Sisältötaulukko
Show
1. Esittely
Valualumiini ja valurauta ovat kaksi teollisuuden laajimmin käytettyä valumateriaalia.
Molemmat tarjoavat reittejä monimutkaisten verkkomuotoisten komponenttien valmistamiseksi, mutta niiden tiheys eroaa olennaisesti, jäykkyys, voimakkuustilat, lämpökäyttäytyminen, casting -menetelmät, korroosionkestävyys ja elinkaarikustannukset.
Niiden välillä valinta on painon välinen kompromissi, jäykkyys, kulumiskestävyys, konettavuus, kustannuksista ja toimintaympäristöstä.
Tässä artikkelissa verrataan näitä kahta eri teknisten akselien välillä ja tarjotaan käyttökelpoisia tietoja ja valintaohjeita.
2. Mikä on valualumiini?
Valettu alumiini viittaa komponentteihin, jotka on valmistettu kaatamalla sulaa alumiinia (tai alumiiniseosta) muottiin ja anna sen jähmettyä lopulliseen tai lähes lopulliseen geometriaan.
Koska alumiinilla on suhteellisen alhainen sulamispiste, hyvä juoksevuus seostetussa muodossa, ja alhainen tiheys, Valettu alumiini on suositeltava valinta monimutkaisissa geometrioissa, kevyt, lämmönjohtavuus tai korroosionkestävyys ovat tärkeitä.
Alumiinin valureitit sisältävät korkeapaineisen painevalun, matalapaineinen ja painovoima pysyvä muottivalu, hiekkavalu, ja investointeja (kadonnut vaha) valu; jokainen reitti antaa eri rajat seinämän paksuudelle, pintapinta, mittatarkkuus ja mekaaniset ominaisuudet.
Piirteet
- Kevyt: tiheys ≈ 2.6–2,8 g/cm³ (tyypillisesti 2.70 g/cm³).
- Matala kimmomoduuli: Youngin moduuli ≈ 69-72 GPa (≈ 69 GPa tyypillinen).
- Hyvä lämmönjohtavuus: metalliseokset vaihtelevat, mutta usein 100–200 W·m⁻¹·K⁻¹; puhdas alumiini on ~237 W·m⁻¹·K⁻¹.
- Hyvä korroosionkestävyys: muodostaa vakaan oksidikalvon; käyttäytyminen on parantunut anodisoinnilla tai pinnoitteilla.
- Muovautuva murtuman käyttäytyminen: monet valetut alumiiniseokset ovat kohtuullisen sitkeitä (Seos- ja lämpökäsittelystä riippuen).
- Helposti koneistettava: suhteellisen pienet leikkausvoimat ja hyvä työstettävyys monille seoksille.
- Kierrätettävä: alumiini on erittäin kierrätettävää suhteellisen vähän energiaa uudelleensulatukseen verrattuna alkutuotantoon.
Yleiset alumiiniseokset (tyypillisiä näyttelijäperheitä)
| Seosperhe (tyypillinen nimi) | Edustavat arvosanat / kauppanimet | Keskeiset seosaineet (painoprosentti) | Lämmönkäsitettävä? | Tyypilliset sovellukset |
| Al - kyllä (yleiskäyttöinen) | A356 / AlSi7 | Ja ≈ 6–8; Mg ≈ 0,2-0,5 | Usein (T6 saatavilla) | Rakenteelliset kotelot, pumppukappaleet, yleiset autoteollisuuden valukappaleet |
| Al-Si-Mg (rakenne-, lämmönkäsitettävä) | A356-T6, A357 | Ja ≈ 6-7; Mg ≈ 0,3-0,6 | Kyllä (T5/T6) | Jousituskomponentit, pyörät, voimansiirtokotelot |
| Painevalu Al-Si-Cu / Al - kyllä | A380, ADC12, A383 | Ja ≈ 8-13; Cu ≈ 1-4; Fe hallinnassa | Rajoitettu (enimmäkseen valettu tai puolivanhennettu) | Ohutseinäiset kotelot, liittimet, kuluttajakotelot |
Al -andi (moottori & korotetut T-seokset) |
Metalliseos 319 | Ja ~6-8; Cu ~3-4; Mg pieni | Kyllä (ratkaisu + ikääntyminen) | Sylinterinpäät, mäntä (vuorausten kanssa), moottorin laitteisto |
| High-Si / hypereutektiset seokset | Al - kyllä (10-20% Kyllä) | Ja 10-20; vähäinen Mg/Cu | Jonkin verran (rajoitettu) | Mäntä, kuluvat pinnat, vähän laajenevat komponentit |
| Al-Si-Sn / laakeriseokset | Al-Si-Sn-laakeriversiot | Ole hyvä ja maltillinen; Sn (±Pb) kiinteinä voiteluaineina | Tyypillisesti ei (pehmeä valettu) | Liukulaakerit, holkit, liukuvat pinnat |
| Erikoisluja valettu Al | Al-Zn-Mg variantit (rajoitettu näyttelijäkäyttö) | Zn, Mg, pieniä Cu-lisäyksiä | Kyllä (ikääntyvä) | Erittäin lujat rakenneosat (markkinarako/ilmailu) |
