Kas ir alumīnijs? Īpašības, Procesi & Lietojumprogrammas

Satura rādītājs Izrādīt

1. Ievads

Lieta alumīnijs ir daudzpusīgs materiāls, kas izveidots, izlejot izkausētu alumīnija sakausējumu veidnē un ļaujot tam sacietēt.

Plaši izmanto visās nozarēs, Tas piedāvā vieglu īpašību maisījumu, labs spēks, un izturība pret koroziju.

No automobiļu motoriem līdz kosmosa komponentiem, Cast alumīnijam ir izšķiroša loma mūsdienu ražošanā.

2. Kas ir alumīnijs?

Lietošanas alumīnijs attiecas uz detaļām, kuras ražo izlej izkausētu alumīniju pelējuma dobumā, Ļaujot metālam sacietēt un pēc tam iegūt gandrīz tīkla priekšnoteikuma komponentu.

Atšķirībā no kaltas alumīnija, kas veidojas caur ripošanu, ekstrūzija, vai kalšana, Liešanas atlaišana ir sarežģīta ģeometrija, integrētas ribas, un iekšējie dobumi vienā ielejā.

Pamerinoloģija

Termiņš	Definīcija
Veidot	Pozitīva daļas kopija - izgatavota no koka, plastmasas, vai metāls - izmantots, lai veidotu pelējuma dobumu.
Pelējums	Negatīvais dobums (smiltis, metāls, vai keramikas) Tas veido liešanu.
Vārtu guvēšanas sistēma	Sprue tīkls, skrējēji, un vārti, kas pārvadā izkausētu alumīniju no ielejošā baseina līdz veidnei.
Stāvvieta (Barotava)	Šķidra metāla rezervuārs, kas savienots ar dobumu; Tas piegādā izkausētu metālu sacietēšanas laikā.
Saraušanās pabalsts	Papildu materiāls (parasti 1–2%) Pievienots modeļa izmēriem, lai kompensētu metāla kontrakciju.
Kodols	Smilšu vai keramikas ieliktnis, kas ievietots veidnē, lai liešanā radītu iekšējus dobumus vai apakšējo cenu.

3. Galvenie alumīnija liešanas procesi

Alumīnija daudzpusība spīd, izmantojot pieejamo liešanas metožu daudzveidību. Katrs process ir piemērots dažādām daļām ģeometrijas, ražošanas apjomi, un īpašuma prasības.

Smilšu liešanas alumīnijs

Smilšu liešana ir viens no daudzpusīgākajiem liešanas procesiem.

Pielāgojiet smilšu liešanu lielas inženierijas alumīnija detaļas

Tas ir labi piemērots lielām vai sarežģītām formām, piemēram, motora bloki smagajām mašīnām vai pielāgotiem arhitektūras komponentiem.

Process ir salīdzinoši lēts zemas vai vidējas ražošanas braucieniem, jo smilšu veidnes var viegli izveidot un modificēt.

Tomēr, Parasti tas rada rupjāku virsmas apdari un mazāk precīzus izmērus, salīdzinot ar citām metodēm.

Die liešanas alumīnijs

Mirkšana ir process, kas paredzēts lielā apjoma ražošanai ar stingrām pielaidēm. Tas ietver izkausēta alumīnija ievadīšanu zem augsta spiediena.

Tas ļauj ātri ražošanas ciklus, bieži tik īss kā dažas sekundes vienā daļā.

Die-cast daļām ir lieliska virsmas apdare, un tās var sasniegt ļoti precīzus izmērus, Padarot tos ideālus automobiļu komponentiem, piemēram, pārraides gadījumiem, motora stiprinājumi, un dekoratīvā apdare.

Investīciju liešanas alumīnijs

Investīciju liešana, Pazīstams arī kā zaudētās vaska process, izceļas, veidojot detaļas ar sarežģītām detaļām un augstu virsmas kvalitāti.

