1. Introducción
El aluminio fundido es un material versátil creado al verter la aleación de aluminio fundido en un molde y permitirle solidificar.
Ampliamente utilizado en todas las industrias, Ofrece una mezcla de propiedades livianas, buena fuerza, y resistencia a la corrosión.
Desde motores automotrices hasta componentes aeroespaciales, El aluminio elenco juega un papel crucial en la fabricación moderna.
2. ¿Qué es el aluminio fundido??
El aluminio fundido se refiere a piezas producidas por vertiendo aluminio fundido en una cavidad de moho, Permitir que el metal se solidifique y luego extraiga un componente cercano a la red.
A diferencia de aluminio forjado, que se forma a través del rodamiento, extrusión, o forjar, Casting desbloquea geometrías complejas, costillas integradas, y cavidades internas en un solo vertido.
Terminología central
| Término | Definición |
|---|---|
| Patrón | Una réplica positiva de la parte, hecha de madera, plástico, o metal, se usa para formar la cavidad del molde. |
| Moho | La cavidad negativa (arena, metal, o cerámica) que da forma al casting. |
| Sistema de activación | Red de sprue, corredores, y puertas que transportan aluminio fundido desde la cuenca de vertido hasta el molde. |
| Tubo de subida (Alimentador) | Depósito de metal líquido conectado a la cavidad; suministra metal fundido durante la contracción de solidificación. |
| Subsidio de contracción | Material extra (generalmente 1–2%) agregado a las dimensiones del patrón para compensar la contracción de metal. |
| Centro | Un inserto de arena o cerámica colocado dentro del molde para crear cavidades internas o socavaciones en la fundición. |
3. Procesos de fundición de aluminio clave
La versatilidad del aluminio brilla a través de la variedad de métodos de fundición disponibles. Cada proceso se adapta a diferentes geometrías de piezas, volúmenes de producción, y requisitos de propiedad.
Aluminio de fundición de arena
Fundición de arena es uno de los procesos de casting más versátiles.
Es adecuado para producir formas grandes o complejas., como bloques de motor para maquinaria pesada o componentes arquitectónicos personalizados.
El proceso es relativamente económico para carreras de producción baja a media ya que los moldes de arena se pueden crear y modificar fácilmente.
Sin embargo, Por lo general, da como resultado un acabado superficial más rugoso y dimensiones menos precisas en comparación con otros métodos.
Aluminio de fundición
Fundición es el proceso de referencia para la producción de piezas de alto volumen con tolerancias estrechas. Implica inyectar aluminio fundido bajo alta presión en un troquel de metal.
Esto permite ciclos de producción rápidos, a menudo tan corto como unos pocos segundos por parte.
Las piezas de fundición a troquel tienen excelentes acabados superficiales y pueden lograr dimensiones muy precisas, haciéndolos ideales para componentes automotrices como casos de transmisión, montaje del motor, y adorno decorativo.
Aluminio de fundición de inversión
Fundición a la cera perdida, también conocido como el proceso de cera perdido, Excelente en la creación de piezas con detalles intrincados y alta calidad de superficie.
Se usa comúnmente en la industria aeroespacial para fabricar cuchillas de turbina, En la industria de la joyería para diseños detallados, y en la fabricación de dispositivos médicos para componentes con geometrías complejas.
El proceso permite la producción de piezas con características extremadamente finas y tolerancias ajustadas..
Aluminio de fundición permanente
La fundición de molde permanente ofrece un mejor control sobre la microestructura de la parte del fundición.
Dado que el molde de metal se puede precalentar y enfriar con precisión, da como resultado propiedades mecánicas más consistentes y porosidad reducida.
Este método es adecuado para producir piezas con geometrías relativamente simples en volúmenes medianos a altos., tales como ciertos tipos de pistones automotrices y carcasas de bombas.
Métodos emergentes e híbridos
- Colocación de aspiradoras: Realizando el proceso de fundición en un entorno de vacío, Reduce la presencia de gases en el metal fundido, minimizar la porosidad y mejorar la calidad del casting.
