Manual de producto · Tornillos de alta resistencia de aleación de aluminio
Manual de producto de tornillos de alta resistencia de aleación de aluminio
Tornillo de aluminio específico para sistemas motrices de automóvil: ligero y sin corrosión galvánica. Sistema de material ZT68, ruta completa de procesos de embutido en frío, tratamiento térmico y roscado por laminación, con datos completos de ensayos mecánicos de temperatura ambiente a 150 ℃.
ZT68sistema de material
150 ℃rendimiento tras exposición térmica
3 procesosclave
Completabatería de datos de ensayo
Introducción al producto
Definición central: el elemento de fijación de aluminio es un tornillo de unión fabricado con material de aleación de aluminio, comúnmente abreviado en el sector como "tornillo de aluminio".
Naturaleza esencial: con la aleación de aluminio como material base y formado mediante procesos de trabajo de metales, posee la función básica de unión de un tornillo y a la vez las características propias del material de aleación de aluminio.
Las cuatro ventajas centrales del producto
1. Longitud corta de engranaje
Cuando el tornillo de aluminio se usa en piezas de magnesio/aluminio, la longitud de engranaje es de 1.3-1.5d (d es el diámetro nominal de la rosca). Frente a la longitud de engranaje >2-3d de los tornillos de acero, presenta la ventaja de una longitud corta de engranaje.
2. Sin corrosión electroquímica
El potencial electroquímico del tornillo de aluminio es cercano al de las piezas de magnesio, por lo que la corrosión electroquímica entre ambos es prácticamente evitable; con piezas de aluminio el potencial electroquímico es el mismo y no se produce corrosión electroquímica.
3. Excelente comportamiento de apriete
En los tornillos de acero, al apretar, del alargamiento elástico al límite elástico, la tensión varía de forma evidente con la deformación; el tornillo de aluminio también presenta el proceso de deformación elástica hasta el límite elástico, pero cuando la deformación crece dentro de la zona elástica el cambio de tensión es pequeño y la curva es suave.
4. Ligereza
La densidad de la aleación de aluminio es solo un tercio de la del tornillo de acero; a igual medida reduce enormemente el peso total del elemento de unión y contribuye al objetivo de ligereza del sistema motriz del automóvil.
Flujo completo de procesos del tornillo de aluminio
Embutido en frío
Limpieza
Tratamiento térmico (solubilización + envejecimiento)
Roscado por laminación
Selección
Embalaje
Equipos de acompañamiento: embutidora en frío, laminadora de roscas; los tornillos de aluminio para motores de automóvil adoptan mayoritariamente el proceso de embutido en frío.
Procesos clave del tornillo de aluminio
4.1 Proceso de conformado - embutido en frío
El embutido en frío permite fabricar tornillos de aluminio con alta eficiencia; los tornillos de aluminio para motores de automóvil suelen usar este proceso.
4.2 Tratamiento térmico (solubilización + endurecimiento por envejecimiento)
① Solubilización: se calienta el tornillo a 480-530 ℃ para disolver plenamente los elementos de aleación Mg, Si, Cu, etc., formando una solución sólida sobresaturada que sienta las bases del refuerzo.
② Endurecimiento por envejecimiento: tras la solubilización se mantiene a baja temperatura de 150-200 ℃ durante varias horas, precipitando fases dispersas de refuerzo como Mg₂Si y Al₂Cu, elevando enormemente la resistencia del material.
Ganancia de rendimiento del tratamiento térmico: tras el tratamiento combinado de solubilización + envejecimiento, el tornillo de aluminio alcanza una resistencia a la tracción de 630 MPa y un límite elástico de unos 500 MPa, cubriendo las necesidades de resistencia de unión del sistema motriz del automóvil.
