Алюминий для литья: Исчерпывающее руководство

Литье - один из старейших и наиболее универсальных процессов металлообработки, позволяющий производителям изготавливать сложные формы высочайшей точности. Благодаря отличным свойствам алюминия для литья, таким как легкость, коррозионная стойкость и высокая теплопроводность, среди различных металлов, используемых в литье, алюминий для литья занимает особое место. Эта статья посвящена использованию алюминия для литья, его преимуществам, типам, применению и методам. Некоторые из наиболее часто используемых металлов в литье в основном благодаря весовым свойствам алюминия, отличной коррозионной стойкости и высокой теплопроводности. Чтобы получить желаемую форму, алюминий расплавляют и заливают или вливают в форму для литья. Существует несколько основных методов литья, таких как литье в песчаные формы, литье под давлением, литье по выплавляемым моделям и литье в постоянные формы, в зависимости от требований приложения. Решение о выборе метода литья должно основываться на размере компонентов, требуемой точности, механических свойствах и объеме производства.

Выбор состава сплава для алюминиевого литья - одно из самых ответственных решений при производстве алюминиевых отливок. Различные распространенные сплавы для литья алюминия включают A356, 319 и 380, а также 7075, которые могут обеспечивать различную прочность, пластичность и коррозионную стойкость для различных областей применения. Контроль температуры, давление, скорость охлаждения и устранение дефектов также оказывают большое влияние на производство высококачественных алюминиевых отливок с небольшим количеством пористости или усадочных дефектов. Последние достижения в технологии литья, включая вакуумное литье, полутвердую обработку металла и 3D-печать форм, позволили значительно повысить точность, эффективность и устойчивость алюминиевого литья. Кроме того, в промышленности все больше внимания уделяется вторичной переработке алюминия для снижения воздействия на окружающую среду при сохранении прежнего уровня эксплуатационных характеристик.

Наиболее полное руководство по использованию алюминия для литья, охватывающее такие ключевые факторы, как температура, контроль давления, механические и химические свойства, предотвращение дефектов и выбор сплава. Знание этих аспектов позволяет инженерам и производителям осуществлять продуктивный процесс литья алюминия, производить продукцию лучшего качества и получать более высокую эффективность производства.

Зачем использовать алюминий для литья?

Превосходные свойства алюминия оправдывают его использование в литейной промышленности, и поэтому он является подходящим выбором металла для производителей, работающих в различных отраслях. Вот некоторые из основных причин, по которым следует выбирать алюминиевое литье.

1. Легкий, но прочный: Как и следовало ожидать, алюминий очень легкий по сравнению с другими металлами, и это делает его идеальным для использования в отраслях, где снижение веса имеет большое значение при создании автомобилей или самолетов.

2. Алюминий обладает отличной коррозионной стойкостью: Литые детали получают естественный оксидный слой, который препятствует появлению ржавчины и помогает продлить срок службы литой детали.

3. Высокая тепло- и электропроводность:  Это делает алюминий чрезвычайно подходящим для использования в теплообменниках, электронных корпусах и компонентах двигателей.

4. Алюминиевые отливки - отличная обрабатываемость: Литой алюминий легко поддается механической обработке, полировке и отделке для достижения высокой точности.

5. Меньше затрат:  Алюминий стоит гораздо дешевле большинства других металлов, а возможность его переработки делает его экологически чистым.

Виды алюминия, используемого для литья

Для литья используется несколько различных алюминиевых сплавов, обладающих характеристиками, подходящими для разных областей применения. Какие из алюминиевых сплавов наиболее часто используются для литья?

1. Алюминиево-кремниевые сплавы (Al-Si)

• Однако эти сплавы обладают отличной литейной способностью, коррозионной стойкостью и износостойкостью.
• Они широко используются в деталях автомобильных двигателей (головки цилиндров и т.д.), а также в корпусах насосов.

2. Алюминиево-медные сплавы (Al-Cu)

• Высокая прочность и отличная обрабатываемость.
• Он используется в аэрокосмической и военной промышленности, где необходима такая прочность.

3. Алюминиево-магниевые сплавы (Al-Mg)

• Легкий вес и отличная коррозионная стойкость, идеально подходит для морского применения.
• Распространен в конструкционных элементах и аэрокосмической промышленности.

4. Алюминиево-цинковые сплавы (Al-Zn)

• Высокая прочность, но низкая коррозионная стойкость.
• Он используется там, где требуется высокая износостойкость, например, в приложениях, где шестерни и подшипники должны соответствовать этим условиям.

