Influence of the chemical composition on the characteristics of the Al-Si alloy

Niska temperatura taljenja i visoka livljivost Al – Si eutektičkih legura i legura sa sastavom u blizini eutektičkog omogućuje široku primjenu tih materijala osobito u mnogim industrijskim granama kao npr. u proizvodnji transportnih vozila (automobilska, zrakoplovna industrija, industrija željezničkih vozila), građevinarstvu, strojogradnji, itd. Proizvođači automobila su tijekom posljednjih petnaestak godina udvostručili udio u primjeni aluminijskih odljevaka, od čega gotovo 90% čine odljevci od Al – Si legure. Najveći broj ljevačkih legura aluminija pored osnovnog legirajućeg elemenata poput silicija sadrži i sekundarne legirajuće elemente i elemente u tragovima, koji se namjerno dodaju s ciljem poboljšanja određenih svojstava legure koja dvojne legure na bazi aluminija ne posjeduju. Kao uložak za lijevanje služe primarne i sekundarne sirovine. Zbog visoke cijene primarnih sirovina, sve češće su u upotrebi sekundarne koje su osim nižom cijenom karakterizirane i povišenim udjelom nečistoća. U ovom je radu ispitana EN AB AlSi9Cu3(Fe) namijenjena visokotlačnom lijevanju uglavnom automobilskih dijelova. Uz silicij kao osnovni legirajući element, važnu ulogu u razvoju mikrostrukture, kao i postizanje normom zahtijevanih mehaničkih svojstava imaju i sekundarni legirajući i prateći elementi poput bakra i željeza. Često puta garantirani kemijski sastav odgovara onom propisanom normom, međutim to ne uvjetuje apsolutnu sigurnost u ispravnost lijevanih odljevaka zbog interakcija mnogih elemenata, mogućnosti stvaranja uključaka, poroznosti i na taj način, indirektnog utjecaja na brojna fizikalna, mehanička i tehnološka svojstva odljevaka. Metalografskom analizom utvrđeni su mikrostrukturni konstituenti primarni aluminij αAl, visokotemperaturne željezne faze Al5FeSi, osnovni eutektik (aAl + bSi), razgranata Al8Mg3FeSi6 faza, sekundarne eutektička faza Mg2Si, te ternarni eutektik Al2Cu i kompleksna intermetalna faza Al5Mg8Cu2Si6. Ispitivanja mehaničkih svojstava ukazala su na povećanje mikrotvrdoće sa smanjenjem masenog udjela Si i povećanjem masenog udjela Cu, dok je vlačna čvrstoća rasla s porastom masenog udjela Si i smanjenjem masenog udjela Cu. Uočena je referentna razlika sadržaja (Si-Cu)=9,25 pri kojoj se postižu maksimalne vrijednosti ispitanih mehaničkih svojstava. Prateći elemenata poput Fe, Mn i Mg, koji čine osnovu za poboljšanje mehaničkih svojstava, povoljno utječe na razvoj mikrotvrdoće i vlačne čvrstoće uzoraka. S porastom vrijednosti sume masenih udjela (Fe+Mn) rastu i ispitana mehanička svojstva.The low melting temperature and high castability of Al - Si eutectic or “near eutectic” composition of an alloy enable wide application of these materials especially in many industries such as production of transport vehicles (automotive, aviation industry, railway vehicles), construction, engineering, etc. Car manufacturers have been doubled in the application of aluminum castings, over the last fifteen years, of which almost 90% represent castings made of Al - Si alloy. The numerous cast aluminum alloys, beside the basic alloying elements such as silicon, also contains a secondary alloy elements and trace elements, which are intentionally added in order to improve certain properties of an alloy, which dual aluminum-based alloys do not possess. Primary and secondary raw materials have been used as a charge material. Due to the high cost of primary charge materials, an increased application of secondary one which are characterized with lower cost and an increased level of impurities. In this work, an EN AB AlSi9Cu3(Fe) intended to automotive parts production by high pressure die casting, has been examined. With silicon as the main alloying element, an important role in the development of the microstructure, and achieving the required mechanical properties played also secondary alloying and trace elements, such as copper and iron. Often, guaranteed chemical composition corresponding to that prescribed by the standard, does not represent absolute assurance of the castings soundness, due to interaction of many elements, inclusions forming, porosity and thus, the indirect effect on many physical, mechanical and technological properties of the castings. Metallographic analysis revealed microstructural constituents of primary aluminum αAl, high-temperature phase of iron Al5FeSi, basic eutectic (aAl + bSi), branched Al8Mg3FeSi6 phase, secondary eutectic phase Mg2Si and ternary eutectic Al2Cu and complex intermetallic phase Al5Mg8Cu2Si6. Investigations of mechanical properties revealed an increase of microhardness with lowering of Si weight ratio and increasing of Cu weight ratio. Yield strength increased with increasing of Si weight ratio and lowering of Cu weight ratio. Referent difference of weight ratios (Si-Cu)=9,25 indicated maximal values of examined mechanical properties. Trace elements such as Fe, Mn i Mg, which are essential for mechanical properties improvement, have a suitable influence on microhardness and yield strength development. Increasing of weight ratios sum (Fe+Mn) comprehend to the increase of investigated mechanical properties