Nhôm đúc: Quá trình, Của cải, và các ứng dụng

1. Giới thiệu

Nhôm đúc là một quy trình sản xuất nền tảng liên quan đến các hợp kim nhôm tan chảy và hình thành chúng thành hình dạng chính xác bằng cách sử dụng các kỹ thuật đúc khác nhau.

Phương pháp này đóng một vai trò quan trọng trong việc sản xuất phức tạp, nhẹ, và các thành phần chống ăn mòn trên một phổ rộng của các ngành công nghiệp, bao gồm Ô tô, Không gian vũ trụ, Điện tử, Và năng lượng tái tạo.

Là nhu cầu về tiết kiệm năng lượng, Các sản phẩm hiệu suất cao tiếp tục tăng, Đúc nhôm đã đạt được sự nổi bật do nhôm Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng thuận lợi, Độ dẫn nhiệt tuyệt vời, Và Tính tái chế.

Ví dụ, trong Khu vực ô tô, Đóng nhôm là then chốt trong việc giảm trọng lượng xe và cải thiện hiệu quả nhiên liệu hoặc phạm vi pin trong xe điện.

2. Đúc nhôm là gì?

Nhôm đúc là một quá trình sản xuất trong đó các hợp kim nhôm hoặc nhôm nóng chảy được đổ vào một khuôn để tạo thành một hình dạng mong muốn khi hóa rắn.

Kỹ thuật này là nền tảng cho sản xuất hiện đại do các đặc tính thuận lợi của nhôm, kháng ăn mòn, Độ dẫn nhiệt, và khả năng tái chế cao.

Quá trình đúc cho phép sản xuất hình học phức tạp với chất thải vật liệu tương đối thấp, làm cho nó trở thành một giải pháp hiệu quả về chi phí cho các ngành công nghiệp từ Ô tô Và Không gian vũ trụ ĐẾN Điện tử, năng lượng, Và sự thi công.

Có nhiều phương pháp đúc bằng nhôm, ví dụ như Đúc cát, chết đúc, Và Đúc đầu tưTối ưu hóa cho các ứng dụng cụ thể dựa trên khối lượng sản xuất, bề mặt hoàn thiện, và các yêu cầu về độ chính xác về chiều.

3. Hợp kim đúc nhôm và tính chất của chúng

Nhôm Hợp kim đúc được thiết kế đặc biệt để xử lý kim loại nóng chảy và cung cấp một sự kết hợp độc đáo của sức mạnh, kháng ăn mòn, lưu động, và khả năng gia công.

Các hợp kim này thường được phân loại dựa trên Thành phần hóa học, đáp ứng điều trị nhiệt, Và Hiệu suất đúc.

Phân loại hợp kim đúc nhôm

Hợp kim đúc nhôm rơi vào hai loại chính:

• Hợp kim được xử lý nhiệt
  Những hợp kim này có được sức mạnh thông qua xử lý nhiệt giải pháp và lão hóa nhân tạo (VÍ DỤ., T6 Temper). Chung trong các bộ phận cấu trúc và ô tô.
• Hợp kim không được điều trị nhiệt
  Được củng cố bởi dung dịch rắn cứng hoặc làm cứng căng thẳng, Chúng dễ dàng hơn để đúc và thường được sử dụng trong các thành phần đa năng.

Ngoài ra, chúng được nhóm theo loạt theo Hiệp hội nhôm Hệ thống phân loại (VÍ DỤ., 3xx.x, 5xx.x, A356, ADC12):

4. Phương pháp đúc nhôm

Phương pháp đúc nhôm rất đa dạng và phù hợp với các yêu cầu cụ thể của hình học, âm lượng, trị giá, bề mặt hoàn thiện, và hiệu suất cơ học.

Mỗi quá trình có những điểm mạnh và hạn chế duy nhất, Lựa chọn phương pháp là một yếu tố quan trọng trong thiết kế sản phẩm và hiệu quả sản xuất.

Đúc cát bằng nhôm

Đúc cát là một trong những quy trình đúc lâu đời nhất và linh hoạt nhất. Nó liên quan đến việc đóng gói một hỗn hợp cát xung quanh một mô hình để tạo ra một khoang khuôn, mà sau đó được lấp đầy bằng nhôm nóng chảy.

Khuôn cát thường được làm từ cát silica liên kết với đất sét hoặc nhựa và bị phá vỡ sau khi hóa rắn để lấy lại bộ phận.

Các mẫu có thể được sử dụng lại, và lõi có thể được chèn vào các khoang bên trong.

