铝铸件: 过程, 特性, 和申请

1. 介绍

铝铸件 是一个基础制造过程，涉及熔化铝合金并使用各种成型技术将它们形成精确的形状.

该方法在产生复合物中起着关键作用, 轻的, 以及各种行业的耐腐蚀组件, 包括 汽车, 航天, 电子产品, 和 可再生能源.

随着对节能的需求, 高性能产品继续上升, 由于铝的铸造 有利的强度与重量比, 出色的导热率, 和 回收.

例如, 在 汽车部门, 铝制铸件在减轻车辆重量和提高电动汽车的燃油效率或电池范围方面至关重要.

2. 什么是铝铸件?

铝铸件 是一种制造过程，在该过程中，将熔融铝或铝合金倒入模具中以形成所需的形状，以形成所需的形状.

由于铝的有利特性，这项技术对于现代制造至关重要 - 重量, 耐腐蚀性, 导热率, 和高可回收性.

铸造过程使得具有相对较低材料废物的复杂几何形状的生产, 使其成为一种具有成本效益的解决方案 汽车 和 航天 到 电子产品, 活力, 和 建造.

有多种铝制铸造方法，例如 沙子铸造, 压铸, 和 投资铸造 - 根据生产量对特定应用进行优化, 表面饰面, 和尺寸精度要求.

3. 铝制合金及其特性

铝 铸造合金专门设计用于熔融金属加工，并提供了独特的强度组合, 耐腐蚀性, 流动性, 和可加工性.

这些合金通常是根据它们的 化学组成, 热处理反应, 和 铸造性能.

铝制铸造合金的分类

铝制铸造合金分为两个主要类别:

• 可热处理的合金
  这些合金通过溶液进行热处理和人工衰老而获得强度 (例如。, T6脾气). 在结构和汽车零件中常见.
• 非热可处理的合金
  通过固体溶液硬化或应变硬化加强, 它们更容易施放，并且经常用于通用组件.

此外, 他们按串联按照 铝业协会 分类系统 (例如。, 3xx.x, 5xx.x, A356, ADC12):

4. 铝制铸造方法

铝制铸造方法多种多样，并根据几何学的特定要求量身定制, 体积, 成本, 表面饰面, 和机械性能.

每个过程都有独特的优势和限制, 使方法选择是产品设计和制造效率的关键因素.

铝砂铸造

沙子铸造 是最古老，最通用的铸造过程之一. 它涉及在图案周围包装沙子混合物以形成霉菌腔, 然后用熔融铝填充.

砂霉通常由用粘土或树脂粘合的二氧化硅砂制成，并在凝固后破裂以取回零件.

模式可以重复使用, 可以插入内部空腔.

此方法非常适合大型组件和小批量生产.

它在合金选择方面具有极大的灵活性，并适应各种形状和尺寸 - 从小括号到大量的泵外壳或重量数吨的发动机块.

铝制铸造

高压铸造 (HPDC) & 低压铸造 (LPDC)

铸造 涉及将熔融铝注入钢模 (死亡) 在受控压力下.

在HPDC中, 铝在压力下被迫进入凹槽 1,500 到 25,000 psi, 导致出色的表面表面和尺寸精度.

相比之下, LPDC使用气压 (通常〜0.7 bar) 从下方轻轻将熔融金属推入模具, 降低湍流并改善结构完整性.

由于其快速周期时间，模具铸件主要用于大规模生产环境, 严格的公差, 和可重复性.

然而, 它需要在模具工具上进行大量投资，并且大多限于针对可铸性和热行为优化的特定铝合金 (例如。, ADC12, A380).

铝制投资铸造 (失去蜡铸)

熔模铸造 通过使用涂有耐火陶瓷材料的消耗式蜡图案来形成模具，提供了卓越的精度.

一旦陶瓷变硬, 蜡被融化并用熔融铝代替. 凝固后陶瓷外壳破裂.

此过程是复杂几何形状的理想选择, 薄壁, 以及其他铸造方法很难或不可能实现的细节.

它通常用于航空航天, 防御, 以及准确性和材料完整性至关重要的高端工业组件. 施放近网状零件的能力大大降低了加工要求.

铝永久模具铸造 (重力铸造)

永久性模具铸造使用不可验证的钢或铁霉菌来产生中到高的铸件.

在重力下将熔融铝倒入模具中, 不使用外部压力. 霉菌通常被预热并涂有耐火材料，以增强流量, 表面饰面, 和霉菌寿命.

与沙子铸造相比, 此方法提供了更好的维稳定性, 表面饰面, 以及由于更快的冷却和更均匀的晶粒结构而引起的机械性能.