4.3 Roscado por laminación (tras el tratamiento térmico)
Las cuatro funciones principales del roscado por laminación tras el tratamiento térmico:
1. Elevar las propiedades mecánicas;
2. Reducir la sensibilidad a la corrosión intergranular;
3. Generar tensiones residuales de compresión en el fondo del filete, elevando la resistencia a la fatiga y reduciendo el efecto de entalla;
4. Reducir el riesgo de daño de filetes de rosca.
1. Elevar las propiedades mecánicas;
2. Reducir la sensibilidad a la corrosión intergranular;
3. Generar tensiones residuales de compresión en el fondo del filete, elevando la resistencia a la fatiga y reduciendo el efecto de entalla;
4. Reducir el riesgo de daño de filetes de rosca.
Puntos de control del proceso: controlar rigurosamente el coeficiente de fricción y la presión del roscado por laminación para evitar, por la alta plasticidad de la aleación de aluminio, la deformación de la rosca o el daño superficial, y garantizar que la longitud de engranaje de 1.3-1.5d cumpla la seguridad de la unión; la rosca se conforma por extrusión con las placas de laminación, garantizando la precisión roscada y la calidad superficial.
Composición química y requisitos de rendimiento del tornillo de aluminio
Norma aplicada: norma del Grupo Volkswagen VW60469 (2017-9), grado principal AW6056 (AL9), además del grado de alta gama ZT68
Rango de contenido de elementos de AW6056:
Si: 0.7-1.2 %, Fe ≤0.25 %, Cu: 0.65-0.85 %, Mn: 0.55-0.65 %, Mg: 0.6-1.0 %, Zn: 0.15-0.25 %, Zr: 0.1-0.17 %; Cr, Ti ≤0.05 %, resto Al.
Si: 0.7-1.2 %, Fe ≤0.25 %, Cu: 0.65-0.85 %, Mn: 0.55-0.65 %, Mg: 0.6-1.0 %, Zn: 0.15-0.25 %, Zr: 0.1-0.17 %; Cr, Ti ≤0.05 %, resto Al.
Tres elementos centrales para la selección del grado: resistencia (tracción/límite elástico), alargamiento a la rotura y comportamiento de fluencia a alta temperatura
| Grado de aleación | Medidas de rosca aplicables | Resistencia a la tracción | Límite elástico | Alargamiento a la rotura |
|---|---|---|---|---|
| AW6056 | M6-M12 | Unos 420 MPa | 350-400 MPa | ≥7 % |
| ZT68 | M6-M12 | Unos 630 MPa | Unos 500 MPa | ≥6 % |
Significado de los indicadores: la resistencia a la tracción garantiza la capacidad de carga, el límite elástico asegura la estabilidad de la unión y el alargamiento refleja la plasticidad del material; los tres juntos garantizan un uso fiable del sistema motriz.
Batería completa de datos de ensayo del material ZT68
6.1 Propiedades de tracción a temperatura ambiente
| N.º de probeta | Rm tracción (MPa) | Rp0.2 límite elástico (MPa) | A alargamiento (%) | Relación elástica |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 632 | 536 | 6 | 0.85 |
| 2 | 634 | 540 | 6 | - |
| 3 | 632 | 545 | 6 | 0.86 |
| Media | 633 | 540 | 6 | 0.85 |
6.2 Resistencia a la tracción a temperatura ambiente tras exposición térmica a 150 ℃
| Grupo | Rm (MPa) | Rp0.2 (MPa) | A (%) | Relación elástica | Condiciones de exposición térmica | Retención de resistencia |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 615 | 525 | 8.9 | 0.85 | 150 ℃×6 h | 97.16 % |
| 2 | 613 | 514 | 8.9 | 0.84 | ||
| 3 | 617 | 510 | 8.9 | 0.83 | ||
| Media | 615 | 516 | 8.9 | 0.84 | 150 ℃×6 h | 97.16 % |
| 1 | 610 | 506 | 8.9 | 0.83 | 150 ℃×8 h | 96.37 % |
| 2 | 609 | 512 | 9.4 | 0.84 | ||
| 3 | 611 | 507 | 9.5 | 0.83 | ||
| Media | 610 | 508 | 9.3 | 0.83 | 150 ℃×8 h | 96.37 % |
| 1 | 606 | 506 | 10.3 | 0.84 | 150 ℃×12 h | 95.58 % |
| 2 | 605 | 509 | 10.2 | 0.84 | ||
