Alumīnija liešana: Procesi, Īpašības, un pieteikumi

1. Ievads

Alumīnija liešana ir pamata ražošanas process, kas ietver alumīnija sakausējumu izkausēšanu un precīzu formu veidošanu, izmantojot dažādas liešanas paņēmienus.

Šai metodei ir kritiska loma kompleksa ražošanā, viegls svars, un korozijai izturīgi komponenti plašā nozares spektrā, ieskaitot autobūves, avi kosmosa, elektronika, un Atjaunojamā enerģija.

Kā pieprasījums pēc energoefektīva, Augstas veiktspējas produkti turpina pieaugt, Alumīnija liešana ir ieguvusi ievērojamību alumīnija dēļ labvēlīga izturības un svara attiecība, Lieliska siltumvadītspēja, un Pārstrāde.

Piemēram, par automobiļu sektors, Alumīnija lējumi ir galvenie, lai samazinātu transportlīdzekļa svaru un uzlabotu degvielas patēriņa efektivitāti vai akumulatoru diapazonu elektriskajos transportlīdzekļos.

2. Kas ir alumīnija liešana?

Alumīnija liešana ir ražošanas process, kurā izkausētus alumīnija vai alumīnija bāzes sakausējumus ielej veidnē, lai veidotu vēlamo formu pēc sacietēšanas.

Šis paņēmiens ir būtisks modernai ražošanai alumīnija labvēlīgo īpašību dēļ - gaismas svars, izturība pret koroziju, siltumvadītspēja, un augsta pārstrādājamība.

Liešanas process ļauj iegūt sarežģītas ģeometrijas ar salīdzinoši zemiem materiāliem atkritumiem, padarot to par rentablu risinājumu nozarēm, sākot no autobūves un avi kosmosa līdz elektronika, enerģija, un būvniecība.

Ir vairākas alumīnija liešanas metodes, piemēram, kā smilšu liešana, mirkšana, un investīciju liešana- katrs optimizēts īpašām lietojumprogrammām, pamatojoties uz ražošanas apjomu, virsmas apdare, un izmēru precizitātes prasības.

3. Alumīnija liešanas sakausējumi un to īpašības

Alumīnijs Liešanas sakausējumi ir īpaši izstrādāti izkausētu metālu apstrādei un piedāvā unikālu izturības kombināciju, izturība pret koroziju, šķidrums, un apstrādājamība.

Šie sakausējumi parasti tiek klasificēti, pamatojoties uz to ķīmiskais sastāvs, termiskās apstrādes reakcija, un liešanas izrāde.

Alumīnija liešanas sakausējumu klasifikācija

Alumīnija liešanas sakausējumi ietilpst divās galvenajās kategorijās:

• Uz karstumu apstrādājami sakausējumi
  Šie sakausējumi iegūst izturību, izmantojot šķīduma termisko attīrīšanu un mākslīgu novecošanos (Piem., T6 rūdījums). Bieži sastopama konstrukcijas un automobiļu daļās.
• Neizkartējami sakausējumi
  Stiprina cieta šķīduma sacietēšana vai celma sacietēšana, tos ir vieglāk izmest un bieži tiek izmantotas vispārējas nozīmes komponentos.

Turklāt, tie ir sagrupēti pēc virknes saskaņā ar Alumīnija asociācija klasifikācijas sistēma (Piem., 3xx.x, 5xx.x, A356, ADC12):

4. Alumīnija liešanas metodes

Alumīnija liešanas metodes ir dažādas un pielāgotas īpašajām ģeometrijas prasībām, tilpums, maksāt, virsmas apdare, un mehāniskā veiktspēja.

Katram procesam ir unikālas stiprās puses un ierobežojumi, Metodes izvēle par kritisku faktoru produkta projektēšanā un ražošanas efektivitātē.

Alumīnija smilšu liešana

Smilšu liešana ir viens no vecākajiem un daudzpusīgākajiem liešanas procesiem. Tas ietver smilšu maisījuma iesaiņošanu ap modeli, lai izveidotu pelējuma dobumu, ko pēc tam piepilda ar izkausētu alumīniju.

Smilšu veidni parasti izgatavo no silīcija dioksīda smiltīm, kas savienotas ar mālu vai sveķiem, un pēc sacietēšanas ir salauzta, lai iegūtu daļu.

Modeļus var izmantot atkārtoti, un serdeņus var ievietot iekšējiem dobumiem.

