppm/°C) ทนต่อการสึกหรอดีเยี่ยม มีความแข็งสูง และมีความแข็งแรงดีที่อุณหภูมิสูง อนุภาคซิลิคอนหลักทำหน้าที่เป็นเฟสที่แข็งและทนต่อการสึกหรอ ต้องใช้กระบวนการพิเศษ (การเติมฟอสฟอรัส) เพื่อปรับปรุงคุณภาพของซิลิคอนหลัก การขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรทำได้ยาก (ต้องใช้เครื่องมือเพชร) ใช้สำหรับบล็อกเครื่องยนต์ ลูกสูบ ปลอกสูบ และชิ้นส่วนที่ทนต่อการสึกหรอ
ผลกระทบต่อประสิทธิภาพการหล่อ
ความลื่นไหล (การไหลของโลหะหลอมเหลว)
ความลื่นไหลจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณซิลิคอนจนถึงจุดยูเทคติก จากนั้นจะลดลง ที่ปริมาณซิลิคอน 0% อะลูมิเนียมมีความลื่นไหลต่ำ ที่ปริมาณซิลิคอน 7% (A356) ความลื่นไหลจะดีขึ้นประมาณ 50% เมื่อเทียบกับอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ ที่ปริมาณซิลิคอน 12% (A413) ความลื่นไหลจะสูงสุด ซึ่งดีกว่าอะลูมิเนียมบริสุทธิ์ประมาณ 100% นี่คือเหตุผลที่การหล่อขึ้นรูปผนังบาง (ส่วนตัดขวาง 1-2 มม.) มักใช้โลหะผสมที่ใกล้จุดยูเทคติก
ความไวต่อการฉีกขาด (แตกร้าว) จากความร้อน
การแตกร้าวขณะร้อนเกิดขึ้นเมื่อโลหะที่กำลังแข็งตัวไม่สามารถรองรับแรงดึงได้ ช่วงอุณหภูมิการแข็งตัวที่แคบของโลหะผสมยูเทคติก (เพียงประมาณ 5°C) ช่วยลดการแตกร้าวขณะร้อน โลหะผสมไฮโปยูเทคติกที่มีซิลิคอน 5-9% มีความเสี่ยงต่อการแตกร้าวขณะร้อนในระดับปานกลาง โลหะผสมที่มีซิลิคอนต่ำกว่า 3% (เช่น ซีรี่ส์ 2xxx) มีความเสี่ยงสูงมากและไม่ค่อยนิยมใช้การหล่อแบบทรายหรือการหล่อแบบแม่พิมพ์ถาวร
การหดตัวและการป้อนอาหาร
การหดตัวโดยรวมจากการแข็งตัวจะลดลงเมื่อปริมาณซิลิคอนเพิ่มขึ้น: อะลูมิเนียมบริสุทธิ์: การหดตัวเชิงปริมาตรประมาณ 6.6% A356 (ซิลิคอน 7%): การหดตัวประมาณ 4.5% A413 (ซิลิคอน 12%): การหดตัวประมาณ 3.8% A390 (ซิลิคอน 17%): การหดตัวประมาณ 3.0% การหดตัวที่น้อยลงหมายถึงขนาดของรูพรุนที่เล็กลง ผลผลิตที่สูงขึ้น และรูพรุนน้อยลง
ผลกระทบต่อคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกล
| คุณสมบัติ | ซิลิคอนต่ำ (<5%) | ซิลิคอนระดับปานกลาง (5-9%) | ซิลิคอนสูง (12-18%) | ผลกระทบในทางปฏิบัติ |
|---|---|---|---|---|
| ความแข็งแรงดึง (หลังการหล่อ) | ต่ำ (~120-150 MPa) | ดี (~180-240 MPa) | ปานกลาง (~150-200 MPa) | วัสดุไฮโปยูเทคติกให้ความแข็งแรงสูงสุดหลังการอบชุบด้วยความร้อน (A356-T6: ความแข็งแรงดึงสูงสุด 310 MPa) |
| การยืดตัว (ความเหนียว) | สูง (~10-15%) | ดี (~5-12%) | ต่ำ (~1-3%) | ปริมาณ Si ที่สูงขึ้นจะลดความยืดหยุ่นลง การปรับปรุงโครงสร้างจะช่วยคืนความยืดหยุ่นบางส่วนในโลหะผสมที่มีปริมาณ Si ต่ำกว่าจุดยูเทคติก |
