Литой алюминий: свойства, процессы и применение

Литой алюминий — это форма алюминия, которая формируется путем плавления и заливки в форму для создания сложных форм. В этой статье будут рассмотрены основные свойства, семейства сплавов и различные области применения в различных отраслях промышленности.

Почему литой алюминий? Основные свойства

Высокая текучесть и низкая температура плавления:

Литой алюминий обладает высокой текучестью, что означает, что он может легко заполнять формы, принимая желаемую форму. Благодаря низкой температуре плавления для перехода из твердого состояния в жидкое требуется меньше энергии.

Хорошая литейная способность:

Благодаря хорошим литейным свойствам металл легко заполняет формы и точно воспроизводит размеры желаемой формы, гарантируя стабильные результаты без дефектов.

Теплопроводность и низкая плотность:

Литой алюминий отличается высокой скоростью охлаждения благодаря своей эффективной теплопроводности, что позволяет производить материалы в больших объемах.

Его низкая плотность также позволяет легко использовать его для различных видов конструкций и делает его простым в обращении. Легкость предотвращает нагружение конструкций большим весом, не влияя на производительность.

Микроструктура и механические свойства:

Микроструктура литого алюминия формируется в процессе его затвердевания. Существуют две фазы, известные как однофазная структура и двухфазная структура.

В однофазной структуре образуются первичные α-дендриты, которыми можно управлять, что способствует повышению механической прочности металла.

Двухфазная структура встречается в сплавах Al-Si (силумин), где кремний образует эвтектическую структуру с алюминием. Затем ее можно модифицировать другим сплавом для улучшения пластичности металла.

Основные семейства литейных алюминиевых сплавов

Литой алюминий широко используется в различных областях из-за его хорошей прочности и долговечности. Каждое семейство сплавов основано на различных легирующих металлах, причем алюминий является преобладающим металлом. Ниже приведены некоторые из них:

Al-Si (силумин):

Они являются наиболее широко используемыми из всех алюминиевые литые материалы в результате их низкой усадки при затвердевании, их износостойкости и замечательной текучести. Однако кремний в своей естественной форме может быть острым и хрупким. Чтобы исправить это, добавляют небольшие количества модификаторов, таких как натрий, чтобы уменьшить трещины и сделать его менее подверженным разрушению.

• AlSi10Mg: Этот сплав состоит примерно из 10% кремния и небольшого количества магния. Он идеально подходит для таких областей, как 3D-печать по металлу и обычное литье. При нагревании мелкие частицы Mg2Кремний помогает сплаву стать прочнее, поэтому его используют в самолетах и медицинских приборах.

   

• А356 (AlSi7Mg): Этот сплав содержит около 7% кремния и до 0,5% магния. Он идеально подходит для деталей, которые должны быть легкими и устойчивыми к коррозии. Следовательно, он хорошо подходит для деталей самолетов и морского оборудования.
  

А380/А383:

Они в основном используются как сплавы общего назначения для литья под давлением. В составе A383 больше кремния и меньше меди, чем в A380. Оба содержат железо, которое может образовывать хрупкие соединения, если его тщательно не контролировать.

Высокопроизводительные сплавы (например, 360, A360, 7075, AT237):

Высокоэффективные сплавы, такие как эти, обычно используются в сценариях, где материалы должны обладать большей прочностью и устойчивостью к коррозии. Подходит для компонентов вблизи двигателей транспортных средств или корпусов, где находится чувствительное оборудование.

Процессы литья и выбор сплава

Литье под давлением, литье в песчаные формы, литье по выплавляемым моделям, литье под давлением:

Литье под давлением и HPDC — это в основном быстрые, крупносерийные методы. В этом процессе расплавленный алюминий заливается в металлическую форму под высоким давлением. Они лучше всего подходят для тонкостенных, сложных конструкций, таких как электронные корпуса. Сплавы, используемые здесь, должны обладать быстрой текучестью и способностью быстро затвердевать, например, A380 и A383.

С другой стороны, литье в песчаные формы — это, по сути, медленный метод с малым объемом. Он больше всего подходит для производства таких вещей, как блоки двигателей. Песчаные формы обычно легко формовать, и их производство также дешево. Если будет использоваться этот процесс, алюминиевые сплавы должны обладать хорошей литейной способностью и стойкостью к растрескиванию при высоких температурах.

