Alumíniumöntvény: Folyamatok, Tulajdonságok, és alkalmazások

1. Bevezetés

Alumíniumöntvény egy alapvető gyártási folyamat, amely magában foglalja az alumíniumötvözetek olvadását és pontos formákká történő kialakítását különféle formázási technikákkal.

Ez a módszer kritikus szerepet játszik a komplex előállításában, könnyűsúlyú, és korrózióálló alkatrészek az iparágak széles spektrumában, beleértve autóipari, űrrepülés, elektronika, és megújuló energia.

Mint az energiahatékonyság iránti igény, A nagy teljesítményű termékek továbbra is növekednek, Az alumíniumöntés az alumíniumok miatt kiemelkedő szerepet kapott kedvező szilárdság-tömeg-arány, Kiváló termikus vezetőképesség, és Újrahasznosítás.

Például, a autóipar, Az alumínium öntvények kulcsfontosságúak a jármű súlyának csökkentésében, valamint az üzemanyag -hatékonyság vagy az akkumulátor tartományának javításában az elektromos járművekben.

2. Mi az alumínium casting?

Alumíniumöntvény egy olyan gyártási folyamat, amelyben az olvadt alumínium vagy alumínium alapú ötvözeteket öntőformába öntik, hogy megszilárduláskor a kívánt alakot képezzék.

Ez a technika alapvető fontosságú a modern gyártáshoz, az alumínium kedvező tulajdonságai miatt - fénysúly, korrózióállóság, hővezető képesség, és magas újrahasznosíthatóság.

Az casting folyamat lehetővé teszi a viszonylag alacsony anyaghulladék komplex geometriák előállítását, költséghatékony megoldássá teszi az iparágak számára autóipari és űrrepülés hogy elektronika, energia, és építés.

Van több alumínium casting módszer - például homoköntés, fröccsöntés, és befektetési casting—A termelési mennyiség alapján optimalizálva az egyes alkalmazásokhoz optimalizálva, felszíni befejezés, és dimenziós precíziós követelmények.

3. Alumínium öntőötvözetek és tulajdonságaik

Alumínium Az öntési ötvözeteket kifejezetten az olvadt fémfeldolgozásra tervezik, és az erősség egyedi kombinációját kínálják, korrózióállóság, folyékonyság, és a megmunkálhatóság.

Ezeket az ötvözeteket általában az ők alapján osztályozzák kémiai összetétel, hőkezelési válasz, és öntési teljesítmény.

Alumínium öntőötvözetek osztályozása

Az alumínium casting ötvözetek két fő kategóriába sorolhatók:

• Hőkezelhető ötvözetek
  Ezek az ötvözetek oldat hőkezelés és mesterséges öregedés révén erősítik az erőt (PÉLDÁUL., T6 hőmérséklet). Általános a szerkezeti és autóiparban.
• Nem melegíthető ötvözetek
  Szilárd oldat -keményedéssel vagy feszültség megkeményedéssel erősítve, Könnyebben leadhatók és gyakran használhatók az általános célú alkatrészekben.

Emellett, sorozatonként csoportosítják őket a Alumínium szövetség osztályozási rendszer (PÉLDÁUL., 3xx.x, 5xx.x, A356, ADC12):

4. Alumínium öntési módszerek

Az alumínium öntési módszerek változatos és a geometria speciális követelményeihez igazodnak, kötet, költség, felszíni befejezés, és mechanikai teljesítmény.

Minden folyamatnak egyedi erősségei és korlátozásai vannak, A módszer kiválasztásának kritikus tényezővé tétele a terméktervezés és a gyártási hatékonyság szempontjából.

Alumínium homoköntés

Homoköntés az egyik legrégebbi és legsokoldalúbb casting folyamat. Ez magában foglalja a homokkeverék csomagolását egy minta körül, hogy egy penészüreg legyen, amelyet ezután megolvadt alumíniummal töltenek meg.

A homokformát általában agyaggal vagy gyantával kötött szilícium -dioxid -homokból készítik, és megszilárdulás után törnek az alkatrész visszakeresésére.

A minták újra felhasználhatók, és a magok beilleszthetők a belső üregekhez.

Ez a módszer jól alkalmas nagy alkatrészekre és kis tételű előállításra.