3. Mikä on valurauta?
Valurauta on ryhmä rauta-hiiliseoksia, jotka valmistetaan kaatamalla sulaa metallia muotteihin ja antamalla sen jähmettyä.
Mikä erottaa valuraudat teräksistä on niiden suhteellinen korkea hiilipitoisuus (tyypillisesti >2.0 wt% c) ja läsnäolo grafiittista hiiltä valetussa mikrorakenteessa.
Hiili esiintyy yleensä grafiittina (useissa morfologioissa) tai rautakarbidina (sementti) seoksen kemiasta ja jähmettymisolosuhteista riippuen.
Tämä grafiitti - ja sitä ympäröivä matriisi - hallitsee mekaanista käyttäytymistä, eri valurautatyyppien työstettävyys ja käyttötila.
Valuraudat ovat raskaiden työhevosia, kulutusta kestävät ja tärinäherkät sovellukset, koska ne ovat taloudellisia valaa suuriin tai monimutkaisiin muotoihin, tarjoavat erinomaisen vaimennuksen, ja se voidaan räätälöidä kemian ja valun jälkeisen lämpökäsittelyn avulla (ESIM., itäinen karkaisu) monenlaisiin kiinteistöihin.
Keskeiset ominaisuudet
- Grafiitin morfologia säätelee ominaisuuksia. muoto, grafiitin koko ja jakautuminen (hiutale, pallomainen, tiivistetty) hallitsevat vetolujuutta, sitkeys, jäykkyys ja työstettävyys:
-
- Hilseilevä (harmaa) grafiitti tuottaa hyvän työstettävyyden ja vaimennuksen, mutta pienempi vetolujuus ja loviherkkyys.
- Pallomainen (nodulaarinen/muovaava) grafiitti tuottaa paljon suuremman vetolujuuden ja sitkeyden.
- Tiivistetty grafiitti (CGI) on keskitasoa — parempi lujuus ja lämpöväsymiskestävyys kuin harmaarauta säilyttäen samalla hyvän vaimennuksen.
- Erinomainen tärinä vaimennus. Grafiittikyhmyt/hiutaleet keskeyttävät elastisen aallon etenemisen, joten valuraudat ovat suositeltavia työstökoneiden rungoissa, moottorilohkot ja kotelot, joissa vaimennus vaimentaa melua ja tärinää.
- Hyvä puristuslujuus ja kulutuskestävyys. Varsinkin perliitti- ja valkoraudoissa; sopii raskaille laakereille, telat ja kulutusosat.
- Suhteellisen hauras jännityksessä (Jotkut arvosanat). Harmaarauta on loviherkkä ja sen venymä on alhainen; pallografiittivalurauta parantaa sitkeyttä merkittävästi, mutta käyttäytyy silti eri tavalla kuin teräkset.
- Taloudellinen suurille/monimutkaisille valukappaleille. Hiekkavalu ja kuorivalu ovat vakiintuneet; kutistuminen, syöttöä ja suunnattua kiinteytymistä hallitaan vakiovalimotekniikoilla.