| ความแข็ง (บริเนลล์) | ระดับต่ำ (~30-40 HB) | ระดับปานกลาง (~60-90 HB) | สูง (~100-150 HB) | โลหะผสมไฮเปอร์ยูเทคติกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการความทนทานต่อการสึกหรอ |
| ความหนาแน่น (กรัม/ซม³) | 2.70-2.71 | 2.67-2.69 | 2.62-2.66 | ประหยัดน้ำหนักได้ 1-3% จากโลหะผสมยูเทคติก (โดยใช้โลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า) เกรด 441 หรือ โลหะซิลิคอน 553 ช่วยรักษาระดับสิ่งเจือปนให้ต่ำในขณะที่ยังคงได้ประโยชน์ด้านความหนาแน่นเหล่านี้) |
| สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (10⁻⁶/°C) | 23-24 | 21-22 | 17-19 | ซิลิคอนสูงช่วยลดการขยายตัวทางความร้อน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับลูกสูบและชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง |
| ค่าการนำความร้อน (W/m·K) | ~200 | ประมาณ 150-170 | ~120-140 | ค่าการนำความร้อนต่ำลงเมื่อปริมาณ Si สูงขึ้น — เหมาะสำหรับงานหล่อส่วนใหญ่ แต่ควรพิจารณาหากใช้กับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน |
ลักษณะทางสัณฐานวิทยาของซิลิคอน: แบบหล่อขึ้นรูปเทียบกับแบบดัดแปลง
รูปร่างของอนุภาคซิลิคอนส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติทางกล ในโลหะผสมไฮโปยูเทคติกที่ไม่ได้รับการดัดแปลง ซิลิคอนจะก่อตัวเป็นแผ่นหยาบรูปเข็ม ซึ่งทำหน้าที่เป็นจุดรวมความเค้น ทำให้ความยืดหยุ่นถูกจำกัดไว้ที่การยืดตัวเพียง 2-4%
การแก้ไข การเติม Sr หรือ Na ในปริมาณ 0.005-0.03% จะเปลี่ยนโครงสร้างซิลิคอนแบบเข็มให้เป็นโครงสร้างเส้นใยละเอียด ผลลัพธ์ที่ได้คือ การยืดตัวเพิ่มขึ้นจาก 3% เป็น 10-12% (A356) ความแข็งแรงดึงเพิ่มขึ้น 15-25% อายุการใช้งานจากการล้าดีขึ้น 2-5 เท่า ความทนทานต่อการแตกหักเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ด้วยเหตุนี้ โลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนแบบไฮโปยูเทคติกเกือบทั้งหมดจึงได้รับการปรับปรุงในโรงหล่อสมัยใหม่ ประสิทธิภาพของการปรับปรุงขึ้นอยู่กับความบริสุทธิ์ของแหล่งซิลิคอนด้วย — ต้องใช้ซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูง โลหะซิลิคอนเกรด 1101 (ซิลิคอน 99.7%) ช่วยลดสิ่งเจือปนที่อาจรบกวนปฏิกิริยาการดัดแปลงให้น้อยที่สุด
โลหะผสมอะลูมิเนียม-ซิลิคอนหล่อทั่วไป
| โลหะผสม | Si (%) | พิมพ์ | การใช้งานทั่วไป | คุณสมบัติหลัก |
|---|---|---|---|---|
