Tabuľka obsahu
Ukázať
1. Zavedenie
Hliníkový odliatok a liatina sú dva najpoužívanejšie odlievacie materiály v priemysle.
Obidve ponúkajú spôsoby výroby zložitých komponentov sieťového tvaru, ale zásadne sa líšia hustotou, tuhosť, silové režimy, tepelné správanie, metódy obsadenia, odolnosť proti korózii a náklady na životný cyklus.
Výber medzi nimi je kompromisom medzi hmotnosťou, tuhosť, odpor, machináovateľnosť, náklady a prevádzkové prostredie.
Tento článok porovnáva tieto dva naprieč technickými osami a poskytuje použiteľné údaje a návod na výber.
2. Čo je liaty hliník?
Hliník sa týka komponentov vyrobených liatím roztaveného hliníka (alebo hliníkovej zliatiny) do formy a nechať stuhnúť do konečnej alebo takmer konečnej geometrie.
Pretože hliník má relatívne nízku teplotu topenia, dobrá tekutosť v legovanej forme, a nízkou hustotou, liaty hliník je preferovanou voľbou tam, kde je zložitá geometria, ľahká váha, dôležitá je tepelná vodivosť alebo odolnosť proti korózii.
Spôsoby odlievania hliníka zahŕňajú liatie pod vysokým tlakom, nízkotlakové a gravitačné liatie do trvalej formy, odlievanie piesku, a investície (stratený vosk) odlievanie; každá cesta dáva iné limity hrúbky steny, povrchová úprava, rozmerová presnosť a mechanické vlastnosti.
Funkcie
- Ľahký: hustota ≈ 2.6-2,8 g/cm³ (zvyčajne 2.70 g/cm³).
- Nízky modul pružnosti: Youngov modul ≈ 69-72 GPa (≈ 69 Typické GPa).
- Dobrá tepelná vodivosť: zliatiny sa líšia, ale často 100–200 W·m⁻¹·K⁻¹; čistý hliník je ~237 W·m⁻¹·K⁻¹.
- Dobrý odolnosť proti korózii: vytvára stabilný oxidový film; správanie sa zlepšilo eloxovaním alebo povlakmi.
- Tvárne lomové správanie: mnohé liate zliatiny Al sú primerane ťažné (v závislosti od zliatiny a tepelného spracovania).
- Ľahko opracovateľné: pomerne nízke rezné sily a dobrá obrobiteľnosť pre mnohé zliatiny.
- Recyklovateľný: hliník je vysoko recyklovateľný s relatívne nízkou energiou na pretavenie oproti primárnej výrobe.
Bežné hliníkové zliatiny (typické liate rodiny)
| Zliatinová rodina (typické meno) | Reprezentatívne stupne / obchodné názvy | Kľúčové legujúce prvky (7%) | Tepelne liečiteľný? | Typické aplikácie |
| Al - áno (všeobecný) | A356 / AlSi7 | A ≈ 6.–8; Mg ≈ 0,2–0,5 | Často (T6 k dispozícii) | Konštrukčné kryty, pumpové telá, všeobecné automobilové odliatky |
| Al–Si–Mg (štrukturálny, tepelne liečiteľný) | A356-T6, A357 | A ≈ 6.–7; Mg ≈ 0,3–0,6 | Áno (T5/T6) | Zavesenie, kolesá, prevodovka |
| Tlakové liatie Al-Si-Cu / Al - áno | A380, ADC12, A383 | A ≈ 8–13; Cu ≈ 1–4; Fe kontrolované | Obmedzený (väčšinou ako odliate alebo polostaré) | Tenkostenné puzdrá, konektory, spotrebiteľské obaly |
Al -andi (motora & zliatiny so zvýšeným T) |
Zliať 319 | A ~ 6-8; Cu ~3–4; Mg malý | Áno (riešenie + starnutie) | Hlava valca, piesty (s vložkami), hardvér motora |
| High-Si / hypereutektické zliatiny | Al - áno (10-20% Áno) | A 10-20; minoritný Mg/Cu | trochu (obmedzený) | Piesty, opotrebované povrchy, komponenty s nízkou rozťažnosťou |
| Al–Si–Sn / ložiskové zliatiny | Varianty ložísk Al–Si–Sn | Prosím moderovať; Sn (±Pb) ako tuhé mazivá | Typicky nie (mäkký ako odliatok) | Klzné ložiská, puzdro, klzné plochy |
| Špeciálny vysokopevnostný odliatok Al | Al–Zn–Mg varianty (obmedzené použitie odliatku) | Zn, Mg, malé Cu prídavky | Áno (vekom vytvrditeľné) | Vysokopevnostné konštrukčné diely (výklenok/letecký priestor) |
3. Čo je liatina?