- Leveä muotoilukuori jälkikiinteytyskäsittelyllä. Lämpökäsittelyjen kautta (normalisointi, karkaista, itäinen karkaisu) ja seosta (Sisä-, Cr, MO),
valuraudat voidaan räätälöidä erittäin kovaa kulutusta kestävistä laatuluokista vaativiin rakennelaatuihin (ESIM., ADI – Austempered pallografiittirauta). - Hyvä lämmönkestävyys useissa laatuluokissa. Jotkut valuraudat säilyttävät mittavakauden ja lujuuden korkeissa lämpötiloissa paremmin kuin alumiiniseokset.
Yleiset valurautatyypit
Alla on käytännön yhteenveto tärkeimmistä valurautaperheistä, tyypillisiä kemian suuntauksia, mikrorakenne ja edustavat ominaisuudet / sovellukset.
| Tyyppi | Tyypillinen koostumus (suunnilleen. painoprosentti) | Keskeinen mikrorakenneominaisuus | Edustava mekaaninen käyttäytyminen | Tyypilliset sovellukset |
| Harmaa valurauta (GJL / Luokiteltu ASTM A48 mukaan) | C ~3,0-3,8; Ja ~1,5-3,0; Mn < 0,5; S & P ohjattu | Grafiittihiutaleita ferriitti/perliittimatriisissa | Vetolujuus laajasti ~150-350 MPa (vaihtelee luokittain); alhainen pidennys (<1–3%); erinomainen vaimennus; kohtalainen kovuus | Moottorilohkot, jarrurummut, pumppukotelot, konekiväärit |
| Herttuat (nyökkäys-) rauta (GJS / ASTM A536) | C ~3,2-3,8; Ja ~1,8-2,8; Mg ~0,03-0,06 (nodularisoiva), jäljittää Ce/RE | Pallomaiset grafiittikyhmyt ferriitissä/perliitissä | Korkea vetolujuus ja sitkeys; yleiset arvosanat kuten 60–40–18 (60 UTS-toiminta ≈ 414 MPA, 40 ksi YS ≈ 276 MPA, 18% pidennys) | Vaihdelaitteet, kampiakselit, turvallisuuden kannalta kriittiset rakennevalut |
| Tiivistetty grafiitirauta (CGI) (GJV) | C ~3,2-3,6; Ja ~1,8-2,6; jäljittää Mg/RE | Kompakti (vermikulainen) grafiitti — hiutaleiden ja pallojen välissä | Parempi vetolujuus ja lämpöväsymiskestävyys kuin harmaalla raudalla, hyvällä vaimennuksen kanssa; UTS keskialueella | Dieselmoottorilohkot, pakokomponentit, raskaat sylinterilohkot |
| Valkoinen rauta | C ~2,6-3,6; Niin alhainen (<1.0); korkeat jäähdytysnopeudet | Sementti / ledeburiitti (karbidi) - käytännössä ei grafiittia | Erittäin suuri kovuus (usein HB useita satoja), erinomainen kulutuksenkestävyys; matala sitkeys | Murskaimet, käyttää levyjä, ammuspuhaltimet, voimakkaat hankausympäristöt |
Takorauta |
Aluksi valkoinen rautakoostumus; lämmöllinen | Valetaan siis valkoraudana hehkutettu karkaisemaan hiiltä epäsäännöllisiksi kiviainesiksi (temper hiili) | Yhdistää parannetun sitkeys/sitkeys vs. harmaa rauta; kohtalainen lujuus | Pienet valut, jotka vaativat taipuisuutta (varusteet, haarut) |
| Austempered jadole rauta (Adi) | Pallorautainen pohja + hallittu austempering lämpökäsittely | Pallografiitti ausferriittisessä matriisissa (bainiittinen ferriitti + stabiloitu austeniitti) | Poikkeuksellinen lujuuden ja sitkeyden suhde: UTS alkaen ~600 to >1000 MPA hyödyllisellä venymällä (3-10% arvosta riippuen); Erinomainen väsymiskestävyys | Tehokas voimansiirto, jousituskomponentit, raskas koneet |
| Seostetut valuraudat (ESIM., Ni-resist, korkean Cr-arvon raudat) | Pohjassa merkittävää Ni, Cr, Mo lisäyksiä | Matriisi on suunniteltu kestämään lämpöä/korroosiota; grafiittia voi olla läsnä tai tukahdutettu | Erikoistunut korroosion/hapetuksen kestävyys, tai korkeiden lämpötilojen lujuus | Pumpun komponentit syövyttäviä nesteitä varten, venttiilirungot, korkean lämpötilan kulutusosat |
4. Mekaaniset ominaisuudet vertailu
Numerot esitetään käytännöllisinä, valimotasolla tyypilliset alueet (ei taata minimi/maksimi) koska todelliset arvot riippuvat voimakkaasti tarkasta kemiasta, valureitti, leikkauskoko, ja lämpökäsittely.
