Ливење алуминијума: Процеси, Својства, и апликације

1. Увођење

Ливење алуминијума је процес производње у основи који укључује топљење алуминијумских легура и формира их у прецизне облике користећи различите технике обликовања.

Ова метода игра критичну улогу у производњи комплекса, лаган, и компоненте отпорне на корозију преко широког спектра индустрија, укључујући аутомобилске, ваздухопловство, електроника, и Обновљива енергија.

Као потражња за енергетски ефикасним, производи високих перформанси и даље у порасту, Алуминијумско кастинг стекао је истакнутост због алуминијума Повољна омјер снаге и тежине, Одлична топлотна проводљивост, и Рециклирање.

На пример, у Аутомобилски сектор, Алуминијумски одливци су окретни у смањењу тежине возила и побољшање ефикасности горива или асортиман батерије у електричним возилима.

2. Шта је ливење алуминијума?

Ливење алуминијума је производни процес у којем се растопљени алуминијум или легури на бази алуминијума се уливају у калуп како би се формирао жељени облик након учвршћивања.

Ова техника је основна за модерну производњу услед алуминијумских повољних својстава-лагане светлости, отпорност на корозију, топлотна проводљивост, и висока рециклабилност.

Процес ливења омогућава производњу сложених геометрија са релативно ниским материјалним отпадом, чинећи то економичним решењем за индустрије која се креће од аутомобилске и ваздухопловство до електроника, енергија, и конструкција.

Постоје вишеструки алуминијумски ливени поступци - као што су ливење песка, ливење, и Инвестициони ливење-Уацх оптимизовани за одређене апликације засноване на јачини производње, површинска завршна обрада, и димензионалне захтеве прецизности.

3. Легуре ливења алуминијума и њихова својства

Алуминијум Легуре ливења посебно су пројектоване за прераду растопљеног метала и нуде јединствену комбинацију снаге, отпорност на корозију, флудност, и обрада.

Ове легуре су обично класификоване на основу њиховог хемијски састав, Одговор топлотног третмана, и Перформансе за ливење.

Класификација легура ливења алуминијума

Легуре ливења алуминијума падају у две главне категорије:

• Топлотне легуре
  Ове легуре добијају снагу кроз решење за топлотну обраду и вештачко старење (Нпр., Т6 темперамент). Уобичајени у структуралним и аутомобилским деловима.
• Легуре без топлоте
  Ојачани чврстим очвршћивањем раствора или очвршћивање оптерећења, Лакше се дају и често користе у компонентама опште намене.

Додатно, групирани су серијским у складу са Алуминијска удружење систем класификације (Нпр., 3кк.к, 5кк.к, А356, АДЦ12):

4. Методе ливења алуминијума

Методе ливења алуминијума су разнолики и прилагођени специфичним захтевима геометрије, запремина, трошак, површинска завршна обрада, и механичке перформансе.

Сваки процес има јединствене снаге и ограничења, Избор начина израде критичног фактора у дизајну производа и производној ефикасности.

Алуминијумски песак ливење

Ливење песка је један од најстаријих и већина свестраних процеса ливења. То укључује паковање песка смеше око обрасца да би се створила калупна шупљина, који се затим испуни растопљеном алуминијумом.

Калуп са песком обично се прави од силика песка везаног глином или смолом и прекида се након очвршћивања да бисте преузели део.

Обрасци се могу поново користити, и језгаре се могу уметнути за унутрашње шупљине.

Ова метода је добро погодна за велике компоненте и производњу мале серије.

Нуди велику флексибилност у одабиру легуре и смешта широк спектар облика и величина - од малих носача до масивних кућишта пумпе или блоковима мотора који тежи неколико тона.

Алуминијумско умирање

Улишење умирућег притиска (ХПДЦ) & Дие ливење мале притиска (ЛПДЦ)

Ливење укључује убризгавање растопљеног алуминијума у челичне калупе (умире) под контролисаним притиском.

У ХПДЦ-у, Алуминијум је присиљен у шупљину умрене у притиском који се обично крећу од 1,500 до 25,000 пси, резултирајући одличном површинском завршном и димензионалном тачношћу.

У супротности, ЛПДЦ користи притисак на гас (Обично ~ 0,7 бара) да лагано притиснете растопљени метал у калуп одоздо, Смањење турбуленције и побољшање структурног интегритета.