- Empalme de fundición: Aplica presión externa durante el proceso de solidificación, Mejorar la densidad y la fuerza del fundición.
Este método es útil para producir piezas que requieren un alto rendimiento mecánico. - Casting semisólido: Implica lanzar una aleación de aluminio parcialmente solidificada, que ofrece ventajas únicas en términos de formabilidad y la capacidad de producir piezas con propiedades mecánicas mejoradas.
| Proceso | Volumen | Tolerancia | Fortalezas | Limitaciones |
|---|---|---|---|---|
| Fundición de arena | Bajo a medio | ± 0.5–1.5% | Grandes partes (hasta 50T), bajo costo de herramientas | Acabado áspero (RA 6–12 µm), ciclo más lento |
| Fundición | Alto | ± 0.1–0.3% | Ciclos rápidos, tolerancias apretadas, acabado suave (RA 1-3 µm) | Alto costo de died ($10 K - $ 100k) |
| Casting de inversión | Bajo a medio | ± 0.1–0.3% | Geometría compleja, Detalle bueno (RA ≤1 µm) | Herramientas caras, rendimiento más lento |
| Fundición | Medio | ± 0.2–0.5% | Microestructura controlada, buena fuerza | Límites de desgaste de moho Complejidad |
| Semisólido / exprimido / vacío | Emergente | ± 0.1–0.3% | Porosidad reducida, alta integridad | Equipo especializado |
4. Selección de aleación de aluminio fundido
Elegir el derecho aleación de aluminio para lanzar bisagras en el equilibrio resistencia mecánica, resistencia a la corrosión, fluidez, y propiedades térmicas.
Aleaciones ricas en silicio (3serie xx.x)
Estas aleaciones ofrecen una excelente fluidez, baja contracción, y buena resistencia a la corrosión: ideal para la fundición de la muerte y la arena.
| Aleación | Composición clave | Resistencia a la tracción | Usos típicos |
|---|---|---|---|
| A380 | 8–12% y, 3–4% CU | 180–240MPA | Carcasas, Piezas intrincadas pequeñas |
| A383 | 9–12% y, 1–2% CU | 190–240MPA | Cuerpos de válvulas de fasting, alza de bombas |
| A413 | 10–13% y, 0.8–1.5% CU | 210–260MPA | Cajas de engranajes de alta presión |
| A360 | 7–11% y, <1% Mg | 150–220MPA | Componentes de fasting de pared delgada |
Aleaciones de cobre (4serie xx.x)
El cobre fortalece la aleación y mejora la maquinabilidad, A algún costo de resistencia a la corrosión.
| Aleación | Composición clave | Resistencia a la tracción | Usos típicos |
|---|---|---|---|
| A319 | 3–5% CU, 5–7% y | 240–280MPA | Cabezales del cilindro del motor, casos de transmisión |
| A356 - T6 | 7% Y, 0.3% Mg | 260–320MPA | Ruedas automotrices, alza de bombas |
| A357 - T6 | 7% Y, 0.5% Mg | 280–330MPA | Piezas automotrices de alta estraza |
| A354 | 3–5% CU, 8–12% y | 220–270MPA | Die -fastings que requieren fuerza |
Moldes de magnesio (5serie xx.x)
El magnesio proporciona un fortalecimiento de la solución sólida y una excelente resistencia a la corrosión en ambientes marinos.
| Aleación | Composición clave | Resistencia a la tracción | Usos típicos |
|---|---|---|---|
| A535 | 5–6% mg, 0.3% Minnesota | 290–340MPA | Hardware marino, buques a presión |
| A356.2 - T6 | 7% Y, 0.3% Mg | 260–320MPA | Piñones aeroespaciales, corchetes |
Aleaciones de especialidad y de alto rendimiento
Estas aleaciones empujan el sobre por fuerza, estabilidad térmica, o precisión.
