1. Giới thiệu
Nhôm đúc và gang là hai loại vật liệu đúc được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp.
Cả hai đều đưa ra các lộ trình để sản xuất các thành phần hình dạng lưới phức tạp, nhưng về cơ bản chúng khác nhau về mật độ, Độ cứng, chế độ sức mạnh, Hành vi nhiệt, Phương pháp đúc, chống ăn mòn và chi phí vòng đời.
Lựa chọn giữa chúng là sự đánh đổi giữa cân nặng, Độ cứng, Đang đeo điện trở, khả năng gia công, chi phí và môi trường hoạt động.
Bài viết này so sánh cả hai trên các trục kỹ thuật và cung cấp dữ liệu có thể thực hiện được cũng như hướng dẫn lựa chọn.
2. Nhôm đúc là gì?
Nhôm đúc đề cập đến các thành phần được sản xuất bằng cách đổ nhôm nóng chảy (hoặc hợp kim nhôm) vào khuôn và để nó đông đặc lại thành hình dạng cuối cùng hoặc gần cuối cùng.
Vì nhôm có nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp, tính lưu động tốt ở dạng hợp kim, và mật độ thấp, nhôm đúc là lựa chọn ưu tiên khi có hình dạng phức tạp, trọng lượng nhẹ, tính dẫn nhiệt hoặc khả năng chống ăn mòn là quan trọng.
Các phương pháp đúc nhôm bao gồm đúc khuôn áp suất cao, đúc khuôn vĩnh viễn áp suất thấp và trọng lực, Đúc cát, và đầu tư (mất sáp) đúc; mỗi tuyến đường đưa ra các giới hạn khác nhau về độ dày của tường, bề mặt hoàn thiện, độ chính xác kích thước và tính chất cơ học.
Đặc trưng
- Nhẹ: mật độ ≈ 2.6–2,8 g/cm³ (tiêu biểu 2.70 g/cm³).
- Mô đun đàn hồi thấp: Mô đun Young ≈ 69–72 GPa (≈ 69 GPa điển hình).
- Độ dẫn nhiệt tốt: hợp kim khác nhau nhưng thường 100–200 W·m⁻¹·K⁻¹; nhôm nguyên chất là ~237 W·m⁻¹·K⁻¹.
- Kháng ăn mòn tốt: tạo thành màng oxit ổn định; hành vi được cải thiện với anodizing hoặc lớp phủ.
- Hành vi gãy dẻo: nhiều hợp kim Al đúc có độ dẻo hợp lý (Tùy thuộc vào hợp kim và xử lý nhiệt).
- Dễ dàng gia công: lực cắt tương đối thấp và khả năng gia công tốt đối với nhiều hợp kim.
- Có thể tái chế: nhôm có khả năng tái chế cao với năng lượng nấu chảy lại tương đối thấp so với sản xuất ban đầu.
Hợp kim nhôm thông dụng (gia đình diễn viên điển hình)
| Gia đình hợp kim (tên điển hình) | Lớp đại diện / tên thương mại | Các yếu tố hợp kim chính (wt%) | Có thể xử lý nhiệt? | Các ứng dụng điển hình |
| Al - Có (mục đích chung) | A356 / AlSi7 | Và ≈ 6–8; Mg ≈ 0,2–0,5 | Thường (T6 có sẵn) | Nhà ở kết cấu, cơ thể bơm, đúc ô tô nói chung |
| Al–Si–Mg (cấu trúc, có thể xử lý nhiệt) | A356-T6, A357 | Và ≈ 6–7; Mg ≈ 0,3–0,6 | Đúng (T5/T6) | Thành phần đình chỉ, bánh xe, Truyền tải |
| Đúc khuôn Al–Si–Cu / Al - Có | A380, ADC12, A383 | Và ≈ 8–13; Cu ≈ 1–4; kiểm soát Fe | Giới hạn (chủ yếu là đúc hoặc bán tuổi) | Vỏ tường mỏng, đầu nối, thùng tiêu dùng |
Al -andi (động cơ & hợp kim T nâng cao) |
Hợp kim 319 | Và ~6–8; Cu ~3–4; Mg nhỏ | Đúng (giải pháp + Lão hóa) | Đầu xi lanh, pistons (với lớp lót), phần cứng động cơ |
| Si cao / hợp kim siêu âm | Al - Có (10-20% Có) | Và 10-20; lượng nhỏ Mg/Cu | hơi (giới hạn) | Pistons, bề mặt mòn, thành phần mở rộng thấp |
| Al–Si–Sn / hợp kim chịu lực | Các biến thể vòng bi Al–Si–Sn | Vui lòng kiểm duyệt; Sn (±Pb) như chất bôi trơn rắn | Thông thường không (mềm mại như diễn viên) | Vòng bi trơn, ống lót, bề mặt trượt |
| Đúc Al cường độ cao đặc biệt | Các biến thể Al–Zn–Mg (sử dụng diễn viên hạn chế) | Zn, Mg, bổ sung Cu nhỏ | Đúng (cứng tuổi) | Các bộ phận kết cấu cường độ cao (hốc/hàng không vũ trụ) |
