Tabela treści
Pokazywać
1. Wstęp
Odlewy aluminiowe i żeliwo to dwa z najczęściej stosowanych materiałów odlewniczych w przemyśle.
Obydwa oferują sposoby wytwarzania złożonych komponentów w kształcie siatki, ale różnią się zasadniczo gęstością, sztywność, tryby siły, Zachowanie termiczne, metody odlewania, odporność na korozję i koszt cyklu życia.
Wybór pomiędzy nimi jest kompromisem pomiędzy wagą, sztywność, odporność na zużycie, maszyna, koszty i środowisko operacyjne.
W tym artykule porównano te dwa rozwiązania pod względem technicznym i przedstawiono przydatne dane oraz wskazówki dotyczące wyboru.
2. Co to jest odlew aluminiowy?
Rzuć aluminium odnosi się do komponentów wytwarzanych przez zalewanie stopionego aluminium (lub stop aluminium) do formy i umożliwienie jej zestalenia w ostateczną lub prawie ostateczną geometrię.
Ponieważ aluminium ma stosunkowo niską temperaturę topnienia, dobra płynność w postaci stopowej, i niską gęstość, odlew aluminiowy jest preferowanym wyborem w przypadku złożonej geometrii, Lekki, ważna jest przewodność cieplna lub odporność na korozję.
Metody odlewania aluminium obejmują odlewanie ciśnieniowe pod wysokim ciśnieniem, odlewy niskociśnieniowe i grawitacyjne w formach trwałych, Casting piasku, i inwestycje (Lost-Wax) odlew; każda trasa podaje inne ograniczenia grubości ścian, Wykończenie powierzchni, dokładność wymiarową i właściwości mechaniczne.
Cechy
- Lekki: gęstość ≈ 2.6–2,8 g/cm3 (zazwyczaj 2.70 g/cm³).
- Niski moduł sprężystości: Moduł Younga ≈ 69–72 GPa (≈ 69 GPa typowe).
- Dobra przewodność cieplna: stopy są różne, ale często 100–200 W·m⁻¹·K⁻¹; czyste aluminium wynosi ~237 W·m⁻¹·K⁻¹.
- Dobra odporność na korozję: tworzy stabilną warstwę tlenkową; zachowanie lepsze dzięki anodowaniu lub powłokom.
- Zachowanie przy pękaniu ciągliwym: wiele odlewanych stopów Al jest w miarę plastycznych (w zależności od obróbki stopu i ciepła).
- Łatwo obrabiane: stosunkowo niskie siły skrawania i dobra obrabialność w przypadku wielu stopów.
- Recykling: aluminium w dużym stopniu nadaje się do recyklingu, przy stosunkowo niskim zużyciu energii do przetopienia w porównaniu z produkcją pierwotną.
Typowe stopy aluminium (typowe rodziny obsady)
| Rodzina stopów (typowe imię) | Reprezentatywne stopnie / nazwy handlowe | Kluczowe pierwiastki stopowe (wt%) | Obróbki cieplne? | Typowe zastosowania |
| AL - Tak (ogólny kanał) | A356 / AlSi7 | I ≈ 6–8; Mg ≈ 0,2–0,5 | Często (Dostępny T6) | Obudowy konstrukcyjne, pompowanie ciał, ogólne odlewy samochodowe |
| Al – Si – Mg (strukturalny, obróbki cieplne) | A356-T6, A357 | I ≈ 6–7; Mg ≈ 0,3–0,6 | Tak (T5/T6) | Składniki zawieszenia, koła, Obudowy transmisyjne |
| Odlew ciśnieniowy Al – Si – Cu / AL - Tak | A380, ADC12, A383 | I ≈ 8–13; Cu ≈ 1–4; Fe kontrolowane | Ograniczony (przeważnie w stanie odlanym lub półstarzonym) | Obudowy cienkościenne, złącza, obudowy konsumenckie |
Al -andi (silnik & stopy o podwyższonej zawartości T) |
Stop 319 | I ~ 6–8; Cu ~ 3–4; Mg mały | Tak (rozwiązanie + starzenie się) | Głowice cylindra, tłoki (z wkładkami), osprzęt silnika |
| Wysoka zawartość Si / stopy nadeutektyczne | AL - Tak (10-20% Tak) | I 10-20; drobne Mg/Cu | Nieco (ograniczony) | Tłoki, powierzchnie ścierne, komponenty o niskiej rozszerzalności |
| Al–Si–Sn / stopy łożyskowe | Warianty łożysk Al – Si – Sn | Proszę o moderację; Sn (±Pb) jako smary stałe | Zazwyczaj nie (miękki jak odlew) | Łożyska zwykłe, tuleje, powierzchnie ślizgowe |
| Specjalny odlew Al o wysokiej wytrzymałości | Warianty Al–Zn–Mg (ograniczone użycie obsady) | Zn, Mg, małe dodatki Cu | Tak (utwardzalne przez starzenie) | Elementy konstrukcyjne o dużej wytrzymałości (nisza/przestrzeń kosmiczna) |