| Aleación | Composición clave | Resistencia a la tracción | Usos típicos |
|---|---|---|---|
| A206 - T7 | 6% Cu, 4% En, 0.5% V | 300–350MPA | Reemplazos de forja aeroespacial |
| A390 | 17–21% SI, 3–4% CU | 260–300MPA | Componentes del freno, moldes de desgaste |
| ADC12 (Él es) | 10–13% y, 2–4% CU | 200–260MPA | Recinadores electrónicos japoneses de fasting |
5. Propiedades físicas y mecánicas del aluminio fundido
El aluminio fundido ofrece una mezcla convincente de estructura liviana, buenas características térmicas,
y resistencia mecánica moderada a alta, haciéndolo ideal para una amplia gama de industriales, automotor, y componentes aeroespaciales.
Sin embargo, sus propiedades varían significativamente dependiendo de la composición de la aleación, método de fundición, y tratamiento posterior a la clasificación.
Propiedades físicas del aluminio fundido
| Propiedad | Valor típico (Rango) | Notas |
|---|---|---|
| Densidad | 2.63–2.80 g/cm³ | ~ 1/3 la densidad del acero |
| Punto de fusión | 565–770 ° C | Varía por elementos de aleación (Y, Cu, Mg) |
| Conductividad térmica | 80–170 w/m · k | Alto en aluminio puro, más bajo con elementos de aleación agregados |
| Coeficiente de expansión térmica | 21–25 × 10⁻⁶ /k | Importante en el diseño de las articulaciones (desajuste de expansión) |
| Conductividad eléctrica | 20–45% IACS | Mucho más bajo que el aluminio puro debido a la aleación |
Propiedades mecánicas del aluminio fundido
El rendimiento mecánico varía con la aleación, método de fundición, y tratamiento térmico. La siguiente tabla describe la tensión típica, producir, y propiedades de fatiga de aleaciones seleccionadas.
| Aleación | Proceso | Resistencia a la tracción (MPA) | Fuerza de rendimiento (MPA) | Alargamiento (%) | Límite de fatiga (MPA) |
|---|---|---|---|---|---|
| A356 (talentoso) | Fundición de arena | 180–220 | 120–160 | 3–5 | ~ 50 |
| A356-T6 | Fundición de arena + tratado con calor | 250–310 | 170–230 | 5–10 | 90–110 |
| A319 | Fundición | 210–260 | 140–180 | 2–4 | ~ 60 |
| A380 | Fundición | 180–240 | 120–170 | 1–3 | ~ 50 |
| A206-T7 | Moho permanente | 320–370 | 250–300 | 3–5 | 100+ |
Dureza y resistencia al desgaste
La dureza se mide típicamente usando el número de dureza de Brinell (Bnn).
| Aleación | Dureza (Bnn) | Resistencia al desgaste |
|---|---|---|
| A356 (talentoso) | 65–75 | Moderado |
| A356-T6 | 80–90 | Bien |
| A390 | 100–120 | Excelente (Alto contenido de SI) |
| A206-T7 | 100–110 | Bien |
6. Ventajas y limitaciones del aluminio fundido
El aluminio fundido se ha convertido en un material de piedra angular en la fabricación moderna debido a su combinación única de características livianas, Formabilidad, y fuerza.
Ventajas del aluminio fundido
Geometrías complejas con mecanizado mínimo
La fundición permite la creación de formas intrincadas, incluidas las cavidades internas, aletas, y costillas, eso sería costoso o imposible de producir utilizando métodos sustractivos.
Esto reduce significativamente el tiempo de mecanizado y los desechos materiales..
Relación liviana y alta resistencia a peso
Con una densidad de ~ 2.7 g/cm³, Los componentes de aluminio fundido pueden reducir el peso estructural hasta 60% en comparación con el hierro fundido,
mientras mantiene la fuerza respetable (P.EJ., A356-T6: 260–310 MPA Strongille de tracción).