Nagyszerű rugalmasságot kínál az ötvözet kiválasztásában, és széles körű és méretű tartományba kerül - a kis zárójelekből a hatalmas szivattyúházakig vagy a több tonna súlyú motorblokkokig.

Alumínium présöntvény

Nagynyomású szerszám casting (HPDC) & Alacsony nyomású casting (LPDC)

Casting magában foglalja az olvadt alumínium injektálását acélformákba (elhuny) ellenőrzött nyomás alatt.

A HPDC -ben, Az alumíniumot a sajtó üregébe kényszerítik, jellemzően kezdve 1,500 hogy 25,000 PSI, Kiváló felületi kivitel és méret pontosságához vezet.

Ezzel szemben, Az LPDC gáznyomást használ (Általában ~ 0,7 bar) hogy finoman nyomja az olvadt fémet alulról a penészbe, A turbulencia csökkentése és a szerkezeti integritás javítása.

A Die Casting -ot elsősorban a tömegtermelési környezetben használják, annak gyors ciklusideje miatt, szűk tűrések, és megismételhetőség.

Viszont, Jelentős beruházást igényel a die szerszámokba, és többnyire az önthetőségre és a termikus viselkedésre optimalizált specifikus alumíniumötvözetekre korlátozódik (PÉLDÁUL., ADC12, A380).

Alumíniumbefektetési casting (Elveszett viaszöntés)

Befektetési öntés Kiváló pontosságot kínál a refrakter kerámia anyaggal bevont felhasználható viaszminták felhasználásával, hogy penészképződést képezzen.

Miután a kerámia megszilárdul, A viaszot kiolvasztják és cserélik olvadt alumíniummal. A kerámia héj megszilárdulás után megszakad.

Ez a folyamat ideális összetett geometriákhoz, vékony falak, és olyan finom részletek, amelyeket más casting módszerekkel nehéz vagy lehetetlen elérni.

Általában az űrben használják, védelem, és a csúcsminőségű ipari alkatrészek, ahol a pontosság és az anyag integritása kritikus. Az a képesség, hogy a hálózathoz közeli alkatrészeket öntsön, jelentősen csökkenti a megmunkálási követelményeket.

Alumínium állandó penészöntés (Gravitációs halálos casting)

Az állandó penészöntés nem kimenetelhető acél- vagy vasformákat használ, hogy közepes-nagy mennyiségű öntvényt készítsen.

Az olvadt alumíniumot gravitáció alatt öntik a penészbe, külső nyomás nélkül. A formákat gyakran előmelegítik és refrakter anyagokkal bevonják az áramlás fokozása érdekében, felszíni befejezés, és a penész hosszú élettartam.

Összehasonlítva a homoköntéssel, Ez a módszer jobb dimenziós stabilitást kínál, felszíni befejezés, és mechanikai tulajdonságok a gyorsabb hűtés és az egységesebb gabonaszerkezet miatt.

Általában az autóalkatrészekhez használják, fogaskerékházak, és világítási alkatrészek. A magbetétek felhasználhatók a belső tulajdonságok létrehozásához.

Speciális alumínium öntési módszerek

Centrifugális casting

A centrifugális casting egy gyorsan forgó formát használ az olvadt alumínium kifelé történő elosztására centrifugális erővel.

Ez a módszer elsősorban hengeres alkatrészekhez, például csövekhez alkalmas, gyűrű, perselyek, és ujjak. A folyamat kiküszöböli a gázok beillesztését és szennyeződéseit, Sűrű előállítása, finomszemcsés külső réteg.

A folyamat jól alkalmas a nagy integritásra és kopásállóságra szoruló zökkenőmentes alkatrészek előállításához.

Sajtolás

A Squeeze casting egyesíti a kovácsolás és a casting kovácsolásának előnyeit. Az olvadt alumíniumot előmelegített szerszámba öntik és nagy nyomással összenyomják (Jellemzően 10 000–20 000 psi) megszilárdulás közben.

A nyomás kiküszöböli a gázporozitást és finomítja a gabonaszerkezetet, ami a kovácsolt ötvözetekhez közeledő ingatlanokkal rendelkező öntvényeket eredményez.

