Casting aluminium: Proses, Properti, dan aplikasi

1. Perkenalan

Casting aluminium adalah proses pembuatan dasar yang melibatkan pencairan paduan aluminium dan membentuknya menjadi bentuk yang tepat menggunakan berbagai teknik cetakan.

Metode ini memainkan peran penting dalam menghasilkan kompleks, ringan, dan komponen tahan korosi di seluruh spektrum industri yang luas, termasuk otomotif, Aerospace, elektronik, Dan energi terbarukan.

Sebagai permintaan hemat energi, Produk kinerja tinggi terus meningkat, Pengecoran aluminium telah menjadi terkenal karena aluminium rasio kekuatan terhadap berat yang menguntungkan, Konduktivitas termal yang sangat baik, Dan Daur ulang.

Misalnya, di sektor otomotif, Coran aluminium sangat penting dalam mengurangi berat kendaraan dan meningkatkan efisiensi bahan bakar atau kisaran baterai pada kendaraan listrik.

2. Apa itu casting aluminium?

Casting aluminium adalah proses pembuatan di mana aluminium cair atau paduan berbasis aluminium dituangkan ke dalam cetakan untuk membentuk bentuk yang diinginkan saat pemadatan.

Teknik ini sangat mendasar bagi manufaktur modern karena sifat -sifat aluminium yang menguntungkan - ringan, resistensi korosi, konduktivitas termal, dan daur ulang yang tinggi.

Proses pengecoran memungkinkan produksi geometri kompleks dengan limbah material yang relatif rendah, menjadikannya solusi hemat biaya untuk industri mulai dari otomotif Dan Aerospace ke elektronik, energi, Dan konstruksi.

Ada beberapa metode pengecoran aluminium - seperti casting pasir, pengecoran mati, Dan casting investasi—Each Dioptimalkan untuk aplikasi spesifik berdasarkan volume produksi, permukaan akhir, dan persyaratan presisi dimensi.

3. Paduan casting aluminium dan propertinya

Aluminium Paduan casting secara khusus direkayasa untuk pemrosesan logam cair dan menawarkan kombinasi kekuatan yang unik, resistensi korosi, ketidakstabilan, dan kemampuan mesin.

Paduan ini biasanya diklasifikasikan berdasarkan mereka Komposisi Kimia, Respons perlakuan panas, Dan kinerja casting.

Klasifikasi paduan casting aluminium

Paduan casting aluminium termasuk dalam dua kategori utama:

• Paduan yang dapat diobati dengan panas
  Paduan ini mendapatkan kekuatan melalui perlakuan panas solusi dan penuaan buatan (MISALNYA., T6 temper). Umum di bagian struktural dan otomotif.
• Paduan yang tidak dapat diobati
  Diperkuat dengan pengerasan larutan solid atau pengerasan regangan, Mereka lebih mudah dilemparkan dan sering digunakan dalam komponen tujuan umum.

Selain itu, mereka dikelompokkan berdasarkan seri sesuai dengan Asosiasi Aluminium Sistem Klasifikasi (MISALNYA., 3xx.x, 5xx.x, A356, ADC12):

4. Metode pengecoran aluminium

Metode pengecoran aluminium beragam dan disesuaikan dengan persyaratan spesifik geometri, volume, biaya, permukaan akhir, dan kinerja mekanis.

Setiap proses memiliki kekuatan dan keterbatasan yang unik, menjadikan pemilihan metode sebagai faktor penting dalam desain produk dan efisiensi manufaktur.

Pengecoran pasir aluminium

Casting pasir adalah salah satu proses pengecoran tertua dan paling serbaguna. Ini melibatkan pengepakan campuran pasir di sekitar pola untuk membuat rongga cetakan, yang kemudian diisi dengan aluminium cair.

Cetakan pasir biasanya terbuat dari pasir silika yang terikat dengan tanah liat atau resin dan rusak setelah pemadatan untuk mengambil bagian.

Pola bisa digunakan kembali, dan inti dapat dimasukkan untuk rongga internal.

Metode ini sangat cocok untuk komponen besar dan produksi batch kecil.