3. Gang là gì?
Gang là một họ hợp kim sắt-cacbon được sản xuất bằng cách đổ kim loại nóng chảy vào khuôn và để nó đông đặc lại.
Điều phân biệt gang với thép là chúng tương đối Hàm lượng carbon cao (tiêu biểu >2.0 wt% c) và sự hiện diện của than chì trong cấu trúc vi mô đúc sẵn.
Cacbon thường tồn tại ở dạng than chì (trong một số hình thái) hoặc như cacbua sắt (Xi măng) tùy thuộc vào hóa học hợp kim và điều kiện hóa rắn.
Than chì đó – và ma trận bao quanh nó – điều khiển hành vi cơ học, khả năng gia công và không gian ứng dụng của các loại gang khác nhau.
Gang là công cụ lao động nặng, các ứng dụng chịu mài mòn và nhạy cảm với rung động vì chúng tiết kiệm khi đúc ở các hình dạng lớn hoặc phức tạp, cung cấp giảm xóc tuyệt vời, và có thể được điều chỉnh thông qua hóa học và xử lý nhiệt sau đúc (VÍ DỤ., ôn hòa phương Đông) đến một loạt các tài sản.
Các tính năng chính
- Hình thái than chì kiểm soát tính chất. Hình dạng, kích thước và sự phân bố của than chì (vảy, hình cầu, nén lại) chi phối độ dẻo kéo, độ dẻo dai, độ cứng và khả năng gia công:
-
- dễ bong tróc (xám) than chì tạo ra khả năng gia công tốt và giảm xóc nhưng độ bền kéo và độ nhạy khía thấp hơn.
- Hình cầu (nốt sần/dẻo) than chì mang lại độ bền kéo và độ dẻo cao hơn nhiều.
- Than chì nén (CGI) ở mức trung bình - độ bền và khả năng chống mỏi nhiệt tốt hơn sắt xám trong khi vẫn giữ được khả năng giảm chấn tốt.
- Giảm chấn rung tuyệt vời. Các nốt/mảnh than chì làm gián đoạn quá trình truyền sóng đàn hồi, vì vậy gang được ưa chuộng hơn cho khung máy công cụ, khối động cơ và vỏ nơi giảm xóc giúp ngăn chặn tiếng ồn và độ rung.
- Độ bền nén tốt và chống mài mòn. Đặc biệt là ở bàn là trắng và ngọc trai; thích hợp cho vòng bi nặng, con lăn và bộ phận mài mòn.
- Tương đối giòn khi căng (một số điểm). Sắt xám rất nhạy và có độ giãn dài thấp; sắt dẻo cải thiện đáng kể độ dẻo dai nhưng vẫn hoạt động khác với thép.
- Tiết kiệm cho vật đúc lớn/phức tạp. Đúc cát và đúc vỏ được thiết lập tốt; co ngót, cấp liệu và hóa rắn định hướng được quản lý bằng kỹ thuật đúc tiêu chuẩn.
- Phong bì thiết kế rộng thông qua xử lý sau hóa rắn. Thông qua xử lý nhiệt (bình thường hóa, ủ, ôn hòa phương Đông) và hợp kim (TRONG, Cr, MO),
gang có thể được điều chỉnh từ cấp độ mài mòn rất cứng đến cấp độ kết cấu cứng (VÍ DỤ., ADI—Sắt dẻo được tôi luyện). - Độ ổn định nhiệt tốt ở nhiều cấp độ. Một số loại gang bảo đảm độ ổn định kích thước và độ bền ở nhiệt độ cao tốt hơn hợp kim nhôm.