| 3 | 603 | 505 | 9.5 | 0.84 | ||
| Media | 605 | 507 | 10 | 0.84 | 150 ℃×12 h | 95.58 % |
6.3 Microdureza Vickers tras la exposición térmica
El rango de dureza se mantiene globalmente estable entre 187-204 HV, con promedio de 190-198 HV; las medias de dureza para los distintos tratamientos de exposición térmica son las siguientes:
| N.º | Dureza punto 1 (HV) | Dureza punto 2 (HV) | Media del grupo (HV) | Tratamiento de exposición térmica |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 193 | 193 | 191.3 | 150 ℃×8 h |
| 2 | 187 | 185 | ||
| 3 | 198 | 192 | ||
| 4 | 198 | 196 | 198.5 | 150 ℃×12 h |
| 5 | 204 | 200 | ||
| 6 | 200 | 193 | ||
| 7 | 198 | 190 | 193.8 | 150 ℃×16 h |
| 8 | 193 | 188 | ||
| 9 | 198 | 196 |
6.4 Tracción a alta temperatura (110/130/150 ℃, 20 min de mantenimiento)
| N.º | Rm (MPa) | Rp0.2 (MPa) | A (%) | Relación elástica | Parámetros de ensayo | Retención de resistencia % |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 610 | 435 | 6.8 | 0.71 | 110 ℃×20 min | 97.9 |
| 2 | 627 | 461 | 7.1 | 0.74 | ||
| 3 | 622 | 442 | 7.1 | 0.71 | ||
| Media | 620 | 446 | 7 | 0.72 | ||
| 1 | 614 | 436 | 8.6 | 0.71 | 130 ℃×20 min | 97 |
| 2 | 610 | 439 | 8.2 | 0.72 | ||
| 3 | 619 | 426 | 7.1 | 0.69 | ||
| Media | 614 | 433 | 8 | 0.71 | ||
| 1 | 601 | 424 | 7.8 | 0.70 | 150 ℃×20 min | 95.4 |
| 2 | 606 | 436 | 7.5 | 0.72 | ||
| 3 | 606 | 437 | 7.8 | 0.73 | ||
| Media | 604 | 432 | 7.7 | 0.75 |
Conclusiones centrales de la curva fuerza-deformación del ensayo a temperatura ambiente:
1. La resistencia a la tracción de ZT68 se mantiene estable en torno a 630 MPa y el límite elástico en torno a 500 MPa;
2. El rango estable de dureza es de 187-204 HV, con promedio de 190-198 HV;
3. La retención de resistencia a la tracción tras exposición térmica a alta temperatura es del 95.58 %-97.16 %, con un excelente comportamiento frente a la fluencia a alta temperatura.
Curva fuerza-deformación de ZT68 a temperatura ambiente
Ensayo comparativo de corrosión electroquímica
Comparación de ensayo: tornillo de aluminio ZT68 amarillo / tornillo de acero al carbono plateado con recubrimiento de aleación zinc-níquel, con sustrato de aleación de magnesio Mg-AZ91
1. Tornillo de aleación de aluminio ZT68 + aleación de magnesio Mg-AZ91: no hay corrosión evidente alrededor del diámetro del agujero;
2. Tornillo de acero al carbono + aleación de magnesio Mg-AZ91: aparecen numerosas picaduras de corrosión alrededor del agujero, la aleación de magnesio sufre un grave desprendimiento en las aristas y se generan productos de corrosión de color amarillo oscuro;
3. Principio de la corrosión: la diferencia de potencial entre magnesio y aluminio es mucho menor que entre magnesio y hierro, por lo que la combinación de acero al carbono con aleación de magnesio produce fácilmente corrosión galvánica.
1. Tornillo de aleación de aluminio ZT68 + aleación de magnesio Mg-AZ91: no hay corrosión evidente alrededor del diámetro del agujero;
2. Tornillo de acero al carbono + aleación de magnesio Mg-AZ91: aparecen numerosas picaduras de corrosión alrededor del agujero, la aleación de magnesio sufre un grave desprendimiento en las aristas y se generan productos de corrosión de color amarillo oscuro;
3. Principio de la corrosión: la diferencia de potencial entre magnesio y aluminio es mucho menor que entre magnesio y hierro, por lo que la combinación de acero al carbono con aleación de magnesio produce fácilmente corrosión galvánica.