3. Co to jest żeliwo?
Lane żelazo to rodzina stopów żelaza z węglem wytwarzanych przez wlewanie stopionego metalu do form i pozostawienie go do zestalenia.
To, co odróżnia żeliwa od stali, to ich względność wysoka zawartość węgla (zazwyczaj >2.0 wt% c) i obecność węgiel grafitowy w mikrostrukturze odlewanej.
Węgiel występuje powszechnie w postaci grafitu (w kilku morfologiach) lub jako węglik żelaza (cementit) w zależności od składu chemicznego stopu i warunków krzepnięcia.
Grafit – i otaczająca go matryca – kontroluje zachowanie mechaniczne, obrabialność i przestrzeń zastosowań różnych typów żeliwa.
Żeliwo to koń pociągowy ciężkiej pracy, odporne na zużycie i wrażliwe na wibracje zastosowania, ponieważ odlewanie dużych i skomplikowanych kształtów jest ekonomiczne, zapewniają doskonałe tłumienie, i można je dostosować za pomocą chemii i obróbki cieplnej po odlewaniu (NP., Wschodnie temperowanie) do szerokiej gamy nieruchomości.
Kluczowe funkcje
- Morfologia grafitu kontroluje właściwości. Kształt, wielkość i rozmieszczenie grafitu (płatek, sferoidalny, zagęszczony) dominują plastyczność przy rozciąganiu, wytrzymałość, sztywność i obrabialność:
-
- Łuskowaty (szary) grafit zapewnia dobrą obrabialność i tłumienie, ale niższą wytrzymałość na rozciąganie i wrażliwość na karby.
- Sferoidalny (sferoidalny/ciągliwy) grafit zapewnia znacznie większą wytrzymałość na rozciąganie i plastyczność.
- Grafit kompaktowy (CGI) jest pośredni — lepsza wytrzymałość i odporność na zmęczenie cieplne niż żeliwo szare, przy jednoczesnym zachowaniu dobrego tłumienia.
- Doskonałe tłumienie wibracji. Guzki/płatki grafitu zakłócają propagację fali sprężystej, dlatego w przypadku ram obrabiarek preferowane jest żeliwo, bloki silnika i obudowy, w których tłumienie tłumi hałas i wibracje.
- Dobra wytrzymałość na ściskanie i odporność na zużycie. Zwłaszcza w żelazie perlitycznym i białym; nadaje się do łożysk o dużej wytrzymałości, rolki i części eksploatacyjne.
- Stosunkowo kruchy przy napięciu (niektóre oceny). Żeliwo szare jest wrażliwe na karb i wykazuje niskie wydłużenie; żeliwo sferoidalne znacznie poprawia wytrzymałość, ale nadal zachowuje się inaczej niż stale.
- Ekonomiczny w przypadku dużych/skomplikowanych odlewów. Odlewanie piaskowe i formowanie skorupowe są dobrze znane; skurcz, podawanie i kierunkowe krzepnięcie odbywa się za pomocą standardowych technik odlewniczych.
- Szeroka koperta projektowa dzięki obróbce po zestaleniu. Poprzez obróbkę cieplną (normalizacja, hartować, Wschodnie temperowanie) I stop (W, Cr, Mo),
żeliwa można dostosować do różnych gatunków, od bardzo odpornych na zużycie po trudne gatunki konstrukcyjne (NP., ADI — żeliwo sferoidalne hartowane cieplnie). - Dobra stabilność termiczna w wielu gatunkach. Niektóre żeliwa lepiej zachowują stabilność wymiarową i wytrzymałość w podwyższonych temperaturach niż stopy aluminium.
