1. Introduction
L'aluminium coulé est un matériau polyvalent créé en versant un alliage d'aluminium fondu dans un moule et en lui permettant de se solidifier.
Largement utilisé dans toutes les industries, Il offre un mélange de propriétés légères, bonne force, et résistance à la corrosion.
Des moteurs automobiles aux composants aérospatiaux, L'aluminium coulé joue un rôle crucial dans la fabrication moderne.
2. Qu'est-ce que l'aluminium coulé?
L'aluminium coulé fait référence aux pièces produites par verser de l'aluminium fondu dans une cavité de moisissure, Permettre au métal de se solidifier, puis à extraire un composant en forme de nette.
Contrairement à l'aluminium forgé, qui se forme en roulant, extrusion, ou forge, Casting déverrouille les géométries complexes, côtes intégrées, et les cavités internes en une seule coulée.
Terminologie de base
| Terme | Définition |
|---|---|
| Modèle | Une réplique positive de la pièce - faite à partir de bois, plastique, ou métal - utilisé pour former la cavité du moule. |
| Moule | La cavité négative (sable, métal, ou céramique) qui façonne le casting. |
| Système de déclenchement | Réseau de sprue, coureurs, et les portes qui transporte l'aluminium fondu du bassin versant vers le moule. |
| Secouer (Mangeur) | Réservoir de métal liquide connecté à la cavité; Il fournit du métal fondu pendant le retrait de solidification. |
| Allocation de retrait | Matériel supplémentaire (généralement 1 à 2%) ajouté aux dimensions du motif pour compenser la contraction des métaux. |
| Cœur | Un insert de sable ou de céramique placé à l'intérieur du moule pour créer des cavités internes ou des contre-dépouilles dans la coulée. |
3. Processus clés de la coulée en aluminium
La polyvalence de l'aluminium brille à travers la variété des méthodes de coulée disponibles. Chaque processus convient aux géométries différentes, volumes de production, et les exigences de propriété.
Sable Caste d'aluminium
Coulée de sable est l'un des processus de coulée les plus polyvalents.
Il est bien adapté pour produire des formes grandes ou complexes, comme les blocs moteurs pour les machines lourdes ou les composants architecturaux personnalisés.
Le processus est relativement peu coûteux pour les courses de production faible à moyenne car les moules de sable peuvent être facilement créés et modifiés.
Cependant, Cela se traduit généralement par une finition de surface plus rugueuse et des dimensions moins précises par rapport à d'autres méthodes.
Die Casting en aluminium
Moulage est le processus incontournable de la production à haut volume de pièces avec des tolérances étroites. Il s'agit d'injecter de l'aluminium fondu sous haute pression dans une matrice métallique.
Cela permet des cycles de production rapides, Souvent aussi court que quelques secondes par partie.
Les pièces moulées ont d'excellentes finitions de surface et peuvent atteindre des dimensions très précises, Les rendre idéaux pour les composants automobiles comme les cas de transmission, supports de moteur, et garniture décorative.
Investment Casting en aluminium
Moulage de précision, Également connu sous le nom de processus de la chronométrage perdu, excelle dans la création de pièces avec des détails complexes et une qualité de surface élevée.
Il est couramment utilisé dans l'industrie aérospatiale pour fabriquer des lames de turbine, dans l'industrie des bijoux pour des conceptions détaillées, et dans la fabrication de dispositifs médicaux pour les composants avec des géométries complexes.
Le processus permet la production de pièces avec des caractéristiques extrêmement fines et des tolérances étroites.
Aluminium de coulée permanente
La coulée permanente-mouchard offre un meilleur contrôle sur la microstructure de la partie la distribution.
Puisque le moule en métal peut être préchauffé et refroidi précisément, Il en résulte des propriétés mécaniques plus cohérentes et une porosité réduite.
Cette méthode convient à la production de pièces avec des géométries relativement simples en volumes moyens à élevés, comme certains types de pistons automobiles et de boîtiers de pompage.