Eficiencia de rentabilidad a volúmenes medianos a altos
Procesos como la fundición a alta presión (HPDC) y la fundición de moho permanente ofrece bajos costos por parte cuando se escalan. La vida de la vida en HPDC puede exceder 100,000 ciclos con mantenimiento adecuado.
Excelente conductividad térmica y eléctrica
Ideal para componentes como disipadores de calor, alojamiento, y piezas de motor eléctrico: la conductividad térmica varía de 90-170 w/m · k dependiendo de la aleación.
Resistencia a la corrosión
El aluminio forma naturalmente una capa de óxido protectora. Aleaciones con silicio y magnesio (P.EJ., A356) mostrar buena resistencia a la corrosión incluso en entornos marinos.
Compatibilidad con el procesamiento posterior
El aluminio fundido acepta una amplia gama de tratamientos y recubrimientos superficiales (Anodizante, revestimiento de polvo) y se puede tratar térmicamente (T5, T6) Para aumentar la fuerza y la dureza.
Limitaciones del aluminio fundido
Defectos de porosidad y contracción
Atrapamiento de gas, solubilidad de hidrógeno, y la contracción de solidificación a menudo causa microporosidad: reducir la resistencia mecánica y la capacidad de sellado.
Incluso con optimizaciones de desgasificación y diseño de moho, Alguna porosidad es inherente al casting.
Menor ductilidad en comparación con las aleaciones forjadas
Las estructuras fundidas exhiben granos dendríticos gruesos y alargamiento limitado (típicamente <10%). Por ejemplo, A356-T6 tiene un alargamiento de ~ 5–9%, Mientras que la forjada 6061-T6 alcanza ~ 12-17%.
Desafíos de tolerancia dimensional
En comparación con las piezas mecanizadas o forjadas, Los componentes de aluminio fundido pueden tener tolerancias dimensionales más amplias debido al desgaste de moho, expansión térmica, y variaciones de relleno de moho, especialmente en la fundición de arena.
Espesor de la pared y limitaciones de flujo
El aluminio fundido por el trozo generalmente requiere un espesor mínimo de la pared de 1.5–2.5 mm para garantizar el relleno completo de moho e integridad estructural.
Las paredes delgadas en piezas complejas pueden causar relleno incompleto o apagones en frío.
Fatiga limitada y resistencia al impacto
Defectos de la superficie, poros, y las estructuras de grano grueso reducen la vida de la fatiga. La resistencia a la fatiga de aluminio fundido es generalmente un 25-40% menor que los equivalentes forjados o forjados.
Restricciones de aleación por proceso
No todas las aleaciones de aluminio son adecuadas para cada método de fundición.
Por ejemplo, 7075 y 2024 Las aleaciones forjadas de alta resistencia no se pueden matar debido a su mala fluidez y tendencia a los cracking en caliente.
7. Acabados superficiales y tratamientos posteriores a la transmisión
Tratamientos térmicos
- T5 Envejecimiento: Implica el envejecimiento artificial después del enfriamiento del aire desde la temperatura de fundición.
Este proceso mejora la fuerza y la dureza del lanzamiento al promover la precipitación de elementos de aleación. - T6 Envejecimiento: Consiste en el tratamiento térmico de la solución (Calentar la fundición a una temperatura específica y mantenerla durante un período), seguido de enfriamiento (enfriamiento rápido) y envejecimiento artificial.
El envejecimiento de T6 da como resultado una resistencia y dureza aún mayor en comparación con el envejecimiento de T5.
Limpieza de superficie
- Disparo: Utiliza pellets pequeños (tales como cuentas de acero o vidrio) propulsado a alta velocidad para expulsar la superficie de la fundición.
Este proceso elimina la escala, óxido, y otros contaminantes, y también puede mejorar la rugosidad de la superficie para una mejor adhesión de recubrimientos. - Grabado químico: Implica sumergir la fundición en una solución química que grabe la capa superficial, eliminar la oxidación y otras impurezas.