Liatina je skupina železo-uhlíkových zliatin vyrábaných nalievaním roztaveného kovu do foriem a ponechaním stuhnúť.
To, čo odlišuje liatiny od ocelí, je ich relatívnosť vysoký obsah uhlíka (zvyčajne >2.0 WT% C) a prítomnosť grafitický uhlík v odliatej mikroštruktúre.
Uhlík sa bežne vyskytuje ako grafit (v niekoľkých morfológiách) alebo ako karbid železa (cementit) v závislosti od chémie zliatiny a podmienok tuhnutia.
Tento grafit - a matrica, ktorá ho obklopuje - riadi mechanické správanie, opracovateľnosť a aplikačný priestor rôznych druhov liatiny.
Liatiny sú ťahúňmi ťažkých, aplikácie odolné voči opotrebeniu a citlivé na vibrácie, pretože sú ekonomické na odlievanie veľkých alebo zložitých tvarov, ponúkajú vynikajúce tlmenie, a môžu byť prispôsobené pomocou chémie a tepelného spracovania po odlievaní (Napr., východné temperovanie) na širokú škálu vlastností.
Kľúčové funkcie
- Morfológia grafitu riadi vlastnosti. Tvar, veľkosť a rozloženie grafitu (vločka, guľovitý, zhutnený) dominuje ťahová ťažnosť, tvrdosť, tuhosť a opracovateľnosť:
-
- Šupinatá (šedý) grafit poskytuje dobrú opracovateľnosť a tlmenie, ale nižšiu pevnosť v ťahu a citlivosť na vrub.
- Sféroidný (nodulárny/tvárny) grafit poskytuje oveľa vyššiu pevnosť v ťahu a ťažnosť.
- Lisovaný grafit (Cgi) je stredná – lepšia pevnosť a odolnosť proti tepelnej únave ako šedá liatina pri zachovaní dobrého tlmenia.
- Vynikajúce tlmenie vibrácií. Grafitové uzlíky/vločky prerušujú šírenie elastických vĺn, preto sa pre rámy obrábacích strojov uprednostňujú liatiny, bloky a skrine motora, kde tlmenie potláča hluk a vibrácie.
- Dobrá pevnosť v tlaku a odolnosť proti opotrebovaniu. Najmä v perlitických a bielych žehličkách; vhodné pre ložiská s vysokým zaťažením, valčeky a diely podliehajúce opotrebovaniu.
- Pomerne krehký v ťahu (niektoré známky). Šedá liatina je citlivá na vrub a vykazuje nízku ťažnosť; tvárna liatina výrazne zlepšuje húževnatosť, ale stále sa správa inak ako ocele.
- Ekonomický pre veľké/komplexné odliatky. Odlievanie do piesku a tvarovanie škrupín sú dobre zavedené; zhoršenie, kŕmenie a smerové tuhnutie sa riadi štandardnými zlievarenskými technikami.
- Široký dizajnový obal vďaka úprave po stuhnutí. Prostredníctvom tepelných úprav (normalizácia, žíhať, východné temperovanie) a zliatinový (V, Cr, Mí),
liatiny môžu byť prispôsobené od tried s veľmi tvrdým opotrebovaním až po odolné konštrukčné triedy (Napr., ADI – temperovaná tvárna liatina). - Dobrá tepelná stabilita v mnohých triedach. Niektoré liatiny si zachovávajú rozmerovú stabilitu a pevnosť pri zvýšených teplotách lepšie ako hliníkové zliatiny.