| เอ356 / เอ356.2 | 6.5-7.5% | ไฮโปยูเทคติก | ล้อรถยนต์ ชิ้นส่วนช่วงล่าง ชิ้นส่วนหล่อโครงสร้าง อุปกรณ์ประกอบอากาศยาน | อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักดีเยี่ยมหลังการอบชุบความร้อนแบบ T6 (ความแข็งแรงดึงสูงสุด 310 MPa, การยืดตัว 10%) โลหะผสมหล่ออเนกประสงค์ที่ดีที่สุด จำเป็นต้องปรับปรุงด้วยสารเสริม Sr ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเมื่อใช้กับ... เกรด 441 หรือ โลหะซิลิคอน 331. |
| เอ357 | 6.5-7.5% | ไฮโปยูเทคติก | ชิ้นส่วนหล่อสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ชิ้นส่วนยานยนต์สมรรถสูง และชิ้นส่วนทางทหาร | A356 ที่มีปริมาณแมกนีเซียมสูงกว่า (0.5-0.7%) เพื่อความแข็งแรงที่สูงขึ้นหลังการอบชุบความร้อน (345 MPa UTS) เป็นโลหะผสมคุณภาพสูง ต้องการความบริสุทธิ์สูง โลหะซิลิคอนเกรด 1101 สำหรับการรับรองด้านอวกาศยาน |
| เอ319 | 5.5-6.5% | ไฮโปยูเทคติก | ฝาสูบเครื่องยนต์ ท่อร่วมไอดี ตัวเรือนเกียร์ ปั๊ม | มีความแข็งแรงทนทานต่ออุณหภูมิสูงได้ดีเยี่ยม ทนต่อแรงดันได้ดี และขึ้นรูปได้ง่าย มีส่วนผสมของทองแดง (3-4%) เพื่อเพิ่มความแข็งแรง |
| เอ380 | 7.5-9.5% | จุดไฮโปยูเทคติก (ใกล้จุดยูเทคติก) | การหล่อขึ้นรูปด้วยแรงดัน — ตัวเรือนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวเครื่องเครื่องมือไฟฟ้า ตัวยึดสำหรับยานยนต์ ชิ้นส่วนเครื่องใช้ไฟฟ้า | โลหะผสมที่ดีที่สุดสำหรับการหล่อขึ้นรูป: มีคุณสมบัติการไหลที่ดีเยี่ยม ความแข็งแรงสูง และทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี 80% ของการหล่อขึ้นรูปอลูมิเนียมใช้โลหะผสม A380 |
| เอ413 | 11-13% | จุดยูเทคติก / ใกล้จุดยูเทคติก | ชิ้นส่วนหล่อขึ้นรูปผนังบาง, ชิ้นส่วนไฮดรอลิก, รูปทรงซับซ้อน, ชิ้นส่วนหล่อทนแรงดัน | มีความลื่นไหลสูงสุด ทนแรงดันได้ดีเยี่ยม หดตัวน้อยที่สุด ความแข็งแรงต่ำกว่า A356 แต่หล่อขึ้นรูปได้ดีกว่า |
| เอ390 | 16-18% | ไฮเปอร์ยูเทคติก | เสื้อสูบเครื่องยนต์ (บางรุ่น), ลูกสูบ, ปลอกสูบ, ชิ้นส่วนคอมเพรสเซอร์, แหวนรองกันสึก | ทนทานต่อการสึกหรอสูงมาก การขยายตัวทางความร้อนต่ำ ความแข็งสูง ต้องใช้กรรมวิธีพิเศษ (การเติมฟอสฟอรัส การใช้เครื่องมือเพชร) มีความบริสุทธิ์สูง เกรด 97 หรือ โลหะซิลิคอน 553 โดยทั่วไปจะใช้สำหรับโลหะผสมที่มีซิลิคอนสูงเหล่านี้ |
ผลกระทบของซิลิคอนต่อกระบวนการแปรรูปขั้นที่สอง
ความสามารถในการอบชุบด้วยความร้อน
โลหะผสมไฮโปยูเทคติก (A356, A357) ตอบสนองได้ดีเยี่ยมต่อการอบชุบความร้อนแบบ T5, T6 และ T7 การอบชุบแบบละลายจะละลายตะกอน Mg₂Si จากนั้นจึงทำการบ่มเพื่อให้เกิดตะกอนเสริมความแข็งแรงละเอียด โลหะผสมยูเทคติก (A413) แสดงการตอบสนองต่อการอบชุบความร้อนน้อยมาก (ไม่มี Mg) โลหะผสมไฮเปอร์ยูเทคติกมักใช้ในสภาพหล่อ (T1) หรือผ่านการบ่มในระยะเวลาจำกัด