Phương pháp này rất phù hợp cho các thành phần lớn và sản xuất hàng loạt nhỏ.

Nó cung cấp sự linh hoạt tuyệt vời trong việc lựa chọn hợp kim và chứa một loạt các hình dạng và kích cỡ.

Đúc nhôm

Đúc chết áp suất cao (HPDC) & Đúc chết áp suất thấp (LPDC)

Chết đúc liên quan đến việc tiêm nhôm nóng chảy vào khuôn thép (chết) dưới áp lực được kiểm soát.

Trong HPDC, nhôm bị buộc vào khoang chết ở áp lực thường từ 1,500 ĐẾN 25,000 psi, dẫn đến độ hoàn thiện bề mặt tuyệt vời và độ chính xác chiều.

Ngược lại, LPDC sử dụng áp suất khí (thường ~ 0,7 bar) Để nhẹ nhàng đẩy kim loại nóng chảy vào khuôn từ bên dưới, giảm nhiễu loạn và cải thiện tính toàn vẹn cấu trúc.

Đúc chết chủ yếu được sử dụng trong môi trường sản xuất hàng loạt do thời gian chu kỳ nhanh, dung sai chặt chẽ, và độ lặp lại.

Tuy nhiên, Nó đòi hỏi đầu tư đáng kể vào dụng cụ chết và chủ yếu chỉ giới hạn ở các hợp kim nhôm cụ thể được tối ưu hóa cho khả năng đúc và hành vi nhiệt (VÍ DỤ., ADC12, A380).

Đúc đầu tư nhôm (Mất sáp đúc)

Đúc đầu tư cung cấp độ chính xác vượt trội bằng cách sử dụng các mẫu sáp có thể sử dụng được phủ vật liệu gốm chịu lửa để tạo thành khuôn.

Một khi gốm cứng, Sáp được tan chảy và thay thế bằng nhôm nóng chảy. Vỏ gốm bị hỏng sau khi hóa rắn.

Quá trình này là lý tưởng cho hình học phức tạp, tường mỏng, và các chi tiết tốt sẽ khó hoặc không thể đạt được với các phương pháp đúc khác.

Nó thường được sử dụng trong không gian vũ trụ, phòng thủ, và các thành phần công nghiệp cao cấp trong đó độ chính xác và tính toàn vẹn vật chất là rất quan trọng. Khả năng đúc các bộ phận gần n-n-net làm giảm đáng kể các yêu cầu gia công.

Nhôm đúc vĩnh viễn (Trọng lực chết đúc)

Đúc khuôn vĩnh viễn sử dụng các khuôn thép hoặc sắt không thể phụ thuộc để tạo ra các vật thể thể tích từ trung bình đến cao.

Nhôm nóng chảy được đổ vào khuôn dưới trọng lực, mà không cần sử dụng áp lực bên ngoài. Các khuôn thường được làm nóng trước và phủ các vật liệu chịu lửa để tăng cường dòng chảy, bề mặt hoàn thiện, và khuôn tuổi thọ.

So với đúc cát, Phương pháp này cung cấp sự ổn định kích thước tốt hơn, bề mặt hoàn thiện, và tính chất cơ học do làm mát nhanh hơn và cấu trúc hạt đồng đều hơn.

Nó thường được sử dụng cho các bộ phận ô tô, vỏ bánh, và các thành phần ánh sáng. Chèn lõi có thể được sử dụng để tạo các tính năng nội bộ.

Phương pháp đúc nhôm chuyên dụng

Đúc ly tâm

Đúc ly tâm sử dụng khuôn quay nhanh để phân phối nhôm nóng chảy ra ngoài bởi lực ly tâm.

Phương pháp này chủ yếu phù hợp cho các thành phần hình trụ như đường ống, nhẫn, ống lót, và tay áo. Quá trình loại bỏ sự bẫy khí và tạp chất, sản xuất một dày đặc, lớp ngoài hạt mịn.

Quá trình này rất phù hợp để sản xuất các thành phần liền mạch đòi hỏi tính toàn vẹn cao và khả năng chống mài mòn.

Squeeze đúc

Squeeze Casting kết hợp những lợi thế của việc rèn và đúc chết. Nhôm nóng chảy được đổ vào một cái chết đã làm nóng trước và được nén với áp suất cao (Thông thường, 10.0002020.000 psi) Trong quá trình hóa rắn.

Áp lực giúp loại bỏ độ xốp của khí và tinh chỉnh cấu trúc hạt, dẫn đến đúc với các thuộc tính đang tiếp cận hợp kim rèn.