To parasti izmanto aviācijas un kosmosa rūpniecībā turbīnu lāpstiņu ražošanai, Jevelierizstrādājumu nozarē detalizētiem dizainparaugiem, un medicīnisko ierīču ražošanā komponentiem ar sarežģītām ģeometrijām.

Process ļauj ražot detaļas ar ārkārtīgi smalkām īpašībām un stingrām pielaides.

Pielāgota investīciju liešanas alumīnija liešanas daļa

Pastāvīga-riešanas alumīnijs

Pastāvīgā-veidotā liešana piedāvā labāku kontroli pār dalībnieku daļas mikrostruktūru.

Tā kā metāla veidni var precīzi uzkarsēt un atdzesēt, Tas rada konsekventākas mehāniskās īpašības un samazinātu porainību.

Šī metode ir piemērota detaļu ražošanai ar salīdzinoši vienkāršu ģeometriju vidējā vai lielā apjomā, piemēram, noteikta veida automobiļu virzuļi un sūkņu korpusi.

Jaunās un hibrīdās metodes

Vakuuma liešana: Veicot liešanas procesu vakuuma vidē, tas samazina gāzu klātbūtni izkausētā metālā, Porainības samazināšana un liešanas kvalitātes uzlabošana.
Izspiest liešanu: Pielieto ārēju spiedienu sacietēšanas procesā, liešanas blīvuma un izturības uzlabošana.
Šī metode ir noderīga, lai ražotu detaļas, kurām nepieciešama augsta mehāniskā veiktspēja.
Daļēji cietā liešana: Ietver daļēji sacietēta alumīnija sakausējuma nodošanu, kas piedāvā unikālas priekšrocības attiecībā uz formējamību un spēju ražot detaļas ar paaugstinātām mehāniskām īpašībām.

Apstrādāt	Tilpums	Tolerance	Stiprās puses	Ierobežojumi
Smilšu liešana	Zems -Medium	± 0,5–1,5%	Lielas daļas (līdz 50t), zemas instrumentu izmaksas	Rupja apdare (RA 6–12µm), lēnāks cikls
Liešana	Augsts	± 0,1–0,3%	Ātri cikli, stingras pielaides, gluda apdare (RA 1-3µM)	Augstas die izmaksas ($10 K - 100 000 USD)
Investīciju liešana	Zems -Medium	± 0,1–0,3%	Sarežģīta ģeometrija, smalka detaļa (Ra ≤1µm)	Dārgi instrumenti, lēnāka caurlaidspēja
Pastāvīga liešana	Vidējs	± 0,2–0,5%	Kontrolēta mikrostruktūra, labs spēks	Pelējuma nodiluma robežas sarežģītība
Pusolīda / izspiešana / vakuums	Jaunība	± 0,1–0,3%	Samazināta porainība, augsta integritāte	Specializēts aprīkojums

4. Alumīnija sakausējuma izvēle

Izvēle tiesību alumīnija sakausējums par atlaišanu uz līdzsvarošanu mehāniskā izturība, izturība pret koroziju, šķidrums, un termiskās īpašības.

Lieto alumīnija bloki automobiļu motoriem

Silīcija bagātie sakausējumi (3xx.x sērija)

Šie sakausējumi piedāvā izcilu plūstamību, Zema saraušanās, un laba izturība pret koroziju - ideāla par die un smilšu liešanu.

Sakausējums	Galvenais kompozīcija	Stiepes izturība	Tipiski lietojumi
A380	8–12% un, 3–4% Cu	180–240MPa	Die -rastieri, Mazas sarežģītas detaļas
A383	9–12% un, 1–2% Cu	190–240MPa	Die -rast vārsta ķermeņi, sūkņu apvalki
A413	10–13% un, 0.8–1,5% Cu	210–260MPA	Augstas spiediena pārnesumu pārnesumkārbas korpusi
A360	7–11% un, <1% Mg	150–220mpa	Plāno sienu die -rastie komponenti

Vara saturoši sakausējumi (4xx.x sērija)

Varš stiprina sakausējumu un uzlabo apstrādājamību, par nelielu izmaksu pret korozijas rezistenci.

