Co je litý hliník? Univerzální kov používaný v moderní výrobě

Hliníkové odlitky jsou jedním z nejpřizpůsobivějších a nejběžnějších materiálů v současné výrobě. Používá se k roztavení a nalití roztaveného hliníku do forem, aby získal požadované tvary, a tímto procesem lze zkonstruovat složité a komplikované díly, které by jinak při použití alternativních technik těžko vznikaly, a proto lze tímto procesem vytvořit velké množství takových dílů při relativně nižších nákladech. Na adrese výrobky z litého hliníku našly svou hodnotu pro různé účely, které sahají až k součástkám automobilových motorů, leteckému průmyslu, hrncům na kávu, kuchyňskému nádobí a dokonce i pro domácnost. Neuvěřitelná beztížnost a současně pevnost a odolnost proti korozi a dobrá tepelná vodivost z nich činí nejlepšího dodavatele pro četná průmyslová odvětví. Hliníkové odlitky také poskytují výrobci velkou flexibilitu při navrhování, což umožňuje vytvářet složité geometrie, které mohou optimalizovat výkon bez použití velkého množství materiálu. 

Proces odlévání je také velmi efektivní a ekonomicky výhodný, zejména při hromadné výrobě dílů. Hliník navíc patří do kategorie kovů, které se snadno recyklují, což znamená, že může snížit ekologické náklady na výrobu. Ačkoli má litý hliník mnoho výhod, má také některé nedostatky, jako je jeho křehkost ve srovnání s hliníkem tepaným a to, že se obtížně svařuje. Tyto faktory je třeba vzít v úvahu při výběru litého hliníku pro konkrétní aplikace.

Tento článek poskytne široký pohled na vlastnosti, výhody a použití hliníkových odlitků, jedné z nejběžnějších látek v současném světě.

Co je hliníkový odlitek?

Hliníkové odlitky se vyznačují poměrně tekutým vzhledem hliníku, který byl přetvořen do tvaru tvořícího výrobek. Tento proces, neboli odlévání, je velmi starý výrobní postup přizpůsobený současným postupům. Na rozdíl od tepaného hliníku, který se odlévá válcováním nebo vytlačováním, se hliník nalévá do formy jako roztavený kov, po jehož vytvrzení se nechá ztuhnout.

Odlévání umožňuje vytvářet složitější, duté a dokonce trojrozměrné tvary, které by nebylo možné snadno a za přijatelnou cenu tvarovat obráběním nebo kováním, protože začíná jako kapalina. Právě díky této všestrannosti jsou výrobky z litého hliníku tak široce používány napříč celým spektrem našich výrobků, tedy například díly motorů, ale i elektronická zařízení a kuchyňské nádobí.

Jednoduché složení hliníkového odlitku

Hliník většinou není čistý hliník. Místo toho se jedná o slitinu, tj. směs hliníku a dalších materiálů za účelem zlepšení pevnosti nebo tekutosti, případně obojího. Nejčastějším aspektem slitiny je

• Křemík: způsobuje jeho proudění a nízkou míru smršťování. Thee rock, the rock, the rock, fempare, fempare.
• Hořčík 
• Zinek a mangan: Dosahuje se s nimi pevnosti a houževnatosti materiálu.
• Nikl, železo: nepřesahuje určitou tvrdost.

Kombinace je specifická, což závisí na použití. Pro ilustraci, slitiny s vysokou tepelnou vodivostí a odolností proti korozi by se používaly na vysokoteplotní zařízení, jako jsou automobilové díly, a nádobí by si vzalo tu s vysokým obsahem křemíku a hliníku, která má vysoký tepelný výkon a odolnost proti opotřebení.