Méthodes émergentes et hybrides
- Coulée sous vide: En effectuant le processus de coulée dans un environnement sous vide, il réduit la présence de gaz dans le métal fondu, minimiser la porosité et améliorer la qualité de la coulée.
- Coulée de compression: Applique une pression externe pendant le processus de solidification, Amélioration de la densité et de la force du casting.
Cette méthode est utile pour produire des pièces qui nécessitent des performances mécaniques élevées. - Casting semi-solide: Implique de lancer un alliage d'aluminium partiellement solidifié, qui offre des avantages uniques en termes de formabilité et la capacité de produire des pièces avec des propriétés mécaniques améliorées.
| Processus | Volume | Tolérance | Forces | Limites |
|---|---|---|---|---|
| Coulée de sable | À faible teneur | ± 0,5 à 1,5% | Grosses pièces (jusqu'à 50t), Coût d'outillage faible | Finition accidentée (RA 6–12µm), cycle plus lent |
| Moulage sous pression | Haut | ± 0,1 à 0,3% | Cycles rapides, tolérances serrées, finition lisse (RA 1-3µm) | Coût élevé de la matrice ($10 K - 100 000 $) |
| Moulage d'investissement | À faible teneur | ± 0,1 à 0,3% | Géométrie complexe, détail fin (RA ≤1µm) | Outils coûteux, débit plus lent |
| Casting permanent | Moyen | ± 0,2 à 0,5% | Microstructure contrôlée, bonne force | L'usure des moisissures limite la complexité |
| Semi-solide / compression / vide | Émergent | ± 0,1 à 0,3% | Porosité réduite, grande intégrité | Équipement spécialisé |
4. Sélection en alliage d'aluminium coulé
Choisir le droit alliage en aluminium pour couler des charnières sur l'équilibrage résistance mécanique, résistance à la corrosion, fluidité, et propriétés thermiques.
Alliages riches en silicium (3Série XX.X)
Ces alliages offrent une excellente fluidité, faible retrait, et une bonne résistance à la corrosion - idéal pour le moulage de la matrice et du sable.
| Alliage | Composition clé | Résistance à la traction | Utilisations typiques |
|---|---|---|---|
| A380 | 8–12% et, 3–4% cu | 180–240MPA | Boîtiments à casser, petites pièces complexes |
| A383 | 9–12% et, 1–2% CU | 190–240MPA | Corps de valve à cas, boîtiers de pompage |
| A413 | 10–13% et, 0.8–1,5% cu | 210–260MPA | Cas de boîte de vitesses à pression à haute pression |
| A360 | 7–11% et, <1% Mg | 150–220mpa | Composants de casse mince |
Alliages porteurs de cuivre (4Série XX.X)
Le cuivre renforce l'alliage et améliore la machinabilité, à une certaine coût pour la résistance à la corrosion.
| Alliage | Composition clé | Résistance à la traction | Utilisations typiques |
|---|---|---|---|
| A319 | 3–5% cu, 5–7% et | 240–280MPA | Culasse de moteur, cas de transmission |
| A356-T6 | 7% Et, 0.3% Mg | 260–320mpa | Roues automobiles, boîtiers de pompage |
| A357 - T6 | 7% Et, 0.5% Mg | 280–330MPA | Pièces automobiles élevées |
| A354 | 3–5% cu, 8–12% et | 220–270MPA | Les cas de dépérissement généraux nécessitant une force |
Moulages alliés en magnésium (5Série XX.X)
Le magnésium offre un renforcement de la solution solide et une excellente résistance à la corrosion dans les environnements marins.
| Alliage | Composition clé | Résistance à la traction | Utilisations typiques |
|---|---|---|---|
| A535 | 5–6% mg, 0.3% MN | 290–340MPA | Matériel marin, vaisseaux de pression |
| A356.2 - T6 | 7% Et, 0.3% Mg | 260–320mpa | Castings aérospatiaux, supports structurels |
Alliages spécialisés et hautes performances
Ces alliages poussent l'enveloppe pour la force, stabilité thermique, ou précision.