Tyypilliset mekaaniset ominaisuudet - edustavat valualumiinia vs. valurautalaatuja
| Materiaali / Luokka (tyypillinen nimitys) | Tiheys (g · cm⁻³) | Youngin moduuli (GPA) | Vetolujuus, Uts (MPA) | Tuottolujuus (MPA) | Pidennys (Eräs, %) | Kovuus (Brinell, HB) | Tyypilliset sovellukset |
| A356-T6 (Al-Si-Mg, lämpökäsitelty valualumiini) | 2.68–2.72 | 68–72 | 200 - 320 | 150 - 260 | 5 - 12 | 60 - 110 | Rakenteelliset kotelot, pyöräkeskukset, voimansiirtokotelot |
| A380 / ADC12 (yleinen painevalu Al-Si -perhe, valettu) | 2.70–2,78 | 68–72 | 160 - 280 | 100 - 220 | 1 - 6 | 70 - 130 | Ohutseinäiset kotelot, kuluttajaosat, liittimet (kuolla casting) |
| Hypereutektinen Al-Si (mäntä / vähän laajenevat seokset) | 2.70–2,78 | 68–72 | 150 - 260 | 100 - 220 | 1 - 6 | 80 - 140 | Mäntä, liukukomponentit, vähän laajenevat osat |
| Harmaa valurauta (tyypillinen ASTM A48 luokka 30) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈207 (≈30 ksi) | - (ei erillistä tuottoa) | <1 - 3 | 140 - 260 | Moottorilohkot, konekehykset, jarrurummut |
| Harmaa valurauta (ASTM A48 luokka 40) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈276 (≈40 ksi) | - | <1 - 3 | 160 - 260 | Raskaammat kotelot, pumppukappaleet |
| Herttuat (nyökkäys-) rauta - 60-40-18 (ASTM A536) | 7.0–7.3 | 160–180 | ≈414 (60 ksi) | ≈276 (40 ksi) | ~ 18 | 160 - 260 | Vaihdelaitteet, kampikomponentit, rakenteelliset valut |
| Tiivistetty grafiitirauta (CGI) (tyypillinen alue) | 7.0–7.3 | 140–170 | 350 - 500 | 200 - 380 | 2 - 8 | 180 - 300 | Dieselmoottorilohkot, pakokomponentit (korkea lämpöväsymiskestävyys) |
| Valkoinen / korkean Cr-kulutusrauta (kulumisluokat) | 7.0–7.3 | 160–200 | matala vetolujuus / hauras | - | <1 - 2 | >300 - 700 | Murskaimet, käyttää vuorauksia, puhalluskomponentit |
5. Lämpö- ja valuprosessiin liittyviä huomioita
Sulamis- ja jähmettymiskäyttäytyminen
- Sulamispiste / nestemäinen: alumiiniseokset sulavat ~ 550–650 ° C alue (puhdasta alumiinia 660.3 ° C).
Valurauta jähmettyy korkeammissa lämpötiloissa (~1150–1250 °C koostumuksesta riippuen) ja muodostaa grafiittia tai sementiittiä koostumuksen ja jäähdytysnopeuden perusteella. - Lämmönjohtavuus: alumiiniseokset johtavat tyypillisesti lämpöä huomattavasti parempi kuin valurautaa (usein 2–4 kertaa korkeampi), mikä vaikuttaa muotin jäähtymiseen, jähmettymisnopeus ja jäähdytyskäyttäytyminen.
- Kiinteytyskutistuminen: tyypillinen lineaarinen kutistuminen alumiiniseoksille ~1.3–1,6 %; harmaan valuraudan kutistuminen on pienempi (~ ~0.5–1,0%), vaikka mikro- ja makrokutistuminen riippuvat osan paksuudesta ja syötöstä.
