Aluminiumlegierung A356: Zusammensetzung, Eigenschaften und Anwendungen

Die Aluminiumlegierung A356 ist eine Gusslegierung, die für ihre hervorragende Gießbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bekannt ist. Sie bietet in vielen Branchen hervorragende Leistung und wird daher von vielen Ingenieuren eingesetzt. Dieser Artikel behandelt ihre Zusammensetzung, Eigenschaften und häufigen Verwendungszwecke.

Chemische Zusammensetzung und Legierungsbezeichnungen

Typische Elementzerlegung

Silizium sorgt für einen besseren Schmelzfluss des Metalls, Kupfer für eine höhere Festigkeit. Geringe Mengen Eisen verhindern, dass das Metall spröde wird.

Normen & Güteklassenvarianten

Die Legierung A356 ist in verschiedenen Qualitäten erhältlich, die unterschiedliche Anforderungen erfüllen:

• A356.0 – Dies ist die handelsübliche Standardversion, die für Sand- oder Dauerformguss verwendet wird.

• A356.1 – Dies ist eine reinere Version mit einem geringeren Eisenanteil. Sie kann für spezielle Gusstechniken verwendet werden.

• A356.2 – Die reinste Version der Legierung, die für Teile höchster Qualität verwendet wird.

• UNS A13560 – Dies wird als Standardnummerierungsname für diese Legierung verwendet.

Jede Klasse bietet die gleiche Grundleistung, kann sich jedoch in der Oberflächenbeschaffenheit oder -qualität unterscheiden.

Mechanische und physikalische Eigenschaften

Mechanische Eigenschaften im Zustand T6

Das T6-Vergütungszustand verbessert die Eigenschaften der A356-Legierung:

Physikalische und thermische Eigenschaften

Aufgrund seiner geringen Dichte und seiner guten Wärmeleitfähigkeit eignet sich A356 sehr gut für thermische Anwendungen. Sein Elastizitätsmodul macht es außerdem für verschiedene strukturelle Anwendungen geeignet.

Ermüdungsverhalten und Deformationsverhalten

A356 ist bei richtiger Wärmebehandlung sehr ermüdungsbeständig. Wiederholte Belastungen oder Stöße können zu Rissen führen, insbesondere bei hoher Porosität. Bei höheren Temperaturen wird die Legierung weich, wodurch sie sich besser biegen und fließen lässt. Bei kalten Temperaturen wird sie jedoch steif und kann bei zu schnellem Biegen reißen.

Wärmebehandlungsverfahren (T5 vs. T6)

Wärmebehandlungen beeinflussen die Festigkeit und Struktur der Legierung auf unterschiedliche Weise.

T5: Kühlungsalterung vs. natürliche Alterung

Die T5-Härtung beinhaltet einen einfacheren Alterungsprozess. Die Teile werden nach dem Gießen zunächst abgekühlt und anschließend bei Raumtemperatur gealtert. Dieser Prozess ist zwar schnell, führt aber zu Teilen mit geringerer Festigkeit.

T6: Wärmebehandlung und Alterungsprozess

Dabei wird die Legierung auf eine hohe Temperatur erhitzt. Anschließend wird sie sehr schnell abgekühlt und anschließend erneut gealtert, um dem Metall die optimale Festigkeit zu verleihen.

Mikrostrukturelle Entwicklung während T6

Beim T6-Tempern bilden sich Mg₂Si-Partikel (Magnesiumsilizid), die das Metall deutlich fester machen. Die Siliziumpartikel verändern zudem ihre Form von scharfkantigen Kristallen zu Kugeln, was als Silizium-Sphäroidisierung. Diese Siliziumkugeln tragen dazu bei, dass sich das Metall stärker biegen lässt, bevor es bricht.

Casting-Techniken und was zu beachten ist

Sandguss & Dauerformguss

Die Legierung A356 eignet sich sowohl für Sand- als auch für Kokillenguss. Sie ist gut fließend und füllt komplexe Formen problemlos. Sandguss ist günstiger und eignet sich auch besser für große oder dicke Teile. Kokillenguss hingegen ermöglicht sauberere Teile mit höherer Festigkeit.

