Högpresterande gjutna aluminiumkomponenter

Projektet är en fortsättning och avrapportering av 3 års G-projekt inom högpresterande Al-legeringar, HPAL. Arbetet har fokuserat på att få ökad kunskap framförallt inom två områden; hur man kan öka hållfasthet respektive seghet hos kommersiella Al-Si-legeringar vid förhöjda temperaturer resp. rumstemperatur. En litteraturstudie har visat hur man genom tillsats av olika legeringstillsatser och användning av mer specialanpassade legeringar kan uppnå mycket goda egenskaper. I detta projekt har utgångspunkten varit konventionella legeringar. Bättre egenskaper skulle åstadkommas både genom optimering av legeringselement hos dessa och genom att minimera defektnivåer med förbättrad ingjutsteknik. Inför arbetet togs en ny provstavsmodell fram i CAD. För att visa flödets inverkan på defekter, och därmed hållfasthet, gjordes modellen i två versioner; bra resp. mindre bra ingjutssystem. Sandformarna togs fram med hjälp av 3D-skrivare. Resultaten av dragprovningen blev oväntade; skillnaden mellan grupperna var mycket liten. I arbetet med legeringar med förbättrad duktilitet valdes en legering från litteraturen, där man använt Cr för att till viss del ersätta Mg. Som utgångsmaterial valdes AlSi7Mg. Prover togs fram med hjälp av en gradientugn, där en kontrollerad stelning bidrar till att minimera defekter. Resultatet visar att Cr-tillsatsen gav en ganska liten ökning av segheten, däremot fick man efter konventionell åldring en ordentlig sänkning av brott- och sträckgräns. Åldring vid längre tider gav hållfasthet jämförbara med grundlegeringen utan Cr, men lägre än legeringen från litteraturen. Gradientstelningsförsök har visat att kisel bidrar starkt till varmhållfastheten vid 230 C för legeringen STENAL 460. En ökning av kiselhalten från 9,1 till 12,4 % ger bättre mekaniska egenskaper(R m, Rp0.2 och A5) vid såväl rumstemperatur som vid 230 C. Jämfört med baslegeringen erhölls förbättring av sträck- och brottgräns vid 230 C med 49 respektive 17 % samtidigt som brottförlängningen ökade med 20 %. Motsvarande förbättring av sträck- och brottgräns samt brottförlängning vid rumstemperatur var 16, 22 respektive 69 %. Ett examensarbete utfört vid JU visar intressanta resultat hur kisel, cobolt och nickel var för sig och tillsammans bidrar till varmhållfastheten för Al-Si-legeringar.The project is a continuation and reporting of 3 year G projects in high performance Al alloys, HPAL. The work has focused on gaining knowledge especially in two areas; how to increase the strength and toughness of commercial Al-Si alloys at elevated temperatures and at room temperature. A literature study has shown how to achieve very good properties through the addition of various alloy additions and the use of customized alloys. In this project the starting point has been conventional alloys, and better properties would be achieved both by optimizing alloying elements and by minimizing defect levels with improved gating system. A new test specimen model was designed in CAD. To show the influence of the melt flow on defects, and hence strength, the model was made in two versions; good resp. less good injection system. Sand moulds were produced using a 3D sand printer. The results of the tensile test became unexpected; the difference between the groups was very small. In the work of alloy with improved ductility, an alloy from the literature was chosen, using Cr to partially replace Mg. As starting alloy, AlSi7Mg was selected. Test specimens were produced in a gradient furnace, where a controlled solidification helps to minimize defects. The result shows that the Cr addition gave a slight increase in toughness, but after conventional aging, a severe reduction in strength was achieved. Aging at longer times gave strength comparable to the basic alloy without Cr, but lower than the alloy from literature. Directional solidification trials has illustated the importance of silicon as an alloying element on the mechanical properties at elevated temperature (230 C) for an Al-Si9-Cu3-Fe-alloy. An increase of silicon from 9,1 to 12,4 % improves the mechanical properties at room temperature as well as at elevated temperatures. Compared to the base-alloy EN AC 46000 (STENAL 460) the increase in yield strength, ultimate tensile strength and fracture elongation was 49, 17 and 20 % respectively at 230 C. The corresponding increase at room temperature was 16, 22 and 69 % respectively. A Master Thesis work at Jönköping University demonstrate the influnce of silicon, cobolt and nickel on the elevated temperature mechanical properties for Al-Si-alloys