Tornillo de acero al carbono plateado con níquel (corrosión electroquímica grave)
Tornillo de aluminio ZT68 amarillo (sin corrosión galvánica)
Desafíos del sector —— Modelo de impacto del coste en el ciclo del proyecto y ley del 15-85
Dolor central del ciclo de I+D: la ventana de decisión inicial de la empresa es muy corta, pero fija la gran mayoría del coste del producto; en fases posteriores la corrección exige una inversión enorme y los costes de retrabajo son altísimos, con un grave desajuste entre riesgo y rendimiento; es preciso seleccionar con precisión desde el inicio para evitar riesgos.
Ley del 15-85: las empresas suelen centrarse en exceso en el coste de compra visible (solo el 15 % del coste total) e ignorar el coste oculto que representa el 85 %; la falta de coordinación en diseño, cadena de suministro y posventa hace que un error inicial de selección provoque altos costes de fabricación, retrabajos por lotes y problemas de calidad y posventa, elevando enormemente el coste total del ciclo de vida del producto.
Seis grandes servicios integrales de YF ZCJ: experto en optimización del coste total desde el prototipado hasta la posventa
Muestras de ingeniería rápidas
Muestreo rápido de tornillos de aluminio, apto para la validación preliminar en banco de pruebas
Formación profesional
Formación técnica en uniones fijadas ligeras y selección anticorrosiva
Servicios de pruebas profesionales
Batería completa de ensayos de tracción, exposición térmica a alta temperatura y corrosión electroquímica
Asesoría de diseño profesional
Entrega de soluciones de longitud de engranaje y optimización estructural en aleaciones aluminio-magnesio
Análisis de desmontaje profesional
Diagnóstico microscópico por desmontaje de piezas con rotura, corrosión o fallo de rosca
Mejora continua de procesos
Iteración de procesos en fase de serie, optimización continua del coste por pieza
Resumen de aplicaciones del producto
Los tornillos de alta resistencia de aleación de aluminio de YF ZCJ (ZT68/AW6056), apoyados en el proceso de embutido en frío + tratamiento térmico de solubilización y envejecimiento, alcanzan 630 MPa de tracción y 500 MPa de límite elástico; frente a los tornillos de acero presentan cuatro ventajas centrales: ligereza, longitud corta de engranaje, ausencia de corrosión galvánica y curva de apriete suave; se adaptan perfectamente a la fijación de sistemas motrices de vehículos de nueva energía y de estructuras ligeras de aleaciones aluminio-magnesio, con seis grandes servicios técnicos integrales que resuelven el dolor sectorial del coste oculto del 15-85.
Información de la empresa y capacidad productiva
Posicionamiento de marca: YF ZCJ | Líder innovador del sector de elementos de fijación
Base empresarial: fundada en 2005, producción mensual de unos 650 millones de piezas, dos bases de producción (sede de Pingshan, Shenzhen, y Gucheng, Hubei), 26 patentes vigentes, 360 empleados y más de 100 clientes colaboradores; cubre múltiples segmentos: vehículos de nueva energía, economía de baja altitud, inteligencia corporalizada, electrónica industrial y electrónica de consumo.
盈锋志诚嘉精密五金（深圳）有限公司 - Sede
Dirección: 深圳市坪山区坑梓街道秀新社区坑梓中兴路13号C1栋101及整栋 13 号 | Tel: 0755-84061349
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志诚嘉金属科技（襄阳）有限公司 - Fábrica específica de automoción
Dirección: 湖北省襄阳市谷城县城关镇三岔路经济开发区 | Tel: 0710-7269998
Dirección: 湖北省襄阳市谷城县城关镇三岔路经济开发区 | Tel: 0710-7269998
Sitio web de la empresa: www.zcjtech.com
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