Bežné liatinové typy
Nižšie je uvedený praktický prehľad hlavných liatinových rodín, typické chemické trendy, mikroštruktúra a reprezentatívne vlastnosti / žiadosti.
| Typ | Typické zloženie (približne. 7%) | Kľúčová vlastnosť mikroštruktúry | Reprezentatívne mechanické správanie | Typické aplikácie |
| Šedá liatina (GJL / Klasifikované podľa ASTM A48) | C ~3,0–3,8; A ~1,5–3,0; Mn ≤ 0,5; Siež & P riadené | Grafitové vločky vo feritovej/perlitovej matrici | Pevnosť v ťahu široko ~150–350 MPa (sa líši podľa triedy); nízky predĺženie (<1–3%); vynikajúce tlmenie; stredná tvrdosť | Blok, brzdové bubny, čerpacie puzdrá, strojové základne |
| Vojvodka (nodulárny) žehlička (Gjs / ASTM A536) | C ~3,2–3,8; A ~1,8–2,8; Mg ~0,03-0,06 (nodularizujúce), stopa Ce/RE | Guľôčkové grafitové uzliny vo ferite/perlite | Vysoká pevnosť v ťahu a ťažnosť; bežné známky ako 60–40–18 (60 Akcia UTS ≈ 414 MPA, 40 ksi YS ≈ 276 MPA, 18% predĺženie) | Prevodové kryty, kľukové hriadeľ, konštrukčné odliatky kritické z hľadiska bezpečnosti |
| Zhutnené grafitové železo (Cgi) (GJV) | C ~3,2–3,6; A ~1,8–2,6; stopový Mg/RE | Kompaktný (vermikulárny) grafit — medzistupeň medzi vločkami a sféroidmi | Lepšia pevnosť v ťahu a tepelná odolnosť ako šedá liatina, s dobrým tlmením; UTS v strednom rozsahu | Bloky, komponenty výfuku, vysokovýkonné bloky valcov |
| Biele železo | C ~2,6–3,6; Si nízka (<1.0); vysoké rýchlosti chladenia | Cementit / ledeburit (karbid) — v podstate žiadny grafit | Veľmi vysoká tvrdosť (často HB niekoľko stoviek), vynikajúca odolnosť proti abrazívnemu opotrebovaniu; nízka húževnatosť | Drviče, nosiť, brokované vložky, prostredie so silným odieraním |
Kujné železo |
Spočiatku zloženie bieleho železa; tepelný | Potom odliate ako biele železo žíhaný temperovať uhlík do nepravidelných agregátov (temperovací uhlík) | Kombinuje zlepšenú ťažnosť/húževnatosť vs. šedá železo; mierna sila | Malé odliatky vyžadujúce ťažnosť (príslušenstvo, zátvorky) |
| Austempered Turktile železo (Adi) | Základňa z tvárnej liatiny + riadené temperovanie tepelným spracovaním | Guľôčkový grafit v ausferitickej matrici (bainitický ferit + stabilizovaný austenit) | Výnimočný pomer pevnosti a ťažnosti: UTS z ~600 až >1000 MPA s užitočným predĺžením (3-10% v závislosti od triedy); Vynikajúca únava odolnosť | Vysokovýkonné hnacie ústrojenstvo, zavesenie, ťažký stroj |
| Legované liatiny (Napr., Ni-odolný, žehličky s vysokým obsahom Cr) | Báza s výrazným Ni, Cr, Mo dodatky | Matrica prispôsobená tak, aby odolávala teplu/korózii; grafit môže byť prítomný alebo potlačený | Špeciálna odolnosť proti korózii/oxidácii, alebo pevnosť pri vysokej teplote | Komponenty čerpadiel pre korozívne kvapaliny, telá ventilu, diely podliehajúce vysokej teplote |
4. Porovnanie mechanických vlastností
Čísla sú prezentované ako praktické, zlievárenská úroveň typické rozsahy (nie sú zaručené minimá/maximy) pretože skutočné hodnoty silne závisia od presnej chémie, odlievacia cesta, veľkosť sekcie, a tepelné spracovanie.