Алюминиевые сплавы для литья под давлением  

Производственный процесс литья под давлением очень эффективен, когда в прецизионную форму под высоким давлением впрыскивается расплавленный алюминий. Это стало хорошо известным способом производства прочных, легких и точных по размерам сложных металлических компонентов. Низкая плотность, хорошая коррозионная стойкость и отличная теплопроводность алюминия делают его предпочтительным материалом для литья под давлением.

Существует несколько алюминиевых сплавов, которые специально разработаны для использования в литье под давлением, чтобы обеспечить механические и физические свойства для различных применений. Ниже мы описали наиболее распространенные алюминиевые сплавы для литья под давлением.

1. Алюминиевый сплав 380 (A380)

Алюминиевый сплав A380 является наиболее распространенным алюминиевым сплавом, используемым для литья под давлением, благодаря своей универсальности и превосходным литейным характеристикам.

Основные свойства

• Он обладает высокой текучестью (что позволяет формовать сложные формы и тонкие стенки).
• Обладает хорошей коррозионной стойкостью, поэтому идеально подходит для использования на открытом воздухе.
• Отличное соотношение прочности и веса делает его долговечным в сложных условиях.
• А также с хорошей обрабатываемостью, что снижает затраты на послелитейную обработку.

Общие приложения

Благодаря этим свойствам A380 широко используется в автомобильной и аэрокосмической промышленности, а также в производстве бытовой электроники, где требуется соотношение прочности и веса, литейные свойства и экономичность.

2. Алюминиевый сплав 383 (A383)

Лучшей альтернативой A380 по коррозионной стойкости и характеристикам в условиях высоких температур является A383.

Основные свойства

• Улучшенная термостойкость, подходит для использования на нагретых деталях.
• Повышенная устойчивость к горячему растрескиванию при литье.
• Прочность ниже, чем у A380, но лучше подходит для литья под давлением в горячей камере.

Общие приложения

Применяется в электрических корпусах, кожухах, а также в деталях промышленного оборудования, требующих стабильности размеров и термостойкости.

3. Алюминиевый сплав 360 (A360)

Однако известно, что А360 обладает отличными механическими свойствами, такими как высокая прочность и пластичность.

Основные свойства

• Он очень устойчив к коррозии и поэтому хорошо подходит для использования в морских условиях или на открытом воздухе.
• Прочность на разрыв выше, чем у A380 и A383.
• Материал с превосходной износостойкостью, снижающей деградацию поверхности с течением времени.

Общие приложения

Например, в корпусах автомобильных трансмиссий, корпусах двигателей, аэрокосмической промышленности и деталях, требующих высокой механической прочности, часто используется A360.

4. Алюминиевый сплав 413 (A413)

A413 - это материал для высокого давления, предназначенный для обеспечения высокой текучести и герметичности под давлением.

Основные свойства

• Отличная литейная способность для сложных и тонкостенных конструкций.
• Тем не менее, он не подходит для продуктов, запечатанных в сыром виде, так как не выдерживает глубокого давления (обычно 100 и более).
• Высокая теплопроводность, благоприятная для компонентов, отводящих тепло.

Общие приложения

Часто используется в гидравлических компонентах, корпусах насосов и теплообменниках, где из него изготавливают детали, от которых требуется герметичность и высокая прочность.

5. Алюминиевый сплав 390 (A390)

A390 разработан для высоких нагрузок и экстремальной износостойкости.

Основные свойства

• Он обладает очень высокой твердостью для деталей, где присутствует трение.
• Высокая стабильность размеров гарантирует долговечную надежность.
• Высокая коррозионная стойкость, особенно в энергоемких средах.

Общие приложения

A390 широко используется в блоках автомобильных двигателей, высокопроизводительных поршнях и механических передачах, где важны износостойкость и прочность при рабочих температурах.

6. Алюминиевый сплав 356 (A356)

Высокочистая алюминий A356 обладает отличной литейной способностью, а также хорошей механической прочностью.

Основные свойства

• Обладает хорошим удлинением и ударопрочностью, что позволяет использовать его в конструктивных элементах.
• Он отличается повышенной свариваемостью и простотой сборки.
• Он отлично противостоит усталости и гарантирует долговечность.

Общие приложения

Из A356 изготавливают детали подвески автомобилей и аэрокосмической техники, а также высокопрочные промышленные отливки.

7. Алюминиевый сплав 319 (A319)

A319 - это среднепрочный сплав, обладающий хорошей литейной прочностью, коррозионной стойкостью и теплопроводностью.