Các loại gang thông dụng
Dưới đây là tóm tắt thực tế về các họ gang lớn, xu hướng hóa học điển hình, cấu trúc vi mô và tính chất đại diện / ứng dụng.
| Kiểu | Thành phần điển hình (khoảng. wt%) | Tính năng cấu trúc vi mô chính | Hành vi cơ học đại diện | Các ứng dụng điển hình |
| Gang xám (GJL / Được phân loại theo tiêu chuẩn ASTM A48) | C ~3,0–3,8; Và ~ 1,5–3,0; Mn 0,5; S & P được kiểm soát | Mảnh than chì trong ma trận ferrite/pealite | Độ bền kéo rộng rãi ~150–350 MPa (thay đổi theo lớp); Độ giãn dài thấp (<1–3%); giảm xóc tuyệt vời; độ cứng vừa phải | Khối động cơ, trống phanh, Vỏ bơm, cơ sở máy |
| Dukes (nốt sần) sắt (GJS / ASTM A536) | C ~3,2–3,8; Và ~ 1,8–2,8; Mg ~0,03–0,06 (tạo nốt sần), dấu vết Ce/RE | Các nốt than chì hình cầu trong ferit/ngọc trai | Độ bền kéo và độ dẻo cao; các lớp phổ biến như 60–40–18 (60 Hành động UTS ≈ 414 MPA, 40 ksi YS ≈ 276 MPA, 18% kéo dài) | Vỏ bánh, trục khuỷu, đúc kết cấu an toàn quan trọng |
| Sắt nén sắt (CGI) (GJV) | C ~3,2–3,6; Và ~ 1,8–2,6; vết Mg/RE | Nhỏ gọn (giống như vermical) than chì - trung gian giữa mảnh và hình cầu | Độ bền kéo và khả năng chống mỏi nhiệt tốt hơn sắt xám, với khả năng giảm xóc tốt; UTS ở mức trung bình | Khối động cơ diesel, Thành phần xả, khối xi lanh hạng nặng |
| Sắt trắng | C ~2,6–3,6; Si thấp (<1.0); tốc độ làm mát cao | Xi măng / ledeburit (cacbua) - về cơ bản không có than chì | Độ cứng rất cao (thường HB vài trăm), khả năng chống mài mòn tuyệt vời; Độ cứng thấp | máy nghiền, Mặc tấm, lớp lót bắn nổ, môi trường mài mòn nghiêm trọng |
Sắt dẻo |
Ban đầu có thành phần sắt trắng; được xử lý nhiệt | Đúc như sắt trắng rồi Ăn để luyện carbon thành các tập hợp không đều (carbon nóng) | Kết hợp độ dẻo/độ dẻo dai được cải thiện so với. Sắt xám; sức mạnh vừa phải | Vật đúc nhỏ đòi hỏi độ dẻo (phụ kiện, dấu ngoặc) |
| Austempered sắt dẻo (Adi) | Đế sắt dẻo + xử lý nhiệt austempering có kiểm soát | Than chì hình cầu trong ma trận ausferit (ferit bainit + austenit ổn định) | Tỷ lệ sức mạnh và độ dẻo đặc biệt: UTS từ ~600 đến >1000 MPA với độ giãn dài hữu ích (3–10% tùy theo cấp bậc); Kháng mệt mỏi tuyệt vời | Hệ thống truyền động hiệu suất cao, Thành phần đình chỉ, Máy móc hạng nặng |
| Gang hợp kim (VÍ DỤ., Ni-kháng, bàn là có hàm lượng Cr cao) | Bazơ có Ni đáng kể, Cr, Mo bổ sung | Ma trận được thiết kế để chống nhiệt/ăn mòn; than chì có thể có mặt hoặc bị ức chế | Chống ăn mòn/oxy hóa chuyên dụng, hoặc độ bền nhiệt độ cao | Các bộ phận bơm dùng cho chất lỏng ăn mòn, thân van, bộ phận mài mòn nhiệt độ cao |
4. So sánh tính chất cơ học
Các con số được trình bày mang tính thực tiễn, cấp độ đúc Phạm vi điển hình (không đảm bảo cực tiểu/cực đại) bởi vì giá trị thực tế phụ thuộc rất nhiều vào hóa học chính xác, lộ trình đúc, Kích thước phần, và xử lý nhiệt.