Typické rozsahy mechanických vlastností – reprezentatívne triedy hliníka vs. liatiny
| Materiál / Známka (typické označenie) | Hustota (g·cm⁻3) | Youngov modul (GPA) | Pevnosť v ťahu, Uts (MPA) | Výnosová sila (MPA) | Predĺženie (A, %) | Tvrdosť (Brinell, HB) | Typické aplikácie |
| A356-T6 (Al–Si–Mg, tepelne spracovaný liaty hliník) | 2.68–2,72 | 68–72 | 200 - 320 | 150 - 260 | 5 - 12 | 60 - 110 | Konštrukčné kryty, náboje kolies, prevodovka |
| A380 / ADC12 (bežné tlakové liatie Al-Si rodiny, ako cast) | 2.70–2,78 | 68–72 | 160 - 280 | 100 - 220 | 1 - 6 | 70 - 130 | Tenkostenné puzdrá, spotrebné diely, konektory (tlakové liatie) |
| Hypereutektický Al-Si (piest / zliatiny s nízkou rozťažnosťou) | 2.70–2,78 | 68–72 | 150 - 260 | 100 - 220 | 1 - 6 | 80 - 140 | Piesty, posuvné komponenty, časti s nízkou rozťažnosťou |
| Šedá liatina (typická trieda ASTM A48 30) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈207 (≈30 ksi) | - (žiadny výrazný výnos) | <1 - 3 | 140 - 260 | Blok, strojové rámy, brzdové bubny |
| Šedá liatina (ASTM A48 trieda 40) | 6.9–7.3 | 100–140 | ≈276 (≈40 ksi) | - | <1 - 3 | 160 - 260 | Ťažšie puzdrá, pumpové telá |
| Vojvodka (nodulárny) železo — 60-40-18 (ASTM A536) | 7.0–7.3 | 160–180 | ≈414 (60 ksi) | ≈276 (40 ksi) | ~ 18 | 160 - 260 | Prevodové kryty, kľukové komponenty, štrukturálne odliatky |
| Zhutnené grafitové železo (Cgi) (typický rozsah) | 7.0–7.3 | 140–170 | 350 - 500 | 200 - 380 | 2 - 8 | 180 - 300 | Bloky, komponenty výfuku (vysoká odolnosť proti tepelnej únave) |
| Biely / opotrebované železo s vysokým obsahom Cr (triedy opotrebovania) | 7.0–7.3 | 160–200 | nízka pevnosť v ťahu / krehký | - | <1 - 2 | >300 - 700 | Drviče, opotrebenie vložiek, brokované komponenty |
5. Úvahy o tepelnom procese a procese odlievania
Správanie sa pri topení a tuhnutí
- Teplota topenia / tekutý: hliníkové zliatiny sa tavia v ~ 550–650 ° C rozsah (čistý hliník 660.3 ° C).
Liatina tuhne pri vyšších teplotách (~1150–1250 °C v závislosti od zloženia) a tvorí grafit alebo cementit na základe zloženia a rýchlosti chladenia. - Tepelná vodivosť: hliníkové zliatiny zvyčajne vedú teplo výrazne lepšie než liatina (často 2–4× vyššie), čo ovplyvňuje chladenie formy, rýchlosť tuhnutia a správanie pri chladení.
- Tuhnutie zmršťovanie: typické lineárne zmršťovanie pre hliníkové zliatiny ~1.3–1,6 %; zmrštenie sivej liatiny je menšie (~0.5–1.0%), hoci mikro- a makrozmršťovanie závisí od hrúbky rezu a posuvu.