Historie a vývoj litého hliníku

Odlévání kovů má tisíciletou historii, neboť již rané společnosti odlévaly bronz a litinu k výrobě nástrojů a zbraní. Hliník se začal získávat až počátkem 19. století a až do vytvoření Hall-Héoultova procesu koncem 19. století to bylo neekonomické. Na počátku 20. století se odlévání hliníku stalo jedním z procesů leteckého průmyslu a výroby kuchyňského nádobí. 
Právě v období druhé světové války byla poptávka po hliníku nejvyšší, protože díky poměru pevnosti a hmotnosti byl nejvhodnější pro letadla. Po válce mělo odlévání hliníku více komerčních aplikací ve spotřebním zboží, výrobě automobilů a architektuře.
Díky pokroku v konstrukci forem, metalurgii a odlitků je hliníkový odlitek součástí současné výroby.

Proces lití hliníku 

Odlévání hliníku je proces, který vyžaduje řadu hlavních kroků, aby se z roztaveného hliníku staly díly, které lze použít v podobě specifických tvarů. Práce základního vysvětlení procesu probíhá následujícím způsobem:

1. Příprava formy

Prvním postupem odlévání je výroba formy, do které se bude odlévat roztavený hliník. V závislosti na způsobu odlévání může forma sestávat mimo jiné z písku, kovu nebo keramiky. Pomocí dobré formy se také navrhne požadovaný tvar, aby se zajistilo, že hliník ztuhne ve správném tvaru.

2. Tavení hliníku

Když je forma připravena, vloží se zbytky hliníku nebo hliníkové ingoty do pece, kde se taví při teplotě 660 až 750 °C (1220 až 1382 o F). Roztavený hliník je rovněž průběžně sledován s cílem dosáhnout správné teploty a kvality lití.

3. Nalití roztaveného hliníku do formy

Po nalití roztaveného hliníku do dutiny formy se roztavený kov nalije do dutiny formy. Vlévání se provádí v závislosti na druhu odlévání, tj. tlakové lití, lití do písku nebo investiční lití. Některé z používaných technik zahrnují tlakové lití, při němž se roztavený hliník vstřikuje pod tlakem, zatímco při jiných technikách se roztavený hliník pouze nalije do formy a nechá se vychladnout.

4. Chlazení a tuhnutí

Budování a dohled: Příliš tlustý nebo složitý díl se bude dlouho chladit. V této fázi se roztavený hliník ochladí do požadovaného tvaru a vyloučí vnitřní tlak.

5. Instalace a kontrola

Po vychladnutí a ztuhnutí hliníku se forma uvolní a odlitek zůstane. Oddělení se v některých případech provádí rozlomením kusu formy, zejména při lití do písku, a při jiných technikách, jako je lití pod tlakem, se forma otevře a díl se vysune.

6. Dokončovací práce a kontrola

Po vyřezání se díl obvykle dále zpracovává dokončovacími operacemi, jako je broušení, leštění, obrábění atd., aby se vyhladil povrch nebo dosáhlo menších tolerancí. U dílu se pak kontroluje, zda se v něm nevyskytuje pórovitost nebo praskliny a také zda splňuje normu, která je požadována z hlediska pevnosti a funkčnosti.

Jaký postup se používá při vytváření hliníkového odlitku?

Hliník ve formě hliníkového odlitku lze vyrobit nalitím roztaveného hliníku do formy, v níž roztavený kov ztvrdne v určeném tvaru. Složité díly lze vyrobit procesem lití, protože je lze jen stěží vyrobit jinými postupy, jako je obrábění nebo kování.

1. Tlakové lití

Při tlakovém lití je tekutý hliník pod velkým tlakem vtlačován do pracovní formy nebo kokily. Tato technika je skvělá, pokud jde o velkosériovou výrobu, a vytváří přesné a hladké díly. Průmyslové využití této metody je běžné v automobilovém a elektronickém průmyslu (včetně dílů, jako jsou součásti motorů nebo elektronické skříně).

2. Odlévání do písku

Odlévání do písku je způsob výroby odlitku pomocí formy z písku, do které se nalije roztavený hliník. Tato technologie je také velmi cenově dostupná a méně tuhá, proto je vhodná při výrobě velkých, složitých kusů, jako jsou bloky motorů a lodní díly. Povrchová úprava je však drsná a může být nutné provést další dokončovací proces.