Phạm vi đặc tính cơ học điển hình - nhôm đúc điển hình và các loại gang
| Vật liệu / Cấp (chỉ định điển hình) | Tỉ trọng (g · cm⁻³) | mô đun Young (GPA) | Độ bền kéo, Uts (MPA) | Sức mạnh năng suất (MPA) | Kéo dài (MỘT, %) | Độ cứng (Brinell, HB) | Các ứng dụng điển hình |
| A356-T6 (Al–Si–Mg, nhôm đúc được xử lý nhiệt) | 2.68–2,72 | 68–72 | 200 - 320 | 150 - 260 | 5 - 12 | 60 - 110 | Nhà ở kết cấu, trung tâm bánh xe, Truyền tải |
| A380 / ADC12 (họ Al–Si đúc thông thường, như đúc) | 2.70–2,78 | 68–72 | 160 - 280 | 100 - 220 | 1 - 6 | 70 - 130 | Vỏ tường mỏng, bộ phận tiêu dùng, đầu nối (chết đúc) |
| Siêu âm Al–Si (piston / hợp kim có độ giãn nở thấp) | 2.70–2,78 | 68–72 | 150 - 260 | 100 - 220 | 1 - 6 | 80 - 140 | Pistons, Các thành phần trượt, bộ phận mở rộng thấp |
| Gang xám (điển hình lớp ASTM A48 30) | 6.9–7.3 | 100Tiết140 | ≈207 (≈30 ksi) | - (không có năng suất rõ rệt) | <1 - 3 | 140 - 260 | Khối động cơ, khung máy, trống phanh |
| Gang xám (Lớp ASTM A48 40) | 6.9–7.3 | 100Tiết140 | ≈276 (≈40 ksi) | - | <1 - 3 | 160 - 260 | Nhà ở chịu tải nặng hơn, cơ thể bơm |
| Dukes (nốt sần) sắt — 60–40–18 (ASTM A536) | 7.0–7.3 | 160Mạnh180 | ≈414 (60 KSI) | ≈276 (40 KSI) | ~ 18 | 160 - 260 | Vỏ bánh, thành phần tay quay, Cấu trúc đúc |
| Sắt nén sắt (CGI) (phạm vi điển hình) | 7.0–7.3 | 140Mạnh170 | 350 - 500 | 200 - 380 | 2 - 8 | 180 - 300 | Khối động cơ diesel, Thành phần xả (khả năng chống mỏi nhiệt cao) |
| Trắng / sắt mài mòn có hàm lượng Cr cao (mặc lớp) | 7.0–7.3 | 160Mạnh200 | độ bền kéo thấp / giòn | - | <1 - 2 | >300 - 700 | máy nghiền, mặc lót, thành phần bắn nổ |
5. Cân nhắc về quá trình nhiệt và đúc
Hành vi nóng chảy và hóa rắn
- điểm nóng chảy / chất lỏng: hợp kim nhôm tan chảy trong ~ 550 bóng650 ° C. phạm vi (nhôm nguyên chất 660.3 ° C.).
Gang đông cứng ở nhiệt độ cao hơn (~1150–1250 °C tùy thuộc vào thành phần) và tạo thành than chì hoặc xi măng dựa trên thành phần và tốc độ làm nguội. - Độ dẫn nhiệt: hợp kim nhôm thường dẫn nhiệt tốt hơn đáng kể hơn gang (thường cao hơn 2–4×), ảnh hưởng đến việc làm mát khuôn, tốc độ đông đặc và hành vi làm lạnh.
- Co ngót hóa rắn: độ co tuyến tính điển hình của hợp kim nhôm ~1.3–1,6%; độ co ngót của gang xám nhỏ hơn (~0.5–1,0%), mặc dù vi mô- và độ co vĩ mô phụ thuộc vào độ dày của phần và cấp liệu.
Phương pháp đúc & sử dụng điển hình
- Dàn diễn viên nhôm: thường được sản xuất bởi chết đúc (áp suất cao), khuôn vĩnh viễn, áp suất thấp, Và Đúc cát.