Typowe typy żeliwa
Poniżej znajduje się praktyczne podsumowanie głównych rodzin żeliwa, typowe trendy chemiczne, mikrostruktura i reprezentatywne właściwości / Zastosowania.
| Typ | Typowy skład (ok. wt%) | Kluczowa cecha mikrostruktury | Reprezentatywne zachowanie mechaniczne | Typowe zastosowania |
| Szare żeliwo (GJL / Sklasyfikowane zgodnie z ASTM A48) | C ~3,0–3,8; I ~ 1,5–3,0; Mn ≤0,5; S & Kontrolowane przez P | Płatki grafitu w matrycy ferrytowo-perlitowej | Ogólnie wytrzymałość na rozciąganie ~150–350 MPa (różni się w zależności od klasy); Niskie wydłużenie (<1–3%); doskonałe tłumienie; umiarkowana twardość | Bloki silnika, Bębny hamulcowe, pompowanie obudowa, bazy maszynowe |
| Dukes (guzkowaty) żelazo (GJS / ASTM A536) | C ~3,2–3,8; I ~ 1,8–2,8; Mg ~0,03–0,06 (guzkowaty), ślad Ce/RE | Kulki grafitu sferoidalnego w ferrycie/perlicie | Wysoka wytrzymałość na rozciąganie i plastyczność; wspólne oceny, takie jak 60–40–18 (60 Akcja UTS ≈ 414 MPA, 40 ksi YS ≈ 276 MPA, 18% wydłużenie) | Obudowy na sprzęt, Wale korbowe, odlewy konstrukcyjne o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa |
| Zmierzone grafitowe żelazo (CGI) (GJV) | C ~3,2–3,6; I ~ 1,8–2,6; ślad Mg/RE | Kompaktowy (robaczkowy) grafit — pośredni pomiędzy płatkami a sferoidami | Lepsza wytrzymałość na rozciąganie i odporność na zmęczenie cieplne niż żeliwo szare, z dobrym tłumieniem; UTS w zakresie pośrednim | Bloki silnika Diesla, komponenty wydechowe, bloki cylindrów o dużej wytrzymałości |
| Białe żelazo | C ~2,6–3,6; Jestem niski (<1.0); wysokie szybkości chłodzenia | Cementit / ledeburyt (węglik) — zasadniczo bez grafitu | Bardzo wysoka twardość (często HB kilkaset), doskonała odporność na zużycie ścierne; Niska wytrzymałość | Kruszarki, nosić płyty, wykładziny śrutownicze, środowiska o dużym obciążeniu ściernym |
Żelazo ciągliwe |
Początkowo skład żelaza białego; obróbka cieplna | A zatem odlane jako białe żelazo Wyższywany hartować węgiel w nieregularne agregaty (temperować węgiel) | Łączy w sobie lepszą ciągliwość/wytrzymałość w porównaniu do. szare żelazo; Umiarkowana siła | Małe odlewy wymagające ciągliwości (armatura, wsporniki) |
| Żelazo plastyczne (Adi) | Podstawa z żeliwa sferoidalnego + kontrolowana obróbka cieplna z odpuszczaniem austriackim | Grafit sferoidalny w osnowie ausferrytycznej (ferryt bainityczny + stabilizowany austenit) | Wyjątkowy stosunek wytrzymałości do plastyczności: UTS z ~600 do >1000 MPA z użytecznym wydłużeniem (3–10% w zależności od klasy); Doskonała odporność na zmęczenie | Wysokowydajny układ napędowy, Składniki zawieszenia, Ciężkie maszyny |
| Żeliwa stopowe (NP., Ni-odporny, żelazo o wysokiej zawartości Cr) | Zasada ze znacznym Ni, Cr, Mo dodatki | Matryca dostosowana do odporności na ciepło/korozję; grafit może być obecny lub tłumiony | Specjalna odporność na korozję/utlenianie, lub wytrzymałość w wysokiej temperaturze | Elementy pomp do cieczy korozyjnych, ciała zaworów, części zużywalne o wysokiej temperaturze |
4. Porównanie właściwości mechanicznych
Liczby przedstawiono jako praktyczne, poziom odlewni Typowe zakresy (nie gwarantowane minima/maksima) ponieważ rzeczywiste wartości w dużym stopniu zależą od dokładnego składu chemicznego, trasa castingu, Rozmiar sekcji, i obróbka cieplna.