Šī metode ir labi piemērota lielām sastāvdaļām un mazas partijas ražošanai.

Tas piedāvā lielisku elastību sakausējuma izvēlē un pielāgo plašu formu un izmēru klāstu - no mazām iekavām līdz masīviem sūkņu apvalkiem vai motora blokiem, kas sver vairākas tonnas.

Alumīnija liešana

Augsta spiediena liešana (HPDC) & Zema spiediena mirstība (LPDC)

Mirkšana ietver izkausēta alumīnija ievadīšanu tērauda veidnēs (mirst) zem kontrolēta spiediena.

HPDC, alumīnijs ir piespiests die dobumā pie spiediena, sākot no 1,500 līdz 25,000 psi, kā rezultātā ir lieliska virsmas apdare un izmēru precizitāte.

Turpretī, LPDC izmanto gāzes spiedienu (Parasti ~ 0,7 bārs) Lai maigi iespiestu izkausēto metālu veidnē no apakšas, Turbulences samazināšana un strukturālās integritātes uzlabošana.

Die liešanu galvenokārt izmanto masveida ražošanas vidē, pateicoties tā ātrajam cikla laikam, stingras pielaides, un atkārtojamība.

Tomēr, Tas prasa ievērojamus ieguldījumus instrumentu ražošanā, un tas lielākoties ir ierobežots ar specifiskiem alumīnija sakausējumiem, kas optimizēti liešanai un termiskai uzvedībai (Piem., ADC12, A380).

Alumīnija investīciju liešana (Zaudēta vaska liešana)

Investīciju liešana Piedāvā izcilu precizitāti, izmantojot izdevīgus vaska modeļus, kas pārklāti ar ugunsizturīgu keramikas materiālu, lai veidotu pelējumu.

Reiz keramika sacietē, vasks ir izkausēts un aizstāts ar izkausētu alumīniju. Pēc sacietēšanas keramikas apvalks ir salauzts.

Šis process ir ideāli piemērots sarežģītām ģeometrijām, plānas sienas, un smalkas detaļas, kuras būtu grūti vai neiespējami sasniegt ar citām liešanas metodēm.

To parasti izmanto kosmiskajā kosmosā, aizsardzība, un augstākās klases rūpniecības komponenti, kur precizitāte un materiāla integritāte ir kritiska. Spēja izmest gandrīz tīkla formas detaļas ievērojami samazina apstrādes prasības.

Alumīnija pastāvīgā pelējuma liešana (Gravity Die liešana)

Pastāvīgā pelējuma liešana izmanto neekventējamas tērauda vai dzelzs veidnes, lai ražotu vidēja vai augstas tilpuma lējumus.

Izkausēto alumīniju ielej veidnē zem gravitācijas, neizmantojot ārēju spiedienu. Veidnes bieži uzkarsē un pārklāj ar ugunsizturīgiem materiāliem, lai uzlabotu plūsmu, virsmas apdare, un pelējuma ilgmūžība.

Salīdzinot ar smilšu liešanu, Šī metode piedāvā labāku dimensiju stabilitāti, virsmas apdare, un mehāniskās īpašības ātrākas dzesēšanas un vienveidīgākas graudu struktūras dēļ.

To parasti izmanto automobiļu detaļām, pārnesumu apvalki, un apgaismojuma komponenti. Pamata ieliktņus var izmantot, lai izveidotu iekšējās funkcijas.

Specializētas alumīnija liešanas metodes

Centrbēdze

Centrbēdzes liešana izmanto strauji rotējošu veidni, lai izplatītu izkausēto alumīniju uz āru ar centrbēdzes spēku.

Šī metode galvenokārt ir piemērota cilindriskām komponentiem, piemēram, caurulēm, gredzeni, bukses, un piedurknes. Process novērš gāzes iespiešanos un piemaisījumus, ražo blīvu, smalkgraudains ārējais slānis.

Process ir labi piemērots nemanāmu komponentu ražošanai, kuriem nepieciešama augsta integritāte un nodiluma izturība.

Izspiest liešanu

Squeeze Casting apvieno kalšanas un die liešanas priekšrocības. Izkausētu alumīniju ielej uzkarsētā mirstē un saspiež ar augstu spiedienu (parasti 10 000–20 000 psi) sacietēšanas laikā.

Spiediens novērš gāzes porainību un uzlabo graudu struktūru, izraisot lējumus ar īpašībām, kas tuvojas kaltas sakausējumiem.