Ini menawarkan fleksibilitas besar dalam pemilihan paduan dan mengakomodasi berbagai bentuk dan ukuran - dari kurung kecil hingga rumah pompa besar atau blok mesin dengan berat beberapa ton.

Pengecoran Aluminium Die

Casting mati bertekanan tinggi (HPDC) & Casting mati bertekanan rendah (LPDC)

Casting mati melibatkan menyuntikkan aluminium cair ke dalam cetakan baja (mati) di bawah tekanan terkontrol.

Di HPDC, Aluminium dipaksa masuk ke dalam rongga die pada tekanan yang biasanya mulai dari 1,500 ke 25,000 psi, menghasilkan akhir permukaan yang sangat baik dan akurasi dimensi.

Sebaliknya, LPDC menggunakan tekanan gas (biasanya ~ 0,7 bar) untuk dengan lembut mendorong logam cair ke dalam cetakan dari bawah, Mengurangi turbulensi dan meningkatkan integritas struktural.

Die Casting terutama digunakan dalam lingkungan produksi massal karena waktu siklus yang cepat, toleransi yang ketat, dan pengulangan.

Namun, Dibutuhkan investasi yang signifikan dalam alat die dan sebagian besar terbatas pada paduan aluminium spesifik yang dioptimalkan untuk castability dan perilaku termal (MISALNYA., ADC12, A380).

Casting Investasi Aluminium (Casting lilin yang hilang)

Pengecoran investasi Menawarkan presisi superior dengan menggunakan pola lilin yang dapat dihabiskan yang dilapisi dengan bahan keramik refraktori untuk membentuk cetakan.

Setelah keramik mengeras, Lilin dicairkan dan diganti dengan aluminium cair. Cangkang keramik rusak setelah pemadatan.

Proses ini sangat ideal untuk geometri kompleks, dinding tipis, dan detail halus yang akan sulit atau tidak mungkin dicapai dengan metode casting lainnya.

Ini biasanya digunakan dalam dirgantara, pertahanan, dan komponen industri kelas atas di mana akurasi dan integritas material sangat penting. Kemampuan untuk melemparkan bagian-bagian dekat bentuk-net mengurangi persyaratan permesinan secara signifikan.

Casting cetakan permanen aluminium (Gravity Die Casting)

Cetakan cetakan permanen menggunakan cetakan baja atau besi yang tidak dapat diperluas untuk menghasilkan coran volume sedang hingga tinggi.

Aluminium cair dituangkan ke dalam cetakan di bawah gravitasi, tanpa menggunakan tekanan eksternal. Cetakan sering dipanaskan dan dilapisi dengan bahan refraktori untuk meningkatkan aliran, permukaan akhir, dan membentuk umur panjang.

Dibandingkan dengan casting pasir, Metode ini menawarkan stabilitas dimensi yang lebih baik, permukaan akhir, dan sifat mekanik karena pendinginan yang lebih cepat dan struktur butir yang lebih seragam.

Biasanya digunakan untuk bagian otomotif, Perumahan Perlengkapan, dan komponen pencahayaan. Sisipan inti dapat digunakan untuk membuat fitur internal.

Metode pengecoran aluminium khusus

Casting sentrifugal

Pengecoran sentrifugal menggunakan cetakan yang berputar cepat untuk mendistribusikan aluminium cair luar dengan gaya sentrifugal.

Metode ini terutama cocok untuk komponen silindris seperti pipa, cincin, bushing, dan lengan. Proses ini menghilangkan jebakan dan kotoran gas, menghasilkan padat, lapisan luar berbutir halus.

Proses ini sangat cocok untuk menghasilkan komponen tanpa batas yang membutuhkan integritas tinggi dan ketahanan aus.

Peras casting

Squeeze Casting menggabungkan keunggulan penempaan dan casting mati. Aluminium cair dituangkan ke dalam dadu yang sudah dipanaskan dan dikompresi dengan tekanan tinggi (biasanya 10.000-20.000 psi) Selama pemadatan.

Tekanan menghilangkan porositas gas dan memperbaiki struktur butir, menghasilkan coran dengan properti yang mendekati paduan tempa.