Metódy odlievania & typické použitie
- Vrhnúť hliník: bežne vyrábané tlakové liatie (vysokotlakový), stála forma, nízkotlakový, a odlievanie piesku.
Odlievanie pod tlakom poskytuje vynikajúcu povrchovú úpravu a tenkostennú schopnosť; rukoväte na odlievanie piesku veľké, ťažký, alebo zložité diely s nižšími nákladmi na nástroje. - Liatina: zvyčajne odlievanie piesku (zeleno-piesková, škrupina) a stratený/škrupina pre zložité tvary.
Odliatky z tvárnej liatiny sa bežne odlievajú do piesku. Liatina dobre znáša veľké profily a ťažké odliatky.
Rozmerové tolerancie & povrchová úprava
- Tlakovo liaty hliník: najlepšia rozmerová schopnosť odlievaných ciest – typické tolerancie v rozsahu ±0,1–0,5 mm pre mnohé rozmery (závisí od veľkosti), povrchová úprava Ra často 0.8–3.2 µm ako cast.
- Trvalo tvarovaný hliník: tolerancie ±0,25–1,0 mm, povrchová úprava lepšia ako liatie do piesku.
- Piesok-liatina: hrubšie tolerancie, typicky ±0,5–3,0 mm v závislosti od veľkosti a povrchovej úpravy; povrchová úprava hrubšia, Ra často 6–25 µm ako odliate, pokiaľ nie sú opracované.
- Možnosť hrúbky steny: tlakovo odlievaný hliník môže vytvárať tenké steny (<2 mm) ekonomicky;
liatina zvyčajne vyžaduje hrubšie časti, aby sa predišlo defektom a aby sa zabezpečilo zmršťovanie, aj keď moderné lisovanie môže dosiahnuť mierne tenké časti pre malé časti.
Obrobiteľnosť a sekundárne operácie
- hliník stroje ľahko pri vyšších rýchlostiach a nižších silách; životnosť nástrojov je dobrá; Prídavky na obrábanie sú skromné pre diely odliate pod tlakom.
- Liatina obrába inak — sivá liatina sa relatívne ľahko obrába vďaka grafitu pôsobiacemu ako lámač triesok a mazivo;
tvárna liatina je tvrdšia a vyžaduje iné nástroje; rezanie liatiny často vedie ku krehkým trieskam a vyžaduje si vhodné triedy nástrojov.
6. Odolnosť proti korózii a prevádzkové prostredie
- Hliník: prirodzene odolná voči korózii vďaka stabilnému oxidovému filmu; funguje dobre v atmosfére, mierne korozívne a morské prostredie, ak sa zvolí vhodná zliatina/povlak.
Eloxovacie a lakovacie systémy ďalej zlepšujú trvanlivosť a vzhľad povrchu. - Liatina: železný materiál náchylný na hrdzu (oxidácia) vo vlhkom prostredí; vyžaduje ochranné nátery (farby, pokovovanie), katódová ochrana alebo legovanie na odolnosť proti korózii.
V niektorých aplikáciách (blok), liatina funguje prijateľne vďaka ochrane pred olejom a kontrolovanému prostrediu. - Výkon pri vysokej teplote: liatina (najmä sivá a tvárna) zachováva pevnosť pri zvýšených teplotách lepšie ako hliník.
Pevnosť hliníka rýchlo klesá, keď teplota stúpa nad ~150–200 °C, obmedzenie jeho použitia v horúcich motoroch alebo komponentoch vystavených výfuku, pokiaľ sa nepoužijú špeciálne zliatiny alebo chladenie.
7. Výhody liateho hliníka vs. liatiny
Výhody liateho hliníka
- Úspora hmotnosti: ~ 62,5 % ľahší pri ekvivalentnom objeme ako liatina – kritický pri preprave pre úsporu paliva.
- Vysoká tepelná vodivosť: Lepší rozptyl tepla (užitočné pre výmenníky tepla, hlavy valcov v automobilovom priemysle po príslušnom dizajne).
- Dobrý odolnosť proti korózii ako cast; voliteľne eloxovateľné pre zvýšenú ochranu a estetiku.
