مزایای فورجینگ آلومینیوم نسبت به آهنگری فولادی | وزن، خوردگی و هزینه

یک خریدار سازه ای در یک سازنده سکوی دسترسی توربین بادی اروپایی اخیراً از ما خواسته است که یک براکت لولای فولادی را به عنوان آهنگری آلومینیومی مجدداً نقل کنیم. هدف: بار نامی 12 کیلو نیوتن را نگه دارید، 3 کیلوگرم را از زیر قاب بردارید و تحویل را زیر چهار هفته نگه دارید. ما آهنگری فولادی 42CrMo4 را با آهنگری آلومینیومی 7075-T6 جایگزین کردیم که به جای 6.1 کیلوگرم 2.9 کیلوگرم وزن داشت، همان بررسی های استاتیک و خستگی را پشت سر گذاشتیم و زمان ماشینکاری را تقریباً به نصف کاهش دادیم. این نتیجه نقطه شروع عملی برای پاسخ دادن به مزایای آهنگری آلومینیومی نسبت به آهنگری فولادی است.

پاسخ کوتاه: آهنگرهای آلومینیومی در ظرفیت بار برابر 40 تا 60 درصد صرفه جویی در وزن ایجاد می کنند، بیشتر هزینه های پوشش محافظ را در خدمات در فضای باز حذف می کنند و با وجود قیمت خالی بالاتر برای هر کیلوگرم، هزینه ماشینکاری قطعات نهایی را کاهش می دهند. پاسخ طولانی‌تر شامل محدودیت‌های سختی، خستگی و دما است که هر مهندس قبل از تعویض باید رعایت کند. Maiterio Intelligent Equipment، تامین‌کننده آهنگری که از سال 2019 به مشتریان انرژی بادی، ماشین‌آلات مهندسی و معدن خدمت می‌کند، هم فورجینگ‌های قالب باز و هم حلقه نورد آلومینیومی و فولادی تولید می‌کند، بنابراین این معاوضه‌ها بخشی از کار روزانه ما است.

مزایای کلیدی آهنگری آلومینیوم نسبت به آهنگری فولادی در قطعات حساس به وزن

برای قطعات با قدرت محدود، آهنگری آلومینیومی 7075-T6 همان بار را در حدود نیمی از جرم آهنگری فولادی 4140 خاموش شده و تمپر شده حمل می کند.

ظرفیت کششی تابعی از استحکام تسلیم و سطح مقطع است. یک بار 4140 QT در تسلیم 655 مگاپاسکال به 153 میلی‌متر مربع برای حمل نیروی کششی 100 کیلونیوتن نیاز دارد که برابر با 1.20 کیلوگرم بر متر در چگالی فولاد است. آهنگری 7075-T6 در بازده 503 مگاپاسکال به 199 میلی‌متر مربع نیاز دارد، اما در 2.81 گرم بر سانتی‌متر مکعب وزن آن بخش تنها 0.56 کیلوگرم بر متر است. بار یکسان است. جرم نیست.

هشدار سفتی مهم است. آلومینیوم دارای یک سوم مدول الاستیک فولاد (69 گیگا پاسکال در مقابل 210 گیگا پاسکال) است، بنابراین یک تیر یکسان در زیر بار سه برابر بیشتر منحرف می شود. هنگامی که یک طرح به جای تنش با انحراف محدود می شود، باید ارتفاع بخش یا ضخامت دیوار را افزایش دهید. مزیت وزن تقریباً به 30-40 درصد کاهش می یابد اما معمولاً از بین نمی رود.

آهنگری آلیاژ آلومینیوم 7075 برای کاربردهای با استحکام بالا این آلیاژ آلومینیوم با استحکام بالا و مبتنی بر روی برای اجزای هوافضا و دفاعی با بار حیاتی مناسب است و اینرسی کم آن با فعال کردن محرک‌های کوچک‌تر و زمان‌های چرخه سریع‌تر، از مجموعه‌های چرخشی سود می‌برد. مشاهده محصول →

برای مجموعه‌های چرخشی و متحرک، صرفه‌جویی در جرم تقویت می‌شود: اینرسی کمتر به محرک‌های کوچک‌تر، قدرت موتور کمتر و زمان‌های چرخه سریع‌تر اجازه می‌دهد. به همین دلیل است که بازوهای رباتیک، اتصالات ماشین‌های مرتب‌سازی و سیستم‌های چفت توربین بادی به طور فزاینده‌ای در آهنگری‌های 7075 به جای فولاد ذکر می‌شوند.

