Ein umfassender Leitfaden zur hochfesten Aluminiumgusslegierung R14-T6: anspruchsvolle Zusammensetzungen, Präzisionswärmebehandlung und Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt

Als Chinas eigene Forschung und Entwicklung in einer bestimmten Periode der Geschichte, die weithin in der nationalen Verteidigung und High-End-Ausrüstung verwendet worden war ZL201 Serie Hochfeste Aluminiumgusslegierungtypische Vertreter derR14 Es ist eine Art vonSehr hohe Raumtemperaturfestigkeit, ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und gute Schweißbarkeitprominent Aluminium-Kupfer-Mangan (Al-Cu-Mn) Legierung. Die Legierung wird durch denMehrfache VerbundverstärkungSeine mechanischen Eigenschaften nach dem Gießen und der Wärmebehandlung, insbesondere die Zugfestigkeit, lagen lange Zeit an der Spitze der inländischen Aluminiumgusslegierungen, insbesondere für die Herstellung vonHochwertige Gussteile mit hohen Belastungen, hohen Arbeitstemperaturen und komplexen StrukturenUnd das Design.

Normen und Noten für R14

• Alte nationale/industrielle Codes::R14 Es handelt sich um einen Markencode, der aus dem internen Standard oder dem frühen Unternehmensstandard der chinesischen Luftfahrtindustrie hervorgegangen ist und besondere Merkmale der jeweiligen Epoche und Branche aufweist.
• Entsprechende nationale StandardnoteZusammensetzung und Eigenschaften sind den nationalen Normen am nächsten ZL201A (ZAlCu5MnA).
• Note BedeutungR“ kann für ”Wärmeintensität“ oder eine bestimmte Zahl stehen, und ”14“ ist eine Seriennummer. Sie steht für Al-Cu-Mn-Ti Eine klassische Formel für Systemlegierungen.
• Wesentliche Merkmale::Silizium (Si)-frei oder sehr niedriger GehaltDas wichtigste Verstärkungselement ist Kupfer (Cu), und Mangan (Mn) und Titan (Ti) werden hinzugefügt, um die Organisation und die Hitzebeständigkeit zu verbessern.Muss einer strengen Wärmebehandlung (T5/T6) unterzogen werden, um eine hervorragende Leistung zu erzielen.

R14 (ZL201A) Aluminiumlegierungszusammensetzungstabelle (typischer Bereich)

Element einer Menge	Inhaltsbereich (wt%)	funktionale Rolle
Kupfer (Cu)	4.8-5.3	Kernstärkende Elemente. Die Bildung der θ' (Al₂Cu) verstärkten Phase sorgt für eine sehr hohe Raum- und Hochtemperaturfestigkeit.
Mangan (Mn)	0.6-1.0	Wichtige hitzebeständige und zähmachende Elemente. Die Bildung hitzebeständiger Phasen wie T (Al₂₀Cu₂Mn₃) verbessert die Hochtemperatureigenschaften und verfeinert die Körner.
Titan (Ti)	0.15-0.35	Starker Kornverfeinerer. Bildung von Al₃Ti mit Aluminium, das als heterogener Keimkern wirkt und die Organisation im Gusszustand erheblich verfeinert.
Kadmium (Cd) 或 Bor (B)	Spuren (z. B. Cd: 0,15-0,25)	Elemente zur Veränderung der Kristallgrenzen. Fördert die gleichmäßige Ausscheidung der θ'-Phase, verbessert die Verstärkungswirkung der Wärmebehandlung und die Beständigkeit gegen Überalterung.
Eisen (Fe)	≤ 0.15	Streng kontrollierte Verunreinigungen. Der Gehalt ist extrem niedrig, um die Bildung von schädlichen spröden eisenhaltigen Phasen zu vermeiden.
Silizium (Si)	≤ 0.10	Streng kontrollierte VerunreinigungenDer sehr niedrige Gehalt ist grundlegend für die Unterscheidung von Al-Si-Legierungen. Der sehr niedrige Gehalt ist von grundlegender Bedeutung für die Unterscheidung von Al-Si-Legierungen und gewährleistet eine gute Schweißbarkeit auf Kosten der Fließfähigkeit beim Gießen.
Aluminium (Al)	Toleranz (d. h. zulässiger Fehler)	Material des Substrats.