Squeeze đúc đặc biệt có giá trị trong các ứng dụng ô tô cho các thành phần quan trọng như vũ khí treo, tay lái, và giá đỡ cường độ cao.

Bảng so sánh: Phương pháp đúc nhôm

5. Tính chất cơ học và vật lý của nhôm đúc

Hợp kim nhôm đúc được sử dụng rộng rãi trên các ngành công nghiệp do sự kết hợp tuyệt vời của hiệu suất cơ học, Đặc điểm nhẹ, và kháng ăn mòn.

Tuy nhiên, Các thuộc tính khác nhau tùy thuộc vào phương pháp đúc, loại hợp kim, và xử lý nhiệt.

6. Các hoạt động sau đúc của đúc nhôm

Sau khi đúc nhôm được sản xuất, Họ thường yêu cầu một số quy trình sau đúc để tăng cường tính chất cơ học của chúng, chất lượng bề mặt, độ chính xác chiều, và hiệu suất tổng thể.

Các hoạt động này rất quan trọng để đáp ứng các thông số kỹ thuật của ngành và các yêu cầu chức năng.

Điều trị nhiệt

• Mục đích: Xử lý nhiệt sửa đổi cấu trúc vi mô của hợp kim nhôm để cải thiện sức mạnh, độ cứng, và độ dẻo. Các phương pháp xử lý nhiệt phổ biến bao gồm giải pháp, làm dịu đi, và lão hóa.
• Các loại xử lý nhiệt điển hình:

• • T5: Lão hóa nhân tạo sau khi đúc mà không cần xử lý giải pháp trước. Được sử dụng để tăng sức mạnh vừa phải.
  • T6: Giải pháp xử lý nhiệt theo sau là lão hóa nhân tạo. Áp dụng rộng rãi cho các hợp kim như A356 để đạt được sức mạnh cao nhất và khả năng chống mỏi.
  • T7: Tuổi già để cải thiện khả năng chống ăn mòn và ổn định kích thước với một số chi phí sức mạnh.

• Tác dụng: Xử lý nhiệt giúp tăng cường đáng kể độ bền kéo và năng suất (VÍ DỤ., Độ bền kéo A356-T6 có thể đạt tới ~ 250 MPa), Cải thiện độ giãn dài, và ổn định cấu trúc đúc.

Hoàn thiện bề mặt

• Bắn nổ/nổ cát: Làm sạch cơ học để loại bỏ cát, tỉ lệ, và bề mặt bất thường, Cải thiện độ bám dính của sơn hoặc kết thúc thẩm mỹ.
• Anodizing: Xử lý điện hóa để tạo ra một lớp oxit bền cho khả năng chống ăn mòn và độ cứng bề mặt, thường được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và kiến trúc.
• Sơn và lớp phủ bột: Cung cấp bảo vệ ăn mòn và tùy biến màu sắc, Cần thiết cho các sản phẩm ô tô và tiêu dùng.
• Gia công: Gia công chính xác Tinh chỉnh kích thước, đạt được dung sai chặt chẽ, và cung cấp các bề mặt chức năng (VÍ DỤ., mặt niêm phong hoặc bề mặt ổ trục).

• • Các thông số công cụ và cắt đặc biệt là cần thiết do độ mềm của nhôm và xu hướng mật hoặc dính vào các công cụ cắt.

• Đánh bóng và đệm: Áp dụng cho các kết thúc trang trí hoặc chức năng, đặc biệt là trong vỏ điện tử hoặc hàng tiêu dùng.

Cân nhắc gia công

• Hợp kim nhôm nói chung là máy, Nhưng kiểm soát chip và cuộc sống công cụ phụ thuộc vào thành phần hợp kim và chất lượng đúc.
• Sử dụng các công cụ cacbua hoặc được phủ (Thiếc, Tialn) Mở rộng cuộc sống của công cụ và cải thiện hoàn thiện bề mặt.
• Phụ cấp gia công được tính toán trong quá trình đúc thiết kế để chứa vật liệu loại bỏ.

Thử nghiệm không phá hủy (Ndt)

• Mục đích: Đảm bảo tính toàn vẹn của việc đúc bằng cách phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc các lỗ hổng bề mặt mà không làm hỏng bộ phận.
• Phương pháp NDT phổ biến:

• • X quang tia X.: Phát hiện độ xốp bên trong, SHROWAGE CAUNIDE, và vùi.
  • Kiểm tra siêu âm: Xác định các vết nứt dưới bề mặt hoặc phân tách.
  • Thuốc nhuộm kiểm tra thâm nhập: Được sử dụng để lộ các vết nứt và vết nứt bề mặt.