Лијевање умирања се пре свега користи у окружењу масовног производње због брзих времена брзе циклуса, чврсте толеранције, и поновљивост.

Међутим, Потребна је значајна улагања у алати дие и углавном је ограничена на специфичне легуре алуминијума оптимизоване за капање и топлотно понашање (Нпр., АДЦ12, А380).

Алуминијска инвестициона ливење (Изгубљени ливење воска)

Инвестициони ливење нуди врхунску прецизност коришћењем потрошних образаца воска обложених ватросталним керамичким материјалом да би формирао калуп.

Једном када се керамички стрингови, восак се растопи и замењује растопљеном алуминијумом. Керамичка шкољка је прекинута након очвршћивања.

Овај процес је идеалан за сложене геометрије, танки зидови, и фини детаљи који би били тешко или немогуће постићи са другим методама ливења.

Обично се користи у ваздухопловству, одбрана, и врхунске индустријске компоненте у којима су тачност и интегритет материјала критични. Могућност бављења готово нето облика смањује захтеве за обраду значајно.

Алуминијумски стални калупци (Гравитација дие ливење)

Стални калуп ливење користи ненадаљене челичне или гвоздене калупе за производњу одливака средње до високих топлоа.

Растопљени алуминијум се сипа у калуп под гравитацијом, Без употребе спољног притиска. Калупи се често претходно загреју и пресвужу ватросталним материјалима за побољшање протока, површинска завршна обрада, и калупно дуготрајношћу.

У поређењу са ливењем песка, Ова метода нуди бољу димензионалну стабилност, површинска завршна обрада, и механичка својства због бржег хлађења и равномерније структуре зрна.

Обично се користи за аутомобилски делови, кућишта зупчаника, и осветљење компоненти. Основни умеци могу се користити за креирање унутрашњих функција.

Специјализовани методе ливења алуминијума

Центрифугално ливење

Центрифугално ливење користи брзо ротирајуће калуп за дистрибуцију растопљеног алуминијума према ван центрифугалне силе.

Ова метода је првенствено погодна за цилиндричне компоненте као што су цеви, прстен, чашица, и рукави. Процес елиминише провала и нечистоће гаса, производња густе, Финозрнати спољни слој.

Процес је погодан за производњу бешавних компоненти који захтевају висок интегритет и отпорност на хабање.

Стисак ливења

Стисните ливење комбинује предности ковања и умирања ливења. Растопљени алуминијум се сипа у загрејану матрицу и компримирани високим притиском (обично 10.000-20.000 пси) Током солида.

Притисак елиминише порозност на плин и пречишћава структуру зрна, резултирајући одливањима са својствима који се приближавају кованим легурама.

Стисните ливење је посебно драгоцено у аутомобилској апликацијама за критичне компоненте као што су оружје суспензије, Крунке за управљање, и заграде са високим снагом.

Упоређивање стола: Методе ливења алуминијума

5. Механичка и физичка својства ливеног алуминијума

Легуре од ливених алуминијума се широко користе широм индустрија због њихове одличне комбинације механичких перформанси, Лагане карактеристике, и отпорност на корозију.

Међутим, Својства варирају у зависности од начина ливења, типлукциони тип, и топлотни третман.

6. Пост-ливење операција ливења алуминијума

Након што се производе алуминијумски одливци, Често им је потребно неколико пост-ливена процеса за побољшање њихових механичких својстава, квалитет површине, тачност димензија, и опште перформансе.

Ове операције су пресудне за испуњавање спецификација индустрије и функционалних захтева.

Топлотни третман

• Сврха: ТОПЕРНИ третман модификује микроструктуру легура алуминијума за побољшање снаге, тврдоћа, и дуктилност. Уобичајени топлотни третмани укључују решење, гашење, и старење.
• Типично типови топлоте:

• • Т5: Вештачко старење након ливења без претходног третмана решења. Користи се за повећање снаге умерено.
  • Т6: Решење за топлотну обраду праћен вештачким старењем. Широко се примењује за легуре попут А356 да би се постигла врхунска чврстоћа и отпорност у умору.
  • Т7: Прекомерно старење за побољшање отпорности на корозију и стабилност димензије по неком трошку снаге.

• Утицај: Топлотни третман значајно повећава затезне и приносне снаге (Нпр., А356-Т6 затезна чврстоћа може достићи ~ 250 МПА), Побољшава издужење, и стабилизује структуру ливења.