Pengecoran perasan sangat berharga dalam aplikasi otomotif untuk komponen penting seperti lengan suspensi, Knuckles kemudi, dan kurung berkekuatan tinggi.

Tabel perbandingan: Metode pengecoran aluminium

5. Sifat mekanik dan fisik aluminium cor

Paduan aluminium cor banyak digunakan di seluruh industri karena kombinasi kinerja mekanik yang sangat baik, Karakteristik ringan, dan resistensi korosi.

Namun, Properti bervariasi tergantung pada metode casting, tipe paduan, dan perlakuan panas.

6. Operasi Casting Aluminium Pasca-Casting

Setelah coran aluminium diproduksi, Mereka sering membutuhkan beberapa proses pasca-casting untuk meningkatkan sifat mekaniknya, Kualitas Permukaan, akurasi dimensi, dan kinerja keseluruhan.

Operasi ini sangat penting untuk memenuhi spesifikasi industri dan persyaratan fungsional.

Perlakuan panas

• Tujuan: Perlakuan panas memodifikasi struktur mikro paduan aluminium untuk meningkatkan kekuatan, kekerasan, dan keuletan. Perawatan panas yang umum termasuk larutan, pendinginan, dan penuaan.
• Jenis perlakuan panas yang khas:

• • T5: Penuaan buatan setelah casting tanpa perawatan solusi sebelumnya. Digunakan untuk meningkatkan kekuatan secara moderat.
  • T6: Solusi Perlakuan Panas Diikuti oleh Penuaan Buatan. Diterapkan secara luas untuk paduan seperti A356 untuk mencapai kekuatan puncak dan ketahanan kelelahan.
  • T7: Penuaan berlebih untuk meningkatkan resistensi korosi dan stabilitas dimensi dengan biaya kekuatan.

• Memengaruhi: Perlakuan panas secara signifikan meningkatkan kekuatan tarik dan hasil (MISALNYA., Kekuatan tarik A356-T6 dapat mencapai ~ 250 MPa), meningkatkan perpanjangan, dan menstabilkan struktur casting.

Penyelesaian Permukaan

• Tembakan peledakan/peledakan pasir: Pembersihan mekanis untuk menghilangkan pasir, skala, dan penyimpangan permukaan, meningkatkan adhesi cat atau estetika.
• Anodisasi: Perawatan elektrokimia untuk membuat lapisan oksida yang tahan lama untuk ketahanan korosi dan kekerasan permukaan, sering digunakan dalam aplikasi kedirgantaraan dan arsitektur.
• Lukisan dan lapisan bubuk: Memberikan perlindungan korosi dan penyesuaian warna, Penting untuk produk otomotif dan konsumen.
• Pemesinan: Pemesinan presisi memurnikan dimensi, mencapai toleransi yang ketat, dan menyediakan permukaan fungsional (MISALNYA., Menyegel wajah atau permukaan bantalan).

• • Parameter perkakas dan pemotongan khusus diperlukan karena kelembutan dan kecenderungan aluminium untuk empuk atau tetap berpegang pada alat pemotong.

• Memoles dan buffing: Diaplikasikan untuk lapisan dekoratif atau fungsional, Terutama di rumah elektronik atau barang konsumen.

Pertimbangan pemesinan

• Paduan aluminium umumnya mesin dengan baik, Tetapi kontrol chip dan kehidupan alat tergantung pada komposisi paduan dan kualitas casting.
• Penggunaan karbida atau alat yang dilapisi (Timah, Tialn) memperpanjang masa pakai alat dan meningkatkan permukaan akhir.
• Tunjangan pemesinan diperhitungkan selama desain casting untuk mengakomodasi penghapusan material.

Pengujian non-destruktif (Ndt)

• Tujuan: Memastikan integritas casting dengan mendeteksi cacat internal atau kekurangan permukaan tanpa merusak bagian.
• Metode NDT umum:

• • Radiografi X-ray: Mendeteksi porositas internal, Rongga penyusutan, dan inklusi.
  • Pengujian ultrasonik: Mengidentifikasi retakan atau delaminasi bawah permukaan.
  • Inspeksi penetran pewarna: Digunakan untuk mengungkapkan retak dan celah permukaan.