ความสามารถในการขึ้นรูปด้วยเครื่องจักร
ซิลิคอนต่ำ (<5%): เหนียวหนืด การขึ้นรูปเศษโลหะไม่ดี ขอบคมสะสม ซิลิคอนปานกลาง (5-9%): สามารถขึ้นรูปได้ดีด้วยเครื่องมือที่เหมาะสม ซิลิคอนสูง (12-18%): มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง ต้องใช้เครื่องมือคาร์ไบด์หรือเพชร แต่ให้ผิวสำเร็จที่ยอดเยี่ยม โลหะผสมไฮเปอร์ยูเทคติก (A390) เป็นหนึ่งในโลหะผสมอะลูมิเนียมที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงที่สุด แต่สามารถขัดเงาให้เป็นผิวเรียบเหมือนกระจกได้ ปริมาณเหล็กในโลหะซิลิคอน (ต่ำกว่าใน เกรด 441 และ 331) ส่งผลกระทบอย่างมากต่ออายุการใช้งานของเครื่องมือในระหว่างการปฏิบัติงานกลึง
ความสามารถในการเชื่อม
ค่าจะลดลงเมื่อปริมาณซิลิคอนเพิ่มขึ้น โลหะผสม A356/A357 เชื่อมได้ดี (GTAW, GMAW) โลหะผสม A380/A413 เชื่อมได้ไม่ดีเนื่องจากมีปริมาณซิลิคอนและทองแดงสูง จึงไม่แนะนำสำหรับการเชื่อมโครงสร้าง
คู่มือการเลือกโลหะผสมเชิงปฏิบัติ
ใช้กรอบการตัดสินใจนี้เพื่อเลือกโลหะผสมหล่อ Al-Si ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานของคุณ:
- ต้องการความยืดหยุ่นและความแข็งแรงสูงสุดหลังการอบชุบความร้อนใช่หรือไม่? → เหล็กกล้า A356 หรือ A357 (ซิลิคอน 6.5-7.5%) พร้อมการอบชุบความร้อนแบบ T6 โปรดระบุ เกรด 441 หรือ โลหะซิลิคอน 331 เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด
- ต้องการชิ้นส่วนหล่อขึ้นรูปผนังบางที่มีโครงสร้างซับซ้อนและคุณสมบัติหลังการหล่อที่ดีใช่หรือไม่? → A380 (ซิลิคอน 8-9%) สำหรับงานหล่อขึ้นรูปทั่วไป; A413 (ซิลิคอน 11-13%) สำหรับผนังบางพิเศษ โลหะซิลิคอนเกรด 553 เป็นตัวเลือกมาตรฐาน
- ต้องการความทนทานต่อการสึกหรอและการขยายตัวทางความร้อนต่ำใช่ไหม? → A390 (ซิลิคอน 16-18%) ไฮเปอร์ยูเทคติก โลหะซิลิคอนเกรด 97 นำเสนอแหล่งซิลิคอนราคาประหยัดสำหรับโลหะผสมซิลิคอนสูงเหล่านี้
- ต้องการความแข็งแรงทนทานต่ออุณหภูมิสูง (สำหรับการใช้งานในเครื่องยนต์)? → A319 (5.5-6.5% Si) พร้อมการเติม Cu
- ต้องการความแน่นหนาของชิ้นส่วนไฮดรอลิกใช่หรือไม่? → A413 (ยูเทคติก) หรือ A356 (เมื่อป้อนเชื้อเพลิงอย่างระมัดระวัง)
- ต้องการใบรับรองคุณภาพระดับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศที่มีความบริสุทธิ์สูงสุดหรือไม่? → A357 พร้อม โลหะซิลิคอนเกรด 1101 (ซิลิคอน 99.7%, สิ่งเจือปนต่ำมาก)