Valumenetelmät & tyypillinen käyttö
- Heittää alumiini: yleisesti tuottanut kuolla casting (korkeapaineinen), pysyvä muotti, matalapaineinen, ja hiekkavalu.
Painevalu tuottaa erinomaisen pintakäsittelyn ja ohutseinämäisyyden; hiekkavalukahvat suuret, raskas, tai monimutkaisia osia alhaisemmilla työkalukustannuksilla. - Valurauta: tyypillisesti hiekkavalu (vihreää hiekkaa, kuori) ja kadonnut ehdokas/kuori monimutkaisille muodoille.
Pallorautavalut ovat yleensä hiekkavalettuja. Valurauta kestää hyvin suuria osia ja raskaita valukappaleita.
Ulottuvuustoleranssit & pintapinta
- Painevalettu alumiini: paras valureittien mittakyky – tyypilliset toleranssit alueella ±0,1–0,5 mm useille mitoille (riippuu koosta), pintakäsittely Ra usein 0.8–3,2 µm valettu.
- Pysyvä muotti alumiinia: toleranssit ±0,25–1,0 mm, pintakäsittely parempi kuin hiekkavalu.
- Hiekka-valurauta: karkeammat toleranssit, tyypillisesti ±0,5–3,0 mm koosta ja viimeistelystä riippuen; pintakäsittely karkeampi, Ra usein 6–25 µm valettu, ellei koneistettu.
- Seinän paksuuskyky: painevalettu alumiini voi tuottaa ohuita seiniä (<2 mm) taloudellisesti;
valurauta vaatii tyypillisesti paksumpia osia vikojen välttämiseksi ja kutistumisen syöttämiseksi, vaikka nykyaikaisella muovauksella voidaan saavuttaa kohtalaisen ohuita osia pienille osille.
Koneistettavuus ja sivutoiminnot
- Alumiini koneistaa helposti suuremmilla nopeuksilla ja pienemmillä voimilla; työkalujen käyttöikä on hyvä; painevaluosien työstövarat ovat vaatimattomia.
- Valurauta koneistaa eri tavalla - harmaa rauta on suhteellisen helppo työstää, koska grafiitin toimii lastunmurtajana ja voiteluaineena;
pallografiittivalurauta on kovempaa ja vaatii erilaisia työkaluja; valuraudan leikkaaminen johtaa usein hauraisiin lastuihin ja vaatii asianmukaisia työkalulaatuja.
6. Korroosionkestävyys ja käyttöympäristöt
- Valettu alumiini: luonnollisesti korroosionkestävä vakaan oksidikalvon ansiosta; toimii hyvin ilmakehässä, lievästi syövyttävissä ja meriympäristöissä, jos sopiva seos/pinnoite on valittu.
Anodisointi- ja maalijärjestelmät parantavat entisestään pinnan kestävyyttä ja ulkonäköä. - Valurauta: rautapitoinen materiaali, joka on altis ruosteelle (hapetus) märissä ympäristöissä; Vaatii suojapinnoitteet (maalit, pinnoitus), katodisuojaus tai seostus korroosionkestävyyttä varten.
Joissakin sovelluksissa (moottorilohkot), valurauta toimii hyväksyttävästi öljysuojan ja valvottujen ympäristöjen ansiosta. - Suorituskyky korkeassa lämpötilassa: valurauta (erityisesti harmaa ja sitkeä) säilyttää lujuuden korkeissa lämpötiloissa paremmin kuin alumiini.
Alumiinin lujuus laskee nopeasti lämpötilan noustessa yli ~150–200 °C, rajoittamalla sen käyttöä kuumassa moottorissa tai pakokaasuille alttiina olevissa osissa, ellei käytetä erityisiä metalliseoksia tai jäähdytystä.
7. Valualumiinin ja valuraudan edut
Valettu alumiini edut
- Painon säästö: ~62,5 % kevyempi vastaavalla tilavuudella kuin valurauta – kriittinen kuljetuksessa polttoainetalouden kannalta.
- Korkea lämmönjohtavuus: Parempi lämmön hajoaminen (hyödyllinen lämmönvaihtimille, sylinterinkannet autoissa sopivan suunnittelun jälkeen).