Đúc khuôn mang lại bề mặt hoàn thiện tuyệt vời và khả năng tạo thành mỏng; tay cầm đúc cát lớn, nặng, hoặc các bộ phận phức tạp với chi phí dụng cụ thấp hơn. - Gang: tiêu biểu Đúc cát (cát xanh, vỏ bọc) Và mất mát/vỏ bọc cho các hình dạng phức tạp.
Vật đúc bằng gang dẻo thường được đúc bằng cát. Gang chịu được các tiết diện lớn và vật đúc nặng.
Dung sai kích thước & bề mặt hoàn thiện
- Nhôm đúc: khả năng kích thước tốt nhất của các tuyến đúc - dung sai điển hình trong phạm vi ± 0,1–0,5 mm cho nhiều kích thước (phụ thuộc vào kích thước), bề mặt hoàn thiện Ra thường xuyên 0.8Cấm3.2 như đúc.
- Nhôm khuôn vĩnh cửu: dung sai ± 0,25–1,0 mm, bề mặt hoàn thiện tốt hơn so với đúc cát.
- Gang đúc bằng cát: dung sai thô hơn, thông thường là ± 0,5–3,0 mm tùy thuộc vào kích thước và độ hoàn thiện; bề mặt hoàn thiện thô hơn, Ra thường xuyên 6Mạnh2525 đúc sẵn trừ khi được gia công.
- Khả năng độ dày của tường: nhôm đúc có thể tạo ra những bức tường mỏng (<2 mm) kinh tế;
gang thường yêu cầu các phần dày hơn để tránh khuyết tật và để co ngót, mặc dù khuôn đúc hiện đại có thể đạt được các mặt cắt mỏng vừa phải cho các bộ phận nhỏ.
Khả năng gia công và hoạt động thứ cấp
- Nhôm máy dễ dàng ở tốc độ cao hơn và lực thấp hơn; cuộc sống công cụ là tốt; phụ cấp gia công rất khiêm tốn đối với các bộ phận đúc sẵn.
- Gang máy móc theo cách khác - sắt xám tương đối dễ gia công do than chì đóng vai trò là chất chống phoi và chất bôi trơn;
sắt dẻo cứng hơn và đòi hỏi dụng cụ khác; Việc cắt gang thường tạo ra phoi giòn và yêu cầu loại dụng cụ thích hợp.
6. Chống ăn mòn và môi trường hoạt động
- Nhôm đúc: chống ăn mòn tự nhiên nhờ màng oxit ổn định; hoạt động tốt trong khí quyển, môi trường biển và ăn mòn nhẹ nếu chọn hợp kim/lớp phủ thích hợp.
Hệ thống anodizing và sơn cải thiện hơn nữa độ bền và vẻ ngoài bề mặt. - Gang: vật liệu kim loại dễ bị rỉ sét (quá trình oxy hóa) trong môi trường ẩm ướt; yêu cầu lớp phủ bảo vệ (sơn, mạ), bảo vệ cathode hoặc hợp kim để chống ăn mòn.
Trong một số ứng dụng (Khối động cơ), gang hoạt động ở mức chấp nhận được nhờ khả năng bảo vệ dầu và môi trường được kiểm soát. - Hiệu suất nhiệt độ cao: gang (đặc biệt là màu xám và dẻo) giữ được độ bền ở nhiệt độ cao tốt hơn nhôm.
Độ bền của nhôm giảm nhanh khi nhiệt độ tăng trên ~150–200 °C, hạn chế sử dụng nó trong các bộ phận tiếp xúc với động cơ nóng hoặc khí thải trừ khi sử dụng hợp kim đặc biệt hoặc làm mát.
7. Ưu điểm của nhôm đúc và gang
Ưu điểm nhôm đúc
- Tiết kiệm trọng lượng: Nhẹ hơn ~62,5% với khối lượng tương đương so với gang — rất quan trọng trong vận chuyển để tiết kiệm nhiên liệu.
- Độ dẫn nhiệt cao: tản nhiệt tốt hơn (hữu ích cho bộ trao đổi nhiệt, đầu xi lanh trên ô tô sau khi thiết kế phù hợp).
- Kháng ăn mòn tốt như đúc; tùy chọn anodizable để tăng cường bảo vệ và thẩm mỹ.
- Khả năng tính năng mỏng tường mỏng và phức tạp (Đặc biệt là chết đúc) — cho phép các bộ phận hợp nhất và tiết kiệm chi phí ngược dòng.