• Implementasi NDT memastikan kepatuhan dengan standar kualitas (MISALNYA., ASTM B108 untuk coran aluminium) dan mencegah kegagalan prematur dalam pelayanan.

7. Cacat dalam casting aluminium dan pencegahannya

• Porositas:

• • Porositas gas: Hidrogen dari kelembaban; dicegah dengan degassing (pembersihan nitrogen/argon) ke <0.15 CC/100G H₂.
  • Porositas penyusutan: Desain riser yang buruk; diperbaiki dengan simulasi (MISALNYA., Magmasoft) untuk memastikan solidifikasi terarah.

• Inklusi: Partikel oksida/pasir; disaring melalui filter busa keramik (20–50 PPI) untuk menghapus >90% inklusi ≥50 μm.
• Air mata panas: Ketegangan selama pemadatan; dicegah dengan sudut bundar, Ketebalan dinding yang seragam, dan pendinginan yang lebih lambat.
• Dingin ditutup: Pengisian cetakan yang tidak lengkap; diperbaiki dengan meningkatkan suhu penuangan (5–10 ° C.) atau menilai (0.5–2 kg/detik).

8. Keuntungan dan Keterbatasan

Keuntungan casting aluminium

• Ringan: Aluminium memiliki kepadatan rendah (~ 2.7 g/cm³), memungkinkan produksi komponen yang lebih ringan, yang sangat penting dalam industri otomotif dan kedirgantaraan untuk meningkatkan efisiensi dan kinerja bahan bakar.
• Resistensi korosi yang sangat baik: Secara alami membentuk lapisan oksida pelindung, Menawarkan resistensi yang baik terhadap atmosfer dan banyak lingkungan kimia, mengurangi biaya perawatan.
• Konduktivitas termal dan listrik yang baik: Coran aluminium banyak digunakan untuk heat sink, rumah listrik, dan komponen yang membutuhkan disipasi panas yang efisien.
• Rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi: Apalagi saat panas dirawat (MISALNYA., Kondisi T6), Coran aluminium mencapai sifat mekanik yang kuat yang cocok untuk bagian struktural.
• Metode pengecoran serbaguna: Aluminium kompatibel dengan berbagai proses casting, Dari casting pasir hingga casting die presisi tinggi, memungkinkan bentuk kompleks dan volume produksi besar.
• Kemampuan mesin yang baik: Paduan aluminium umumnya mesin dengan baik dengan lebih sedikit keausan pahat dan kecepatan pemotongan yang lebih cepat dibandingkan dengan logam besi.
• Daur ulang: Aluminium sangat dapat didaur ulang tanpa kehilangan sifat, Mendukung manufaktur berkelanjutan.

Keterbatasan pengecoran aluminium

• Titik leleh yang lebih rendah: Aluminium meleleh sekitar 660 ° C, yang membatasi penggunaannya dalam aplikasi suhu tinggi dibandingkan dengan baja atau superalloy.
• Masalah porositas: Coran aluminium rentan terhadap porositas gas dan cacat penyusutan jika tidak dikendalikan dengan benar, berpotensi mengorbankan integritas mekanik.
• Ketahanan aus yang lebih rendah: Dibandingkan dengan logam besi, Paduan aluminium menunjukkan kekerasan dan ketahanan aus yang lebih rendah, yang dapat membatasi aplikasi di lingkungan abrasif.
• Biaya perkakas untuk casting mati: Biaya perkakas dan cetakan yang tinggi membatasi casting die untuk produksi volume tinggi berjalan.
• Ekspansi termal: Aluminium memiliki koefisien ekspansi termal yang relatif tinggi, yang dapat menyebabkan ketidakstabilan dimensi dalam komponen presisi yang terpapar fluktuasi suhu.
• Penggunaan terbatas di lingkungan yang sangat korosif: Meskipun tahan korosi, Paduan aluminium mungkin tidak cocok untuk kondisi yang sangat asam atau basa tanpa pelapis pelindung.