3. Investiční lití (lití do ztraceného vosku)

Při tomto procesu se používá vosková forma s keramickým pláštěm, do které se nalije roztavený vosk a poté roztavený hliník. Jedná se o ideální proces pro výrobu malých a jemných součástek, například lékařských.

4. trvalé odlévání forem

Odlévání do trvalých forem je proces výroby hliníkových dílů pomocí kovových forem, které lze opakovaně použít. Hliník se zahřeje do roztaveného stavu a poté se nalije do formy, kde vychladne. Výsledkem tohoto procesu jsou robustnější díly s lepší povrchovou úpravou, které jsou nejrozšířenější v automobilovém průmyslu.

5. Gravitační lití

Roztavený hliník se nalévá do kovové formy gravitační silou (tj. odlévání pod tlakem) namísto působení tlaku. To je vhodné tam, kde se mají vyrábět středně velké součásti, jako jsou automobilové konstrukce a kola automobilů.

Výhody hliníkových odlitků

1. Lehké a výkonné

Hliníkové odlitky jsou lehké a mají dobrou pevnost, proto se používají v konstrukci automobilů a letadel, ve strojírenství a v dalších aplikacích.

2. Odolnost proti korozi

Může přirozeně vytvářet ochranné vrstvy oxidů, což mu pomáhá vyhnout se korozi a povětrnostním vlivům, a proto je užitečný ve venkovním nábytku, lodním kování a kuchyňském nádobí.

3. Nízkonákladová hromadná výroba

Jeho vynikající tepelná a elektrická vodivost jej předurčuje k použití jako nádobí, chladič a v elektronických skříních.

4. Schopnost vytvářet složité tvary

Odlévání hliníku totiž umožňuje získat poměrně detailní a složité tvary, které jsou jinak při použití jiných způsobů zpracování hliníku nákladné a těžkopádné.

5. Úsporné ve velkovýrobě

A po výrobě forem lze relativně rychle a za velmi přijatelnou cenu odlévat velké množství podobných předmětů, zejména při tlakovém lití.

6. Recyklovatelné a šetrné k životnímu prostředí

Hliník lze také stoprocentně recyklovat, čímž se šetří energie a dosahuje se udržitelného výrobního procesu.

Nevýhody litého hliníku

1. Problémy s pórovitostí

V průběhu odlévání může dojít k zachycení vzduchu v namáhaných částech, stejně jako v tlakově namáhaných částech, může dojít ke vzniku slabin nebo k vytékání.

2. Menší pevnost v tahu

Stejně jako kovaný hliník je i litý hliník křehký a při namáhání nebo úderu může prasknout.

3. Obtížné svařování

Svařování je obtížné i kvůli povrchovým oxidům a vnitřním dutinám, takže jsou nutné speciální metody a péče.

4. Hliníkové odlitky a tepaný hliník

Jiné formy odlévání, jako je odlévání do písku, vytvářejí strukturu nebo drsný povrch, který je nevyhnutelný pro pozdější povrchovou úpravu.

5. Nevhodné pro zátěžové použití

Hliníkové odlitky se obtížně ohýbají a jsou také náchylnější k praskání, a proto se stávají nepoužitelnými při návrhu proporcí, který by se měl neustále zaměřovat na poruchy způsobené namáháním nebo vibracemi.

6. Smrštění po ochlazení

Hliník se při tuhnutí smršťuje, což má vliv na konečné rozměry a může být nutné provést určité úpravy v konstrukci.

Aplikace litého hliníku

V mnoha průmyslových odvětvích se používá hliníkový odlitek, a to z mnoha důvodů. Některé z hlavních aplikací jsou následující:

1. Automobilový průmysl

Hliník se používá jako odlitek na bloky motorů, skříně převodovek, kola a zavěšení. Má nízkou hmotnost, což zvyšuje úsporu paliva, a je také pevný a odolný.