- Tenkostenné a komplexné tenké funkcie (Obzvlášť Casting) — umožňuje konsolidované diely a úsporu nákladov na začiatku výroby.
- Priaznivá recyklovateľnosť a nižšie prepravné náklady súvisiace s hmotnosťou.
Výhody liatiny
- Vyššia tuhosť a tlmenie: vhodné pre konštrukcie vyžadujúce tuhosť a kontrolu vibrácií (základne strojového náradia, čerpacie puzdrá).
- Vynikajúca odolnosť proti opotrebovaniu a tribologické vlastnosti: perlitické a biele žehličky vynikajú v abrazívnych/opotrebovateľných prostrediach.
- Vyššia pevnosť v tlaku a tepelná stabilita pri zvýšených teplotách — používané pre vysokovýkonné bloky motorov, vložky, a brzdové rotory.
- Zvyčajne nižšie náklady na suroviny na kg a robustné správanie pri odlievaní pre veľmi veľké časti.
8. Obmedzenia liateho hliníka vs. liatiny
Obmedzenia liateho hliníka
- Nižšia tuhosť: vyžaduje väčšie prierezy alebo rebrá na dosiahnutie ekvivalentnej tuhosti – môže znížiť niektoré výhody v oblasti hmotnosti.
- Nižšia pevnosť pri vysokých teplotách: hliník stráca medzu klzu pri zvýšených teplotách rýchlejšie ako železo.
- Menšia odolnosť proti opotrebovaniu: obyčajný liaty hliník je mäkší; vyžaduje povrchové úpravy (tvrdý elox, povlaky) pre povrchy kritické voči opotrebovaniu.
- Poréznosť a chyby súvisiace s plynom: hliník je náchylný k plynovej pórovitosti a poruchám zmršťovania, ak nie sú kontrolované postupy tavenia a odlievania.
Obmedzenia liatiny
- Ťažký: vyššia hustota zvyšuje hmotnosť dielu – negatívne pre aplikácie citlivé na hmotnosť.
- Krehké správanie v ťahu: sivá liatina vykazuje nízku ťažnosť v ťahu a je náchylná na krehký lom pri náraze; dizajn musí brať do úvahy citlivosť na zárez.
- Ak nie je chránený, koroduje: vyžaduje nátery alebo riadenie korózie.
- Nižšia tepelná vodivosť než Al (pomalší odvod tepla); môže vyžadovať úpravy konštrukcie chladenia.
9. Odliatok hliníka vs liatina: Porovnanie rozdielov
| Atribút | Hliník (Napr., A356-T6, A380) | Liatina (šedý, Vojvodka) | Praktický význam |
| Hustota | ~2,6–2,8 g·cm⁻³ | ~6,8–7,3 g·cm⁻³ | Hliník je o ~ 60–63 % ľahší – obrovská výhoda pre dizajny citlivé na hmotnosť. |
| Modul pružnosti (E) | ≈ 69–72 GPa | ≈ 100–170 GPa | Železo je 1,5–2,5× tuhšie; hliník potrebuje viac materiálu/rebier, aby zodpovedal tuhosti. |
| Pevnosť v ťahu (typický) | A356-T6: ~200–320 MPa; A380: ~160–280 MPa | Šedý: ~150–300 MPa; Vojvodka: ~350–700 MPa | Tvárna liatina prevyšuje Al v pevnosti a ťažnosti; niektoré zliatiny Al sa približujú pevnosti železa nižšieho konca. |
| Výnosová sila | ~150–260 MPa (A356-T6) | Šedý: žiadny jasný výnos; Vojvodka: ~200–300 MPa | Použite tvárnu liatinu, keď je potrebné zreteľné správanie pri klznosti a vyššia statická pevnosť. |
| Predĺženie (ťažkosť) | ~5 – 12 % (A356-T6) alebo 1-6% (tlakovo odliate) | Šedý: <1–3%; Vojvodka: ~10 – 20 % | Tvárna liatina a tepelne spracovaný Al ponúkajú dobrú ťažnosť; šedé železo je krehké v ťahu. |