• Thực hiện NDT đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng (VÍ DỤ., ASTM B108 cho đúc nhôm) và ngăn ngừa thất bại sớm trong dịch vụ.

7. Khiếm khuyết trong đúc nhôm và phòng ngừa của chúng

• Độ xốp:

• • Độ xốp khí: Hydrogen từ độ ẩm; ngăn chặn bằng cách khử khí (Thanh lọc nitơ/argon) ĐẾN <0.15 CC/100G H₂.
  • Độ xốp co ngót: Thiết kế riser kém; cố định bằng mô phỏng (VÍ DỤ., Magmasoft) Để đảm bảo sự hóa rắn định hướng.

• Bao gồm: Oxit/hạt cát; được lọc qua các bộ lọc bọt gốm (20PPI50 PPI) để loại bỏ >90% của các vùi ≥50 μm.
• Nước mắt nóng: Căng thẳng trong quá trình hóa rắn; được ngăn chặn bởi các góc tròn, Độ dày tường đồng đều, và làm mát chậm hơn.
• Lạnh: Đổ đầy khuôn không đầy đủ; cố định bằng cách tăng nhiệt độ đổ (510 ° C.) hoặc tỷ lệ (0.5Mạnh2 kg/giây).

8. Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm của đúc nhôm

• Nhẹ: Nhôm có mật độ thấp (~ 2,7 g/cm³), cho phép sản xuất các thành phần nhẹ hơn, rất quan trọng trong các ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ để cải thiện hiệu quả và hiệu suất nhiên liệu.
• Kháng ăn mòn tuyệt vời: Tự nhiên tạo thành một lớp oxit bảo vệ, Cung cấp sức đề kháng tốt với môi trường khí quyển và nhiều môi trường hóa học, giảm chi phí bảo trì.
• Độ dẫn nhiệt và điện tốt: Nhôm đúc được sử dụng rộng rãi cho tản nhiệt, vỏ điện, và các thành phần yêu cầu tản nhiệt hiệu quả.
• Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao: Đặc biệt là khi nhiệt được xử lý (VÍ DỤ., Điều kiện T6), Đóng nhôm đạt được tính chất cơ học mạnh mẽ phù hợp cho các bộ phận cấu trúc.
• Phương pháp đúc đa năng: Nhôm tương thích với nhiều quy trình đúc khác nhau, Từ đúc cát đến đúc cái chết có độ chính xác cao, cho phép hình dạng phức tạp và khối lượng sản xuất lớn.
• Khả năng gia công tốt: Hợp kim nhôm thường máy tốt với độ mòn công cụ ít hơn và tốc độ cắt nhanh hơn so với kim loại màu.
• Tính tái chế: Nhôm có khả năng tái chế cao mà không mất tài sản, hỗ trợ sản xuất bền vững.

Hạn chế của đúc nhôm

• Điểm nóng chảy thấp hơn: Nhôm tan chảy ở khoảng 660 ° C, trong đó giới hạn việc sử dụng nó trong các ứng dụng nhiệt độ cao so với thép hoặc siêu hợp.
• Vấn đề xốp: Đúc nhôm dễ bị xáo trộn khí và khiếm khuyết nếu không được kiểm soát đúng cách, có khả năng thỏa hiệp tính toàn vẹn cơ học.
• Điện trở hao mòn thấp hơn: So với kim loại màu, Hợp kim nhôm thể hiện độ cứng và khả năng chống mài mòn thấp hơn, có thể giới hạn các ứng dụng trong môi trường mài mòn.
• Chi phí dụng cụ cho đúc chết: Chi phí công cụ và khuôn cao hạn chế đúc chết thành các hoạt động sản xuất khối lượng lớn.
• Mở rộng nhiệt: Nhôm có hệ số giãn nở nhiệt tương đối cao, có thể gây mất ổn định kích thước trong các thành phần chính xác tiếp xúc với biến động nhiệt độ.
• Sử dụng hạn chế trong môi trường ăn mòn cao: Mặc dù kháng ăn mòn, Hợp kim nhôm có thể không phù hợp với điều kiện có tính axit cao hoặc kiềm mà không có lớp phủ bảo vệ.