2. Letecký a kosmický průmysl

Letecký hliníkový odlitek se používá v dílech leteckých motorů, konzolách a palivových nádržích díky poměru hmotnosti a pevnosti a také díky nekorozivnímu chování.

3. Nádobí

Obvykle se používá na pánve, hrnce a rošty, protože má velmi dobrou tepelnou vodivost a rovnoměrné rozložení tepla.

4. Elektronika

Hliníkový odlitek se používá v chladičích, elektronických pouzdrech a v rámečcích LED, kam se odvádí teplo z počítačů a světel LED.

5. Průmyslová zařízení

Pro svou vysokou pevnost a odolnost vůči drsnému prostředí je oblíbený v čerpadlech, skříních převodovek a krytech strojů.

6. Druh odlévané skupiny karoserie (hliník vs. tepaný hliník)

Hliníková slitina se používá při výrobě venkovního nábytku, sloupků veřejného osvětlení a branek, protože je bezúdržbová a odolná proti korozi.

Litý hliník vs. tepaný hliník

Jak rozpoznat litý hliník

Existují určité znaky, podle kterých lze určit hliníkový odlitek.

• Hmotnost: Méně váží než ocelová tyč, ale přesto je pevná.
• Linie švů: Součástí formy jsou také dělící čáry.
• Test hřiště: Zvuk klepání je tupější než zvuk vydávaný kovaným hliníkem.
• Povrch: Pískové odlitky mají drsný povrch.

V oblasti ověřování složení padělků se profesionálně používají XRF spektrometry nebo analyzátory. Někteří výrobci označují kódy/symboly slitin, aby je bylo možné rozpoznat. Právě na základě těchto vlastností se technici poučili v rozlišování mezi pískovým, tlakovým a dokonce i kovaným hliníkem.

Jedná se o drobné návrhy:

Hliníkové odlitky mají extrémně dlouhou životnost, která se pohybuje v řádu desítek let, za předpokladu, že jsou vhodně udržovány. Velkou odměnou je recyklace:

• Čištění: Při čištění se nesmí používat ocelová vlna, abrazivní drhnutí ani čisticí prostředky. K čištění používejte velmi jemný čisticí prostředek a měkký hadřík.
• Skladování: Postupem času může docházet k oxidaci vlivem vody.
• Povrchová úprava: Každých pár let venkovní nábytek přetřete nebo dokonce utěsněte a chraňte ho před UV zářením a povětrnostními vlivy.
• Kontrola: Pravidelně kontrolujte konstrukční objekty, abyste zjistili polohu rzi, praskliny nebo uvolněné šrouby.

Pravidelná péče prodlužuje životnost a umožňuje, aby hliníkový odlitek vypadal svěže a bezpečně fungoval i nadále.

Životní prostředí a recyklace a její účinky

Mezi nejpůsobivější výhody hliníkového odlitku patří možnost jeho recyklace. Více než tři čtvrtiny veškerého vyrobeného hliníku se dodnes používají.

• Snižuje ničení min.
• Ušetří 95 % energie potřebné k výrobě primárního hliníku.
• Snižuje úroveň emisí uhlíku
• Budoucnost má tendenci - litý hliník
• Usnadnění výroby smyček Usnadnění výroby smyček

Průmysl nyní přešel na koncepci kruhového designu, kdy se hliníkové zbytky shromážděné v továrně roztaví a poté se znovu zapojí do výrobního cyklu, což je velkou výhodou pro udržitelnost.

 Budoucnost hliníkových odlitků

Inovace a péče o životní prostředí jsou dohody, které jsou blízké hliníkovým odlitkům:

• 3D tištěné formy: A opět dochází k menšímu plýtvání a výrobě dílů na míru.
• Inteligentní odlévací systémy: Proces identifikace závad v reálném čase pomocí umělé inteligence.
• Nové ekologické slitiny: Snížilo by se množství toxických látek a zlepšila by se recyklace.
• Elektrická vozidla (EV): Elektromobily mají vyšší nároky, které vedou k vyššímu použití hliníkových odlitků v krytech baterií i v podvozcích.