它通常用于汽车零件, 齿轮外壳, 和照明组件. 核心插入物可用于创建内部功能.

专业铝制铸造方法

离心铸件

离心铸造使用快速旋转的模具通过离心力向外分配熔融铝.

该方法主要适用于圆柱形组件，例如管道, 戒指, 衬套, 和袖子. 该过程消除了气体夹带和杂质, 产生密集, 细粒外层.

该过程非常适合生产需要高完整性和耐磨性的无缝组件.

挤压铸造

挤压铸造结合了锻造和铸造的优势. 将熔融铝倒入预热的模具中，并用高压压缩 (通常为10,000–20,000 psi) 在凝固过程中.

压力消除了气体孔隙度并改进了晶粒结构, 导致铸件，其特性接近锻造合金.

挤压铸件在关键组件（例如悬架武器）的汽车应用中特别有价值, 转向指关节, 和高强度支架.

比较表: 铝制铸造方法

5. 铸铝的机械和物理特性

铸铝合金由于机械性能的出色组合而广泛使用在行业中, 轻量级特征, 和耐腐蚀性.

然而, 属性因铸造方法而异, 合金类型, 和热处理.

6. 铝制铸造后铸造行动

产生铝铸件后, 他们通常需要几个铸造过程来增强其机械性能, 表面质量, 维度的准确性, 和整体性能.

这些操作对于满足行业规格和功能要求至关重要.

热处理

• 目的: 热处理可修饰铝合金的微观结构以提高强度, 硬度, 和延性. 常见的热处理包括解决, 淬火, 和老化.
• 典型的热处理类型:

• • T5: 铸造后的人工衰老无事事先解决方案治疗. 用于中度增加力量.
  • T6: 溶液热处理然后进行人工衰老. 广泛应用于A356等合金，以达到峰值强度和抗疲劳性.
  • T7: 过度衰老以提高耐腐蚀性和尺寸稳定性，以一定的强度为代价.

• 影响: 热处理可显着增强拉伸和屈服强度 (例如。, A356-T6拉伸强度可以达到〜250 MPa), 改善伸长率, 并稳定铸造结构.

表面处理

• 射击/沙子爆破: 机械清洁以除去沙子, 规模, 和表面不规则, 改善油漆粘附或审美表面.
• 阳极氧化: 电化学处理以创建耐用的氧化物层，以耐腐蚀和表面硬度, 经常用于航空航天和建筑应用.
• 绘画和粉末涂料: 提供腐蚀保护和颜色定制, 对于汽车和消费产品必不可少的.
• 加工: 精密加工完善的尺寸, 达到严格的公差, 并提供功能表面 (例如。, 密封面或轴承表面).

• • 由于铝的柔软度和倾向或坚持切割工具的趋势，需要特殊的工具和切割参数.

• 抛光和抛光: 申请装饰或功能性饰面, 特别是在电子外壳或消费品中.

加工考虑

• 铝合金通常机器很好, 但是芯片控制和工具寿命取决于合金成分和铸造质量.
• 使用碳化物或涂层工具 (锡, 蒂恩) 延长工具寿命并改善表面饰面.
• 在铸造设计期间，将加工津贴考虑到可容纳材料的拆除.

非破坏性测试 (NDT)

• 目的: 通过检测内部缺陷或表面缺陷来确保铸造完整性，而不会损坏零件.
• 常见的NDT方法:

• • X射线射线照相: 检测内部孔隙度, 收缩腔, 和夹杂物.
  • 超声测试: 标识地下裂纹或分层.
  • 染料渗透性检查: 用于揭示表面裂缝和裂缝.

• NDT的实施确保遵守质量标准 (例如。, 铝铸件的ASTM B108) 并防止服务过早失败.

7. 铝制铸造及其预防缺陷

• 孔隙率:

• • 气孔隙度: 水分氢; 通过脱气而阻止 (氮/氩气清洗) 到 <0.15 cc/100gh₂.
  • 收缩孔隙度: 较差的立管设计; 通过模拟修复 (例如。, 岩浆) 确保定向固化.

• 包含: 氧化物/砂颗粒; 通过陶瓷泡沫过滤器过滤 (20–50 ppi) 删除 >90% 夹杂物≥50μm.
• 热眼泪: 固化过程中的张力; 被圆角阻止, 均匀的壁厚, 和较慢的冷却.
• 冷关: 不完整的模具填充; 通过浇筑温度升高来固定 (5–10°C) 或费率 (0.5–2公斤/秒).