9. Ứng dụng công nghiệp của đúc nhôm

• ô tô: Đầu xi lanh, Khối động cơ, Truyền tải, bánh xe
• Hàng không vũ trụ: Giá đỡ nhẹ, vỏ, khung cấu trúc
• Điện tử: Vỏ nhiệt, tản nhiệt yêu cầu độ dẫn nhiệt cao
• Hàng hải: Phụ kiện chống ăn mòn, Vỏ bơm
• Năng lượng: Trung tâm tuabin gió, Khung đèn LED
• Sự thi công & Ngành kiến ​​​​trúc: Mặt tiền trang trí, Hồ sơ cấu trúc, Các thành phần tường rèm

10. Nhôm đúc so với. Vật liệu đúc khác

Đúc nhôm thường được so sánh với các vật liệu đúc phổ biến khác như gang, magie, và kẽm.

Mỗi tài liệu cung cấp các lợi thế và giới hạn riêng biệt tùy thuộc vào các yêu cầu của ứng dụng như sức mạnh, cân nặng, kháng ăn mòn, trị giá, và sản xuất.

Bản tóm tắt:

• Nhôm vs. Gang: Nhôm mật độ thấp làm cho nó lý tưởng khi giảm cân là rất quan trọng, chẳng hạn như các lĩnh vực ô tô và hàng không vũ trụ.
  Gang xuất sắc trong khả năng chống mài mòn và sức mạnh nhiệt độ cao nhưng nặng hơn và dễ bị rỉ sét hơn nhiều, Giới hạn việc sử dụng nó trong các ứng dụng nhẹ hoặc nhạy cảm với ăn mòn.
• Nhôm vs. Magiê: Magiê thậm chí còn nhẹ hơn nhôm nhưng có sức mạnh và khả năng chống ăn mòn thấp hơn, Hạn chế sử dụng nó rất nhẹ, môi trường không ăn mòn.
  Đúc magiê có thể đắt hơn và đòi hỏi phải xử lý nghiêm ngặt do những lo ngại về tính dễ cháy.
• Nhôm vs. Kẽm: Hợp kim kẽm cung cấp độ chính xác kích thước tuyệt vời và hoàn thiện bề mặt với chi phí thấp, Lý tưởng cho nhỏ, Các bộ phận chi tiết.
  Tuy nhiên, kẽm nặng hơn và ít chống ăn mòn hơn nhôm, Giới hạn việc sử dụng nó trong các ứng dụng cấu trúc hoặc ngoài trời.

11. Phần kết luận

Ưu đãi đúc nhôm đa năng, Sản xuất hiệu quả về chi phí của nhẹ, Điện lực nhiệt, và các bộ phận chống ăn mòn.

Với lựa chọn hợp kim cẩn thận (VÍ DỤ., A356, A319), Quá trình lựa chọn, và khiếm khuyết giảm thiểu, Cast nhôm mang lại hiệu suất cao Ô tô, Không gian vũ trụ, hàng hải, Điện tử, Và sự thi công lĩnh vực.

Khi tính bền vững và thiết kế nhẹ trở nên quan trọng, Đúc nhôm tiếp tục phát triển mạnh.

Câu hỏi thường gặp

Hợp kim đúc bằng nhôm mạnh nhất là gì?

206-Hợp kim T6 cung cấp độ bền kéo cao nhất (345 MPA) Trong số các hợp kim đúc phổ biến, được sử dụng trong các ứng dụng hàng không vũ trụ và căng thẳng cao.

Đóng nhôm có thể được hàn không?

Đúng, Nhưng thận trọng. Hợp kim được xử lý nhiệt (VÍ DỤ., 356) có thể mất sức trong vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt; Hàn với 4043 kim loại filler giảm thiểu hiệu ứng này.

Làm thế nào để đúc nhôm so với giả nhôm?

Đúc tạo ra các hình dạng phức tạp trong một bước (VÍ DỤ., Khối động cơ) nhưng có sức mạnh thấp hơn rèn. Rèn tốt hơn cho các bộ phận căng thẳng cao (VÍ DỤ., trục khuỷu) Nhưng chi phí 2 trận3 × hơn.

Điều gì gây ra độ xốp trong đúc nhôm?

Gas bẫy (Hydrogen từ độ ẩm) hoặc co ngót trong quá trình hóa rắn. Die casting dễ bị, Nhưng việc đúc hỗ trợ chân không làm giảm độ xốp đối với <0.5%.

Đóng nhôm có phù hợp để sử dụng ngoài trời không?

Đúng. Hợp kim như 5083 (cấp biển) Chống ăn mòn nước mặn, với một cuộc sống phục vụ của 20+ nhiều năm trong môi trường ven biển.