Um guia completo sobre a liga de alumínio fundido de alta resistência R14-T6: composições exigentes, tratamento térmico de precisão e aplicações aeroespaciais

Como investigação e desenvolvimento da própria China num período específico da história, que foi amplamente utilizado na defesa nacional e em equipamento topo de gama Liga de alumínio para fundição de alta resistência da série ZL201o representante por excelência daR14 É uma espécie deResistência muito elevada à temperatura ambiente, excelente resistência ao calor e boa soldabilidadeproeminente Alumínio-cobre-manganês (Al-Cu-Mn) Liga. A liga é passada através doReforço composto múltiploAs suas propriedades mecânicas após a fundição e o tratamento térmico, especialmente a resistência à tração, há muito que se situam no nível superior das ligas de alumínio fundido nacionais, especificamente para o fabrico dePeças fundidas de alta qualidade com cargas elevadas, temperaturas de trabalho elevadas e estruturas complexasE o design.

Normas e graus para R14

• Antigos códigos nacionais/industriais::R14 Trata-se de um código de marca originário da norma interna ou da norma empresarial inicial do sistema da indústria aeronáutica chinesa, com caraterísticas distintivas da época e do sector.
• Grau correspondente à norma nacional: a sua composição e propriedades são as mais próximas das normas nacionais ZL201A (ZAlCu5MnA).
• Grau SignificadoO “R” pode significar “intensidade de calor” ou um número específico, e o “14” é um número de série. Significa Al-Cu-Mn-Ti Uma fórmula clássica para ligas de sistemas.
• Caraterísticas principais::Sem silício (Si) ou com um teor muito baixoO principal elemento de reforço é o cobre (Cu), e o manganês (Mn) e o titânio (Ti) são adicionados para melhorar a organização e a resistência ao calor.Deve ser submetido a um tratamento térmico rigoroso (T5/T6) para obter um desempenho superior.

Tabela de composição da liga de alumínio R14 (ZL201A) (gama típica)

elementar	Gama de conteúdos (wt%)	papel funcional
Cobre (Cu)	4.8-5.3	Elementos essenciais de reforço. A formação da fase reforçada θ' (Al₂Cu) proporciona uma resistência muito elevada à temperatura ambiente e a altas temperaturas.
Manganês (Mn)	0.6-1.0	Principais elementos resistentes ao calor e à dureza. A formação de fases resistentes ao calor, como T (Al₂₀Cu₂Mn₃), melhora as propriedades de alta temperatura e refina os grãos.
Titânio (Ti)	0.15-0.35	Forte refinador de cereais. Formação de Al₃Ti com alumínio, que actua como um núcleo de nucleação heterogéneo e refina significativamente a organização como fundido.
Cádmio (Cd) 或 Boro (B)	Traço (por exemplo, Cd: 0,15-0,25)	Elementos de modificação da fronteira cristalina. Promover a precipitação uniforme da fase θ', melhorar o efeito de reforço do tratamento térmico e a resistência ao envelhecimento excessivo.
Ferro (Fe)	≤ 0.15	Controlo rigoroso das impurezas. O teor é extremamente baixo para evitar a formação de fases frágeis e nocivas ricas em ferro.
Silício (Si)	≤ 0.10	Controlo rigoroso das impurezasO teor muito baixo é fundamental para a sua diferenciação das ligas Al-Si. O teor muito baixo é fundamental para as distinguir das ligas Al-Si, assegurando uma boa soldabilidade em detrimento da fluidez da fundição.
Alumínio (Al)	tolerância (ou seja, erro permitido)	Material do substrato.