| Tvrdosť / obliecť sa | HB ≈ 60–130 (závislý od zliatiny) | HB ≈ 140–260 (šedý); >300 (biela/perlitická) | Žehlička, najmä perlitické/biele triedy, najlepšie pre abrazívne opotrebovanie. Hliník vyžaduje na opotrebenie povlaky/vložky. |
| Tepelná vodivosť | ~80–180 W·m⁻¹·K⁻¹ (závislý od zliatiny) | ~30–60 W·m⁻¹·K⁻¹ | Pre diely odvádzajúce teplo sa uprednostňuje hliník (chladič, puzdro). |
| Tepelná stabilita / vysoká pevnosť T | Pevnosť rýchlo klesá nad ~150–200 °C | Lepšie zachovanie pevnosti pri vysokej teplote | Na nosenie pri zvýšených teplotách použite železo. |
| Tlmenie / vibrovanie | Mierny | Vynikajúci (Obzvlášť šedá železo) | Pre rámy strojov sa uprednostňuje železo, základne a komponenty, kde záleží na tlmení vibrácií. |
| Odlievateľnosť / tenkostenná schopnosť | Vynikajúci (tlakové liatie; tenké steny <2 mm možné) | Limited — lepšie pre hrubšie časti | Hliník umožňuje spevnenie, ľahké tenkostenné diely; žehliť lepšie pre ťažké úseky. |
Povrchová úprava & tolerancia (ako cast) |
Odliatok pod tlakom: jemné zakončenie, tesné tolerancie | Pieskové liatie: drsnejší, širšie tolerancie | Tlakové liatie znižuje následné obrábanie; piesková liatina často vyžaduje viac opracovania. |
| Machináovateľnosť | Jednoduché, vysoké rýchlosti odstraňovania; nízke opotrebovanie nástroja | Šedá liatina obrába dobre (grafit napomáha tvorbe triesok); tvárnej liatiny tvrdšie na nástroje | Hliník znižuje časy obrábacích cyklov; železo môže vyžadovať tvrdšie nástroje, ale sivé liatiny rezajú čisto. |
| Odpor | Dobre (ochranný oxid); ďalej vylepšené eloxovaním/povlakom | Zlé vo vlhkom/chloridovom prostredí bez ochrany | Hliník často potrebuje menšiu ochranu proti korózii; železo musí byť natreté/pokovované alebo legované. |
| Recyklatalita | Vynikajúci; pretavovacia energia nižšia na kg ako primárna | Vynikajúci; vysoko recyklovateľné | Obe majú vysokú hodnotu šrotu; úspora energie hliníka na kg veľkej v porovnaní s primárnou výrobou. |
| Typické úvahy o nákladoch | Vyššie $/kg, ale nižšia hmotnosť môže znížiť náklady na systém; tlakové liatie nástroje vysoká | Nižšie $/kg; nástroje na odlievanie piesku nízke pre malé objemy | Vyberte na základe hmotnosti dielu, objem a požadovaná úprava. |
| Typické aplikácie | Automobilové kryty, chladič, ľahké konštrukčné časti | Blok, strojové základne, nosiť, ťažké kryty | Prispôsobte materiál funkčným prioritám – hmotnosť verzus tuhosť/opotrebenie. |
Poradenstvo pri výbere (praktické pravidlá)
- Vyberte si liaty hliník, keď: redukcia hmoty, tepelný rozptyl, odolnosť proti korózii a konsolidácia tenkostenných prvkov sú hlavnými hnacími silami (Napr., komponenty karosérie automobilov, chladič, ľahké kryty).
Pre veľké objemy a tenkostenné použite tlakové odlievanie hliníka, časti bohaté na funkcie; použite A356-T6, keď sa vyžaduje vyššia konštrukčná výkonnosť a následné tepelné spracovanie. - Vyberte liatinu, keď: tuhosť, tlmenie, odolnosť proti opotrebovaniu alebo zvýšené prevádzkové teploty sú prvoradé (Napr., základne strojového náradia, brzdové komponenty, odolné kryty, abrazívne opotrebiteľné vložky).
