Fundição de alumínio: Processos, Propriedades, e aplicações

1. Introdução

Fundição de alumínio é um processo de fabricação fundamental que envolve fusão de ligas de alumínio e formá -las em formas precisas usando várias técnicas de moldagem.

Este método desempenha um papel crítico na produção de complexo, leve, e componentes resistentes à corrosão em um amplo espectro de indústrias, incluindo automotivo, Aeroespacial, eletrônica, e energia renovável.

Como a demanda por eficiência energética, Produtos de alto desempenho continuam a subir, fundição de alumínio ganhou destaque devido ao alumínio proporção de força / peso favorável, Excelente condutividade térmica, e Reciclabalidade.

Por exemplo, no setor automotivo, As peças fundidas de alumínio são fundamentais na redução do peso do veículo e na melhoria da eficiência de combustível ou na faixa de bateria em veículos elétricos.

2. O que é fundição de alumínio?

Fundição de alumínio é um processo de fabricação no qual as ligas fundidas à base de alumínio ou alumínio são derramadas em um molde para formar uma forma desejada após a solidificação.

Esta técnica é fundamental para a fabricação moderna devido às propriedades favoráveis do alumínio - leve, Resistência à corrosão, condutividade térmica, e alta reciclabilidade.

O processo de fundição permite a produção de geometrias complexas com resíduos de material relativamente baixo, tornando-o uma solução econômica para indústrias que variam de automotivo e Aeroespacial para eletrônica, energia, e construção.

Existem vários métodos de fundição de alumínio - como fundição de areia, morrer de elenco, e elenco de investimento- Cada otimizado para aplicações específicas com base no volume de produção, acabamento superficial, e requisitos de precisão dimensional.

3. Ligas de fundição de alumínio e suas propriedades

Alumínio As ligas de fundição são projetadas especificamente para processamento de metal fundido e oferece uma combinação única de força, Resistência à corrosão, fluidez, e maquiagem.

Essas ligas são normalmente classificadas com base em seus Composição química, Resposta ao tratamento térmico, e desempenho de elenco.

Classificação de ligas de fundição de alumínio

As ligas de fundição de alumínio se enquadram em duas categorias principais:

• Ligas transparentes térmicas
  Essas ligas ganham força através do tratamento térmico da solução e envelhecimento artificial (Por exemplo, T6 Temper). Comum em peças estruturais e automotivas.
• Ligas não tratáveis com calor
  Fortalecido pelo endurecimento da solução sólida ou endurecimento por tensão, Eles são mais fáceis de lançar e frequentemente usados em componentes de uso geral.

Adicionalmente, eles são agrupados por série de acordo com o Associação de Alumínio Sistema de Classificação (Por exemplo, 3xx.x, 5xx.x, A356, ADC12):

4. Métodos de fundição de alumínio

Os métodos de fundição de alumínio são diversos e adaptados aos requisitos específicos da geometria, volume, custo, acabamento superficial, e desempenho mecânico.

Cada processo tem pontos fortes e limitações únicos, Tornar a seleção do método um fator crítico no design do produto e na eficiência de fabricação.

Fundição de areia de alumínio

Fundição de areia é um dos processos de fundição mais antigos e versáteis. Envolve embalar uma mistura de areia em torno de um padrão para criar uma cavidade de molde, que é então preenchido com alumínio fundido.

O molde de areia é normalmente feito de areia de sílica ligada a argila ou resina e é quebrada após a solidificação para recuperar a parte.

Os padrões podem ser reutilizados, e núcleos podem ser inseridos para cavidades internas.

Este método é adequado para grandes componentes e produção de pequenos lotes.

Oferece grande flexibilidade na seleção de ligas e acomoda uma ampla gama de formas e tamanhos - de pequenos colchetes a grandes caixas de bomba ou blocos de motor pesando várias toneladas.

Fundição de matriz de alumínio

Fundição de dado de alta pressão (HPDC) & Fundição de matriz de baixa pressão (LPDC)

Morrer de elenco envolve injetar alumínio fundido em moldes de aço (morre) sob pressão controlada.

Em hpdc, O alumínio é forçado a entrar na cavidade do dado em pressões que normalmente variavam de 1,500 para 25,000 psi, resultando em excelente acabamento superficial e precisão dimensional.

Em contraste, LPDC usa pressão de gás (geralmente ~ 0,7 bar) para empurrar suavemente o metal fundido para o molde de baixo, Reduzir a turbulência e melhorar a integridade estrutural.

A fundição é usada principalmente em ambientes de produção em massa devido aos seus tempos de ciclo rápido, tolerâncias apertadas, e repetibilidade.