Saspiešanas liešana ir īpaši vērtīga automobiļu lietojumprogrammās kritiskām komponentiem, piemēram, balstiekārtas ieročiem, stūres šarnīri, un augstas izturības kronšteini.

Salīdzināšanas tabula: Alumīnija liešanas metodes

5. Lieto alumīnija mehāniskās un fizikālās īpašības

Lieto alumīnija sakausējumus plaši izmanto visās nozarēs, pateicoties to lieliskajai mehāniskās veiktspējas kombinācijai, vieglas īpašības, un izturība pret koroziju.

Tomēr, Īpašības mainās atkarībā no liešanas metodes, sakausējuma tips, un termiskā apstrāde.

6. Alumīnija liešanas operācijas pēc lamatas

Pēc alumīnija liešanas, Viņiem bieži ir nepieciešami vairāki pēcpārbaudes procesi, lai uzlabotu to mehāniskās īpašības, virsmas kvalitāte, Izmēra precizitāte, un kopējais sniegums.

Šīs operācijas ir izšķirošas, lai atbilstu nozares specifikācijām un funkcionālajām prasībām.

Termiskā apstrāde

• Mērķis: Siltuma apstrāde maina alumīnija sakausējumu mikrostruktūru, lai uzlabotu izturību, cietība, un elastība. Parastā termiskā apstrāde ietver risinājumu, rūdīšana, un novecošanās.
• Tipiski termiskās apstrādes veidi:

• • T5: Mākslīgā novecošanās pēc liešanas bez iepriekšējas risinājuma ārstēšanas. Izmanto, lai palielinātu stiprību mēreni.
  • T6: Šķīduma siltuma attīrīšana, kam seko mākslīga novecošanās. Plaši pielietots sakausējumiem, piemēram, A356, lai sasniegtu maksimālo izturību un izturību pret nogurumu.
  • T7: Pārmērīga novecošanās, lai uzlabotu izturību pret koroziju un izmēru stabilitāti uz kāda stipruma rēķina.

• Ietekme: Siltumizstrādāšana ievērojami palielina stiepes un ražas stiprumu (Piem., A356-T6 stiepes izturība var sasniegt ~ 250 MPa), Uzlabo pagarinājumu, un stabilizē liešanas struktūru.

Virsmas apdare

• Kadru sprādziens/smilšu sprādziens: Mehāniskā tīrīšana smilšu noņemšanai, mērogs, un virsmas pārkāpumi, Krāsas saķeres vai estētiskās apdares uzlabošana.
• Anodēšana: Elektroķīmiskā apstrāde, lai izveidotu izturīgu oksīda slāni korozijas izturībai un virsmas cietībai, bieži izmanto kosmosa un arhitektūras lietojumos.
• Gleznošana un pulvera pārklājums: Nodrošina aizsardzību pret koroziju un krāsu pielāgošanu, būtiska automobiļu un patēriņa produktiem.
• Apstrāde: Precīzas apstrāde Prefinē izmērus, sasniedz stingras pielaides, un nodrošina funkcionālās virsmas (Piem., blīvēšanas sejas vai gultņu virsmas).

• • Ir nepieciešami īpaši instrumentu un griešanas parametri, pateicoties alumīnija maigumam un tendencei žults vai pielipt pie griešanas instrumentiem.

• Pulēšana un pulēšana: Uzklāts dekoratīvai vai funkcionālai apdarei, Īpaši elektronikas apvalkos vai patēriņa precēs.

Apstrādes apsvērumi

• Alumīnija sakausējumi parasti labi mašīnā, Bet mikroshēmu kontrole un instrumentu dzīve ir atkarīga no sakausējuma sastāva un liešanas kvalitātes.
• Karbīda vai pārklāta instrumentu izmantošana (Alvas, Tialna) Paplašina instrumenta dzīvi un uzlabo virsmas apdari.
• Izstrādes dizaina laikā tiek ņemti vērā apstrādes pabalsti, lai pielāgotos materiālu noņemšanai.

Nesagraujoša pārbaude (Ndt)

• Mērķis: Nodrošina integritātes liešanu, nosakot iekšējos defektus vai virsmas trūkumus, nesabojājot daļu.
• Parastās NDT metodes:

• • Rentgena radiogrāfija: Atklāj iekšējo porainību, saraušanās dobumi, un ieslēgumi.
  • Ultraskaņas pārbaude: Identificē zemūdens plaisas vai delaminācijas.
  • Krāsvielu iespiešanās pārbaude: Izmanto, lai atklātu virsmas plaisas un plaisas.