| Alliage | Composition clé | Résistance à la traction | Utilisations typiques |
|---|---|---|---|
| A206-T7 | 6% Cu, 4% Dans, 0.5% V | 300–350MPA | Remplacements aérospatiaux |
| A390 | 17–21% SI, 3–4% cu | 260–300MPA | Composants de freinage, pièces moulées résistantes à l'usure |
| ADC12 (Il est) | 10–13% et, 2–4% cu | 200–260MPA | Enclos d'électronique japonaise |
5. Propriétés physiques et mécaniques de l'aluminium coulé
L'aluminium coulé offre un mélange convaincant de structure légère, bonnes caractéristiques thermiques,
et résistance mécanique modérée à élevée, Le faire idéal pour un large éventail de, automobile, et composants aérospatiaux.
Cependant, Ses propriétés varient considérablement en fonction de la composition en alliage, méthode de coulée, et traitement post-casting.
Propriétés physiques de l'aluminium coulé
| Propriété | Valeur typique (Gamme) | Remarques |
|---|---|---|
| Densité | 2.63–2,80 g / cm³ | ~ 1/3 La densité de l'acier |
| Point de fusion | 565–770 ° C | Varie selon les éléments d'alliage (Et, Cu, Mg) |
| Conductivité thermique | 80–170 w / m · k | Haut en aluminium pur, plus bas avec des éléments d'alliage supplémentaires |
| Coefficient de dilatation thermique | 21–25 × 10⁻⁶ / k | Important dans la conception conjointe (inadéquation d'expansion) |
| Conductivité électrique | 20–45% IACS | Beaucoup plus bas que l'aluminium pur en raison de l'alliage |
Propriétés mécaniques de l'aluminium coulé
Les performances mécaniques varient avec l'alliage, méthode de coulée, et traitement thermique. Le tableau ci-dessous décrit la traction typique, rendement, et les propriétés de fatigue des alliages sélectionnés.
| Alliage | Processus | Résistance à la traction (MPA) | Limite d'élasticité (MPA) | Élongation (%) | Limite de fatigue (MPA) |
|---|---|---|---|---|---|
| A356 (à l'étranger) | Coulée de sable | 180–220 | 120–160 | 3–5 | ~ 50 |
| A356-T6 | Coulée de sable + thermique traité | 250–310 | 170–230 | 5–10 | 90–110 |
| A319 | Moulage | 210–260 | 140–180 | 2–4 | ~ 60 |
| A380 | Moulage | 180–240 | 120–170 | 1–3 | ~ 50 |
| A206-T7 | Moule permanent | 320–370 | 250–300 | 3–5 | 100+ |
Résistance à la dureté et à l'usure
La dureté est généralement mesurée à l'aide du numéro de dureté Binell (BNN).
| Alliage | Dureté (BNN) | Se résistance à l'usure |
|---|---|---|
| A356 (à l'étranger) | 65–75 | Modéré |
| A356-T6 | 80–90 | Bien |
| A390 | 100–120 | Excellent (Contenu SI élevé) |
| A206-T7 | 100–110 | Bien |
6. Avantages et limites de l'aluminium coulé
L'aluminium coulé est devenu un matériau essentiel dans la fabrication moderne en raison de sa combinaison unique de caractéristiques légères, Formabilité, et force.
Avantages de l'aluminium coulé
Géométries complexes avec un usinage minimal
La coulée permet la création de formes complexes, y compris les cavités internes, nageoires, et les côtes - ce serait coûteux ou impossible à produire en utilisant des méthodes soustrères.
Cela réduit considérablement le temps d'usinage et les déchets de matériaux.
Rapport léger et à haute résistance
Avec une densité de ~ 2,7 g / cm³, couler les composants en aluminium peut réduire le poids structurel 60% par rapport à la fonte,
Tout en maintenant une force respectable (Par exemple, A356-T6: 260–310 MPA Strength).
Rentabilité à des volumes moyens à élevés
Des processus comme le moulage à haute pression (HPDC) et la coulée de moisissure permanente offrent de faibles coûts par partie lorsqu'ils sont à l'échelle. Dir la vie en HPDC peut dépasser 100,000 cycles avec un bon entretien.