Typowe zakresy właściwości mechanicznych — reprezentatywne gatunki odlewu aluminiowego i żeliwa
| Tworzywo / Stopień (typowe oznaczenie) | Gęstość (g · cm⁻³) | Moduł Younga (GPA) | Wytrzymałość na rozciąganie, UTS (MPA) | Granica plastyczności (MPA) | Wydłużenie (A, %) | Twardość (Brinell, HB) | Typowe zastosowania |
| A356-T6 (Al – Si – Mg, Odlew aluminiowy poddany obróbce cieplnej) | 2.68–2,72 | 68–72 | 200 - - 320 | 150 - - 260 | 5 - - 12 | 60 - - 110 | Obudowy konstrukcyjne, Huby koła, Obudowy transmisyjne |
| A380 / ADC12 (powszechna rodzina odlewów ciśnieniowych Al – Si, jak cast) | 2.70–2,78 | 68–72 | 160 - - 280 | 100 - - 220 | 1 - - 6 | 70 - - 130 | Obudowy cienkościenne, części konsumenckie, złącza (Die casting) |
| Nadeutektyczny Al – Si (tłok / stopy o niskiej rozszerzalności) | 2.70–2,78 | 68–72 | 150 - - 260 | 100 - - 220 | 1 - - 6 | 80 - - 140 | Tłoki, przesuwane komponenty, części o niskiej rozszerzalności |
| Szare żeliwo (typowa klasa ASTM A48 30) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈207 (≈30 ksi) | - - (brak wyraźnego plonu) | <1 - - 3 | 140 - - 260 | Bloki silnika, Ramy maszynowe, Bębny hamulcowe |
| Szare żeliwo (Klasa ASTM A48 40) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈276 (≈40 ksi) | - - | <1 - - 3 | 160 - - 260 | Obudowy o większej wytrzymałości, pompowanie ciał |
| Dukes (guzkowaty) żelazo — 60–40–18 (ASTM A536) | 7.0–7.3 | 160–180 | ≈414 (60 Ksi) | ≈276 (40 Ksi) | ~ 18 | 160 - - 260 | Obudowy na sprzęt, elementy korby, Odlewy strukturalne |
| Zmierzone grafitowe żelazo (CGI) (typowy zakres) | 7.0–7.3 | 140–170 | 350 - - 500 | 200 - - 380 | 2 - - 8 | 180 - - 300 | Bloki silnika Diesla, komponenty wydechowe (wysoka odporność na zmęczenie cieplne) |
| Biały / Żelazo o wysokiej zawartości Cr (stopnie noszenia) | 7.0–7.3 | 160–200 | niska wytrzymałość na rozciąganie / kruchy | - - | <1 - - 2 | >300 - - 700 | Kruszarki, nosić wkładki, elementy śrutownicze |
5. Rozważania dotyczące procesu termicznego i odlewania
Zachowanie podczas topnienia i krzepnięcia
- Temperatura topnienia / płyn: stopy aluminium topią się w ~ 550–650 ° C. zakres (czyste aluminium 660.3 ° C.).
Żeliwo twardnieje w wyższych temperaturach (~1150–1250 °C w zależności od składu) i tworzy grafit lub cementyt w zależności od składu i szybkości chłodzenia. - Przewodność cieplna: stopy aluminium zazwyczaj przewodzą ciepło znacznie lepiej niż żeliwo (często 2–4× wyższe), co wpływa na chłodzenie formy, szybkość krzepnięcia i zachowanie podczas chłodzenia.
- Skurcz krzepnięcia: typowy skurcz liniowy dla stopów aluminium ~1.3–1,6%; Skurcz żeliwa szarego jest mniejszy (~0.5–1,0%), chociaż mikro- i makroskurcz zależą od grubości przekroju i podawania.