- Khả năng tái chế thuận lợi và chi phí vận chuyển liên quan đến khối lượng thấp hơn.
Ưu điểm của gang
- Độ cứng và giảm xóc cao hơn: tốt cho các kết cấu đòi hỏi độ cứng và kiểm soát độ rung (cơ sở máy công cụ, Vỏ bơm).
- Khả năng chống mài mòn và đặc tính ma sát vượt trội: Bàn là trắng và ngọc trai vượt trội trong môi trường mài mòn/mài mòn.
- Cường độ nén cao hơn và độ ổn định nhiệt ở nhiệt độ cao - sử dụng cho khối động cơ hạng nặng, lót xi lanh, và rôto phanh.
- Thông thường chi phí nguyên liệu thô trên mỗi kg thấp hơn và hành vi đúc mạnh mẽ cho các phần rất lớn.
8. Hạn chế của nhôm đúc và gang
Hạn chế của nhôm đúc
- Độ cứng thấp hơn: yêu cầu mặt cắt ngang hoặc gân lớn hơn để đạt được độ cứng tương đương - có thể làm giảm một số lợi thế về trọng lượng.
- Độ bền nhiệt độ cao thấp hơn: nhôm mất cường độ chảy ở nhiệt độ cao nhanh hơn sắt.
- Khả năng chống mài mòn ít hơn: nhôm đúc trơn mềm hơn; yêu cầu xử lý bề mặt (anod hóa cứng, lớp phủ) cho các bề mặt chịu mài mòn.
- Độ xốp và các khuyết tật liên quan đến khí: nhôm dễ bị xốp khí và khuyết tật co ngót nếu quá trình nấu chảy và đúc không được kiểm soát.
Hạn chế của gang
- Nặng: mật độ cao hơn làm tăng khối lượng bộ phận - tiêu cực đối với các ứng dụng nhạy cảm với trọng lượng.
- Hành vi kéo giòn: sắt xám có độ dẻo kéo thấp và dễ bị gãy giòn khi va chạm; thiết kế phải tính đến độ nhạy của notch.
- Ăn mòn nếu không được bảo vệ: yêu cầu lớp phủ hoặc quản lý ăn mòn.
- Độ dẫn nhiệt thấp hơn hơn Al (tản nhiệt chậm hơn); có thể yêu cầu điều chỉnh thiết kế làm mát.
9. Nhôm đúc và gang: So sánh sự khác biệt
| Thuộc tính | Nhôm đúc (VÍ DỤ., A356-T6, A380) | Gang (xám, Dukes) | Ý nghĩa thực tiễn |
| Tỉ trọng | ~2,6–2,8 g·cm⁻³ | ~6,8–7,3 g·cm⁻³ | Nhôm nhẹ hơn ~60–63% - lợi ích to lớn cho các thiết kế nhạy cảm với trọng lượng. |
| mô đun đàn hồi (E) | ≈ 69–72 GPa | ≈ 100–170 GPa | Sắt cứng hơn 1,5–2,5×; nhôm cần nhiều vật liệu/sườn hơn để phù hợp với độ cứng. |
| Độ bền kéo (đặc trưng) | A356-T6: ~200–320 MPa; A380: ~160–280 MPa | Xám: ~150–300 MPa; Dukes: ~350–700 MPa | Sắt dễ uốn vượt trội hơn Al về độ bền và độ dẻo; một số hợp kim Al đạt đến độ bền của sắt cấp thấp hơn. |
| Sức mạnh năng suất | ~150–260 MPa (A356-T6) | Xám: không có lợi nhuận rõ ràng; Dukes: ~200–300 MPa | Sử dụng sắt dẻo khi cần có đặc tính năng suất khác biệt và độ bền tĩnh cao hơn. |
| Kéo dài (độ dẻo) | ~5–12% (A356-T6) hoặc 1–6% (đúc sẵn) | Xám: <1–3%; Dukes: ~10–20% | Sắt dễ uốn và Al được xử lý nhiệt có độ dẻo tốt; sắt xám dễ gãy khi căng. |
| Độ cứng / mặc | HB ≈ 60–130 (phụ thuộc vào hợp kim) | HB ≈ 140–260 (xám); >300 (trắng/ngọc trai) | Sắt, đặc biệt là các lớp ngọc trai/trắng, tốt nhất cho mài mòn. Nhôm yêu cầu lớp phủ/chèn để chống mài mòn. |