R14 (ZL201A) Physikalische und mechanische Eigenschaften Parametertabelle (Sandguss, typische Werte für T5/T6-Zustände)

Leistungsindikatoren	Zahlenbereich (Zustand T5/T6)	Leistungspositionierung und Vergleich
Dichte	Ca. 2,78 g/cm³	Höher als Al-Si-Legierungen.
Zugfestigkeit bei Raumtemperatur (Rm)	400-480 MPa	oberste Ebene. Deutlich höher als alle herkömmlichen Al-Si-Systemgusslegierungen (z. B. ZL101A ca. 310 MPa).
Streckgrenze (Rp0,2)	280-350 MPa	Wiederum auf höchster Ebene.
Dehnung (A)	4.0-8.0%	Hervorhebung der Vorteile. Behält eine gute Plastizität bei ultrahohen Festigkeiten bei, weit besser als bei hochfesten Al-Si-Legierungen (typischerweise <2%).
Brinell-Härte (HB)	100-120	Hohe Härte.
Hohe Temperaturbeständigkeit (200°C)	talentiert	Zentrale Stärken. Die Festigkeitserhaltung im Bereich von 150-250°C ist viel höher als bei den Al-Si-Cu-Systemlegierungen.
Schweißeignung	günstig	Zentrale Stärken. Der niedrige Siliziumgehalt macht es weniger anfällig für Risse in der Schweißnaht und ermöglicht die Reparatur von Füllern.
Mobilität beim Gießen	mittelmäßig	Hauptnachteile. Breiter Erstarrungsbereich, hohe Neigung zur thermischen Rissbildung, Notwendigkeit eines komplexen Gießverfahrens und Speiserdesigns.

Wege zur Leistungssteigerung und Technologie-Schlüssel
Die Leistung von R14 ist das Ergebnis der Kombination aus “harter Zusammensetzung” und “präziser Wärmebehandlung”:

1. Reinheit und Präzision der InhaltsstoffeFür Verunreinigungselemente Eisen (Fe) und Silizium (Si) Die Toleranz ist äußerst gering und es müssen hochreines Primäraluminium und Zwischenlegierungen verwendet werden. Spurenelemente Kadmium (Cd) oder Bor (B) Die Zugabe der “geheimen Soße” ist eines der "Geheimrezepte" für seine Spitzenkraft.
2. Harte Wärmebehandlungsverfahren (T5/T6)Wärmebehandlung ist sein Lebenselixier und umfasst in der Regel Folgendes:
   • Abgestufte Mischkristallbehandlung: z.B. Halten bei einer niedrigeren Temperatur (z.B. 540°C) und anschließendes Erhöhen auf eine höhere Temperatur (z.B. 550°C), um die Al₂Cu-Phase vollständig aufzulösen und ein Überkochen zu verhindern.
   • Abschrecken mit kaltem WasserEmpfindlich gegenüber der Abkühlgeschwindigkeit und erfordert eine schnelle Abkühlung, um einen übersättigten Mischkristall zu erhalten.
   • künstliches ZeitlimitLange Alterung bei 175-185°C (z.B. 6-10 Stunden), um die gewünschte Ausscheidungsfestigkeit zu erreichen.
3. Fortschrittliches Gießverfahren: Es ist fast obligatorisch, die Feinguss oder hohe Qualität SandgussUm seine schlechten Gießeigenschaften in den Griff zu bekommen, wird die Erstarrungsfolge in Verbindung mit Maßnahmen wie kaltem Eisen und aggressiver Kühlung gesteuert.

Entsprechende internationale Noten
Als klassische hochfeste Gusslegierung des Systems Al-Cu-Mn sind international ähnlich positionierte Werkstoffe verfügbar:

• Chinesischer nationaler Standard::ZL201A (GB/T 1173)
• Amerikanische Norm::A201.0 (ASTM) sind in Bezug auf Leistungsorientierung und Zusammensetzung sehr ähnlich.
• Russischer Standard::AAЛ9 (Ähnlich wie ZL205A, höhere Festigkeit, gleiches System)
• EU-Norm: Kein direktes Gegenstück, aber Teil derAluminium-Kupfer-Gusslegierungen der Serie 200.