Основные свойства

• Обеспечивают хорошую износостойкость, а значит, продлевают срок службы литых деталей.
• Он обладает умеренной прочностью и пластичностью, поэтому универсален.
• Способны работать при высоких температурах и снижать разрушение материала.

Общие приложения

A319 широко используется для изготовления головок цилиндров автомобилей, корпусов трансмиссий и деталей самолетов, где требуются надежные тепловые характеристики и умеренная прочность.

Какой алюминиевый сплав выбрать для литья под давлением

В зависимости от нескольких факторов мы должны выбрать подходящий алюминиевый сплав для литья под давлением.

1. Механические требования: Прочность, твердость, пластичность и износостойкость.

2. Устойчивость к коррозии: Подходит для использования на открытом воздухе или в условиях повышенной влажности.

3. Теплопроводность: Незаменим для теплообменников и компонентов двигателей.

4. Легкость заполнения сложных форм без дефектов.

5. Учет затрат: например, между стоимостью материала и эффективностью обработки.

Каждый алюминиевый сплав обладает особыми преимуществами, позволяющими обеспечить максимальную эффективность, долговечность и доступность для конкретного промышленного применения.

Методы литья алюминия 

Алюминий можно отливать несколькими методами в зависимости от конкретных производственных потребностей. Наиболее распространенные методы включают:

1. Литье в песок

• Один из старейших методов литья использует расплавленный алюминий, залитый в песчаную форму.
• Применяется для больших и сложных деталей, таких как блоки двигателей и механические части конструкции.
• Экономически эффективны при небольших партиях и при разработке индивидуальных проектов.

2. Литье под давлением

• Она заключается в закачивании под давлением расплавленного алюминия в стальную форму.
• Производит высокодетализированные и точные детали с гладкой поверхностью.
• Применяется в автомобильной промышленности, электронике и производстве бытовой техники.

3. Литье по выплавляемым моделям (литье по выплавляемым моделям)

• Это подробный процесс покрытия восковой модели керамикой и плавления воска, чтобы получилась алюминиевая форма.
• Идеально подходит для сложных и высокоточных деталей, таких как детали для аэрокосмической и медицинской промышленности.

4. Литье в постоянные формы

• В нем используются многоразовые металлические формы, обеспечивающие повышенную точность размеров и долговечность.
• Из него получаются более прочные детали, чем из песчаного литья, и он используется в морской и автомобильной промышленности.

5. Непрерывная разливка

• Это процесс, используемый для изготовления длинных листов или прутков из алюминия в промышленных целях.
• Он сохраняет стабильное качество и свойства материала.

Промышленный справочник по алюминию для литья

Алюминиевое литье широко используется в промышленной практике, поскольку алюминий имеет небольшой вес, обладает отличной коррозионной стойкостью и высокой теплопроводностью. Литье алюминия требует детального изучения тепловых, температурных, временных, химических и физических параметров алюминиевого металла.

Учет температуры при литье алюминия

Очень важно выбрать температуру, чтобы процесс был успешным. Ключевыми факторами, связанными с температурой алюминия для литья, являются:

1. Температура плавления алюминия

Чистый алюминий плавится при температуре 660,3°C (1220,5°F).

Температуры плавления алюминиевых сплавов несколько отличаются в зависимости от их состава. 

• Сплавы Al-Si (например, A356): 577-635 °C (1070-1175 °F)
• Сплавы Al-Cu (например, 319): 510-635 °C (950-1175 °F)
• Сплавы Al-Mg (например, 518): 570-650 °C (1060-1200 °F)

2. Температура заливки

• Алюминий для литья обычно отливают в расплавленном состоянии при температуре 680-750 °C (1256-1382 °F) для обеспечения хорошей текучести и заполнения формы.
• Чем выше температура заливки, тем легче возникает окисление, газовая пористость и дефекты выгорания.

3. Диапазон температур застывания 

• Алюминий Сплав затвердевает с диапазоном затвердевания, зависящим от состава.
• Эвтектический алюминий-кремний-кремниевая эвтектика, например, такой как A356] может затвердевать в узком диапазоне, например, около 577°C (1070°F), и хорошо подходит для точного литья.

4. Температура предварительного нагрева пресс-формы

• Кроме того, для уменьшения теплового удара и улучшения качества литья нагревательные элементы обычно предварительно нагревают до 150-250°C (300-480°F).
• При литье под давлением, как правило, постоянные металлические формы предварительно нагреваются до 200-300°C (390-570°F).

Требования к давлению при литье алюминия

Уровни давления в различных процессах литья алюминия различны.

1. Гравитационное литье (литье в песчаные и постоянные формы)

• Он стремится заполнить форму под действием естественной силы тяжести.
• Здесь нет внешнего давления; только гидростатическое давление расплавленного металла.

