Aluminium legeras i stor utsträckning med andra metaller, exempelvis för att höja hårdheten och förbättra flytbarheten.

Olegerat aluminium är mjukt, har låg hållfasthet och är besvärligt att gjuta. Det används därför i mycket begränsad omfattning i gjutna produkter. För speciella ändamål exempelvis vid massproduktion av små och medelstora rotorer till elektriska motorer, kommer dock olegerat aluminium till användning. Här används aluminium på grund av dess goda elektriska ledningsförmåga och för att det är omagnetiskt. I detta fall används aluminium både som konstruktionsmaterial och som elektrisk ledare.

För att höja hårdheten och förbättra flytbarheten legeras aluminium med andra metaller. De viktigaste är kisel, koppar och magnesium. Även andra metaller som till exempel zink, järn och mangan kan ingå. De viktigaste legeringsämnenas inverkan framgår av nedanstående tabell.

Tabell: Inverkan av legeringsämnen på aluminiumgjutlegeringar

Ämne

Fördelar

Nackdelar

Kisel (Si)

Höjer legeringens smältpunkt (till cirka 12%) och ger upphov till ett stelningsintervall.

Ökar smältans flytbarhet och förbättrar därigenom formfyllningsförmågan.

Ökar hårdhet och hållfasthet.

Minskar risken för varmsprickor.

Försämrar utseendet vid

exempelvis anodisering.

Ökar gjutgodsets sprödhet.

Koppar (Cu)

Ökar hårdhet och hållfasthet.

Förbättrar skärbarheten.

Ger legeringen vissa värmebehandlingsmöjligheter.

Försämrar korrosionsmotståndet (vid Cu >0,10%).

Ökar sprödheten.

Ökar stelningsintervallet.

Vid Cu >ca 4% ökar varmsprickrisken.

Försämrar värmeledningsförmågan.

Magnesium (Mg)

Ökar hårdhet och hållfasthet.

Förbättrar skärbarheten.

Gör legeringen värmebehandlingsbar.

Ökar korrosionsmotståndet.

Ökar sprödheten.

Ökar stelningsintervallet och minskar flytbarheten.

Ökar smältans oxidation och vätelöslighet.

Standarden för aluminiumgjutlegeringar, SS-EN 1706, består av 37 legeringar av vilka några endast skiljer sig obetydligt från varandra. Gjutlegeringarna kan indelas i sju olika huvudgrupper efter legeringssammansättning, se tabell. Generellt skiljer man även på aluminiumgjutlegeringar för pressgjutning och legeringar för kokillgjutning och gjutning i sandform. Anledningen är att järn som legeringsämne i halter upp till 1,2 procent anses ha en positiv inverkan vid pressgjutning. Motiveringen är att risken för pålödning och urspolning i formverktygen då ska minska.

Järn har däremot en negativ inverkan på de flesta legeringar vid kokillgjutning och gjutning i sandform. Främst påverkas segheten negativt.

Tabell: Egenskaper hos gjutlegeringar

Legeringsgrupp

Egenskaper

Al-Si

God flytbarhet och förlängning. Speciellt lämplig för tunnväggigt gjutgods. Goda korrosionsegenskaper.

Al-Si-Mg

Härdbar med god flytbarhet.

Al-Si-Cu

God skärbarhet.

Al-Mg

Korrosionshärdig.

Al-Zn-Mg

Härdbar. Ger god hållfasthet.

Al-Si-Cu-Mg

Härdbar. Hög hållfasthet.

Al-Cu-Ti-Mg

Härdbar. Hög hållfasthet.

 

Aluminium-kisel-legeringar

Aluminium bildar med 11,7 procent kisel ett eutektikum med smältpunkt vid 577°C. De praktiskt användbara legeringarna i denna grupp innehåller sju till tolv procent kisel. Den förhållandevis låga smältpunkten gör att dessa legeringar är lättgjutna med mycket god flytbarhet och formfyllningsförmåga. Kiselhalter i det övre intervallet lämpar sig väl för tunnväggigt och/eller komplicerat gjutgods. Hållfastheten är förhållandevis god. I legeringar där järnhalten är låg är brottförlängningen relativt god.