Metody odlewania & typowe zastosowanie
- Rzucać aluminium: powszechnie produkowane przez Die casting (wysoki ciśnienie), Stała pleśń, Niski ciśnienie, I Casting piasku.
Odlewanie ciśnieniowe zapewnia doskonałe wykończenie powierzchni i możliwość tworzenia cienkościennych ścian; Duże uchwyty do odlewania piasku, ciężki, lub skomplikowanych części przy niższych kosztach oprzyrządowania. - Lane żelazo: zazwyczaj Casting piasku (zielono-piaskowy, powłoka) I Lost-Foam/powłoka dla skomplikowanych kształtów.
Odlewy z żeliwa sferoidalnego są zwykle odlewane w piasku. Żeliwo dobrze znosi duże przekroje i ciężkie odlewy.
Tolerancje wymiarowe & Wykończenie powierzchni
- Odlew aluminiowy: najlepsza zdolność wymiarowa tras odlewniczych – typowe tolerancje w zakresie ±0,1–0,5 mm dla wielu wymiarów (zależy od rozmiaru), wykończenie powierzchni Ra często 0.8–3,2 µm jak cast.
- Trwale formowane aluminium: tolerancje ±0,25–1,0 mm, wykończenie powierzchni lepsze niż odlewanie w piasku.
- Żeliwo piaskowe: grubsze tolerancje, zazwyczaj ± 0,5–3,0 mm w zależności od rozmiaru i wykończenia; wykończenie powierzchni jest bardziej szorstkie, Ra często 6–25 µm w postaci odlewu, chyba że poddane obróbce mechanicznej.
- Możliwość pomiaru grubości ścianki: odlewane ciśnieniowo aluminium może wytwarzać cienkie ściany (<2 mm) ekonomicznie;
żeliwo zazwyczaj wymaga grubszych przekrojów, aby uniknąć defektów i zapewnić skurcz, chociaż nowoczesne formowanie pozwala uzyskać umiarkowanie cienkie przekroje małych części.
Skrawalność i operacje wtórne
- Aluminium maszyny z łatwością przy wyższych prędkościach i mniejszych siłach; trwałość narzędzi jest dobra; naddatki na obróbkę są skromne w przypadku części odlewanych ciśnieniowo.
- Lane żelazo maszyn inaczej — żeliwo szare jest stosunkowo łatwe w obróbce, ponieważ grafit działa jako łamacz wiórów i smar;
żeliwo sferoidalne jest twardsze i wymaga innego oprzyrządowania; Podczas skrawania żeliwa często powstają kruche wióry, co wymaga zastosowania narzędzi o odpowiedniej klasie.
6. Odporność na korozję i środowiska pracy
- Rzuć aluminium: naturalnie odporny na korozję dzięki stabilnej warstwie tlenkowej; dobrze radzi sobie w atmosferze, środowiska lekko korozyjne i morskie, jeśli zostanie wybrany odpowiedni stop/powłoka.
Systemy anodowania i malowania dodatkowo poprawiają trwałość i wygląd powierzchni. - Lane żelazo: materiał żelazny podatny na rdzę (utlenianie) w wilgotnym środowisku; wymaga powłok ochronnych (malatura, platerowanie), ochrona katodowa lub stopowanie w celu zapewnienia odporności na korozję.
W niektórych aplikacjach (bloki silnika), żeliwo zachowuje się zadowalająco ze względu na ochronę oleju i kontrolowane środowisko. - Wydajność w wysokiej temperaturze: lane żelazo (szczególnie szary i plastyczny) zachowuje wytrzymałość w podwyższonych temperaturach lepiej niż aluminium.
Wytrzymałość aluminium gwałtownie spada wraz ze wzrostem temperatury powyżej ~150–200°C, ograniczając jego zastosowanie w elementach nagrzanych silnikiem lub narażonych na działanie spalin, chyba że stosuje się specjalne stopy lub chłodzenie.
7. Zalety odlewu aluminiowego w porównaniu z żeliwem
Zalety odlewu aluminiowego
- Oszczędność masy: ~62,5% lżejszy przy równoważnej objętości niż żeliwo — ma to kluczowe znaczenie w transporcie ze względu na oszczędność paliwa.
- Wysoka przewodność cieplna: Lepsze rozpraszanie ciepła (pomocne dla wymienników ciepła, głowice cylindrów w motoryzacji po odpowiednim zaprojektowaniu).