2. Литье под низким давлением (LPDC)

• Расплавленный алюминий подается в форму под давлением 0,2-0,5 МПа (2-5 бар).
• Производит высококачественные компоненты с низкой пористостью.

3. Литье под высоким давлением (HPDC)

• Расплавленный алюминий впрыскивается в форму на высокой скорости под чрезвычайно высоким давлением 10-150 МПа (100-1500 бар).
• Он позволяет получить мелкие детали, но при этом может вызвать проблемы с пористостью.

4. Литье под давлением (ковка жидкого металла)

• В ней используется давление 30-150 МПа (300-1500 бар) для сжатия расплавленного металла в пресс-форме.
• Производит высокопрочные детали с низкой пористостью.

Учет времени при литье алюминия

Продолжительность каждого этапа цикла литья алюминия влияет на конечное качество и эффективность производства.

1. Время плавления

• Спрос на время плавки алюминия зависит от типа и мощности печи.
• Индукционные печи: 30-90 минут для 500 кг алюминия.
• Газовые тигельные печи: 60-120 минут для 500 кг.

2. Время заливки

• Обычно большинство отливок можно заливать в течение 5-15 секунд, прежде чем произойдет окисление.
• Последние, в случае литья под высоким давлением (die-cast или die-cast), формуют расплавленный алюминий в течение 10-50 миллисекунд.

3. Время застывания и охлаждения

• Время затвердевания тонкостенных литых деталей составляет 1 - 5 секунд благодаря быстрому отводу тепла.
• Отливка в песок определяется толщиной детали и занимает от 5 до 60 минут.
• Для инвестиционных отливок время полного охлаждения составляет от 30 минут до нескольких часов.

4. Время термической обработки

Термическая обработка раствором: 8-12 часов при температуре 525-550°C (980-1020°F).

Процесс старения: 4-16 часов, 150-200°C (300-400°F) для придания прочности.

Химические и физические свойства алюминия для литья

1. Химический состав распространенных алюминиевых литейных сплавов

2. Физические свойства алюминиевых сплавов

Оптимизация процесса литья алюминия

Ниже перечислены лучшие практики, которые следует использовать для повышения эффективности и качества литья алюминия:

1. Выберите подходящие алюминиевые сплавы: Важно выбрать правильный тип алюминиевого сплава для конкретного применения.

2. Оптимизируйте температуру заливки: Это необходимо для того, чтобы избежать контакта металла с кислородом и, как следствие, появления пористости.

3. Контроль скорости охлаждения:  Крупные детали должны остывать медленнее, чем тонкостенные.

4. Термообработка: Улучшает механические характеристики благодаря процессу нагрева и охлаждения.

5. Дегазация расплавленного алюминия: Это помогает снизить пористость водородного газа за счет использования аргона или азота для дегазации.

6. Выберите правильное давление: давление, оказываемое на форму, следует выбирать в зависимости от требуемой точности и прочности.

Применение алюминия для литья

Алюминий - очень полезный материал, который широко используется в нескольких отраслях, таких как:

1. Автомобильная промышленность

• Блоки двигателей, корпуса коробок передач и колесные диски производятся путем литья из алюминия, поскольку он прочный и легкий.
• Некоторые из преимуществ включают: снижение веса автомобиля, что повышает экономию топлива.

2. Аэрокосмическая промышленность

• Они используются в конструкциях самолетов, лопатках турбин и шасси.
• Алюминий устойчив к коррозии, поэтому его можно использовать на больших высотах.

3. Строительство и архитектура

• Алюминий используется в оконных рамах, опорах перил и других декоративных элементах, таких как парапеты и балюстрады.
• Они обеспечивают прочность конструкций и в то же время придают им легкость.

4. Электроника и электрические приложения

• Алюминий используется для изготовления корпусов электронных устройств, радиаторов и разъемов благодаря своей теплопроводности.
• Улучшает охлаждение систем передачи электроэнергии.

5. Морское дело и судостроение

• Корпуса лодок, палубная арматура и детали двигателя изготавливаются из алюминия, чтобы избежать ржавчины и минимизировать вес.

Проблемы, связанные с использованием алюминия для литья

Однако при использовании алюминия в литье возникают некоторые проблемы:

1. Вопросы пористости: Образование газовых карманов может привести к снижению общей прочности конечного продукта. Правильные методы дегазации помогают уменьшить пористость.

2. Усадка при охлаждении: Алюминий сжимается в процессе охлаждения, поэтому необходимо правильно спроектировать пресс-форму, чтобы избежать этих дефектов.