Excellente conductivité thermique et électrique
Idéal pour des composants comme les dissipateurs de chaleur, logements, et les pièces du moteur électrique - la conductivité thermique varie de 90 à 170 w / m · k en fonction de l'alliage.
Résistance à la corrosion
L'aluminium forme naturellement une couche d'oxyde protectrice. Alliages avec du silicium et du magnésium (Par exemple, A356) montrer une bonne résistance à la corrosion même dans les environnements marins.
Compatibilité avec le post-traitement
L'aluminium coulé accepte une large gamme de traitements de surface et de revêtements (Anodisation, revêtement en poudre) et peut être traité à la chaleur (T5, T6) pour augmenter la force et la dureté.
Limites de l'aluminium coulé
Porosité et défauts de rétrécissement
Piégeage au gaz, solubilité d'hydrogène, et le rétrécissement de la solidification provoque souvent la microporosité - réductrice de résistance mécanique et capacité d'étanchéité.
Même avec le dégazage et les optimisations de conception de moisissures, Une certaine porosité est inhérente à la coulée.
Ductilité inférieure par rapport aux alliages forts
Les structures des moulages présentent des grains dendritiques grossiers et un allongement limité (typiquement <10%). Par exemple, A356-T6 a un allongement de ~ 5 à 9%, tandis que le 6061-T6 a atteint ~ 12–17%.
Défis de tolérance dimensionnelle
Par rapport aux pièces usinées ou forgées, Les composants en aluminium coulé peuvent avoir des tolérances dimensionnelles plus larges en raison de l'usure des moisissures, extension thermique, et variations de remplissage de moisissures, en particulier dans la coulée de sable.
Épaisseur de paroi et limitations d'écoulement
L'aluminium moulé peut généralement nécessiter une épaisseur de paroi minimale de 1,5 à 2,5 mm pour assurer le remplissage complet des moisissures et l'intégrité structurelle.
Les murs minces en parties complexes peuvent provoquer une garniture incomplète ou des fermetures à froid.
Fatigue limitée et résistance à l'impact
Défauts de surface, pores, et les structures de grains grossières réduisent la durée de vie de la fatigue. La résistance à la fatigue en aluminium coulé est généralement de 25 à 40% inférieure à celle des équivalents forgés ou forgés.
Restrictions d'alliage par processus
Tous les alliages en aluminium ne conviennent pas à chaque méthode de moulage.
Par exemple, 7075 et 2024 Les alliages forgés à haute résistance ne peuvent pas être placés en raison de leur mauvaise fluidité et de leur tendance à craquer à chaud.
7. Finitions de surface et traitements post-casting
Traitements thermiques
- Vieillissement: Implique un vieillissement artificiel après refroidissement par air à partir de la température de coulée.
Ce processus améliore la force et la dureté de la coulée en favorisant la précipitation des éléments d'alliage. - Vieillissement: Consiste en un traitement thermique en solution (chauffer la coulée à une température spécifique et la maintenir pendant une période), suivi de la trempe (refroidissement rapide) et vieillissement artificiel.
Le vieillissement T6 entraîne une force et une dureté encore plus élevées par rapport au vieillissement T5.
Nettoyage de surface
- Dynamitage: Utilise de petites granulés (comme des cordons en acier ou en verre) propulsé à grande vitesse pour faire exploser la surface de la coulée.
Ce processus supprime l'échelle, rouiller, et autres contaminants, et peut également améliorer la rugosité de la surface pour une meilleure adhérence des revêtements. - Gravure chimique: Implique l'immersion de la coulée dans une solution chimique qui grave la couche de surface, Élimination de l'oxydation et d'autres impuretés.
- Désoxydation: Traitements spécifiques pour éliminer la couche d'oxyde naturel sur la surface de l'aluminium, la préparer pour un traitement ou un revêtement supplémentaire.