- Hyvä korroosionkestävyys valettu; valinnaisesti anodisoitavissa parantaa suojausta ja estetiikkaa.
- Ohut seinämä ja monimutkainen ohut ominaisuus (Erityisesti kuole casting) — mahdollistaa osien yhdistämisen ja kustannussäästöt tuotantoketjun alkupäässä.
- Edullinen kierrätettävyys ja alhaisemmat massakohtaiset toimituskulut.
Valurauta edut
- Suurempi jäykkyys ja vaimennus: hyvä jäykkyyttä ja tärinänhallintaa vaativiin rakenteisiin (työstötyökalujen tukikohdat, pumppukotelot).
- Ylivoimainen kulutuskestävyys ja tribologiset ominaisuudet: perliittiset ja valkoiset silitysraudat ovat erinomaiset hankaavissa/kuluvissa ympäristöissä.
- Korkeampi puristuslujuus ja lämpöstabiilisuus korkeissa lämpötiloissa — käytetään raskaita moottorilohkoja varten, sylinterin vuoraukset, ja jarruroottoreita.
- Tyypillisesti alhaisemmat raaka-ainekustannukset per kg ja vankka valukäyttäytyminen erittäin suurille osille.
8. Valualumiinin ja valuraudan rajoitukset
Valualumiinin rajoitukset
- Alempi jäykkyys: vaatii suurempia poikkileikkauksia tai ripoja vastaavan jäykkyyden saavuttamiseksi – voi vähentää joitain painoetuja.
- Alempi lujuus korkeissa lämpötiloissa: alumiini menettää myötörajan korkeammissa lämpötiloissa nopeammin kuin rauta.
- Vähemmän kulutuskestävyyttä: tavallinen valettu alumiini on pehmeämpi; vaatii pintakäsittelyjä (kovaa anodisoida, pinnoitteet) kulumiskriittisille pinnoille.
- Huokoisuus ja kaasuun liittyvät viat: alumiini on altis kaasuhuokoisuudelle ja kutistumisvirheille, jos sulatus- ja valukäytäntöjä ei valvota.
Valurautarajoitukset
- Raskas: suurempi tiheys lisää osan massaa - negatiivinen painoherkissä sovelluksissa.
- Hauras vetokäyttäytyminen: harmaalla raudalla on alhainen vetolujuus ja se on altis hauraalle murtumiselle iskun vaikutuksesta; suunnittelussa on otettava huomioon lovien herkkyys.
- Syövyttää suojaamattomana: vaatii pinnoitteita tai korroosionhallintaa.
- Alempi lämmönjohtavuus kuin Al (hitaampi lämmön poistuminen); saattaa vaatia jäähdytysrakenteen säätöjä.
9. Valualumiini vs valurauta: Erojen vertailu
| Määrite | Valettu alumiini (ESIM., A356-T6, A380) | Valurauta (harmaa, Herttuat) | Käytännön vaikutukset |
| Tiheys | ~2,6–2,8 g·cm⁻³ | ~6,8–7,3 g·cm⁻³ | Alumiini on ~60–63 % kevyempi – suuri etu painoherkissä malleissa. |
| Elastinen moduuli (E) | ≈ 69–72 GPa | ≈ 100–170 GPa | Rauta on 1,5–2,5 × jäykempi; alumiini tarvitsee enemmän materiaalia/ripoja jäykkyyden saavuttamiseksi. |
| Vetolujuus (tyypillinen) | A356-T6: ~200-320 MPa; A380: ~160-280 MPa | Harmaa: ~150-300 MPa; Herttuat: ~350-700 MPa | Pallorauta ylittää Al:n lujuuden ja sitkeyden suhteen; jotkin Al-lejeeringit lähestyvät alempia raudan vahvuuksia. |
| Tuottolujuus | ~150-260 MPa (A356-T6) | Harmaa: ei selvää tuottoa; Herttuat: ~200-300 MPa | Käytä pallografiittivalurautaa, kun tarvitaan selkeää myötökäyttäytymistä ja suurempaa staattista lujuutta. |