Sakausējums	Galvenais kompozīcija	Stiepes izturība	Tipiski lietojumi
A319	3–5% Cu, 5–7% un	240–280MPA	Motora cilindru galvas, pārraides gadījumi
A356 - T6	7% Un, 0.3% Mg	260–320MPA	Automobiļu riteņi, sūkņu apvalki
A357 - T6	7% Un, 0.5% Mg	280–330MPA	Augstas stresa automobiļu detaļas
A354	3–5% Cu, 8–12% un	220–270MPA	Vispārējās die -raidījumi, kuriem nepieciešama izturība

Magnija sakausētās liešanas (5xx.x sērija)

Magnijs nodrošina cietvielu stiprināšanu un lielisku izturību pret koroziju jūras vidē.

Sakausējums	Galvenais kompozīcija	Stiepes izturība	Tipiski lietojumi
A535	5–6% mg, 0.3% Nojaukšanās	290–340MPa	Jūras aparatūra, spiediena tvertnes
A356.2 - T6	7% Un, 0.3% Mg	260–320MPA	Aviācijas un kosmosa lējumi, strukturālās iekavas

Speciāli un augstas veiktspējas sakausējumi

Šie sakausējumi piespiež aploksni pēc spēka, termiskā stabilitāte, vai precizitāte.

Sakausējums	Galvenais kompozīcija	Stiepes izturība	Tipiski lietojumi
A206 - T7	6% Cu, 4% Iekšā, 0.5% V	300–350MPA	Aviācijas un kosmosa kalšanas nomaiņa
A390	17–21% SI, 3–4% Cu	260–300MPA	Bremžu komponenti, nodiluma lējumi
ADC12 (Viņš ir)	10–13% un, 2–4% Cu	200–260MPA	Japāņu die -raidiet elektronikas iežogojumus

5. Lieto alumīnija fizikālās un mehāniskās īpašības

Cast alumīnijs piedāvā pārliecinošu vieglas struktūras sajaukumu, Labas termiskās īpašības,

un vidēja līdz augsta mehāniskā izturība, padarot to ideālu plašam rūpniecības klāstam, autobūves, un kosmosa komponenti.

Tomēr, Tās īpašības ievērojami atšķiras atkarībā no sakausējuma sastāva, liešanas metode, un ārstēšana pēc izkārtojuma.

Lieto alumīnija fizikālās īpašības

Īpašums	Tipiska vērtība (Diapazons)	Piezīmes
Blīvums	2.63–2,80 g/cm³	~ 1/3 tērauda blīvums
Kušanas temperatūra	565–770 ° C	Mainās ar leģējošiem elementiem (Un, Cu, Mg)
Siltumvadītspēja	80–170 w/m · k	Augsts tīra alumīnija, zemāks ar pievienotajiem leģējošajiem elementiem
Termiskās izplešanās koeficients	21–25 × 10⁻⁶ /k	Svarīgs kopīgā dizainā (Paplašināšanās neatbilstība)
Elektriskā vadītspēja	20–45% IACS	Daudz zemāks par tīru alumīniju sakarā

Lieto alumīnija mehāniskās īpašības

Mehāniskā veiktspēja mainās atkarībā no sakausējuma, liešanas metode, un termiskā apstrāde. Zemāk esošajā tabulā ir aprakstīta tipiskā stiepe, ienest, un atlasīto sakausējumu noguruma īpašības.