Vzhledem k tomu, že i ostatní průmyslová odvětví se chovají ekologicky, bude mít hliníkový odlitek ještě větší vliv na konstrukci ekologicky šetrných výrobků.

Závěr

Hliníkové odlitky jsou v dnešní době hlavní součástí výroby díky svým rozmanitým výhodám a možnostem použití. Lehkost, odolnost proti korozi a tepelná vodivost z něj činí žádaný materiál ve většině průmyslových odvětví, jako je automobilový a letecký průmysl, elektronika, kuchyňské nádobí a mnoho dalších. Hliníkový odlitek je vysoce strukturovaný, a to jak z hlediska výkonu, tak z ekonomického hlediska, jak při použití k výrobě některých složitých výrobků pro automobilový průmysl, tak při výrobě některých lehké letecké výrobky nebo když se používá jako odolný venkovní nábytek. Navzdory jeho všestrannosti existují problémy, které jsou s litým hliníkem spojeny. Problémy, jako je pórovitost, křehkost a problémy s tavením, je třeba zohlednit při volbě tohoto materiálu v přísných oblastech, a pak v těch náročných. Bez ohledu na tyto překážky se recyklace hliníku a jeho ekologické vlastnosti ukazují jako další faktor motivující jeho tok a poptávku. S měnícím se a udržitelnějším způsobem výroby se očekává, že lití hliníku bude i nadále hrát zásadní roli při zajišťování toho, aby se při výrobě spotřebovalo méně odpadního materiálu a energie. Technologie a slitiny, které se budou v budoucnu používat, mohou být ještě inovativnější, protože technologie odlévání budou pokročilejší a šetrnější k životnímu prostředí, což umožní další zvýšení výkonnosti materiálu a snížení jeho vlivu na životní prostředí. Hliníkové odlitky mají možnost recyklace a neustálého vývoje, což je také jeden z důvodů, proč budou v příštích letech hrát důležitou roli ve světě výroby.

Nejčastější dotazy

1. Jaké jsou výhody hliníkových odlitků?

Hliníkový odlitek je roztavený a vylitý hliník, který je nalitím do formy upraven do určitého tvaru. Díky tomuto procesu odlévání lze vyrábět i složité díly, které by nebylo snadné provést jinými postupy, např. obráběním nebo kováním.

2. Jaké jsou negativní aspekty lití hliníku?

Nejvýznamnějšími vlastnostmi hliníkových odlitků jsou nízká hmotnost materiálu, odolnost proti korozi, dobrá tepelná vodivost tepla a možnost výroby složitých tvarů při cenové dostupnosti výroby velkých množství.

3. Jak probíhá proces výroby hliníku?

Tento typ hliníku se vyrábí roztavením hliníku a jeho nalitím do odlitků, které mohou být vyrobeny z materiálů, jako je písek, kov nebo dokonce keramika. Chlazením pod teplotou se hliník uvede do pevného stavu, který mu dodá požadovaný tvar. Může se provádět mnoha způsoby, například tlakovým litím, litím do písku a investičním litím.

4. Jaké jsou špatné stránky hliníkových odlitků?

Hliníková litina je poměrně flexibilní, ale má i své slabiny. Patří mezi ně pórovitost (malé plynové kapsy), snížená pevnost v tahu ve srovnání s tepaným hliníkem, nesnadné svařování, hrubá povrchová úprava a smršťování při chlazení.

5. Je hliníkový odlitek recyklovatelný?

Hliníkové odlitky lze samozřejmě recyklovat ve velmi vysoké míře. Lze jej znovu použít, aniž by se ztratily jeho vlastnosti, protože jej lze roztavit a znovu použít. Recyklace hliníku je ve srovnání s jeho první výrobou velmi energeticky úsporná a snižuje také náklady na výrobek.