| Pidennys (taipuisuus) | ~5–12 % (A356-T6) tai 1-6 % (painevalettu) | Harmaa: <1–3%; Herttuat: ~10–20 % | Pallorauta ja lämpökäsitelty Al tarjoavat hyvän sitkeyden; harmaa rauta on jännityksessä hauras. |
| Kovuus / käyttää | HB ≈ 60–130 (metalliseoksesta riippuvainen) | HB ≈ 140–260 (harmaa); >300 (valkoinen/perliitti) | Rauta, erityisesti perliittiset/valkoiset arvot, paras hankaavaan kulutukseen. Alumiini vaatii pinnoitteita/lisäosia kulumista varten. |
| Lämmönjohtavuus | ~80–180 W·m⁻¹·K⁻¹ (metalliseoksesta riippuvainen) | ~30–60 W·m⁻¹·K⁻¹ | Alumiini mieluiten lämpöä hajottavia osia (jäähdytysaltaat, kotelot). |
| Lämmönvakaus / korkea-T-lujuus | Lujuus putoaa nopeasti yli ~150–200 °C | Parempi lujuuden säilyttäminen korkeissa lämpötiloissa | Käytä rautaa korkean lämpötilan kuormituksen kantamiseen. |
| Vaimennus / värähtely | Kohtuullinen | Erinomainen (Erityisesti harmaa rauta) | Rauta mieluiten koneen rungoille, alustat ja komponentit, joissa tärinänvaimennus on tärkeää. |
| Kestävyys / ohutseinämäisyys | Erinomainen (kuolla casting; ohut seinät <2 mm mahdollista) | Rajoitettu - parempi paksummille osille | Alumiini mahdollistaa konsolidoinnin, kevyet ohutseinäiset osat; silitä paremmin raskaille osille. |
Pintapinta & toleranssit (valettu) |
Die cast: hieno viimeistely, tiukat toleranssit | Hiekka valettu: karkeampi, laajemmat toleranssit | Painevalu alentaa jälkityöstöä; hiekkavalurauta vaatii usein enemmän koneistusta. |
| Konettavuus | Helppo, korkeat poistonopeudet; alhainen työkalun kuluminen | Harmaarautakoneet hyvin (grafiitti auttaa lastun muodostumista); pallografiittivalurautaa kovemmin työkaluissa | Alumiini lyhentää koneistusjaksoaikoja; rauta saattaa tarvita kovempaa työkalua, mutta harmaat raudat leikkaavat siististi. |
| Korroosionkestävyys | Hyvä (suojaava oksidi); parannettu entisestään anodisoinnilla/pinnoitteilla | Huono märissä/kloridiympäristöissä ilman suojaa | Alumiini tarvitsee usein vähemmän korroosiosuojaa; rauta on maalattava/pinnoitettu tai seostettava. |
| Kierrätys | Erinomainen; uudelleensulatusenergia kiloa kohden pienempi kuin primäärienergia | Erinomainen; erittäin kierrätettävä | Molemmilla on vahva romuarvo; alumiinin energiansäästö kilogrammaa kohden suuria verrattuna alkutuotantoon. |
| Tyypillisiä kustannusnäkökohtia | Korkeampi $/kg, mutta pienempi massa voi alentaa järjestelmän kustannuksia; painevalu työkalut korkea | Alempi $/kg; hiekkavalutyökalut matalat pienille määrille | Valitse osan massan perusteella, tilavuus ja tarvittava viimeistely. |
| Tyypilliset sovellukset | Autoteollisuuskotelot, jäähdytysaltaat, kevyet rakenteelliset osat | Moottorilohkot, konekiväärit, käyttää osia, raskaat kotelot | Yhdistä materiaali toiminnallisiin prioriteetteihin – paino vs jäykkyys/kuluminen. |
Valintaohje (käytännön nyrkkisäännöt)
- Valitse valettu alumiini kun: massan vähentäminen, lämpöhäviö, korroosionkestävyys ja ohutseinämäisten piirteiden lujittaminen ovat ensisijaisia tekijöitä (ESIM., autojen korikomponentit, jäähdytysaltaat, kevyet kotelot).