Површинска обрада

• Снимљено пескање / песак: Механичко чишћење за уклањање песка, скала, и површинске неправилности, Побољшање лепљења за фарбање или естетску финишу.
• Анодизирање: Електрохемијски третман да створи трајни оксидни слој за отпорност на корозију и тврдоћу површине, често се користи у ваздухопловству и архитектонским апликацијама.
• Сликарство и прашкасти премаз: Омогућава заштиту од корозије и прилагођавање боја, суштински за производе аутомобила и потрошачке производе.
• Обрада: Прецизна обрада пречишћава димензије, постиже уске толеранције, и пружа функционалне површине (Нпр., заптивање лица или носећих површина).

• • Потребни су посебни параметри алата и сечења због алуминијске мекоће и тенденције жучности или се држите алата за сечење.

• Полирање и уклањање: Примењено за украсне или функционалне завршне обраде, посебно у кућиштима електронике или робу широке потрошње.

Разматрања обраде

• Легуре алуминијума углавном добро строје, Али контрола чипа и живот алата зависе од састава легура и квалитета ливења.
• Употреба алата Царбиде или обложене (Лименка, Тиалн) продужава век алата и побољшава површинску завршну обраду.
• Дозволе за обраду обрада је у фактификацији током дизајна ливења како би се прилагодио уклањању материјала.

Неразорно тестирање (НДТ)

• Сврха: Осигурава интегритет ливења откривањем интерних оштећења или површинских недостатака без оштећења дела.
• Уобичајене НДТ методе:

• • Рендгенска радиографија: Открива унутрашњу порозност, шупљине скупљања, и инклузије.
  • Ултразвучно тестирање: Идентификује пукотине или брисање подземне површине.
  • Дие Пенетрант преглед: Користи се за откривање површинских пукотина и пукотина.

• Имплементација НДТ-а осигурава поштовање стандарда квалитета (Нпр., АСТМ Б108 за одливљивање алуминијума) и спречава превремене пропусте у служби.

7. Оштећења у ливењу алуминијума и њихова превенција

• Порозност:

• • Порозност гаса: Водоник из влаге; спречен дегасирањем (Азот / аргон се прочисти) до <0.15 цц / 100г х₂.
  • Порозност скупљања: Јадни дизајн успона; фиксирано симулацијом (Нпр., Магмасофт) Да би се осигурало усмерено учвршћивање.

• Инклузије: Оксиди / честице песка; филтрирани путем керамичких пенастих филтера (20-50 ппи) да се уклони >90% инклузије ≥50 μм.
• Топле сузе: Напетост током очвршћивања; спречени заобљени углови, Уједначена дебљина зида, и спорије хлађење.
• Хладноће: Непотпуно пуњење калупа; фиксирано повећањем температуре изливања (5-10 ° Ц) или стопа (0.5-2 кг / друго).

8. Предности и ограничења

Предности ливења алуминијума

• Лагана: Алуминијум има ниску густину (~ 2.7 г / цм³), Омогућавање производње лакших компоненти, што је критично у аутомобилској и ваздухопловној индустрији за побољшање ефикасности горива и перформанси.
• Одлична отпорност на корозију: Природно формира заштитни оксидни слој, Нудећи добру отпорност на атмосферско и много хемијских окружења, Смањење трошкова одржавања.
• Добра топлотна и електрична проводљивост: Алуминијумски одливци се широко користе за хладњаке, Електрична кућишта, и компоненте које захтевају ефикасно расипање топлоте.
• Велики однос велике снаге: Поготово када се топлота третира (Нпр., Т6 стање), Алуминијумски одливци постижу снажна механичка својства погодна за структурне делове.
• Свестрани начини ливења: Алуминијум је компатибилан са разним процесима ливења, од песка ливење до високо прецизног ливења умрлих, Допуштање сложених облика и велике количине производње.
• Добра израда: Легуре алуминијума углавном и машине са мање хабања алата и брже брзине сечења у поређењу са обојеним металима.
• Рециклирање: Алуминијум је високо рециклиран без губитка некретнина, Подршка одрживој производњи.