• NDT ieviešana nodrošina kvalitātes standartu ievērošanu (Piem., ASTM B108 alumīnija lējumiem) un novērš priekšlaicīgas neveiksmes dienestā.

7. Alumīnija liešanas defekti un to profilakse

• Porainība:

• • Gāzes porainība: Ūdeņradis no mitruma; novērš ar degazēšanu (Slāpekļa/argona attīrīšana) līdz <0.15 CC/100G H₂.
  • Saraušanās porainība: Slikts stāvvada dizains; Fiksēts ar simulāciju (Piem., Magmmasoft) Lai nodrošinātu virziena sacietēšanu.

• Ieslēgumi: Oksīdi/smilšu daļiņas; filtrē caur keramikas putu filtriem (20–50 PPI) lai noņemtu >90% ieslēgumu ≥50 μm.
• Karstas asaras: Spriedze sacietēšanas laikā; to novērš noapaļotiem stūriem, Vienāds sienas biezums, un lēnāka dzesēšana.
• Aukstums: Nepilnīga pelējuma pildīšana; fiksēts, palielinot liešanas temperatūru (5–10 ° C) vai likme (0.5–2 kg sekundē).

8. Priekšrocības un ierobežojumi

Alumīnija liešanas priekšrocības

• Viegls: Alumīnijam ir zems blīvums (~ 2,7 g/cm³), dodot iespēju ražot vieglākus komponentus, kas ir kritiska automobiļu un kosmiskās aviācijas rūpniecībā, lai uzlabotu degvielas efektivitāti un veiktspēju.
• Lieliska izturība pret koroziju: Dabiski veido aizsargājošu oksīda slāni, Piedāvājot labu izturību pret atmosfēras un daudzām ķīmiskām vides, uzturēšanas izmaksu samazināšana.
• Laba termiskā un elektriskā vadītspēja: Alumīnija lējumi tiek plaši izmantoti siltuma izlietnēs, Elektriskie apvalki, un komponenti, kuriem nepieciešama efektīva siltuma izkliede.
• Augstas stiprības un svara attiecība: It īpaši, ja apstrādāts ar siltumu (Piem., T6 nosacījums), Alumīnija lējumi sasniedz spēcīgas mehāniskās īpašības, kas piemērotas strukturālām detaļām.
• Daudzpusīgas liešanas metodes: Alumīnijs ir savietojams ar dažādiem liešanas procesiem, no smilšu liešanas līdz augstas precizitātes die liešanai, ļaujot sarežģītām formām un lieliem ražošanas apjomiem.
• Laba mašīnīgums: Alumīnija sakausējumi parasti labi darbojas ar mazāku instrumentu nodilumu un ātrāku griešanas ātrumu, salīdzinot ar melnajiem metāliem.
• Pārstrāde: Alumīnijs ir ļoti pārstrādājams, nezaudējot īpašības, Ilgtspējīgas ražošanas atbalstīšana.

Alumīnija liešanas ierobežojumi

• Apakšējais kausēšanas punkts: Alumīnijs kūst apmēram 660 ° C, kas ierobežo tā izmantošanu augstas temperatūras pielietojumos, salīdzinot ar tēraudiem vai superaloys.
• Porainības jautājumi: Alumīnija lējumi ir pakļauti gāzes porainībai un saraušanās defektiem, ja tie netiek pareizi kontrolēti, potenciāli kompromitējoša mehāniskā integritāte.
• Zemāka nodiluma pretestība: Salīdzinot ar melnajiem metāliem, Alumīnija sakausējumiem ir zemāka cietība un nodiluma izturība, kas var ierobežot lietojumprogrammas abrazīvā vidē.
• Die liešanas instrumentu izmaksas: Augstas instrumentu un pelējuma izmaksas ierobežo die liešanu ar liela apjoma ražošanas braucieniem.
• Termiskā izplešanās: Alumīnijam ir salīdzinoši augsts termiskās izplešanās koeficients, kas var izraisīt izmēru nestabilitāti precizitātes komponentos, kas pakļauti temperatūras svārstībām.
• Ierobežota lietošana ļoti korozīvā vidē: Kaut arī izturīgs pret koroziju, Alumīnija sakausējumi var nebūt piemēroti ļoti skābiem vai sārmainiem apstākļiem bez aizsardzības pārklājumiem.