Sakausējums	Apstrādāt	Stiepes izturība (MPA)	Peļņas izturība (MPA)	Pagarināšana (%)	Noguruma robeža (MPA)
A356 (tikpat ietērpts)	Smilšu liešana	180–220	120–160	3–5	~ 50
A356-T6	Smilšu liešana + termiski apstrādāts	250–310	170–230	5–10	90–110
A319	Mirkšana	210–260	140–180	2–4	~ 60
A380	Mirkšana	180–240	120–170	1–3	~ 50
A206-T7	Pastāvīga pelējuma	320–370	250–300	3–5	100+

Cietība un izturība pret nodilumu

Cietību parasti mēra, izmantojot Brinell cietības numuru (Bnēt).

Sakausējums	Cietība (Bnēt)	Nodilums pretestība
A356 (tikpat ietērpts)	65–75	Mērens
A356-T6	80–90	Labi
A390	100–120	Lielisks (Augsts Si saturs)
A206-T7	100–110	Labi

6. Lietošanas alumīnija priekšrocības un ierobežojumi

Lietošanas alumīnijs ir kļuvis par stūrakmens materiālu mūsdienu ražošanā, pateicoties tā unikālajai vieglajām īpašībām kombinācijai, Formīgums, un izturība.

Lieta alumīnija kronšteins karoga stabiem

Lietošanas alumīnija priekšrocības

Sarežģītas ģeometrijas ar minimālu apstrādi

Liešana ļauj izveidot sarežģītas formas, ieskaitot iekšējos dobumus, spuras, un ribas - tās būtu dārgas vai neiespējamas, izmantojot atņemšanas metodes.

Tas ievērojami samazina apstrādes laiku un materiālus atkritumus.

Viegla un augstas stiprības un svara attiecība

Ar blīvumu ~ 2,7 g/cm³, Lietošanas alumīnija komponenti var samazināt strukturālo svaru līdz pat 60% Salīdzinot ar čuguna,

vienlaikus saglabājot cienījamu spēku (Piem., A356-T6: 260–310 MPa stiepes izturība).

Izmaksu efektivitāte vidējā līdz augstumā

Procesi, piemēram, augsta spiediena die liešana (HPDC) un pastāvīgā pelējuma liešana piedāvā zemas izmaksas uz vienu daļu. Mirst dzīve HPDC var pārsniegt 100,000 Cikli ar pareizu apkopi.

Lieliska termiskā un elektriskā vadītspēja

Ideāli piemērots komponentiem, piemēram, siltuma izlietnēm, apvalki, un elektromotoru detaļas - terliskā vadītspēja svārstās no 90 līdz 170 w/m · k atkarībā no sakausējuma.

Izturība pret koroziju

Alumīnijs dabiski veido aizsargājošu oksīda slāni. Sakausējumi ar silīciju un magniju (Piem., A356) Parādiet labu izturību pret koroziju pat jūras vidē.

Savietojamība ar pēcapstrādi

Lieta alumīnijs pieņem plašu virsmas procedūru un pārklājumu klāstu (Anodējošs, pulvera pārklājums) un to var termiski apstrādāt (T5, T6) Lai palielinātu izturību un cietību.

Lietošanas alumīnija ierobežojumi

Porainība un saraušanās defekti

Gāzes ieslodzījums, ūdeņraža šķīdība, un sacietēšanas saraušanās bieži izraisa mikroporozitāti - samazinot mehānisko izturību un blīvēšanas spēju.

Pat ar degazēšanas un pelējuma dizaina optimizāciju, zināma porainība ir raksturīga liešanai.

Zemāka elastība salīdzinājumā ar kaltu sakausējumiem

Lietu struktūrās ir rupji dendritiski graudi un ierobežots pagarinājums (parasti <10%). Piemēram, A356-T6 pagarinājums ir ~ 5–9%, kamēr kaltas 6061-t6 sasniedz ~ 12–17%.

Izmēru tolerances izaicinājumi

Salīdzinot ar apstrādātām vai kaltām detaļām, Lietošanas alumīnija komponentiem var būt plašākas dimensiju pielaides pelējuma nodiluma dēļ, termiskā izplešanās, un pelējuma aizpildīšanas variācijas - it īpaši smilšu liešanā.