R14 (ZL201A) Propriedades físicas e mecânicas Tabela de parâmetros (Fundição em areia, valores típicos para estados T5/T6)

Indicadores de desempenho	Gama de valores (estado T5/T6)	Posicionamento e comparação de desempenho
densidade	Aprox. 2,78 g/cm³	Superior ao das ligas Al-Si.
Resistência à tração à temperatura ambiente (Rm)	400-480 MPa	nível superior. Significativamente superior a todas as ligas de fundição convencionais do sistema Al-Si (por exemplo, ZL101A cerca de 310 MPa).
Resistência ao escoamento (Rp0.2)	280-350 MPa	Mais uma vez, ao mais alto nível.
Alongamento (A)	4.0-8.0%	Destacar as vantagens. Mantém uma boa plasticidade a resistências ultra-elevadas, muito superior às ligas Al-Si de alta resistência (normalmente <2%).
Dureza Brinell (HB)	100-120	Elevada dureza.
Resistência a altas temperaturas (200°C)	talentoso	Principais pontos fortes. A retenção da resistência na gama de 150-250°C é muito superior à das ligas do sistema Al-Si-Cu.
Soldabilidade	favorável	Principais pontos fortes. O baixo teor de silício torna-o menos propenso a fissuras na soldadura e permite a reparação com enchimento.
Mobilidade da fundição	medíocre	Principais inconvenientes. Ampla gama de solidificação, elevada tendência para fissuras térmicas, necessidade de utilizar processos de fundição complexos e conceção de risers.

Caminhos para a melhoria do desempenho e chaves tecnológicas
O desempenho do R14 é o resultado da combinação da sua “composição rigorosa” e do “tratamento térmico preciso”:

1. Pureza e precisão dos ingredientesPara elementos de impureza Ferro (Fe) e silício (Si) é extremamente baixa, devendo ser utilizado alumínio primário de elevada pureza e ligas intermédias. Elementos vestigiais Cádmio (Cd) ou boro (B) A adição do “molho secreto” é uma das "receitas secretas" para a sua força máxima.
2. Regimes de tratamento térmico rigoroso (T5/T6)Tratamento térmico: O tratamento térmico é a sua força vital e inclui normalmente:
   • Tratamento com solução sólida graduadaPor exemplo, manter a uma temperatura mais baixa (por exemplo, 540°C) e depois aumentar para uma temperatura mais alta (por exemplo, 550°C) para dissolver completamente a fase Al₂Cu e evitar a cozedura excessiva.
   • Têmpera em água friaSensível à taxa de arrefecimento e requer um arrefecimento rápido para obter uma solução sólida supersaturada.
   • limite de tempo artificial: Envelhecimento prolongado a 175-185°C (por exemplo, 6-10 horas) para obter o reforço de precipitação desejado.
3. Processo de fundição avançado: é quase obrigatório utilizar Fundição por cera perdida ou de alta qualidade fundição em areiaPara fazer face às suas fracas propriedades de fundição, a sequência de solidificação é controlada em conjunto com medidas como o ferro frio e o arrefecimento agressivo.

Graus internacionais correspondentes
Como liga clássica de fundição de alta resistência do sistema Al-Cu-Mn, estão disponíveis materiais semelhantes a nível internacional:

• Norma nacional chinesa::ZL201A (GB/T 1173)
• Padrão americano::A201.0 (ASTM) são muito semelhantes em termos de orientação para o desempenho e de composição.
• Padrão russo::AAЛ9 (Semelhante ao ZL205A, maior resistência, mesmo sistema)
• Norma da UENão existe contrapartida direta, mas faz parte doLigas de alumínio-cobre fundidas da série 200.