 

Aluminium-kisel-magnesium-legeringar

Om man till en aluminium-kisel-legering tillsätter 0,3 - 0,5 procent magnesium blir legeringen härdbar. Vid härdning, vilket sker genom en utskiljningshärdning, bildar kisel och magnesium föreningen Mg2Si. Genom en sådan behandling erhåller materialet förhöjd hållfasthet. För en komponent med krav på maximal sträckgräns - Rp0,2 och brottgräns - Rm väljs legeringens magnesiumhalt högt upp i standardens legeringsintervall. Om hög brottförlängning - A5 är viktigt väljs en magnesiumhalt som ligger lågt i legeringsintervallet.

Legeringarna i denna grupp har utmärkta gjutegenskaper och efter härdning får de en betydligt ökad hållfasthet. Den hastiga kylningen som sker i samband med härdningen kan dock medföra att godset slår sig. I så fall måste riktning ske innan utskiljningen (åldringen), vilken ingår som ett led i utskiljningshärdningen. Legeringarna har god skärbarhet.

 

Aluminium-kisel-koppar-legeringar

Huvudparten av allt pressgjutgods tillverkas av legeringar i denna grupp. Tillsatsen av koppar ger en höjning av hållfastheten och hårdheten samtidigt som skärbarheten förbättras. Legeringar i denna grupp har goda gjutegenskaper. De värmebehandlas vanligtvis inte. De kännetecknas också av att de har ett lägre pris än legeringar i övriga legeringsgrupper. Om gjutbetingelserna är optimala kan värmebehandling utföras för att höja sträck- och brottgräns.

En variant i legeringsgruppen Al-Si-Cu är legeringen STENAL (Presslätt). Denna legering har utvecklats vid Swerea SWECAST.

Legeringen är en sekundärlegering. Typiskt för STENAL är att den är järn- och manganbalanserad och förädlad med strontium. STENAL innehåller 0,1 - 0,5 procent magnesium beroende på vilka egenskaper som eftersträvas. I gjuttillståndet har för STENAL uppnåtts Rp0,2 225 MPa, Rm 357 MPa och A25mm 2,7%. Genom värmebehandling har uppnåtts 391 MPa, 447 MPa respektive 1,3%.

 

Aluminium-magnesium-legeringar

Då mycket stora krav ställs på korrosionsbeständighet eller då materialet skall ha en estetiskt tilltalande anodisering kan en aluminium-magnesium-legering användas. Legeringarna har efter polering en silverliknande färg. Anodisering ger ett gott korrosionsskydd även mot saltvatten och svagt alkaliska lösningar. Legeringarna i denna grupp är svårgjutna och sprickkänsliga.

 

Aluminium-zink-magnesium-legeringar

Denna grupp innehåller endast en standardiserad legering. Den är förhållandevis svårgjuten och varmsprickkänslig. Den har god varmhållfasthet och är polerbar. Legeringen är självåldrande, vilket innebär att den erhåller optimala egenskaper efter cirka fyra veckor i rumstemperatur. Vid åldringen utskiljs fasen MgZn2. Ofta används denna legering då sammansvetsning skall ske med en smidd aluminiumlegering.

 

Aluminium-kisel-koppar-magnesium-legeringar

Legeringar i denna grupp innehåller kiselhalter upp till 17 - 18 procent, vilket innebär att de är hypereutektiska. De primära kristallerna, som bildas vid stelnandet, utgörs av kiselpartiklar. Dessa ger materialet hög hårdhet och god slitstyrka. Genom tillsatser av mindre mängder nickel och krom erhålls även god hållfasthet vid högre temperaturer. Materialet är på grund av sin hårdhet relativt sprött och svårbearbetat. Den goda slitstyrkan har gjort att legeringar i denna grupp fått stor användning i bland annat press- och kokillgjutna motorblock med integrerade cylinderlopp. Slitstyrkan hos dessa blir så god att ingjutna eller inmonterade cylinderfoder i gråjärn inte behövs.

 

Aluminium-koppar-titan-magnesium-legeringar

Legeringar i denna grupp uppvisar hög hållfasthet. Dock är legeringarna svårgjutna och sprickkänsliga. Användningen är därför begränsad.

3070