R14 (ZL201A) in der Gießereiindustrie
Seine Anwendung konzentriert sich hauptsächlich auf die Verwendung vonExtreme Leistungsanforderungen, relativ unempfindlich gegenüber KostenDas obere Ende des Feldes:

1. Luft- und Raumfahrt und Verteidigung (traditionelle Kernanwendungen)
   • Strukturteile für FlugzeugeFlugzeughangars, Raketenflügel, UAV-Rumpfgestelle, komplexe Hubschrauberverbindungen.
   • Zubehör für den MotorKompressormagazine, Motorhalterungen, hochfeste Halterungen.
   • Militärische FahrzeugeGehäuse für Getriebeteile von Panzern, gepanzerten Fahrzeugen, Beobachterlafetten.
2. Hochwertige zivile Ausrüstung
   • Hochleistung im RennsportAufhängungslager, Achsschenkel, Getriebegehäuse.
   • Präzisionsinstrumente und -roboterHochsteife, leichte Roboterarmgelenke, Sensorgehäuse für hohe Belastungen.
   • Formenbau-IndustrieBlasformen, Glasformen (um ihre hohe thermische Festigkeit zu nutzen).
3. Teile für besondere Anforderungen
   • Große und komplexe Gussteile, die durch Schweißen repariert werden müssen.
   • Betriebstemperatur bei150-250°Czwischen und erfordern hochfeste Komponenten.

R14 (ZL201A) Aluminiumlegierung Häufig gestellte Fragen

F1: Was sind die größten Vor- und Nachteile von R14?

• größte Stärke::Spitzenwert der kombinierten mechanischen Eigenschaften-Gleichzeitig in Aluminiumgusslegierungen erreichtHöchste Festigkeit, gute Plastizität und hervorragende HochtemperatureigenschaftenundSchweißbarkeit.
• größter Nachteil::Äußerst schlechte Verarbeitung des Gusses(Schlechtes Fließverhalten, hohe Neigung zu thermischer Rissbildung),Äußerst hohe Produktionskosten(anspruchsvolle Rohstoffe und Verfahren),Allgemeine Korrosionsbeständigkeit(Enthält viel Kupfer).

F2: Kann R14 im Druckgussverfahren hergestellt werden?

• Fast unmöglich und ungeeignet. Seine extrem schlechte Fließfähigkeit, breite Palette von Erstarrungstemperatur und hohe Empfindlichkeit gegenüber thermischen Rissbildung, völlig ungeeignet für Hochdruck-Druckguss schnelle Füllung, schnelle Abkühlung Prozessmerkmale. Es ist speziell entwickelt für Sandguss, Feinguss Konzipiert für Verfahren, die eine Feinsteuerung des Erstarrungsprozesses ermöglichen.

F3: Wie ist die Korrosionsbeständigkeit von R14? Muss es oberflächenbehandelt werden?

• Schlechte Korrosionsbeständigkeit. Aufgrund des hohen Kupfergehalts sind sie wesentlich weniger korrosionsbeständig als Al-Si- und Al-Mg-Legierungen für allgemeine atmosphärische und marine Umgebungen.
• Muss oberflächenbehandelt sein. Dies geschieht in der Regel durchHart anodisiert或Livree (auf Fluggesellschaft oder Firmenfahrzeug)Schutz. Seine gute Substratfestigkeit unterstützt auch die Behandlung mit dicken Schichten.

F4: Was ist der grundlegende Unterschied zwischen R14 und herkömmlichen Al-Si-Legierungen wie ZL101A und ZL104?

• Es handelt sich um zwei völlig unterschiedliche Legierungssysteme.::
  • R14 (System Al-Cu-Mn): Die SucheEndgültige mechanische Eigenschaften(math.) GattungSchlechte Gießbarkeit und hohe Kostenwie das Gießen von Legierungen in “Spezialstahl”。
  • ZL101A/104 (Al-Si-Mg-System): Die SucheGute Gesamtbilanz bei Leistung und Verarbeitbarkeit(math.) GattungGute Gießbarkeit und niedrige KostenDas ist es.“Allgemeine technische Kunststoffe”。
  • Die Entscheidung fiel erst, als die Al-Si-LegierungDie Stärke ist absolut unzureichendAl-Cu-Legierungen wie R14 kommen nur dann in Frage, wenn die Struktur in einem Stück gegossen werden muss.

F5: Ist R14 in der modernen Fertigung überflüssig?

• Nicht veraltet, aber hochspezialisiert in den Anwendungsszenarien. Mit der Entwicklung von Hochleistungs-Al-Si-Legierungen (z. B. ZL114A), Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffen und der CNC-Bearbeitung (Schneiden von Schmiedeblöcken) gibt es mehr Möglichkeiten für viele Anwendungen, bei denen früher R14 erforderlich war. Doch inAnforderungen an die spezifische Endfestigkeit (Festigkeit/Dichte), komplexe Strukturen mit einteiliger Formgebung und hohe Betriebstemperaturen.的Kritische Komponenten für Luft- und Raumfahrt und VerteidigungAndererseits haben R14 und seine verbesserten Qualitäten (z. B. ZL205A) immer noch einen unersetzlichen Wert.