Käytä alumiinipainevalua suurille tilavuuksille ja ohutseinämäisille, runsaasti ominaisuuksia; käytä A356-T6:ta, kun tarvitaan parempaa rakenteellista suorituskykyä ja jälkilämpökäsittelyä. - Valitse valurauta milloin: jäykkyys, vaimennus, kulutuskestävyys tai korkeat käyttölämpötilat ovat ensiarvoisen tärkeitä (ESIM., työstötyökalujen tukikohdat, jarrukomponentit, raskaita koteloita, hankaavat kulutuspinnat).
Valitse pallografiittivalurauta rakenneosiin, jotka vaativat sitkeyttä ja jonkin verran sitkeyttä.
Käytä harmaata rautaa vaimennettaessa ja koneistettaessa (raskaisiin koneistustöihin) ovat tärkeitä ja vetolujuus on vähemmän kriittinen. - Kun epäilyttää, arvioi järjestelmätason kompromisseja: painavampi rautaosa voi olla halvempi kiloa kohden, mutta nostaa loppupään kustannuksia (polttoaineenkulutus, käsittely, asennus);
päinvastoin, alumiini voi vähentää järjestelmän massaa, mutta saattaa vaatia suurempia osia tai sisäosia saavuttaakseen jäykkyys-/kulumistavoitteet – aja osatason massa, jäykkyyden ja kustannusten vertailu.
10. Johtopäätös
Valualumiini vs valurauta ovat toisiaan täydentäviä materiaaleja, jokainen on erinomaista skenaarioissa, joissa niiden ainutlaatuiset ominaisuudet vastaavat sovelluksen vaatimuksia.
Alumiinivalut hallitsevat kevyttä, tehokkaat alat (autojen sähköautot, ilmailu-, kulutuselektroniikka) vahvuus-painosuhteensa ansiosta, lämmönjohtavuus, ja monimutkainen heitettävyys. </jänneväli>
Valurauta pysyy korvaamattomana raskaassa käytössä, kustannusherkät sovellukset (työstötyökalut, rakennusputket, perinteiset moottorit) kulumiskestävyytensä ansiosta, värähtely, ja alhaiset kustannukset.</jänneväli>
Faqit
Kuinka paljon kevyempi on valualumiiniosa kuin samankokoinen valurautaosa?
Tyypilliset tiheydet: alumiini ~2,7 g/cm³ vs valurauta ~7,2 g/cm³. Sama komponenttitilavuus, alumiini on noin 62.5% kevyempi (Toisin sanoen, samantilavuuden alumiinimassa = 37.5% valurautamassasta).
Voiko alumiini korvata valuraudan moottorilohkoissa?
Alumiinia käytetään laajasti nykyaikaisissa moottorilohkoissa ja sylinterikannissa painon säästämiseksi.
Raudan vaihtaminen vaatii huolellista suunnittelua jäykkyyden vuoksi, lämmön laajennus, sylinterin vuorauksen strategiat (ESIM., sisäänvalettavat vuoraukset, rautaiset hihat) ja huomiota väsymykseen ja kulumiseen.
Korkean kuormituksen tai korkean lämpötilan sovelluksiin, valurautaa tai erityisiä alumiiniseoksia/malleja voidaan suosia.
Kumpi on halvempaa: valualumiinia tai valurautaa?
On a kiloa kohden perusteella, rauta on yleensä halvempaa; kohdassa a per osa perusteella vastaus riippuu äänenvoimakkuudesta, työkalu (painevalut ovat kalliita), koneistusaika, ja painoohjattu järjestelmä maksaa (ESIM., polttoaineen kulutus ajoneuvoissa).
Suuria määriä, painevalettu alumiini voi olla taloudellista korkeammista materiaalikustannuksista huolimatta.
Kumpi materiaali kestää paremmin kulutusta?
Valurauta (erityisesti perliitti tai valkoinen rauta) sillä on yleensä parempi kulutuskestävyys verrattuna valettua alumiiniin.
Alumiini voidaan pintakäsitellä tai pinnoittaa kulumista varten, mutta se sopii harvoin karkaistun raudan kanssa ilman lisäprosesseja.
Valaa alumiinin ruostetta?
Alumiini ei ruostu kuten rauta; se muodostaa oksidikerroksen, joka suojaa sitä lisäkorroosiolta. Tietyissä olosuhteissa (kloridialtistus, galvaaninen kytkentä) alumiini voi syöpyä ja vaatia pinnoitteita tai katodisuojausta.