- Dobra odporność na korozję jak cast; opcjonalnie anodowane dla lepszej ochrony i estetyki.
- Cienkościenne i złożone możliwości cienkościenne (zwłaszcza casting) — umożliwia skonsolidowanie części i oszczędności kosztów na wczesnym etapie.
- Korzystna możliwość recyklingu i niższe koszty wysyłki związane z masą.
Zalety żeliwa
- Większa sztywność i tłumienie: dobry do konstrukcji wymagających sztywności i kontroli wibracji (Podstawy narzędzi maszynowych, pompowanie obudowa).
- Doskonała odporność na zużycie i właściwości tribologiczne: Żelazo perlityczne i białe doskonale sprawdzają się w środowiskach ściernych/zużyciowych.
- Wyższa wytrzymałość na ściskanie i stabilność termiczna w podwyższonych temperaturach — stosowany do bloków silników o dużej wytrzymałości, Wkładki cylindrów, i tarcze hamulcowe.
- Zwykle niższy koszt surowca na kg i solidne zachowanie podczas odlewania w przypadku bardzo dużych przekrojów.
8. Ograniczenia odlewu aluminiowego w porównaniu z żeliwem
Ograniczenia odlewów aluminiowych
- Niższa sztywność: wymaga większych przekrojów poprzecznych lub żeber, aby osiągnąć równoważną sztywność - może zmniejszyć niektóre zalety wagowe.
- Niższa wytrzymałość w wysokiej temperaturze: aluminium traci granicę plastyczności w podwyższonych temperaturach szybciej niż żelazo.
- Mniejsza odporność na zużycie: zwykły odlew aluminiowy jest bardziej miękki; wymaga obróbki powierzchni (twarde anodowanie, powłoki) do powierzchni narażonych na zużycie.
- Porowatość i wady gazowe: aluminium jest podatne na porowatość gazową i wady skurczowe, jeśli proces topienia i odlewania nie jest kontrolowany.
Ograniczenia żeliwa
- Ciężki: wyższa gęstość zwiększa masę części - jest to niekorzystne w przypadku zastosowań wrażliwych na wagę.
- Kruche zachowanie przy rozciąganiu: Żeliwo szare wykazuje niską ciągliwość przy rozciąganiu i jest podatne na kruche pękanie pod wpływem uderzenia; projekt musi uwzględniać wrażliwość na karb.
- Koroduje, jeśli nie jest chroniony: wymaga powłok lub zabezpieczenia przed korozją.
- Niższa przewodność cieplna niż Al (wolniejsze odprowadzanie ciepła); może wymagać dostosowania projektu chłodzenia.
9. Odlew aluminiowy kontra żeliwo: Porównanie różnic
| Atrybut | Rzuć aluminium (NP., A356-T6, A380) | Lane żelazo (szary, Dukes) | Praktyczne implikacje |
| Gęstość | ~2,6–2,8 g·cm⁻³ | ~6,8–7,3 g·cm⁻³ | Aluminium jest o ~60–63% lżejsze — to ogromna zaleta w przypadku projektów wrażliwych na wagę. |
| Moduł sprężystości (mi) | ≈ 69–72 GPa | ≈ 100–170 GPa | Żelazo jest 1,5–2,5 razy sztywniejsze; aluminium potrzebuje więcej materiału/żeber, aby dopasować sztywność. |
| Wytrzymałość na rozciąganie (typowy) | A356-T6: ~200–320 MPa; A380: ~160–280 MPa | Szary: ~150–300 MPa; Dukes: ~350–700 MPa | Żeliwo sferoidalne przewyższa Al pod względem wytrzymałości i plastyczności; niektóre stopy Al zbliżają się do niższych wytrzymałości żelaza. |
| Granica plastyczności | ~150–260 MPa (A356-T6) | Szary: brak wyraźnego plonu; Dukes: ~200–300 MPa | Jeśli wymagana jest wyraźna plastyczność i wyższa wytrzymałość statyczna, należy stosować żeliwo sferoidalne. |