3. Более высокие первоначальные затраты на литье под давлением: Литье под давлением обеспечивает высокую точность, но первоначальная стоимость формы высока.

4. Низкая прочность:  Алюминий не так прочен, как сталь или железо, особенно при высоких температурах.

Как улучшить качество алюминиевого литья

Чтобы получить высококачественные алюминиевые отливки, производители должны придерживаться следующих правил:

1. Выбирайте высококачественные сплавы:  Важно убедиться, что для правильного применения используется правильный алюминиевый сплав, чтобы гарантировать долговечность и эффективность.

2. Усовершенствование конструкции пресс-формы: Конструкция пресс-формы должна быть выполнена таким образом, чтобы уменьшить образование дефектов и повысить производительность.

3. Контролируйте скорость охлаждения: Скорость охлаждения следует регулировать, чтобы снизить вероятность образования усадки и других трещин под напряжением.

4. Выполнять термическую обработку: Некоторые виды термической обработки включают отжиг и отпуск, которые улучшают механические свойства литого алюминия.

5. Обеспечение качества: Такие методы, как рентгеновский контроль, не повреждают продукт, но помогают выявить дефекты.

Будущее алюминиевого литья

Однако благодаря совершенствованию технологий производства и целям устойчивого развития спрос на литой алюминий должен расти. Ниже перечислены тенденции, которые будут определять будущее алюминиевого литья:

Автоматизация и интеграция искусственного интеллекта: Современные литейные заводы используют робототехнику и контроль качества на основе искусственного интеллекта для обеспечения высокой точности и эффективности.

Расширение использования вторичного сырья: Алюминий для снижения воздействия на окружающую среду.

Аддитивное производство (3D-печать): Использование технологии 3D-печати на основе литья позволяет быстро создавать прототипы, а также более сложные конструкции в короткие сроки.

Алюминиевые сплавы прочнее и легче: Поиск алюминиевых сплавов с улучшенными характеристиками.

Заключение 

Алюминиевое литье стало незаменимым производственным методом для изготовления легких, долговечных и высокоэффективных компонентов во многих отраслях промышленности. Он обладает превосходными механическими свойствами, устойчивостью к коррозии и легкостью обработки, благодаря чему его предпочитают использовать в автомобильной, аэрокосмической, промышленной и бытовой промышленности. Очень важно выбрать подходящий метод литья, а также сочетание компонентов сплава, которые наилучшим образом отвечают требованиям к прочности, долговечности и тепловым характеристикам. Литье в песчаные формы имеет преимущества перед литьем под давлением, литье по выплавляемым моделям - перед литьем в песчаные формы и так далее. Оптимизированное качество отливки достигается за счет минимального количества дефектов путем контроля температуры плавления и давления, а также контроля скорости охлаждения.

Кроме того, были достигнуты успехи в вакуумном литье под давлением, автоматизации и использовании мониторинга процессов на основе искусственного интеллекта для повышения эффективности и устойчивости алюминиевого литья. Переработанный алюминий также набирает обороты и позволяет снизить углеродный след без ущерба для производительности. С ростом спроса на эффективность и инновации в промышленности необходимо освоить основы алюминиевого литья, чтобы производить качественные и надежные отливки по низкой цене и устойчивым способом. При бережном обращении, использовании правильных материалов, правильных технологий и правильном контроле процесса производители могут получить высокоточные алюминиевые отливки, отвечающие требованиям современного машиностроения и производства.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) 

1. По какой причине алюминий предпочитают использовать для литья?

Предпочтение отдается литью алюминия, поскольку он легок, устойчив к коррозии, экономичен и пригоден для вторичной переработки.

2. Какие алюминиевые сплавы обычно используются для литья?

A356, 319, 380, 7075 и 518 - вот некоторые из широко используемых сплавов для литья алюминия, которые обладают особыми свойствами.

3. Какие основные методы литья алюминия известны?

Алюминиевое литье производится методами литья в песчаные формы, литья под давлением, литья по выплавляемым моделям, литья в постоянные формы и непрерывного литья.

4. Каковы основные трудности, возникающие при литье алюминия?

Проблемы алюминиевое литьё схожи с другими, включая пористость, усадку, повышенную первоначальную стоимость и более низкую жаропрочность по сравнению с другими металлами.

5. Алюминиевое литье, каким оно должно быть?

Будущее алюминиевого литья также включает в себя автоматизацию, интеграцию искусственного интеллекта, 3D-печать и создание алюминиевых сплавов, которые могут быть одновременно прочными и легкими.