Revêtements et usinage
- Anodisation: Crée une couche d'oxyde protectrice à la surface de l'aluminium, Améliorer la résistance à la corrosion et fournir une finition esthétique.
L'épaisseur de la couche anodisée peut varier en fonction de l'application. - Revêtement en poudre: Applique un revêtement en poudre sec à la surface, qui est ensuite guéri sous la chaleur pour former un, protecteur, et finition décorative.
- Peinture: Peut être utilisé pour fournir à la fois une protection et une couleur ou une apparence personnalisée.
- Usinage: Des opérations telles que le fraisage, tournant, et les forages sont effectués pour obtenir des tolérances étroites et la finition de surface souhaitée,
Surtout pour les pièces avec des dimensions critiques ou des surfaces fonctionnelles.
8. Applications de l'aluminium coulé
L'aluminium coulé joue un rôle central dans un large éventail d'industries, Merci à son poids léger, résistance à la corrosion, bonnes propriétés thermiques, et capacité à se former en formes complexes.
Industrie automobile
Le secteur automobile est le plus grand consommateur d'aluminium à l'échelle mondiale.
Alors que les fabricants s'efforcent de réduire le poids du véhicule pour une meilleure efficacité énergétique et une baisse des émissions, La coulée en aluminium est le matériau incontournable pour de nombreux composants critiques.
Applications clés:
- Blocs de moteur - Traditionnellement fabriqué à partir d'alliages A319 ou A356; Offrez une réduction de poids de 40 à 50% par rapport à la fonte.
- Boîtiers de transmission - bénéficier de la conductivité thermique de l'aluminium et de la résistance à la corrosion.
- Roues (roues en alliage) - Produit via un moulage à basse pression ou à gravité pour la performance et l'esthétique.
- Composants de suspension - Contrôler les bras, jointures, et les supports coulés en aluminium réduisent la masse non suspendue.
- Véhicule électrique (EV) tas - Les boîtiers de batterie en aluminium coulé et les boîtiers de moteur offrent une protection thermique et des collisions.
Aérospatial et aviation
Applications clés:
- Boîtiers de pompe et corps de vanne
- Enclos de instrument et couvertures avioniques
- Composants du train d'atterrissage (Dans des configurations d'alliages spécifiques)
- Échangeurs de chaleur et systèmes de refroidissement
Électronique et appareils grand public
Applications clés:
- Boulots d'ordinateur portable et de smartphone - durable mais léger, Souvent sable et anodisé pour la finition.
- Cadres de télévision et supports internes
- Dissipateurs de chaleur pour les processeurs et l'électronique de puissance
- Mélangeurs, aspirateur, fans, et mélangeurs - Utilisez couramment l'aluminium moulé pour la durabilité.
Machines industrielles
Applications clés:
- Logements de boîte de vitesses
- Pompe corps et entraîneurs
- Cadres de compresseur
- Enveloppes de moteur et boîtes à jonction
- Composants du système de convoyeur
Énergie renouvelable et infrastructure électrique
Applications clés:
- Systèmes et supports de montage du panneau solaire
- Enceintes électriques d'éoliennes
- Cadres de batterie et boîtiers de support
- Enveloppes de station de charge
Architecture et systèmes de construction
Applications clés:
- Luminaires d'éclairage
- Balustrades et supports muraux à rideaux
- Panneaux de façade et signalisation
- Garnitures architecturales personnalisées
Secteurs émergents
Véhicules électriques (Véhicules électriques): Boîtiers de batterie, boîtiers d'électronique électrique, et les connecteurs de câbles à haute tension sont de plus en plus coulés à partir de l'aluminium.
Fabrication additive + Fonderie: Les processus de coulée hybride intègrent désormais des moules de sable imprimés en 3D pour les géométries complexes.
Robotique: Pièces légères et résistantes à l'impact pour drones, exosquelettes, et véhicules sans pilote.