8. 优点和局限性

铝铸件的优势

• 轻的: 铝密度低 (〜2.7 g/cm³), 实现较轻的组件的生产, 这对于提高燃油效率和性能的汽车和航空航天行业至关重要.
• 优异的耐腐蚀性: 自然形成保护性氧化物层, 对大气和许多化学环境提供良好的抵抗力, 降低维护成本.
• 良好的热电导率: 铝铸件被广泛用于散热器, 电气外壳, 以及需要有效散热的组件.
• 高强度重量比: 特别是当热处理 (例如。, T6条件), 铝铸件具有适用于结构零件的强机械性能.
• 多功能铸造方法: 铝与各种铸造过程兼容, 从铸造到高精度铸造, 允许复杂的形状和大量生产量.
• 良好的可加工性: 与亚铁金属相比.
• 回收: 铝是高度可回收的，而不会损失财产, 支持可持续制造.

铝铸件的局限性

• 较低的熔点: 铝在约660°C下融化, 与钢或超级合金相比，这限制了其在高温应用中的使用.
• 孔隙率问题: 铝铸件容易容易出现气体孔隙率和收缩缺陷，如果无法正确控制, 潜在的机械完整性.
• 降低磨损的阻力: 与亚铁金属相比, 铝合金表现出较低的硬度和耐磨性, 可以限制在磨料环境中的应用程序.
• 铸造工具成本: 高工具和霉菌成本限制了高批量生产的铸造.
• 热膨胀: 铝具有相对较高的热膨胀系数, 这可能会导致暴露于温度波动的精确成分的尺寸不稳定.
• 在高度腐蚀性环境中使用有限: 虽然耐腐蚀, 铝合金可能不适用于高度酸性或碱性条件，而没有保护涂层.

9. 铝铸件的工业应用

• 汽车: 气缸盖, 发动机块, 传输外壳, 车轮
• 航天: 轻量级托架, 住房, 结构框架
• 电子产品: 热外壳, 散热器需要高热电导率
• 海军陆战队: 耐腐蚀的配件, 泵外壳
• 活力: 风力涡轮机轮毂, LED灯架
• 建造 & 建筑学: 装饰立面, 结构曲线, 窗帘墙的组件

10. 铝铸造与. 其他铸造材料

铝铸件通常与其他常见的铸造材料（例如铸铁）进行比较, 镁, 和锌.

每种材料都具有不同的优势和限制, 重量, 耐腐蚀性, 成本, 和制造性.

概括:

• 铝vs. 铸铁: 铝的低密度使其成为减轻重量至关重要的理想之处, 例如汽车和航空航天部门.
  铸铁具有耐磨性和高温强度，但较重，容易生锈, 限制其在对轻质或腐蚀敏感应用中的使用.
• 铝vs. 镁: 镁比铝更轻，但强度和耐腐蚀性较低, 限制其使用非常轻巧, 非腐败环境.
  镁铸件可能更昂贵，并且由于可燃烧性问题而需要严格处理.
• 铝vs. 锌: 锌合金以低成本提供了出色的尺寸精度和表面饰面, 小型的理想选择, 详细的零件.
  然而, 锌比铝重得多，耐腐蚀较少, 限制其在结构或室外应用中的使用.

11. 结论

铝铸件提供多功能, 轻巧生产具有成本效益, 导电, 和耐腐蚀的部分.

仔细合金选择 (例如。, A356, A319), 过程选择, 和缺陷缓解, 铸铝可提供高性能 汽车, 航天, 海洋, 电子产品, 和 建造 部门.

随着可持续性和轻巧的设计变得至关重要, 铝制铸造继续壮成长.

常见问题解答

什么是最强的铝制铸造合金?

206-T6合金提供最高的拉伸强度 (345 MPA) 在常见的铸造合金中, 用于航空航天和高压力应用.

可以焊接铝铸件吗?

是的, 但是要谨慎. 可热处理的合金 (例如。, 356) 可能会失去热影响区域的强度; 焊接 4043 填充金属可最大程度地减少这种效果.

铝铸造与铝锻造相比如何?

铸造在一步中产生复杂的形状 (例如。, 发动机块) 但强度比锻造较低. 锻造更好 (例如。, 曲轴) 但是价格超过2-3×.

是什么导致铝铸件中的孔隙率?

气体夹带 (水分氢) 或凝固期间收缩. 死亡铸造最容易, 但是真空辅助铸造可将孔隙率降低到 <0.5%.

铝制铸件适合户外使用?

是的. 合金喜欢 5083 (海洋级) 抵抗盐水腐蚀, 具有服务寿命 20+ 在沿海环境中的岁月.