A Squeeze casting különösen értékes az autóipari alkalmazásokban a kritikus alkatrészek, például a felfüggesztési fegyverek esetében, kormányzati csukló, és nagy szilárdságú zárójelek.

Összehasonlító táblázat: Alumínium öntési módszerek

5. Az öntött alumínium mechanikai és fizikai tulajdonságai

Az öntött alumíniumötvözeteket az iparágakban széles körben használják, a mechanikai teljesítmény kiváló kombinációja miatt, könnyű jellemzők, és korrózióállóság.

Viszont, A tulajdonságok az öntési módszertől függően változnak, ötvözött típusú, és hőkezelés.

6. Alumínium öntés utáni casting műveletei

Az alumínium öntvények előállítása után, Gyakran szükségük van több utóviszonyra, hogy javítsák a mechanikai tulajdonságokat, felületi minőség, dimenziós pontosság, és az általános teljesítmény.

Ezek a műveletek döntő fontosságúak az iparági előírások és a funkcionális követelmények teljesítéséhez.

Hőkezelés

• Cél: A hőkezelés módosítja az alumíniumötvözetek mikroszerkezetét az szilárdság javítása érdekében, keménység, és a rugalmasság. A közös hőkezelések között szerepel a megoldás, eloltás, és az öregedés.
• Tipikus hőkezelési típusok:

• • T5: Mesterséges öregedés az öntés utáni előzetes oldatkezelés nélkül. Az erő mérsékelten történő növelésére használják.
  • T6: Oldat hőkezelése, amelyet mesterséges öregedés követ. Széles körben alkalmazzák az olyan ötvözetekre, mint az A356, hogy elérjék a csúcs szilárdságát és a fáradtság ellenállását.
  • T7: Túl öregedés a korrózióállóság és a dimenziós stabilitás javítása érdekében az erő valamilyen költségén.

• Hatás: A hőkezelés jelentősen növeli a szakítószilárdságot és a hozamszilárdságot (PÉLDÁUL., A356-T6 szakítószilárdság elérheti a ~ 250 MPa-t), Javítja a megnyúlást, és stabilizálja a casting szerkezetét.

Felületi kikészítés

• Lövés robbantás/homok robbantása: Mechanikus tisztítás a homok eltávolításához, skála, és a felszíni szabálytalanságok, A festék tapadása vagy esztétikai felületének javítása.
• Eloxálás: Elektrokémiai kezelés tartós oxidréteg létrehozására a korrózióállóság és a felületi keménység érdekében, Gyakran használják repülőgép- és építészeti alkalmazásokban.
• Festés és por bevonat: Korrózióvédelmet és szín testreszabását biztosítja, Alapvető fontosságú az autóipari és a fogyasztási termékekhez.
• Megmunkálás: A precíziós megmunkálás finomítja a méreteket, Szoros toleranciákat ér el, és funkcionális felületeket biztosít (PÉLDÁUL., Facok vagy csapágyfelületek tömítése).

• • Különleges szerszám- és vágási paraméterekre van szükség az alumínium lágyságának és az epek vagy a vágószerszámokhoz való ragaszkodás miatt.

• Polírozás és csiszolás: Dekoratív vagy funkcionális kivitelre jelentkeztek, Különösen az elektronikai házakban vagy a fogyasztási cikkekben.

Megmunkálási megfontolások

• Alumíniumötvözetek általában jól gépek, De a chip -vezérlés és a szerszám élettartama az ötvözet kompozíciójától és a casting minőségétől függ.
• Karbid vagy bevont eszközök használata (Ón, Tialn) kiterjeszti a szerszám élettartamát és javítja a felületi kivitelezést.
• A megmunkálási juttatásokat az öntési terv során figyelembe veszik az anyag eltávolításához.

Romboló tesztelés (NDT)

• Cél: Biztosítja az integritást a belső hibák vagy a felszíni hibák észlelésével, anélkül, hogy az alkatrészt károsítaná.
• Általános NDT módszerek:

• • Röntgen-radiográfia: Felismeri a belső porozitást, zsugorodási üregek, és zárványok.
  • Ultrahangos tesztelés: Azonosítja a felszín alatti repedéseket vagy delaminációkat.
  • Festék behatoló ellenőrzés: A felszíni repedések és hasadások feltárására használják.