- Oxidación: Tratamientos específicos para eliminar la capa de óxido natural en la superficie de aluminio, Prepararlo para un procesamiento o recubrimiento adicional.
Recubrimientos y mecanizado
- Anodizante: Crea una capa de óxido protectora en la superficie del aluminio, Mejorar la resistencia a la corrosión y proporcionar un acabado estético.
El grosor de la capa anodizada puede variar según la aplicación. - Revestimiento de polvo: Aplica un revestimiento de polvo seco a la superficie, que luego se cura bajo calor para formar una duradera, protector, y acabado decorativo.
- Cuadro: Se puede utilizar para proporcionar tanto protección como un color o apariencia personalizados.
- Mecanizado: Operaciones como fresado, torneado, y la perforación se realizan para lograr tolerancias estrechas y el acabado superficial deseado,
especialmente para piezas con dimensiones críticas o superficies funcionales.
8. Aplicaciones de aluminio fundido
El aluminio elenco juega un papel fundamental en una amplia gama de industrias, Gracias a su peso ligero, resistencia a la corrosión, buenas propiedades térmicas, y capacidad de formarse en formas complejas.
Industria automotriz
El sector automotriz es el mayor consumidor de aluminio fundido a nivel mundial.
A medida que los fabricantes se esfuerzan por reducir el peso del vehículo para una mejor eficiencia de combustible y emisiones más bajas, La fundición de aluminio es el material de referencia para numerosos componentes críticos.
Aplicaciones clave:
- Bloques de motor - Tradicionalmente hecho de aleaciones A319 o A356; Ofrecer una reducción de peso del 40-50% en comparación con el hierro fundido.
- Carcasa de transmisión - Beneficio de la conductividad térmica y la resistencia de aluminio a la corrosión.
- Ruedas (ruedas de aleación) -Producido a través de la fundición de died de baja presión o gravedad para el rendimiento y la estética.
- Componentes de suspensión - Control de brazos, nudillos, y los soportes fundidos en aluminio reducen la masa no hilada.
- Vehículo eléctrico (EV) trampas - Los recintos de batería de aluminio fundido y las carcasas automotrices proporcionan protección térmica y de choque.
Aeroespacial y aviación
Aplicaciones clave:
- Carcasa de bombas y cuerpos de válvula
- Recinadores de instrumentos y portadas de aviónica
- Componentes del tren de aterrizaje (En configuraciones de aleación específicas)
- Intercambiadores de calor y sistemas de enfriamiento
Electrónica y electrodomésticos de consumo
Aplicaciones clave:
- Capas de laptop y teléfonos inteligentes - duradero pero liviano, a menudo esbrota y anodizado para el acabado.
- Marcos de televisión y soportes internos
- Disipadores de calor para CPU y electrónica de potencia
- Mezcladores, aspiradoras, admiradores, y mezcladores -Utilice comúnmente el aluminio fundido por la durabilidad.
Maquinaria industrial
Aplicaciones clave:
- Carcasa de la caja de cambios
- Cuerpos e impulsores de la bomba
- Marcos de compresor
- Capasitas de motor y cajas de unión
- Componentes del sistema transportador
Energía renovable e infraestructura eléctrica
Aplicaciones clave:
- Sistemas y soportes de montaje de paneles solares
- Recintos eléctricos de turbina eólica
- Marcos de baterías y carcasas de soporte
- Capas de la estación de carga
Sistemas de arquitectura y construcción
Aplicaciones clave:
- Accesorios de iluminación
- Balustradas y soportes de pared de cortina
- Paneles de fachada y señalización
- Adornos arquitectónicos personalizados
Sectores emergentes
Vehículos eléctricos (EVS): Recintos de batería, carcasas electrónicas de potencia, y los conectores de cable de alto voltaje están cada vez más fundidos por aluminio.
Fabricación aditiva + Fundición: Los procesos de fundición híbridos ahora incorporan moldes de arena impresos en 3D para geometrías complejas.
Robótica: Piezas livianas y resistentes al impacto para drones, exoesqueletos, y vehículos no tripulados.
