Resumen de Investigation of metallurgical properties of Al-Si-Mg casting alloys with integrated computational materials engineering for wheel production

Tuğçe Yağcı, Ümit Cöcen, Osman Çulha, Elvan Armakan

• español

  En este estudio, la ingeniería de materiales computacional integrada, que es uno de los nuevos enfoques en la ciencia de los materiales, se utilizó en la producción de llantas con aleaciones de aluminio por el método de fundición a baja presión. En la fundición de aleaciones, la eficiencia del refinamiento del grano proporcionado por las aleaciones maestras añadidas a la masa fundida disminuye con el aumento del contenido de silicio de la aleación. En este contexto, se discuten las propiedades de las aleaciones reducidas en silicio (Si: 5,0% en peso) con diferentes proporciones de Mg (Mg: 3,0, 5,0, 7,0% en peso) utilizando enfoques integrados de ingeniería computacional de materiales. Se ha evaluado si las aleaciones examinadas pueden ser una alternativa a la aleación AlSi7Mg0.3, que actualmente se utiliza tradicionalmente en la producción de llantas con base de aluminio, con sus propiedades microestructurales y mecánicas. El estudio consta de tres etapas que son la producción asistida por ordenador, la producción piloto, los ensayos y los estudios de caracterización. En la producción asistida por ordenador, se determinaron las composiciones subeutécticas originales en tipos y cantidades de elementos de aleación, se realizaron diseños de aleación y se creó una base de datos con un software de ingeniería de materiales computacional. A continuación, se realizaron análisis de fundición a baja presión en un entorno virtual transfiriendo estos datos directamente al software de simulación de fundición. De este modo, se obtuvieron computacionalmente las propiedades microestructurales y mecánicas de la rueda a partir de la composición variable de la aleación. En la segunda fase, se prepararon las composiciones de aleación diseñadas virtualmente y se fabricaron ruedas de muestra mediante el método de fundición a baja presión a escala industrial. En la fase de ensayo y caracterización, se llevaron a cabo análisis espectrales, exámenes macro y microestructurales, mediciones de dureza y ensayos de tracción. Como resultado de este estudio, se determinó que las aleaciones estudiadas podrían ser utilizadas en la producción de ruedas por el método de fundición a baja presión considerando las propiedades metalúrgicas esperadas de la rueda. Además, se cree que el diseño matemático del material con enfoques integrados de ingeniería computacional de materiales antes de las simulaciones de fundición desempeñará un papel activo en la competitividad y sostenibilidad de la industria del aluminio en condiciones tecnológicas.

• English

  In this study, integrated computational materials engineering, which is one of the new generation approaches in materials science, was used in the production of aluminum alloy wheels by low pressure die casting method. In casting alloys, the efficiency of grain refinement provided by master alloys added to the melt decreases with increasing silicon content of the alloy. In this context, as-cast properties of silicon reduced (Si: 5.0 wt.%) alloys with different Mg ratios (Mg: 3.0, 5.0, 7.0 wt.%) are discussed using integrated computational materials engineering approaches. It has been evaluated whether the examined alloys can be an alternative to the AlSi7Mg0.3 alloy, which is currently used traditionally in the production of aluminum-based wheels, with their microstructural and mechanical properties. The study consists of three stages which are computer-aided production, pilot production, testing and characterization studies. In computer-aided production, original sub-eutectic compositions were determined in types and amounts of alloying elements, alloy designs were realized and a database was created with a computational materials engineering software. Then, low pressure die casting analysis were performed in a virtual environment by transferring these data directly to the casting simulation software. Thus, the microstructural and mechanical properties of the wheel were obtained computationally on the basis of the varying alloy composition. In the second stage, the virtually designed alloy compositions were prepared and sample wheels were manufactured by the low pressure die casting method on an industrial scale. In the testing and characterization phase, spectral analyses, macro and microstructural examinations, hardness measurements and tensile tests were carried out. As a result of this study, it was determined that the studied alloys could be used in the production of wheels by the low pressure die casting method considering the metallurgical properties expected from the wheel. In addition, it is thought that the mathematical design of the material with integrated computational materials engineering approaches before casting simulations will play an active role in the competitiveness and sustainability of the aluminum industry in technological conditions.