مقاومت در برابر خوردگی: مزایای چرخه زندگی آهنگرهای آلومینیومی نسبت به فورجینگ های فولادی

آهنگری های آلومینیومی یک فیلم اکسید متراکم و خود ترمیم شونده ایجاد می کنند که نیاز به رنگ را در سرویس های خشک و نسبتاً مرطوب برطرف می کند و فواصل نگهداری را در جوهای دریایی و صنعتی افزایش می دهد.

اجزای فولادی تقریباً همیشه به یک سیستم محافظ چند لایه نیاز دارند: پرایمر غنی از روی، ماده میانی اپوکسی و روکش پلی اورتان. در محیط های ساحلی یا شیمیایی، آن سیستم هر چهار تا هشت سال یکبار نیاز به تعمیر دارد. فورج آلومینیوم 5083 در همان محل یک لایه اکسیدی را تشکیل می دهد که حمله بیشتر را متوقف می کند. کشتی سازان و سازندگان تجهیزات دریایی از آن بدون پوشش استفاده می کنند.

آهنگری آلیاژ آلومینیوم 5083 برای محیط های دریایی و خورنده این آلیاژ مبتنی بر منیزیم با مقاومت در برابر خوردگی و جوش پذیری عالی، در برابر آسیب ناشی از پاشش نمک بسیار بهتر از فولاد مقاومت می کند و آن را به گزینه ای بادوام برای کشتی سازی و تجهیزات برودتی تبدیل می کند. مشاهده محصول →

یک اقدام احتیاطی از اکثر خرابی های میدانی جلوگیری می کند: آلومینیوم در تماس مستقیم با فولاد کربنی یا فولاد ضد زنگ دچار خوردگی گالوانیکی می شود. طراحان باید رابط را با پرایمر روی کرومات، واشرهای عایق یا یک اتصال انتقالی جدا کنند. هنگامی که رابط به درستی مدیریت می شود، آهنگری آلومینیومی در زیر یک سطح رنگ شده یا آنودایز شده برای چندین دهه بدون پوشش مجدد کار می کند.

مزایای ساخت آهنگری آلومینیوم نسبت به آهنگری فولادی: ماشینکاری و هزینه هر قطعه

هزینه کل یک قطعه تمام شده اغلب در آلومینیوم کمتر است زیرا زمان ماشینکاری 40 تا 70 درصد کاهش می یابد و عمر ابزار افزایش می یابد، که قیمت بالاتر مواد در هر کیلوگرم را جبران می کند.

با ابزار کاربید، دستگاه آهنگری 6061 و 7075 با سرعت 300-600 متر در دقیقه. محدوده معادل برای فولاد 4140 یا 1045 80-150 متر در دقیقه است. تراشه های آلومینیومی به طور تمیز تخلیه می شوند، بسیاری از عملیات خشک یا با حداقل غبار اجرا می شوند، و ماتریس نرم از سایش لبه های بریدگی که مقیاس اکسید شده فولاد باعث ایجاد نزدیک سطوح آهنگری می شود، جلوگیری می کند. در ماشین‌فروشی ما، یک براکت نصب گیربکس که 22 دقیقه طول می‌کشد تا از آهنگری فولادی به پایان برسد، در 9 دقیقه از آهنگری 6061 کار می‌کند و عمر درج تقریباً چهار برابر افزایش می‌یابد.

ابزار آهنگری نیز با آلومینیوم دوام بیشتری دارد: آلومینیوم در دمای 350-500 درجه سانتیگراد آهنگری می شود، در حالی که فولاد به 950-1250 درجه سانتیگراد نیاز دارد. بار حرارتی کمتر، سایش قالب و تشکیل رسوب را کاهش می‌دهد و ثبات ابعادی را در طول دوره تولید بهبود می‌بخشد.