No entanto, Requer investimento significativo em ferramentas de matriz e é limitado principalmente a ligas de alumínio específicas otimizadas para castabilidade e comportamento térmico (Por exemplo, ADC12, A380).

Fundição de investimentos em alumínio (Elenco de cera perdida)

Fundição de investimento oferece precisão superior usando padrões de cera descartáveis revestidos com material de cerâmica refratária para formar um molde.

Uma vez que a cerâmica endurece, A cera é derretida e substituída por alumínio fundido. A concha de cerâmica é quebrada após a solidificação.

Este processo é ideal para geometrias complexas, paredes finas, e detalhes finos que seriam difíceis ou impossíveis de alcançar com outros métodos de elenco.

É comumente usado no aeroespacial, defesa, e componentes industriais de ponta, onde a precisão e a integridade do material são críticas. A capacidade de lançar peças de forma próxima à rede reduz significativamente os requisitos de usinagem.

Fundição de moldes permanentes de alumínio (Gravity Die Casting)

A fundição permanente de moldes usa moldes de aço ou ferro não excedentes para produzir fundidas de volume de médio a alto.

O alumínio fundido é derramado no molde sob gravidade, sem o uso de pressão externa. Os moldes são frequentemente pré -aquecidos e revestidos com materiais refratários para melhorar o fluxo, acabamento superficial, e mofo longevidade.

Comparado ao elenco de areia, Este método oferece melhor estabilidade dimensional, acabamento superficial, e propriedades mecânicas devido ao resfriamento mais rápido e mais estrutura de grão uniforme.

Normalmente é usado para peças automotivas, Altas de equipamento, e componentes de iluminação. Inserções principais podem ser usadas para criar recursos internos.

Métodos especializados de fundição de alumínio

Elenco centrífugo

A fundição centrífuga usa um molde rotativo rapidamente para distribuir alumínio fundido para fora por força centrífuga.

Este método é adequado principalmente para componentes cilíndricos, como tubos, anéis, buchas, e mangas. O processo elimina o aprisionamento e impurezas de gás, produzindo um denso, Camada externa de grão fino.

O processo é adequado para produzir componentes sem costura que requerem alta integridade e resistência ao desgaste.

Squeeze fundição

A fundição do Squeeze combina as vantagens de forjar e fundir o elenco. O alumínio fundido é derramado em um dado pré -aquecido e compactado com alta pressão (Normalmente, 10.000 a 20.000 psi) Durante a solidificação.

A pressão elimina a porosidade do gás e refina a estrutura de grãos, resultando em peças fundidas com propriedades que se aproximam.

A fundição do Squeeze é particularmente valiosa em aplicações automotivas para componentes críticos, como armas de suspensão, arejando as juntas, e suportes de alta resistência.

Tabela de comparação: Métodos de fundição de alumínio

5. Propriedades mecânicas e físicas do alumínio fundido

As ligas de alumínio fundidas são amplamente utilizadas entre as indústrias devido à sua excelente combinação de desempenho mecânico, Características leves, e resistência à corrosão.

No entanto, As propriedades variam dependendo do método de fundição, Tipo de liga, e tratamento térmico.

6. Operações pós-fundindo de fundição de alumínio

Depois que as peças fundidas de alumínio são produzidas, Eles geralmente exigem vários processos de pós-fundição para aprimorar suas propriedades mecânicas, qualidade da superfície, precisão dimensional, e desempenho geral.

Essas operações são cruciais para atender às especificações do setor e requisitos funcionais.

Tratamento térmico

• Propósito: Tratamento térmico modifica a microestrutura de ligas de alumínio para melhorar a força, dureza, e ductilidade. Os tratamentos térmicos comuns incluem a solução de solução, Tireização, e envelhecimento.
• Tipos de tratamento térmico típicos:

• • T5: Envelhecimento artificial após lançar sem tratamento de solução anterior. Usado para aumentar a força moderadamente.
  • T6: Tratamento térmico da solução seguido de envelhecimento artificial. Amplamente aplicado a ligas como o A356 para alcançar o pico de resistência e resistência à fadiga.
  • T7: O excesso de envelhecimento para melhorar a resistência à corrosão e a estabilidade dimensional em algumas custas de força.

• Efeito: O tratamento térmico aumenta significativamente as forças de tração e escoamento (Por exemplo, A 356-T6 resistência à tração pode atingir ~ 250 MPa), melhora o alongamento, e estabiliza a estrutura de fundição.