9. Alumīnija lējumu rūpnieciski pielietojumi

• Automašīna: Cilindru galvas, motora bloki, transmisijas korpusi, riteņi
• Aviācija: Vieglas iekavas, apvalki, strukturālie rāmji
• Elektronika: Termiskie apvalki, siltuma izlietnes, kurām nepieciešama augsta siltumvadītspēja
• Jūras: Pret koroziju izturīgi veidgabali, sūkņu apvalki
• Enerģija: Vēja turbīnu rumbas, LED lampu rāmji
• Būvniecība & Arhitektūra: Dekoratīvās fasādes, strukturālie profili, aizkaru sienas komponenti

10. Alumīnija liešana pret. Citi liešanas materiāli

Alumīnija liešanu bieži salīdzina ar citiem parastiem liešanas materiāliem, piemēram, čuguna, magnijs, un cinks.

Katrs materiāls piedāvā atšķirīgas priekšrocības un ierobežojumus atkarībā no lietojumprogrammas prasībām, piemēram, stipruma, svars, izturība pret koroziju, maksāt, un ražojamība.

Kopsavilkums:

• Alumīnijs vs. Čuguns: Alumīnija zemais blīvums padara to ideālu, ja svara samazināšana ir kritiska, piemēram, automobiļu un kosmiskās aviācijas nozares.
  Čuguna izcili izceļas ar nodiluma izturību un augstas temperatūras izturību, bet ir daudz smagāka un ir pakļauta rūsai, Ierobežojot tā izmantošanu vieglos vai korozijā jutīgās lietojumprogrammās.
• Alumīnijs vs. Magnijs: Magnijs ir vēl vieglāks par alumīniju, bet tam ir zemāka izturība un izturība pret koroziju, ierobežot tā izmantošanu līdz ļoti vieglo, bezkorozīva vide.
  Magnija liešana var būt dārgāka, un tā prasa stingri apstrādātas, jo ir bažas par uzliesmojamību.
• Alumīnijs vs. Cinks: Cinka sakausējumi piedāvā lielisku izmēru precizitāti un virsmas apdari par zemām izmaksām, Ideāli mazam, Detalizētas detaļas.
  Tomēr, Cinks ir daudz smagāks un mazāk izturīgs pret koroziju nekā alumīnijs, Ierobežojot tā izmantošanu konstrukcijas vai āra lietojumprogrammās.

11. Secinājums

Alumīnija liešanas piedāvā daudzpusīgus, rentabla viegla ražošana, termiski vadošs, un korozijai izturīgas daļas.

Ar rūpīgu sakausējuma izvēli (Piem., A356, A319), Procesa izvēle, un defektu mazināšana, Cast alumīnijs nodrošina augstu sniegumu pāri autobūves, avi kosmosa, jūras, elektronika, un būvniecība sektora.

Tā kā ilgtspējība un viegls dizains kļūst kritisks, alumīnija liešana turpina attīstīties.

FAQ

Kas ir spēcīgākais alumīnija liešanas sakausējums?

206-T6 sakausējums piedāvā visaugstāko stiepes izturību (345 MPA) Starp kopējiem liešanas sakausējumiem, Izmanto kosmosa un augstas stresa lietojumos.

Vai alumīnija lējumus var metināt?

Jā, Bet ar piesardzību. Uz karstumu apstrādājami sakausējumi (Piem., 356) var zaudēt izturību siltuma skartajā zonā; Metināšana ar 4043 Filler Metal samazina šo efektu.

Kā alumīnija liešana salīdzina ar alumīnija kalšanu?

Liešana vienā solī rada sarežģītas formas (Piem., motora bloki) Bet tam ir zemāks izturība nekā kalšanai. Kalšana ir labāka augstas stresa daļām (Piem., kloķvārpstas) bet maksā 2–3 × vairāk.

Kas izraisa porainību alumīnija lējumos?

Gāzes ieslodzījums (Ūdeņradis no mitruma) vai saraušanās sacietēšanas laikā. Die liešana ir visvairāk nosliece, bet ar vakuumu atbalstīta liešana samazina porainību līdz <0.5%.

Ir alumīnija lējumi, kas piemēroti lietošanai brīvā dabā?

Jā. Sakausējumi patīk 5083 (jūras kvalitāte) Pretoties sālsūdens korozijai, ar kalpošanas laiku 20+ gadi piekrastes vidē.