ตัวอย่างกรณีศึกษา: การเลือกอัลลอยสำหรับล้อรถยนต์
ผู้ผลิตล้อรถยนต์อะลูมิเนียมหล่อได้ประเมินโลหะผสมสามชนิด ได้แก่ A380 (ซิลิคอน 9%), A356 (ซิลิคอน 7%) และ A413 (ซิลิคอน 12%) ข้อกำหนด: ความแข็งแรงสูงเพื่อความปลอดภัย ความยืดหยุ่นที่ดีเพื่อความทนทานต่อแรงกระแทก ผิวสำเร็จที่ยอดเยี่ยมเพื่อความสวยงาม และความสามารถในการหล่อซี่ล้อที่บาง (ขนาด 5 มม.) ผลลัพธ์: A380 ให้ความสามารถในการหล่อที่ดี แต่ความยืดหยุ่นจำกัด (การยืดตัว 3-5%) และการตอบสนองต่อการอบชุบความร้อนไม่ดี A413 ให้ความสามารถในการหล่อที่ดีเยี่ยม แต่มีความแข็งแรงต่ำกว่า (ความแข็งแรงดึงสูงสุด 200 MPa) A356 ที่ปรับปรุงด้วย Sr และการอบชุบความร้อนแบบ T6 ให้ความแข็งแรงดึงสูงสุด 310 MPa การยืดตัว 10% และความสามารถในการหล่อที่ยอมรับได้เมื่อมีการใช้ช่องทางการหล่อที่เหมาะสม โรงหล่อได้ระบุว่า... โลหะซิลิคอนเกรด 441 เนื่องจากมีปริมาณเหล็กต่ำอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยปรับปรุงความยืดหยุ่นและความสม่ำเสมอในการชุบอะโนไดซ์ จึงเลือกใช้ A356 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความสามารถในการหล่อที่ดีที่สุดไม่ได้เป็นตัวตัดสินเสมอไป คุณสมบัติที่ต้องการเป็นตัวกำหนดการเลือก และคุณภาพของโลหะซิลิคอนช่วยให้ได้คุณสมบัติเหล่านั้นโดยตรง
ปริมาณซิลิคอนเป็นตัวแปรที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียวในการออกแบบโลหะผสมอะลูมิเนียมหล่อ ตั้งแต่โลหะผสมไฮโปยูเทคติก A356 สำหรับการหล่อโครงสร้าง ไปจนถึงโลหะผสมยูเทคติก A413 สำหรับการหล่อขึ้นรูปผนังบาง และโลหะผสมไฮเปอร์ยูเทคติก A390 สำหรับชิ้นส่วนทนการสึกหรอ ซิลิคอนควบคุมการไหล ความต้านทานการฉีกขาดที่อุณหภูมิสูง การหดตัว คุณสมบัติทางกล และพฤติกรรมการแปรรูปขั้นที่สอง การทำความเข้าใจแผนภาพเฟส Al-Si และข้อแลกเปลี่ยนที่เกี่ยวข้องกับระดับซิลิคอนที่แตกต่างกัน โรงหล่อและผู้ซื้อชิ้นส่วนหล่อสามารถเลือกโลหะผสมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแต่ละการใช้งาน โดยคำนึงถึงความสามารถในการหล่อ ต้นทุน และประสิทธิภาพของชิ้นส่วนขั้นสุดท้าย รากฐานของการหล่ออะลูมิเนียม-ซิลิคอนคุณภาพสูงทุกชิ้นคือโลหะซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูง Bright Alloys จัดจำหน่ายโลหะซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูงครบวงจร เกรดโลหะซิลิคอน — เกรด 97, 331, 441, 553, และ 1101 — ด้วยส่วนผสมทางเคมีที่ได้รับการรับรอง เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดที่เข้มงวดของโรงหล่ออลูมิเนียมทั่วโลก