| Wydłużenie (plastyczność) | ~5–12% (A356-T6) lub 1–6% (odlewany) | Szary: <1–3%; Dukes: ~10–20% | Żeliwo sferoidalne i aluminium poddane obróbce cieplnej zapewniają dobrą ciągliwość; żeliwo szare jest kruche przy rozciąganiu. |
| Twardość / nosić | HB ≈ 60–130 (zależny od stopu) | HB ≈ 140–260 (szary); >300 (biały/perlityczny) | Żelazo, zwłaszcza gatunki perlityczne/białe, najlepsze w przypadku zużycia ściernego. Aluminium wymaga powłok/wkładek ze względu na zużycie. |
| Przewodność cieplna | ~80–180 W·m⁻¹·K⁻¹ (zależny od stopu) | ~30–60 W·m⁻¹·K⁻¹ | Aluminium preferowane na części rozpraszające ciepło (Rozbadane, obudowy). |
| Stabilność termiczna / wysoka wytrzymałość T | Wytrzymałość szybko spada powyżej ~ 150–200 ° C | Lepsze utrzymanie wytrzymałości w wysokiej temperaturze | Do przenoszenia obciążeń w podwyższonej temperaturze używaj żelaza. |
| Tłumienie / wibracja | Umiarkowany | Doskonały (zwłaszcza szare żelazo) | Żelazo preferowane do ram maszyn, podstawy i komponenty, w których liczy się tłumienie drgań. |
| Wydajność / możliwość wykonywania cienkościennych ścian | Doskonały (Die casting; cienkie ściany <2 możliwe) | Ograniczone — lepsze w przypadku grubszych sekcji | Aluminium umożliwia konsolidację, lekkie, cienkościenne części; prasować lepiej w przypadku ciężkich sekcji. |
Wykończenie powierzchni & tolerancje (jak cast) |
Odlew: dobre wykończenie, wąskie tolerancje | Odlew piaskowy: bardziej szorstki, szersze tolerancje | Odlewanie ciśnieniowe obniża obróbkę końcową; żeliwo piaskowe często wymaga większej obróbki. |
| Maszyna | Łatwy, wysokie wskaźniki usuwania; niskie zużycie narzędzia | Dobrze obrabia się żeliwo szare (grafit pomaga w tworzeniu wiórów); żeliwo sferoidalne trudniejsze dla narzędzi | Aluminium skraca czas cykli obróbki; żelazo może wymagać mocniejszego oprzyrządowania, ale szare żelazko tnie czysto. |
| Odporność na korozję | Dobry (tlenek ochronny); dodatkowo udoskonalone poprzez anodowanie/powłoki | Słaba w środowiskach mokrych/chlorkowych bez zabezpieczenia | Aluminium często wymaga mniejszej ochrony przed korozją; żelazo musi być malowane/platerowane lub stopowane. |
| Recyklabalność | Doskonały; energia przetapiania niższa na kg niż pierwotna | Doskonały; wysoce nadający się do recyklingu | Obydwa mają wysoką wartość złomu; oszczędność energii w aluminium na kilogram masy w porównaniu z produkcją pierwotną. |
| Typowe rozważania dotyczące kosztów | Wyższe $/kg, ale niższa masa może obniżyć koszt systemu; wysokie oprzyrządowanie do odlewania ciśnieniowego | Niższe $/kg; niskie oprzyrządowanie do odlewania piasku dla małych objętości | Wybierz na podstawie masy części, objętość i wymagane wykończenie. |
| Typowe zastosowania | Obudowy motoryzacyjne, Rozbadane, Lekkie części strukturalne | Bloki silnika, bazy maszynowe, nosić części, ciężkie obudowy | Dopasuj materiał do priorytetów funkcjonalnych — waga vs sztywność/zużycie. |
Wskazówki dotyczące wyboru (praktyczne zasady)
- Wybierz odlew aluminiowy, kiedy: redukcja masy, rozpraszanie ciepła, Głównymi czynnikami decydującymi są odporność na korozję i konsolidacja cech cienkościennych (NP., elementy karoserii pojazdów, Rozbadane, lekkie obudowy).