9. Aplikasi industri coran aluminium

• Otomotif: Kepala silinder, Blok mesin, rumah transmisi, roda
• Luar angkasa: Kurung ringan, perumahan, bingkai struktural
• Elektronik: Rumah termal, heat sink membutuhkan konduktivitas termal tinggi
• Laut: Perlengkapan tahan korosi, pompa rumah
• Energi: Hub Turbin Angin, Bingkai lampu LED
• Konstruksi & Arsitektur: Fasad dekoratif, Profil Struktural, komponen dinding tirai

10. Casting aluminium vs.. Bahan casting lainnya

Pengecoran aluminium sering dibandingkan dengan bahan casting umum lainnya seperti besi cor, magnesium, dan seng.

Setiap materi menawarkan keunggulan dan batasan yang berbeda tergantung pada persyaratan aplikasi seperti kekuatan, berat, resistensi korosi, biaya, dan manufakturabilitas.

Ringkasan:

• Aluminium vs.. Besi cor: Kepadatan rendah aluminium membuatnya ideal di mana pengurangan berat badan sangat penting, seperti sektor otomotif dan kedirgantaraan.
  Besi cor unggul dalam ketahanan aus dan kekuatan suhu tinggi tetapi jauh lebih berat dan rentan terhadap karat, Membatasi penggunaannya dalam aplikasi yang ringan atau sensitif terhadap korosi.
• Aluminium vs.. Magnesium: Magnesium bahkan lebih ringan dari aluminium tetapi memiliki kekuatan dan ketahanan korosi yang lebih rendah, membatasi penggunaannya menjadi sangat ringan, lingkungan non-korosif.
  Casting magnesium bisa lebih mahal dan membutuhkan penanganan yang ketat karena masalah yang mudah terbakar.
• Aluminium vs.. Seng: Paduan seng menawarkan akurasi dimensi yang sangat baik dan permukaan akhir dengan biaya rendah, Ideal untuk kecil, bagian terperinci.
  Namun, Seng jauh lebih berat dan kurang tahan korosi daripada aluminium, Membatasi penggunaannya dalam aplikasi struktural atau luar ruangan.

11. Kesimpulan

Casting aluminium menawarkan serbaguna, Produksi ringan yang hemat biaya, konduktif termal, dan bagian yang tahan korosi.

Dengan pilihan paduan yang cermat (MISALNYA., A356, A319), pilihan proses, dan mitigasi cacat, Cast aluminium memberikan kinerja tinggi di seluruh otomotif, Aerospace, laut, elektronik, Dan konstruksi sektor.

Karena keberlanjutan dan desain ringan menjadi kritis, Pengecoran aluminium terus berkembang.

FAQ

Apa paduan casting aluminium terkuat?

206-Paduan T6 menawarkan kekuatan tarik tertinggi (345 MPa) Di antara paduan casting umum, digunakan dalam aplikasi dirgantara dan stres tinggi.

Dapat coran aluminium dilas?

Ya, tetapi dengan hati -hati. Paduan yang dapat diobati dengan panas (MISALNYA., 356) mungkin kehilangan kekuatan di zona yang terkena dampak panas; pengelasan dengan 4043 Logam pengisi meminimalkan efek ini.

Bagaimana casting aluminium dibandingkan dengan penempaan aluminium?

Casting menghasilkan bentuk kompleks dalam satu langkah (MISALNYA., Blok mesin) tetapi memiliki kekuatan yang lebih rendah daripada menempa. Forging lebih baik untuk bagian stres tinggi (MISALNYA., poros engkol) tapi harganya 2–3 × lebih.

Apa yang menyebabkan porositas dalam coran aluminium?

Jebakan gas (Hidrogen dari kelembaban) atau penyusutan selama pemadatan. Casting mati paling rentan, tetapi casting yang dibantu vakum mengurangi porositas menjadi <0.5%.

Adalah coran aluminium yang cocok untuk penggunaan di luar ruangan?

Ya. Paduan suka 5083 (kelas laut) Tahan korosi air asin, dengan masa pelayanan 20+ bertahun -tahun di lingkungan pesisir.