| Độ dẫn nhiệt | ~80–180 W·m⁻¹·K⁻¹ (phụ thuộc vào hợp kim) | ~30–60 W·m⁻¹·K⁻¹ | Nhôm được ưu tiên cho các bộ phận tản nhiệt (tản nhiệt, vỏ). |
| Ổn định nhiệt / cường độ T cao | Cường độ giảm nhanh trên ~150–200 °C | Duy trì độ bền nhiệt độ cao tốt hơn | Sử dụng sắt để chịu tải nhiệt độ cao. |
| Giảm xóc / rung động | Vừa phải | Xuất sắc (Đặc biệt là sắt xám) | Ưu tiên dùng sắt cho khung máy, đế và các bộ phận nơi giảm rung là vấn đề quan trọng. |
| Khả năng đúc / khả năng tường mỏng | Xuất sắc (chết đúc; tường mỏng <2 mm có thể) | Hạn chế - tốt hơn cho các phần dày hơn | Nhôm cho phép hợp nhất, các bộ phận có thành mỏng nhẹ; ủi tốt hơn cho các phần nặng. |
Bề mặt hoàn thiện & dung sai (như đúc) |
Đúc khuôn: kết thúc tốt đẹp, dung sai chặt chẽ | Đúc cát: khó khăn hơn, dung sai rộng hơn | Đúc khuôn làm giảm quá trình gia công sau; gang cát thường đòi hỏi phải gia công nhiều hơn. |
| Khả năng gia công | Dễ, tỷ lệ loại bỏ cao; mài mòn dụng cụ thấp | Máy sắt xám tốt (than chì hỗ trợ hình thành chip); sắt dẻo cứng hơn trên dụng cụ | Nhôm làm giảm thời gian chu kỳ gia công; bàn ủi có thể cần dụng cụ cứng hơn nhưng bàn ủi màu xám cắt sạch sẽ. |
| Kháng ăn mòn | Tốt (oxit bảo vệ); được cải tiến hơn nữa bằng anodize/lớp phủ | Kém trong môi trường ẩm ướt/clorua mà không được bảo vệ | Nhôm thường cần ít sự bảo vệ chống ăn mòn hơn; sắt phải được sơn/mạ hoặc hợp kim. |
| Tính tái chế | Xuất sắc; năng lượng nấu lại thấp hơn trên mỗi kg so với năng lượng sơ cấp | Xuất sắc; có khả năng tái chế cao | Cả hai đều có giá trị phế liệu mạnh; tiết kiệm năng lượng nhôm trên mỗi kg lớn so với sản xuất sơ cấp. |
| Cân nhắc chi phí điển hình | USD/kg cao hơn nhưng khối lượng thấp hơn có thể làm giảm chi phí hệ thống; dụng cụ đúc khuôn cao | Giảm USD/kg; dụng cụ đúc cát thấp cho khối lượng thấp | Chọn dựa trên khối lượng bộ phận, khối lượng và yêu cầu hoàn thiện. |
| Các ứng dụng điển hình | Vỏ ô tô, tản nhiệt, Các bộ phận cấu trúc nhẹ | Khối động cơ, cơ sở máy, mặc các bộ phận, vỏ nặng | Kết hợp vật liệu với các ưu tiên về chức năng - trọng lượng so với độ cứng/độ mài mòn. |
Hướng dẫn lựa chọn (quy tắc thực hành)
- Chọn nhôm đúc khi: giảm khối lượng, tản nhiệt, khả năng chống ăn mòn và sự cố kết tính năng của tường mỏng là động lực chính (VÍ DỤ., linh kiện thân ô tô, tản nhiệt, vỏ nhẹ).
Sử dụng khuôn đúc nhôm cho khối lượng lớn và thành mỏng, bộ phận giàu tính năng; sử dụng A356-T6 khi cần hiệu suất kết cấu cao hơn và xử lý sau nhiệt. - Chọn gang khi: Độ cứng, giảm xóc, khả năng chống mài mòn hoặc nhiệt độ sử dụng cao là điều tối quan trọng (VÍ DỤ., cơ sở máy công cụ, Thành phần phanh, nhà ở hạng nặng, lớp lót mài mòn).