W przypadku dużych objętości i cienkościennych elementów należy stosować odlewy ciśnieniowe z aluminium, części bogate w funkcje; użyj A356-T6, gdy wymagane są wyższe właściwości konstrukcyjne i obróbka cieplna. - Wybierz żeliwo, kiedy: sztywność, tłumienie, odporność na zużycie lub podwyższone temperatury pracy są najważniejsze (NP., Podstawy narzędzi maszynowych, Składniki hamulcowe, obudowy o dużej wytrzymałości, wykładziny ścierne).
Wybierz żeliwo sferoidalne do części konstrukcyjnych, które wymagają wytrzymałości i pewnej ciągliwości przy rozciąganiu.
Do tłumienia i obrabialności używaj żeliwa szarego (do ciężkich operacji obróbczych) są ważne, a plastyczność przy rozciąganiu jest mniej krytyczna. - Kiedy masz wątpliwości, ocenić kompromisy na poziomie systemu: cięższa część żelazna może być tańsza w przeliczeniu na kilogram, ale zwiększa koszty późniejsze (zużycie paliwa, obsługiwanie, instalacja);
odwrotnie, aluminium może zmniejszyć masę systemu, ale może wymagać większych przekrojów lub wkładek, aby osiągnąć docelową sztywność/trwałość zużycia — wykonaj masę na poziomie części, porównanie sztywności i kosztów.
10. Wniosek
Odlew aluminiowy i żeliwo są materiałami uzupełniającymi, każdy z nich doskonale sprawdza się w scenariuszach, w których ich unikalne właściwości odpowiadają wymaganiom aplikacji.
W odlewach aluminiowych dominuje lekkość, sektory o wysokiej wydajności (samochodowe pojazdy elektryczne, lotniczy, Elektronika konsumpcyjna) dzięki stosunkowi wytrzymałości do masy, przewodność cieplna, i złożoną lejność. </przęsło>
Żeliwo pozostaje niezastąpione w ciężkich warunkach, zastosowań wrażliwych na koszty (narzędzia maszynowe, rury budowlane, tradycyjne silniki) ze względu na odporność na zużycie, Tłumienie wibracji, i niski koszt.</przęsło>
FAQ
O ile lżejsza jest część z odlewu aluminiowego niż część z żeliwa o tej samej objętości?
Typowe gęstości: aluminium ~2,7 g/cm3 vs żeliwo ~7,2 g/cm3. Dla równej objętości komponentu, Aluminium jest o 62.5% zapalniczka (TJ., masa aluminium o tej samej objętości = 37.5% masy żeliwnej).
Czy aluminium może zastąpić żeliwo w blokach silnika??
Aluminium jest szeroko stosowane w nowoczesnych blokach silników i głowicach cylindrów, aby zmniejszyć wagę.
Wymiana żelaza wymaga starannego zaprojektowania pod kątem sztywności, Rozszerzanie termiczne, strategie tulei cylindrowych (NP., wkłady odlewane, żelazne rękawy) oraz dbałość o zmęczenie i zużycie.
Do zastosowań wymagających dużych obciążeń lub wysokich temperatur, preferowane może być żeliwo lub specjalne stopy/konstrukcje aluminium.
Co jest tańsze: odlew aluminiowy lub żeliwo?
Na za kilogram podstawa, żelazo jest zwykle tańsze; na na część podstawa odpowiedź zależy od objętości, obróbka (matryce do odlewania ciśnieniowego są drogie), czas obróbki, oraz koszty systemu zależne od masy (NP., zużycie paliwa w pojazdach).
Dla wysokich woluminów, odlewane ciśnieniowo aluminium może być ekonomiczne pomimo wyższych kosztów materiałów.
Który materiał jest lepiej odporny na zużycie?
Lane żelazo (szczególnie perlityczne lub białe żelazo) generalnie wykazuje lepszą odporność na zużycie w porównaniu z aluminium odlewanym.
Aluminium można poddać obróbce powierzchniowej lub powlekać w celu zastosowania w zastosowaniach związanych ze zużyciem, ale rzadko pasuje do hartowanego żelaza bez dodatkowych procesów.
Rdzewieje odlewane aluminium?
Aluminium nie rdzewieje jak żelazo; tworzy warstwę tlenku, która chroni go przed dalszą korozją. Pod pewnymi warunkami (Ekspozycja na chlorek, Łączenie galwaniczne) aluminium może korodować i może wymagać powłok lub ochrony katodowej.