Sienas biezums un plūsmas ierobežojumi

Lai nodrošinātu pilnīgu pelējuma pildījumu un konstrukcijas integritāti.

Plānas sienas sarežģītās detaļās var izraisīt nepilnīgu pildījumu vai aukstumu.

Ierobežots nogurums un izturība pret triecieniem

Virsmas defekti, poras, un rupjas graudu struktūras samazina noguruma dzīvi. Lietošanas alumīnija noguruma stiprība parasti ir par 25–40% zemāka nekā kaltas vai kaltas ekvivalenti.

Sakausējuma ierobežojumi pēc procesa

Ne visi alumīnija sakausējumi ir piemēroti katrai liešanas metodei.

Piemēram, 7075 un 2024 Augstas stiprības kaltas sakausējumus nevar nomest to sliktās plūstamības un karstās plaisas tendences dēļ.

7. Virsmas apdare un pēcapstrādes procedūras

Siltumizturība

T5 novecošanās: Ietver mākslīgu novecošanos pēc gaisa dzesēšanas no liešanas temperatūras.
Šis process uzlabo liešanas stiprumu un cietību, veicinot leģējošo elementu nokrišņus.
T6 novecošanās: Sastāv no šķīduma termiskās apstrādes (Sildot liešanu līdz noteiktai temperatūrai un turot to uz laiku), kam seko rūdīšana (ātra dzesēšana) un mākslīgā novecošanās.
T6 novecošanās rada vēl augstāku izturību un cietību, salīdzinot ar T5 novecošanos.

Tīrīšana ar virsmu

Šāvienu spridzināšana: Izmanto mazas granulas (piemēram, tērauda šāviens vai stikla lodītes) dzemdē ar lielu ātrumu, lai uzspridzinātu liešanas virsmu.
Šis process noņem mērogu, rūsēt, un citi piesārņotāji, un var arī uzlabot virsmas raupjumu, lai iegūtu labāku pārklājumu saķeri.
Ķīmiskā kodināšana: Ietver liešanas iegremdēšanu ķīmiskā šķīdumā, kas kodē virsmas slāni, oksidācijas un citu piemaisījumu noņemšana.
Atšifrēšana: Specifiskas apstrādes, lai noņemtu dabisko oksīda slāni uz alumīnija virsmas, sagatavojot to turpmākai apstrādei vai pārklāšanai.

Pārklājumi un apstrāde

Anodēšana: Izveido aizsargājošu oksīda slāni uz alumīnija virsmas, Rezistences uzlabošana korozijā un estētiskas apdares nodrošināšana.
Anodētā slāņa biezums var mainīties atkarībā no pielietojuma.
Pulvera pārklājums: Uz virsmas uzklāj sausu pulvera pārklājumu, kuru pēc tam izārstē zem siltuma, lai veidotu izturīgu, aizsargājošs, un dekoratīvā apdare.
Gleznošana: Var izmantot, lai nodrošinātu gan aizsardzību, gan pielāgotu krāsu vai izskatu.
Apstrāde: Operācijas, piemēram, frēzēšana, pagrieziens, un urbšana tiek veikta, lai panāktu stingras pielaides un vēlamo virsmas apdari,
īpaši detaļām ar kritiskām izmēriem vai funkcionālām virsmām.

8. Lieto alumīnija pielietojums

Lietošanas alumīnijam ir galvenā loma visdažādākajās nozarēs, Pateicoties tā vieglajam, izturība pret koroziju, Labas termiskās īpašības, un spēja veidoties sarežģītās formās.

Automobiļu rūpniecība

Automobiļu sektors ir lielākais alumīnija patērētājs visā pasaulē.

Tā kā ražotāji cenšas samazināt transportlīdzekļa svaru, lai iegūtu labāku degvielas patēriņa efektivitāti un zemāku emisiju, Alumīnija liešana ir daudzu kritisko komponentu ietvars materiāls.