بنابراین هرگز نباید تنها بر روی قیمت سفید تصمیم گرفت. هزینه قطعه تمام شده را مقایسه کنید: بازده مواد، ساعات ماشینکاری، ابزارآلات، عملیات سطحی و جابجایی قطعه کار فولادی سنگین‌تر، همگی در محاسبه تعلق دارند.

جایی که آهنگرهای فولادی لبه را حفظ می کنند: سفتی، خستگی و محدودیت های دما

زمانی که طراحی با سفتی، خستگی در چرخه بالا، سایش یا دمای سرویس بالای 200 درجه سانتیگراد کنترل می شود، فولاد انتخاب صحیحی باقی می ماند.

پس از مشخص شدن نوع بار، مقایسه ساده است. مدول الاستیک پایین‌تر آلومینیوم، شفت‌ها و تیرهای حساس به انحراف را جریمه می‌کند. استقامت آن در برابر خستگی کمتر از فولاد خاموش شده است: محدودیت‌های خستگی معمولی بریدگی 60-120 مگاپاسکال برای آلومینیوم در مقابل 250-350 مگاپاسکال برای فولاد آلیاژی عملیات حرارتی شده است. در دمای بالای 150 تا 200 درجه سانتیگراد، آلومینیوم به سرعت استحکام خود را از دست می دهد، در حالی که فولادهای آلیاژی ظرفیت بار مفید را تا 400 تا 500 درجه سانتیگراد نگه می دارند.

هنگامی که تصمیم با فولاد برای کاربردهای با دمای بالا یا چرخه بالا باقی می ماند، معیارهای انتخاب تامین کننده آهنگری فولاد در این سایت مراحل آزمایش و صدور گواهینامه اعمال شده برای هر آهنگری فولاد آلیاژی که ما ارسال می کنیم را تشریح کنید.

انتخاب درجه آهنگری آلومینیوم برای جایگزینی فولاد شما

تصمیم گیری درجه با خوردگی و استحکام شروع می شود: 6061 قطعات کلی ساختاری و ماشینکاری شده را پوشش می دهد، 7075 اتصالات و براکت های با بار بالا را پوشش می دهد و 5083 سازه های دریایی و جوش داده شده را پوشش می دهد.

هر یک از این آلیاژهای آهنگری معمولی مشابه فولادی دارد که معمولاً جایگزین آن می شود.

گزینش از سه سوال حاصل می شود. اول، آیا استحکام قطعه محدود است یا سفتی؟ دوم اینکه حداکثر دمای سرویس چقدر است؟ سوم اینکه قطعه نمک یا مواد شیمیایی را می بیند؟ پس از مشخص شدن این سه پاسخ، جدول بالا به انتخاب آلیاژ پاسخ می دهد.

• قدرت محدود و بحرانی جرم: از 7075-T6 استفاده کنید و خستگی را در شعاع فیله تأیید کنید.
• خدمات دریایی یا شیمیایی مبتنی بر خوردگی: از 5083، برهنه یا آنودایز شده استفاده کنید.
• محفظه ها و وسایل پیچیده ماشینکاری شده: برای سرعت و ثبات ابعادی از 6061-T6 استفاده کنید.
• مجموعه های جوش داده شده: از 5083 یا 6061 با پرکننده منطبق استفاده کنید. اجتناب از 7075 در ساختار اولیه جوش داده شده.

6061 آهنگری آلیاژ آلومینیوم متعادل کننده استحکام و اقتصاد یک آلیاژ قابل عملیات حرارتی با کارایی گرم خوب، این آهنگری تعادل عملی از استحکام، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر خوردگی را ارائه می دهد که برای سازه های هوافضا و مکانیکی که هزینه آن اهمیت دارد، مناسب است. مشاهده محصول →

سوالات متداول در مورد آهنگری آلومینیوم و فولاد