Acabamento superficial

• Tiro de jateamento/explosão de areia: Limpeza mecânica para remover areia, escala, e irregularidades da superfície, Melhorando a adesão de tinta ou acabamento estético.
• Anodizando: Tratamento eletroquímico para criar uma camada de óxido durável para resistência à corrosão e dureza da superfície, Freqüentemente usado em aplicações aeroespaciais e arquitetônicas.
• Pintura e revestimento em pó: Fornece proteção contra corrosão e personalização de cores, essencial para produtos automotivos e de consumo.
• Usinagem: A usinagem de precisão refina dimensões, atinge tolerâncias apertadas, e fornece superfícies funcionais (Por exemplo, faces de vedação ou superfícies de rolamento).

• • Os parâmetros especiais de ferramentas e corte são necessários devido à suavidade e tendência do alumínio a galões ou grudam em ferramentas de corte.

• Polimento e polimento: Aplicado para acabamentos decorativos ou funcionais, especialmente em caixas eletrônicas ou bens de consumo.

Considerações de usinagem

• Ligas de alumínio geralmente usam bem, Mas o controle de chips e a vida da ferramenta dependem da composição da liga e da qualidade do elenco.
• Uso de carboneto ou ferramentas revestidas (Estanho, Tialn) estende a vida da ferramenta e melhora o acabamento da superfície.
• As permissões de usinagem são consideradas durante o design de fundição para acomodar a remoção de material.

Testes não destrutivos (Ndt)

• Propósito: Garante a integridade de elenco, detectando defeitos internos ou falhas de superfície sem danificar a parte.
• Métodos NDT comuns:

• • Radiografia de raios-X: Detecta porosidade interna, Cavidades de encolhimento, e inclusões.
  • Teste ultrassônico: Identifica rachaduras ou delaminações subterrâneas.
  • Inspeção penetrante de corante: Usado para revelar rachaduras e fissuras de superfície.

• A implementação do NDT garante a conformidade com os padrões de qualidade (Por exemplo, ASTM B108 para peças fundidas de alumínio) e evita falhas prematuras no serviço.

7. Defeitos no elenco de alumínio e sua prevenção

• Porosidade:

• • Porosidade do gás: Hidrogênio da umidade; evitado por desgaseificação (purga de nitrogênio/argônio) para <0.15 CC/100G H₂.
  • Porosidade de encolhimento: Design de riser ruim; fixado por simulação (Por exemplo, Magmasoft) Para garantir a solidificação direcional.

• Inclusões: Óxidos/partículas de areia; filtrado por filtros de espuma de cerâmica (20–50 ppi) para remover >90% de inclusões ≥50 μm.
• Lágrimas quentes: Tensão durante a solidificação; impedido por cantos arredondados, espessura uniforme da parede, e resfriamento mais lento.
• Cold Fechs: Recheio incompleto de molde; Fixo aumentando a temperatura de vazamento (5–10 ° C.) ou taxa (0.5–2 kg/segundo).

8. Vantagens e limitações

Vantagens de fundição de alumínio

• Leve: O alumínio tem uma baixa densidade (~ 2,7 g/cm³), permitindo a produção de componentes mais leves, O que é crítico nas indústrias automotivas e aeroespaciais para melhorar a eficiência e o desempenho de combustível.
• Excelente resistência à corrosão: Naturalmente forma uma camada de óxido protetor, oferecendo boa resistência a ambientes atmosféricos e químicos, reduzindo os custos de manutenção.
• Boa condutividade térmica e elétrica: Peças fundidas de alumínio são amplamente utilizadas para dissipadores de calor, Estados elétricos, e componentes que exigem dissipação de calor eficiente.
• Alta proporção de força / peso: Especialmente quando tratado térmico (Por exemplo, Condição T6), Castões de alumínio alcançam fortes propriedades mecânicas adequadas para peças estruturais.
• Métodos de fundição versáteis: O alumínio é compatível com uma variedade de processos de fundição, Do moldagem de areia ao elenco de alta precisão, permitindo formas complexas e grandes volumes de produção.
• Boa máquinabilidade: As ligas de alumínio geralmente usam bem com menos desgaste da ferramenta e velocidades de corte mais rápidas em comparação com metais ferrosos.
• Reciclabalidade: O alumínio é altamente reciclável sem perda de propriedades, apoiando a fabricação sustentável.