9. Couler l'aluminium vs. Aluminium forgé vs. CNC Aluminium
Lors de la sélection de l'aluminium pour des composants industriels ou des applications structurelles, couler en aluminium, aluminium forgé,
et l'aluminium d'usinage CNC sont souvent comparés en raison de leurs différentes propriétés mécaniques, méthodes de production, et caractéristiques de performance.
| Critères | Couler en aluminium | Aluminium forgé | CNC (Usiné) Aluminium |
|---|---|---|---|
| Méthode de production | L'aluminium fondu versé dans les moules (Par exemple, sable, mourir, ou casting d'investissement) | Une billette solide déformée sous haute pression sans fondre | Processus soustractif à l'aide d'outils CNC pour sculpter les pièces à partir de stock en aluminium solide |
| Structure des matériaux | Contient souvent la porosité; Orientation de grains aléatoires | Dense, Structure des grains alignés sans vides internes | Dépend de la matière première (généralement forgé); défauts minimaux s'ils sont correctement provenant |
Résistance mécanique |
Faible à modéré (150–300 MPa Strength) | Haut (jusqu'à 550 Force de traction MPA) | Varie selon les alliages et le tempérament; Typiquement fort si usiné à partir de la série 6xxx / 7xxx |
| Résistance à la fatigue | Modéré à faible en raison des défauts de coulée | Excellent en raison de l'alignement des grains et de la densité | Bien, Surtout avec l'aluminium forgé de haute qualité |
| Précision dimensionnelle | Modéré; peut nécessiter après l'achat | Bon avec l'usinage secondaire | Excellent; précision jusqu'à ± 0,01 mm |
Complexité de conception |
Haut - prend en charge complexe, creux, et géométries biologiques | Modéré - limité en forgeant la conception | Faible à modéré - limité en coupe l'accès et la géométrie à l'outil |
| Finition de surface | Juste à bon (amélioré avec le polissage ou les revêtements) | Fair - a généralement besoin de finition | Excellent - Surface lisse, Prêt pour l'anodisation ou le revêtement |
| Alliages communs utilisés | A356, A319, 380, 535 | 6061, 7075, 2011 | 6061-T6, 7075-T6, 2024 |
| Coût d'outillage / configuration | Bas pour la coulée de sable; Haut pour le moulage | Dies élevés | Modéré - principalement la configuration CAO / CAM et le coût d'outillage |
Amélioration du volume de production |
Idéal pour le volume moyen à élevé (en particulier le casting de moule) | Meilleur pour le volume élevé, applications à haute résistance | Convient pour une production unique à volume faible à moyen ou personnalisé |
| Applications | Blocs de moteur, boîtiers de pompage, couvertures complexes | Armes de suspension, raccords d'avions, joints porteurs | Supports aérospatiaux, enclos de précision, prototypes, composants personnalisés |
| Coût par unité | Faible (en volume élevé) | Moyen à élevé | Haut (Surtout pour une faible quantité) |
| Délai de mise en œuvre | Modéré à long selon la préparation des moisissures | Long - les matrices forgées nécessitent du temps | Court - surtout pour le faible run ou le prototypage |
| Résistance à la corrosion | Bien (Surtout avec des alliages de coulée riche en Si) | Varie - peut nécessiter des revêtements ou une anodisation | Excellent avec un alliage approprié et un anodisation |
10. Conclusion
L'aluminium coulé - enraciné dans un savoir-faire ancienne mais propulsé par des méthodes de pointe - est indispensable dans toutes les industries.
En maîtrisant les fondamentaux de la coulée, Sélection d'alliages optimaux, et appliquer des contrôles de qualité stricts, Les ingénieurs produisent un poids léger, rentable, et composants haute performance.
Comme progrès du contrôle des processus numériques, classeurs durables, et la production de moisissures additives émerge, Cast Aluminium continuera à conduire l'innovation dans les véhicules de demain, aéronef, et appareils électroniques.
À LangIl, Nous sommes prêts à nous associer à vous en tirant parti de ces techniques avancées pour optimiser les conceptions de vos composants, sélections de matériaux, et les workflows de production.
Veiller à ce que votre prochain projet dépasse toutes les performances et référence en matière de durabilité.