Vyberte tvárnu liatinu pre konštrukčné diely, ktoré vyžadujú húževnatosť a určitú ťažnosť v ťahu.
Pri tlmení a opracovateľnosti použite šedú liatinu (pre ťažké obrábacie operácie) sú dôležité a ťažnosť v ťahu je menej kritická. - Keď máte pochybnosti, vyhodnocovať kompromisy na úrovni systému: ťažší železný diel môže byť lacnejší na kg, ale zvyšuje následné náklady (spotreba paliva, zaobchádzanie, inštalácia);
naopak, hliník môže znížiť hmotnosť systému, ale môže vyžadovať väčšie časti alebo vložky na dosiahnutie cieľov tuhosti/životnosti opotrebenia – prevádzkujte hmotnosť na úrovni dielov, tuhosť a porovnanie nákladov.
10. Záver
Liaty hliník vs liatina sú doplnkové materiály, každý vyniká v scenároch, kde ich jedinečné vlastnosti zodpovedajú požiadavkám aplikácie.
Ľahké dominujú hliníkové odliatky, sektory s vysokou účinnosťou (automobilové EV, kozmonautika, spotrebiteľská elektronika) vďaka pomeru pevnosti a hmotnosti, tepelná vodivosť, a komplexná zlievateľnosť. </rozpätie>
Liatina zostáva nenahraditeľná v ťažkých prevádzkach, nákladovo citlivé aplikácie (strojové náradie, stavebné rúry, tradičné motory) vďaka svojej odolnosti voči opotrebovaniu, tlmenie vibrácií, a nízke náklady.</rozpätie>
Časté otázky
O koľko ľahší je hliníkový odliatok ako rovnaký objemový liatinový diel?
Typické hustoty: hliník ~2,7 g/cm³ v porovnaní s liatinou ~7,2 g/cm³. Pre rovnaký objem komponentov, hliník je o 62.5% zapaľovač (T.j., hliníková hmota rovnakého objemu = 37.5% liatinovej hmoty).
Môže hliník nahradiť liatinu v motorových blokoch?
Hliník sa vo veľkej miere používa pre moderné bloky motorov a hlavy valcov, aby sa ušetrila hmotnosť.
Výmena železa vyžaduje starostlivý návrh pre tuhosť, tepelná expanzia, stratégie vložiek valcov (Napr., liate vložky, železné rukávy) a pozornosť na únavu a opotrebovanie.
Pre aplikácie s vysokým zaťažením alebo vysokou teplotou, liatina alebo špeciálne hliníkové zliatiny/prevedenia môžu byť preferované.
Čo je lacnejšie: liaty hliník alebo liatina?
Na a na kilogram základ, železo býva lacnejšie; na a na časť odpoveď závisí od objemu, náradie (formy na tlakové liatie sú drahé), čas obrábania, a systémové náklady na hmotnosť (Napr., spotreba paliva vo vozidlách).
Pre vysoké zväzky, tlakovo liaty hliník môže byť ekonomický napriek vyšším nákladom na materiál.
Ktorý materiál lepšie odoláva opotrebovaniu?
Liatina (najmä perlitické alebo biele železo) vo všeobecnosti vykazuje lepšiu odolnosť proti opotrebeniu v porovnaní s odlievaným hliníkom.
Hliník môže byť povrchovo upravený alebo potiahnutý pre aplikácie opotrebovania, ale len zriedka sa zhoduje s tvrdeným železom bez pridaných procesov.
Hrdza z liateho hliníka?
Hliník nehrdzavie ako železo; vytvára vrstvu oxidu, ktorá ho chráni pred ďalšou koróziou. Za určitých podmienok (vystavenie chloridu, galvanické spojenie) hliník môže korodovať a môže vyžadovať nátery alebo katódovú ochranu.