Ограничења ливења алуминијума

• Доња тачка топљења: Алуминијум се топи на око 660 ° Ц, што ограничава употребу у апликацијама са високим температурама у поређењу са челикама или супералојима.
• Питања порозности: Алуминијумски одливци су склони порозности на гас и оштећења оштећења ако нису правилно контролисани, потенцијално компромитовање механичког интегритета.
• Доњи отпорност на хабање: У поређењу са обојеним металима, Алуминијумске легуре показују нижу тврдоћу и отпорност на хабање, који могу да ограниче апликације у абразивном окружењу.
• Трошкови алата за ливење умрлих: Висок трошкови алата и калупа ограничавају диетинг ливење у производне траке са високим количинским количинама.
• Термално ширење: Алуминијум има релативно висок коефицијент топлотне експанзије, што може изазвати димензионалну нестабилност у прецизним компонентама изложеним флуктуацијама температуре.
• Ограничена употреба у високо корозивним окружењима: Иако отпоран на корозију, Легури алуминијума можда нису погодне за високо киселе или алкалне услове без заштитних премаза.

9. Индустријске примене ливења алуминијума

• Аутомотиве: Главе цилиндра, Блокови мотора, кућишта преноса, точкови
• Ваздухопловство: Лагани заграде, кућишта, Структурни оквири
• Електроника: Термичка кућишта, топлине за топлоте које захтевају високу топлотну проводљивост
• Маринац: Фитинги отпорни на корозију, кућишта пумпе
• Енергија: Хубс винд турбине, Оквири за ЛЕД лампе
• Изградња & Архитектура: Декоративне фасаде, Структурни профили, Компоненте за зид за завесе

10. Алуминијумски ливење вс. Остали материјали за ливење

Кастинг алуминијума често се упоређује са другим уобичајеним материјалима за ливење попут ливеног гвожђа, магнезијум, и цинк.

Сваки материјал нуди различите предности и ограничења у зависности од захтева за пријавом као што је снага, тежина, отпорност на корозију, трошак, и производња.

Резиме:

• Алуминијум вс. Ливено гвожђе: Ниска густина алуминијума чини га идеалном где је смањење тежине критично, као што су сектори аутомобила и ваздухопловства.
  Ливено гвожђе одликује отпорност на хабање и чврстоћу на високом температуру, али много је теже и склони рђању, ограничавање употребе у лаганим или корозијским апликацијама осетљивим на то.
• Алуминијум вс. Магнезијум: Магнезијум је чак и лакши од алуминијума, али има нижу чврстоћу и отпорност на корозију, ограничавајући његову употребу у врло лаган, Некоросивно окружење.
  Кастинг магнезијума може бити скупље и захтева строго руковање због забринутости за запаљивост.
• Алуминијум вс. Цинка: Алуис цинка нуде одличну прецизност димензионала и површински завршну обраду по ниским трошковима, Идеално за мала, Детаљни делови.
  Међутим, цинк је много тежи и мање отпоран на корозију од алуминијума, ограничавање употребе у структуралним или на отвореним апликацијама.

11. Закључак

Алуминијумски ливење нуди свестране, економична производња лагане тежине, термички проводљив, и делови отпорни на корозију.

Са пажљивим одабиром легуре (Нпр., А356, А319), избор процеса, и оштећење ублажавања, ливени алуминијум пружа високе перформансе широм аутомобилске, ваздухопловство, маринац, електроника, и конструкција сектор.

Како одрживост и лагани дизајн постају критични, ливење алуминијума и даље напредује.

Често постављана питања

Који је најјачи легура ливења алуминијума?

206-Алуција Т6 нуди највишу затеглу чврстоћу (345 МПА) Међу уобичајеним легурама ливења, Користи се у ваздухопловству и апликацијама са високим стресом.

Могу ли се алуминијумски одливи заварени?

Да, Али опрезно. Топлотне легуре (Нпр., 356) може изгубити снагу у зони погођене топлотом; заваривање са 4043 Метал за пуњење минимизира овај ефекат.

Како се ливење алуминијума упоређује са алуминијумским ковањем?

Кастинг производи сложене облике у једном кораку (Нпр., Блокови мотора) али има нижу снагу него ковање. Ковање је боље за делове високог стреса (Нпр., Цранксхафттс) Али кошта 2-3 × више.

Шта изазива порозност у алуминијумским одливима?

Приколица за гас (водоник из влаге) или скупљање током очвршћивања. Ливење дие је најпораднији, Али бављење помагањем у вакууму смањује порозност <0.5%.

Су алуминијумски одливци погодни за употребу на отвореном?

Да. Легуре попут 5083 (марински разред) одупријети корозији слане воде, са сервисним животом 20+ Године у обалном окружењу.