R14 (ZL201A) na indústria de fundição
A sua aplicação centra-se principalmente na utilização deRequisitos de desempenho extremos, relativamente insensíveis ao custoO topo de gama do sector:

1. Aeroespacial e defesa (aplicações principais tradicionais)
   • Peças estruturais de aeronaves: Cabides de aviões, asas de mísseis, estruturas de fuselagem de UAV, juntas complexas de helicópteros.
   • Acessórios do motorAcessórios para compressores, suportes de motor, suportes de alta resistência.
   • Veículos militaresCarcaças para peças de transmissão de tanques, veículos blindados, suportes de visualização.
2. Equipamento civil de topo de gama
   • Corridas de alto desempenho: Suportes de suspensão, articulações da direção, caixa da caixa de velocidades.
   • Instrumentos de precisão e robotsArticulações de braços robóticos altamente rígidas e leves, caixas de sensores de alta carga.
   • Indústria de moldesMoldes de sopro, moldes de vidro (para tirar partido da sua elevada resistência térmica).
3. Peças com requisitos especiais
   • Peças fundidas grandes e complexas que requerem reparação por soldadura.
   • Temperatura de funcionamento a150-250°Centre si e requerem componentes de elevada resistência.

Perguntas frequentes sobre a liga de alumínio R14 (ZL201A)

Q1: Quais são os principais prós e contras do R14?

• maior força::Pico das propriedades mecânicas combinadas-Alcançado simultaneamente em ligas de alumínio fundidoElevada resistência, boa plasticidade e excelentes propriedades a altas temperaturasesoldabilidade.
• maior inconveniente::Acabamento extremamente deficiente da fundição(Fraca fluidez, elevada tendência para fissuração térmica),Custos de produção extremamente elevados(matérias-primas e processos exigentes),Resistência geral à corrosão(Contém elevado teor de cobre).

Q2: O R14 pode ser fundido sob pressão?

• Quase impossível e inadequado. A sua fluidez extremamente fraca, a vasta gama de temperaturas de solidificação e a elevada sensibilidade à fissuração térmica, são totalmente inadequadas para o enchimento rápido da fundição injectada a alta pressão e para as caraterísticas do processo de arrefecimento rápido. É especialmente concebido para Fundição em areia, fundição por cera perdida Concebida para processos que permitem um controlo preciso do processo de solidificação.

Q3: Qual é a resistência à corrosão do R14? Necessita de tratamento de superfície?

• Fraca resistência à corrosão. O elevado teor de cobre torna-as muito menos resistentes à corrosão do que as ligas Al-Si e Al-Mg para ambientes atmosféricos e marítimos gerais.
• Deve ser objeto de tratamento de superfície. Isto é normalmente feito porAnodizado duro或libré (na companhia aérea ou no veículo da empresa)Proteção. A sua boa resistência do substrato também permite tratamentos de camada de película espessa.

Q4: Qual é a diferença fundamental entre o R14 e as ligas Al-Si comuns, como o ZL101A e o ZL104?

• Trata-se de dois sistemas de ligas completamente diferentes.::
  • R14 (sistema Al-Cu-Mn): A buscaPropriedades mecânicas finais(matemática) géneroBaixa capacidade de fundição e custo elevadocomo a fundição de ligas em “aço especial”。
  • ZL101A/104 (sistema Al-Si-Mg): A buscaBom desempenho global e equilíbrio de processabilidade(matemática) géneroBoa capacidade de fundição e baixo custoSim.“Plásticos de engenharia geral”。
  • A escolha foi feita apenas quando a liga Al-SiA força é absolutamente insatisfatóriaAs ligas Al-Cu, como a R14, só são consideradas quando a estrutura tem de ser fundida numa só peça.

Q5: O R14 é obsoleto no fabrico moderno?

• Não obsoleto, mas altamente especializado em cenários de aplicação. Com o desenvolvimento de ligas Al-Si de elevado desempenho (por exemplo, ZL114A), compósitos de matriz de alumínio e maquinagem CNC (corte a partir de biletes forjados), existem mais opções para muitas aplicações em que o R14 era anteriormente necessário. No entanto, emRequisitos de resistência específica final (resistência/densidade), estruturas complexas com moldagem de uma só peça e temperaturas de funcionamento elevadas.的Componentes críticos para o sector aeroespacial e da defesaPor outro lado, o R14 e as suas qualidades melhoradas (por exemplo, ZL205A) continuam a ter um valor insubstituível.