Chọn sắt dẻo cho các bộ phận kết cấu đòi hỏi độ dẻo dai và độ dẻo khi kéo.
Sử dụng sắt xám khi giảm chấn và gia công (cho các hoạt động gia công nặng) là quan trọng và độ dẻo kéo ít quan trọng hơn. - Khi nghi ngờ, đánh giá sự cân bằng ở cấp độ hệ thống: một bộ phận sắt nặng hơn có thể rẻ hơn mỗi kg nhưng làm tăng chi phí hạ nguồn (Tiêu thụ nhiên liệu, xử lý, cài đặt);
ngược lại, nhôm có thể giảm khối lượng hệ thống nhưng có thể yêu cầu các phần hoặc chi tiết chèn lớn hơn để đạt được mục tiêu về độ cứng/tuổi thọ mài mòn - chạy khối lượng cấp độ một phần, độ cứng và so sánh chi phí.
10. Phần kết luận
Nhôm đúc và gang là vật liệu bổ sung, mỗi loại đều xuất sắc trong các tình huống trong đó các thuộc tính duy nhất của chúng phù hợp với yêu cầu ứng dụng.
Nhôm đúc chiếm ưu thế về trọng lượng nhẹ, lĩnh vực hiệu quả cao (xe điện ô tô, Không gian vũ trụ, Điện tử tiêu dùng) nhờ tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng của nó, Độ dẫn nhiệt, và khả năng đúc phức tạp. </nhịp>
Gang vẫn không thể thay thế trong nhiệm vụ nặng nề, các ứng dụng nhạy cảm với chi phí (Máy công cụ, ống xây dựng, động cơ truyền thống) do khả năng chống mài mòn của nó, Giảm chấn rung, và chi phí thấp.</nhịp>
Câu hỏi thường gặp
Phần nhôm đúc nhẹ hơn phần gang cùng thể tích bao nhiêu?
Mật độ điển hình: nhôm ~2,7 g/cm³ so với gang ~7,2 g/cm³. Đối với khối lượng thành phần bằng nhau, Nhôm là Về 62.5% nhẹ hơn (Tức là, khối lượng nhôm cùng thể tích = 37.5% khối lượng gang).
Nhôm có thể thay thế gang trong khối động cơ?
Nhôm được sử dụng rộng rãi cho khối động cơ và đầu xi-lanh hiện đại để tiết kiệm trọng lượng.
Thay sắt cần thiết kế cẩn thận về độ cứng, Mở rộng nhiệt, chiến lược lót xi lanh (VÍ DỤ., lót đúc sẵn, tay áo sắt) và chú ý đến sự mệt mỏi và hao mòn.
Dành cho các ứng dụng tải cao hoặc nhiệt độ cao, có thể ưu tiên các hợp kim/thiết kế bằng gang hoặc nhôm đặc biệt.
Cái nào rẻ hơn: nhôm đúc hoặc gang?
Trên một mỗi kg cơ sở, sắt có xu hướng rẻ hơn; trên một mỗi phần cơ bản câu trả lời phụ thuộc vào khối lượng, dụng cụ (khuôn đúc thì đắt tiền), thời gian gia công, và chi phí của hệ thống điều khiển bằng trọng lượng (VÍ DỤ., mức tiêu hao nhiên liệu trên ô tô).
Cho khối lượng cao, nhôm đúc có thể tiết kiệm mặc dù chi phí vật liệu cao hơn.
Chất liệu nào chống mài mòn tốt hơn?
Gang (đặc biệt là sắt trân châu hoặc sắt trắng) thường thể hiện khả năng chống mài mòn vượt trội so với nhôm đúc.
Nhôm có thể được xử lý bề mặt hoặc phủ cho các ứng dụng chống mài mòn nhưng hiếm khi phù hợp với sắt cứng mà không có quy trình bổ sung.
Nhôm đúc có bị rỉ sét không?
Nhôm không bị gỉ như sắt; nó tạo thành một lớp oxit bảo vệ nó khỏi bị ăn mòn thêm. Dưới một số điều kiện (Phơi nhiễm clorua, Khớp nối điện) nhôm có thể bị ăn mòn và có thể cần lớp phủ hoặc bảo vệ cathode.