9. Aluminio fundido vs. Aluminio forjado vs. Aluminio CNC
Al seleccionar aluminio para componentes industriales o aplicaciones estructurales, aluminio fundido, aluminio forjado,
y el aluminio de mecanizado CNC a menudo se comparan debido a sus diferentes propiedades mecánicas, métodos de producción, y características de rendimiento.
| Criterios | Aluminio fundido | Aluminio forjado | CNC (Mecanizado) Aluminio |
|---|---|---|---|
| Método de producción | Aluminio fundido vertido en moldes (P.EJ., arena, morir, o casting de inversión) | Billet sólido deformado a alta presión sin derretirse | Proceso sustractivo utilizando herramientas CNC para tallar piezas de stock de aluminio sólido |
| Estructura material | A menudo contiene porosidad; orientación de grano aleatorio | Denso, Estructura de grano alineada sin vacíos internos | Depende de la materia prima (generalmente forjado); defectos mínimos si se obtienen adecuadamente |
Resistencia mecánica |
Bajo a moderado (150–300 MPa de resistencia a la tracción) | Alto (arriba a 550 MPA TENSIÓN DE TENSA) | Varía por aleación y temperamento; típicamente fuerte si se mecanizan a partir de la serie 6xxx/7xxx |
| Resistencia a la fatiga | Moderado a bajo debido a defectos de fundición | Excelente debido a la alineación y densidad de grano | Bien, especialmente con aluminio forjado de alta calidad |
| Precisión dimensional | Moderado; puede requerir post-maquinamiento | Bueno con mecanizado secundario | Excelente; precisión de hasta ± 0.01 mm |
Complejidad de diseño |
Alto - admite intrincado, hueco, y geometrías orgánicas | Moderado: limitado por falsificar el diseño de die | Bajo a moderado: limitado por el corte de la herramienta y la geometría |
| Acabado superficial | Justo a bueno (mejorado con pulido o recubrimientos) | Justo: por lo general, necesita terminar | Excelente - superficie lisa, listo para anodizar o recubrir |
| Aleaciones comunes utilizadas | A356, A319, 380, 535 | 6061, 7075, 2011 | 6061-T6, 7075-T6, 2024 |
| Costo de herramientas/configuración | Bajo para la fundición de arena; alto para el casting | DIES alto - DIES | Moderado: en su mayoría de la configuración de CAD/CAM y el costo de herramientas |
Idoneidad del volumen de producción |
Ideal para volumen medio a alto (especialmente el casting) | Mejor para alto volumen, Aplicaciones de alta resistencia | Adecuado para una producción única o única de volumen personalizado |
| Aplicaciones | Bloques de motor, alza de bombas, cubiertas complejas | Brazos colgantes, accesorios de aviones, juntas de carga | Corchetes aeroespaciales, recintos de precisión, prototipos, componentes personalizados |
| Costo por unidad | Bajo (en alto volumen) | Medio a alto | Alto (especialmente para baja cantidad) |
| Tiempo de entrega | Moderado a largo dependiendo de la preparación de moho | Largo: los troqueles de forjado requieren tiempo | Breve-especialmente para bajo o creación de prototipos |
| Resistencia a la corrosión | Bien (especialmente con aleaciones de casting ricas en Si) | Varía: puede requerir recubrimientos o anodizar | Excelente con aleación adecuada y anodización |
10. Conclusión
El aluminio fundido, raíz de la antigua artesanía, aún impulsado por métodos de vanguardia, se mantienen indispensables en todas las industrias.
Al dominar los fundamentos de casting, seleccionando aleaciones óptimas, y hacer cumplir controles de calidad estrictos, Los ingenieros producen livianos, rentable, y componentes de alto rendimiento.
Como avances en el control de procesos digitales, carpetas sostenibles, y surgen la producción de moho aditivo, El aluminio fundido continuará impulsando la innovación en los vehículos de mañana, aeronave, y dispositivos electrónicos.
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