Limitações de fundição de alumínio

• Ponto de fusão mais baixo: Alumínio derrete a cerca de 660 ° C, que limita seu uso em aplicações de alta temperatura em comparação com aços ou super-loys.
• Problemas de porosidade: As peças fundidas de alumínio são propensas à porosidade do gás e defeitos de encolhimento se não forem devidamente controlados, potencialmente comprometer a integridade mecânica.
• Menor resistência ao desgaste: Comparado aos metais ferrosos, As ligas de alumínio exibem menor dureza e resistência ao desgaste, que pode limitar aplicativos em ambientes abrasivos.
• Custo de ferramentas para fundição: Altos custos de ferramentas e moldes restringem a fundição de matrizes para a produção de alto volume.
• Expansão térmica: O alumínio tem um coeficiente relativamente alto de expansão térmica, que podem causar instabilidade dimensional em componentes de precisão expostos a flutuações de temperatura.
• Uso limitado em ambientes altamente corrosivos: Embora seja resistente à corrosão, As ligas de alumínio podem não ser adequadas para condições altamente ácidas ou alcalinas sem revestimentos protetores.

9. Aplicações industriais de peças fundidas de alumínio

• Automotivo: Cabeças de cilindro, Blocos do motor, Capas de transmissão, rodas
• Aeroespacial: Suportes leves, caixas, quadros estruturais
• Eletrônica: Estados térmicos, dissipadores de calor que requerem alta condutividade térmica
• Marinho: Acessórios resistentes à corrosão, Altas da bomba
• Energia: Cubs de turbina eólica, Quadros de lâmpada LED
• Construção & Arquitetura: Fachadas decorativas, Perfis estruturais, Componentes da parede de cortina

10. Fundição de alumínio vs.. Outros materiais de fundição

A fundição de alumínio é frequentemente comparada com outros materiais de fundição comuns, como ferro fundido, magnésio, e zinco.

Cada material oferece vantagens e limitações distintas, dependendo dos requisitos de aplicação, como força, peso, Resistência à corrosão, custo, e fabricação.

Resumo:

• Alumínio vs.. Ferro fundido: A baixa densidade do alumínio o torna ideal onde a redução de peso é crítica, como setores automotivo e aeroespacial.
  O ferro fundido se destaca em resistência ao desgaste e força de alta temperatura, mas é muito mais pesada e propensa a ferrugem, Limitando seu uso em aplicações leves ou sensíveis à corrosão.
• Alumínio vs.. Magnésio: O magnésio é ainda mais leve que o alumínio, mas tem menor resistência à resistência e corrosão, restringindo seu uso a muito leve, ambientes não corrosivos.
  A fundição de magnésio pode ser mais cara e requer manuseio rigoroso devido a preocupações com inflamabilidade.
• Alumínio vs.. Zinco: As ligas de zinco oferecem excelente precisão dimensional e acabamento superficial a baixo custo, ideal para pequeno, peças detalhadas.
  No entanto, O zinco é muito mais pesado e menos resistente à corrosão que o alumínio, Limitando seu uso em aplicações estruturais ou externas.

11. Conclusão

Fundição de alumínio oferece versátil, produção econômica de leve, Termicamente condutor, e partes resistentes à corrosão.

Com cuidadosa seleção de liga (Por exemplo, A356, A319), escolha de processo, e mitigação de defeitos, O alumínio fundido oferece alto desempenho através automotivo, Aeroespacial, marinho, eletrônica, e construção setores.

À medida que a sustentabilidade e o design leve se tornam críticos, fundição de alumínio continua a prosperar.

Perguntas frequentes

Qual é a liga de fundição de alumínio mais forte?

206-A liga T6 oferece a maior resistência à tração (345 MPA) entre ligas de fundição comuns, Usado em aplicações aeroespacial e de alta estresse.

As peças fundidas de alumínio podem ser soldadas?

Sim, Mas com cautela. Ligas transparentes térmicas (Por exemplo, 356) pode perder força na zona afetada pelo calor; soldagem com 4043 O metal de enchimento minimiza esse efeito.

Como a fundição de alumínio se compara ao forjamento de alumínio?

O elenco produz formas complexas em um passo (Por exemplo, Blocos do motor) mas tem menor força do que forjar. A forjamento é melhor para peças de alta estresse (Por exemplo, eixos de manivela) mas custa 2-3 × mais.

O que causa porosidade em peças fundidas de alumínio?

Aprisionamento de gás (hidrogênio da umidade) ou encolhimento durante a solidificação. Die Casting é mais propenso, Mas o elenco assistido a vácuo reduz a porosidade para <0.5%.

As peças fundidas de alumínio são adequadas para uso ao ar livre?

Sim. Ligas como 5083 (grau marítimo) Resista à corrosão da água salgada, com uma vida de serviço de 20+ anos em ambientes costeiros.