• Az NDT végrehajtása biztosítja a minőségi előírások betartását (PÉLDÁUL., ASTM B108 alumínium öntvényekhez) és megakadályozza a szolgálat korai kudarcát.

7. Az alumínium casting és azok megelőzésének hibái

• Porozitás:

• • Gázporozitás: Hidrogén a nedvességből; A szexuális szabályozás megakadályozza (nitrogén/argon tisztítás) hogy <0.15 CC/100G H₂.
  • Zsugorodási porozitás: Szegény Riser Design; Szimulációval rögzített (PÉLDÁUL., Magmasoft) Az irányított megszilárdulás biztosítása érdekében.

• Zárvány: Oxidok/homok részecskék; Kerámia habszűrőkön keresztül szűrtek (20–50 PPI) Eltávolítás >90% zárványok ≥ 50 μm.
• Forró könnyek: Feszültség a megszilárdulás során; a lekerekített sarkok megakadályozzák, egységes falvastagság, és lassabb hűtés.
• Hideg bezárások: Hiányos penészgyilkosság; rögzítve az öntési hőmérséklet növelésével (5–10 ° C) vagy ütem (0.5–2 kg/másodperc).

8. Előnyök és korlátozások

Az alumíniumöntés előnyei

• Könnyűsúlyú: Az alumínium alacsony sűrűségű (~ 2,7 g/cm³), A világosabb alkatrészek előállításának lehetővé tétele, amely kritikus az autóiparban és a repülőgépiparban az üzemanyag -hatékonyság és a teljesítmény javítása érdekében.
• Kiváló korrózióállóság: Természetesen védő oxidréteget képez, jó ellenállást kínálva a légköri és sok kémiai környezetnek, A karbantartási költségek csökkentése.
• Jó hő- és elektromos vezetőképesség: Az alumínium öntvényeket széles körben használják a hűtőbányákhoz, elektromos házak, és a hatékony hőeloszlást igénylő alkatrészek.
• Nagy szilárdság-súly / súly arány: Különösen ha hőt kezeltek (PÉLDÁUL., T6 állapot), Az alumínium öntvények erős mechanikai tulajdonságokat érnek el, amelyek alkalmas a szerkezeti részekre.
• Sokoldalú casting módszerek: Az alumínium kompatibilis a különféle casting folyamatokkal, A homoköntéstől a nagy pontosságú castingig, komplex formák és nagy termelési mennyiségek engedélyezése.
• Jó megmunkálhatóság: Az alumíniumötvözetek általában jól gépelnek, kevesebb szerszám kopással és gyorsabb vágási sebességgel a vasfémekhez képest.
• Újrahasznosítás: Az alumínium nagyon újrahasznosítható tulajdonságok elvesztése nélkül, A fenntartható gyártás támogatása.

Az alumínium öntés korlátozásai

• Alsó olvadáspont: Az alumínium körülbelül 660 ° C -on olvad, amely korlátozza annak alkalmazását a magas hőmérsékleten alkalmazott alkalmazásokban az acélokhoz vagy a szuperhall-ekhez képest.
• Porozitási kérdések: Az alumínium öntvények hajlamosak a gázporozitásra és a zsugorodási hibákra, ha nem megfelelően ellenőrzik, potenciálisan veszélyezteti a mechanikai integritást.
• Alacsonyabb kopási ellenállás: Összehasonlítva a vasfémekkel, Az alumíniumötvözetek alacsonyabb keménységű és kopási ellenállást mutatnak, amely korlátozhatja az alkalmazásokat csiszoló környezetben.
• A szerszámok költsége a casting casting számára: A magas szerszám- és penészköltségek korlátozzák a castingot a nagy volumenű termelési futásokra.
• Termikus tágulás: Az alumíniumnak viszonylag magas hőtágulási együtthatója van, ami dimenziós instabilitást okozhat a hőmérsékleti ingadozásoknak kitett precíziós komponensekben.
• Korlátozott felhasználás nagyon korrozív környezetben: Bár korrózióálló, Lehet, hogy az alumíniumötvözetek nem alkalmasak erősen savas vagy lúgos körülmények között védő bevonatok nélkül.