Einschränkungen bei Hochdruckguss- und Squeeze-Casting-Lösungen

Diese Legierung eignet sich nicht gut für den Druckguss. Gasblasen werden eingeschlossen und führen zu Porosität. Dies schwächt das Teil deutlich und verringert seine Festigkeit. Das Druckgussverfahren ist eine bessere Option, da beim Abkühlen hoher Druck eingesetzt wird, um winzige Löcher zu entfernen.

Mikrostrukturkontrolle: Minimierung von Porosität und Schrumpfung

Die Kontrolle dieser Defekte kann schwierig sein und sie entstehen normalerweise während der Erstarrung. So minimieren Sie sie:

• Verwenden Sie geeignete Filter und Vakuumsysteme, um die Luft zu entfernen.
• Der Abkühlungsprozess sollte richtig gesteuert werden, um innere Spannungen zu reduzieren.
• Außerdem ist es am besten, Formen zu verwenden, die gleichmäßig abkühlen.

Vorteile der A356-Legierung

• A356 lässt sich sehr leicht gießen und seine flüssige Beschaffenheit ermöglicht die Herstellung komplexer Formen.
• Die Legierung ist trotz ihres geringen Gewichts sehr robust.
• Es ist außerdem rostbeständig und funktioniert in feuchten oder nassen Umgebungen.
• Die Teile aus A356 lassen sich gut schweißen und problemlos mit anderen Aluminiumteilen verbinden.
• A356 kann auch eingeschmolzen und viele Male wiederverwendet werden.

Einschränkungen und Anwendungsfallbeschränkungen

• Diese Legierung ist spröder als Knetlegierungen wie 6061, die duktiler sind.
• A356 verliert seine Festigkeit bei sehr hohen Temperaturen über 150°C.
• Bei der Arbeit mit A356-Teilen können Konstrukteure auf Probleme stoßen, da scharfe Ecken Spannungspunkte erzeugen können. Dies kann bei zyklischer Belastung zu Ausfällen führen.

Branchenanwendungen und Beispiele aus der Praxis

A356 wird in zahlreichen Branchen eingesetzt. Sein geringes Gewicht, seine Festigkeit und die Fähigkeit, komplexe Formen zu bilden, machen es ideal für Struktur- und Wärmeteile.

Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrtindustrie ist es sehr wichtig, Flugzeuge mit Teilen zu bauen, die sowohl robust als auch leicht sind. Sie sollten außerdem rostbeständig sein, und der A356 erfüllt diese Anforderungen, insbesondere wenn er auf T6 wärmebehandelt wird. Zu diesen Teilen gehören unter anderem:

• Strukturgussteile
• Motorsteuerung
• Getriebe
• Steuergehäuse

Automobil

Auch Automobilhersteller nutzen diese Legierung, um Fahrzeuge leichter und effizienter zu machen. A356 wird auch für einige Teile von Elektrofahrzeugen verwendet. Sie finden diese Legierung in:

• Getriebegehäuse
• Motorlager
• Aufhängungsteile
• EV-Komponenten

Dank ihres geringen Gewichts trägt diese Legierung auch zur Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs bei.

Industrie

Im industriellen Umfeld bewährt sich A356 sowohl in heißen als auch in feuchten Umgebungen. Seine hohe Rostbeständigkeit verlängert zudem die Lebensdauer einiger Teile, wie zum Beispiel:

• Temperatur fällt
• Pumpenkörper
• Gebläse
• Lüfterblätter
• Elektronikgehäuse

Fazit

A356-Aluminium vereint leichte Gießbarkeit mit hoher Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Mit der richtigen Wärmebehandlung lässt es sich noch besser verarbeiten und eignet sich daher für viele Branchen. Wählen Sie A356 für Ihr nächstes Projekt und Sie werden nicht enttäuscht sein.