9. Alumínium öntvények ipari alkalmazásai

• Autóipar: Hengerfejek, motorblokkok, sebességváltó házak, kerekek
• Repülőgép: Könnyű konzolok, házak, szerkezeti keretek
• Elektronika: Hőtlakások, nagy hővezetőképességet igénylő hűtőborda
• Tengeri: Korrózióálló szerelvények, szivattyúház
• Energia: Szélturbina csomópontok, LED -es lámpakeretek
• Építés & Építészet: Dekoratív homlokzatok, szerkezeti profilok, függönyfalak alkatrészei

10. Alumínium öntés vs. Egyéb öntőanyagok

Az alumínium öntést gyakran összehasonlítják más általános öntőanyagokkal, például öntöttvassal, magnézium, és a cink.

Minden anyag különálló előnyöket és korlátozásokat kínál, az alkalmazási követelményektől, például az erőtől függően, súly, korrózióállóság, költség, és a gyárthatóság.

Összefoglalás:

• Alumínium vs. Öntöttvas: Az alumínium alacsony sűrűsége ideálissá teszi, ha a súlycsökkentés kritikus, mint például az autóipar és a repülőgép -ágazatok.
  Az öntöttvas kiemelkedik a kopás ellenállásban és a magas hőmérsékleten, de sokkal nehezebb és hajlamos a rozsdara, korlátozza annak használatát könnyű vagy korrózió-érzékeny alkalmazásokban.
• Alumínium vs. Magnézium: A magnézium még könnyebb, mint az alumínium, de alacsonyabb szilárdsággal és korrózióállósággal rendelkezik, korlátozza annak használatát nagyon könnyűre, nem korrózív környezet.
  A magnéziumöntés drágább lehet, és szigorú kezelést igényel a gyúlékony aggodalmak miatt.
• Alumínium vs. Cink: A cinkötvözetek kiváló dimenziós pontosságot és felületet kínálnak olcsón, Ideális kicsi számára, részletes alkatrészek.
  Viszont, A cink sokkal nehezebb és kevésbé korrózióálló, mint az alumínium, korlátozza annak használatát szerkezeti vagy kültéri alkalmazásokban.

11. Következtetés

Az alumínium casting sokoldalú számára kínál, A könnyűsúly költséghatékony előállítása, hővezető, és korrózióálló alkatrészek.

Gondos ötvözet kiválasztásával (PÉLDÁUL., A356, A319), folyamatválasztás, és a hibás enyhítés, Az öntött alumínium nagy teljesítményt nyújt autóipari, űrrepülés, tengeri, elektronika, és építés ágazat.

Ahogy a fenntarthatóság és a könnyű kialakítás kritikussá válik, Az alumíniumöntés továbbra is virágzik.

GYIK

Mi a legerősebb alumínium casting ötvözet?

206-A T6 ötvözet a legmagasabb szakítószilárdságot kínálja (345 MPA) a közös casting ötvözetek között, repülőgéppusz és nagy stressz alkalmazásokban használják.

Hegeszthetők -e az alumínium öntvények?

Igen, de óvatosan. Hőkezelhető ötvözetek (PÉLDÁUL., 356) Elveszítheti az erőt a hő által érintett zónában; hegesztés 4043 A töltőfém minimalizálja ezt a hatást.

Hogyan hasonlít az alumínium casting az alumínium kovácsoláshoz?

A casting egy lépésben komplex formákat eredményez (PÉLDÁUL., motorblokkok) de alacsonyabb ereje van, mint a kovácsolás. A kovácsolás jobb a nagy stresszes alkatrészekhez (PÉLDÁUL., főtengelyek) De 2–3 × többbe kerül.

Mi okozza a porozitást az alumínium öntvényekben?

Gázfogás (hidrogén a nedvességből) vagy zsugorodás a megszilárdulás során. A casting a leginkább hajlamos, de a vákuum-asszociált öntés csökkenti a porozitást <0.5%.

Az alumínium öntvények alkalmas -e szabadtéri használatra?

Igen. Ötvözetek kedvelik 5083 (tengeri minőségű) ellenállni a sósvíz korróziójának, a szolgálat élettartamával 20+ Évek part menti környezetben.