Для литья по выплавляемым моделям используются керамическая модель и восковая форма. Это в основном используется в аэрокосмической и медицинской промышленности для производства небольших, точных деталей оборудования. Поскольку это используется для формирования сложных форм, сплавы, используемые здесь, должны иметь возможность формировать чистые, бездефектные поверхности.

Влияние на текучесть:

Текучесть расплавленного металла — это его способность заполнять форму до того, как он станет твердым. На текучесть влияют как процесс литья, так и используемый сплав, а также такие факторы проектирования, как литниковые системы и поверхностное окисление.

• Состав сплава: Алюминиевые сплавы с более высоким содержанием кремния, такие как сплавы Al-Si, как правило, демонстрируют лучшую текучесть из-за их более низких диапазонов плавления. Хотя магний и медь улучшают прочность сплавов, они также имеют тенденцию снижать текучесть.
• Система литников: Это в основном сетевые пути, которые направляют расплавленный металл в форму. Если они плохо спроектированы, они могут повлиять на то, насколько плавно расплавленный металл течет до достижения формы. Кроме того, если они не изолированы должным образом, расплавленный металл может слишком быстро терять тепло, что может привести к неполному заполнению формы.
• Оксидные пленки: Это небольшие комки, которые быстро образуются на поверхности расплавленного металла, когда он подвергается воздействию воздуха. Эти тонкие комки могут закупоривать узкие каналы, когда их становится много, что препятствует нормальному течению расплавленного металла. Они также могут увеличивать вязкость расплавленного сплава.

Микроструктура и дефекты:

Микроструктуры, образующиеся в процессе затвердевания, различаются в зависимости от скорости охлаждения, процесса литья или любых модификаций. Большинство литых алюминиевых сплавов затвердевают с дендритными структурами. Более быстрые процессы охлаждения, как при литье под давлением, способствуют созданию более тонких дендритов, которые, как известно, улучшают механические свойства.

Однако существуют распространенные дефекты, которые можно обнаружить в литых микроструктурах.

• Пористость: Это может образоваться, когда газы захватываются во время процесса затвердевания или когда происходит недостаточная подача расплавленного металла в более толстые секции, что приводит к образованию полостей. Это приводит к тому, что конечный продукт оказывается намного слабее, чем предполагалось.
• Включено: Это нежелательные твердые частицы пленок, которые попадают в металл в процессе литья. Некоторые включения можно нагреть до очень высоких температур, чтобы растворить их. Однако неметаллические включения очень трудно удалить, и они являются наиболее распространенными.

Механические свойства литого алюминия по сравнению с деформируемым алюминием

Хотя литой алюминий широко используется из-за своей экономичности, существуют некоторые заметные различия в механических свойствах по сравнению с кованым алюминием.

Низкая температура плавления: Известно, что литой алюминий имеет низкую температуру плавления, что делает его более подходящим для областей, где требуется умеренный термоконтроль, в отличие от кованого алюминия, для которого требуются более высокие температуры.

Точность и прочность на разрыв: Из-за своей низкой прочности на растяжение литой алюминий, как правило, более точен в областях, где не требуется высокая прочность. С другой стороны, кованый алюминий должен пройти гораздо больше сверления и шлифования, прежде чем получить точную деталь.

Сопротивление усталости: Усталостная прочность литого алюминия намного ниже из-за пористости и включений, которые влияют на его прочность, что приводит к преждевременному отказу в условиях нагрузки. Однако кованый алюминий имеет более высокую и лучшую усталостную прочность благодаря своей чистой структуре.

Устойчивость к коррозии: Это в основном зависит от состава сплава литого алюминия. Такие сплавы, как A356, известны хорошей коррозионной стойкостью, но наличие примесей все еще может снижать производительность. Что касается кованого алюминия, многие из них обладают очень хорошей коррозионной стойкостью благодаря своей утонченной микроструктуре.

Приложения

Автомобилестроение и аэрокосмическая промышленность:

Литые алюминиевые сплавы очень важны при снижении общего веса транспортных средств. Они используются для создания сложных деталей, таких как блоки двигателей и головки цилиндров, корпуса коробок передач, кронштейны планера и компоненты подвески. Благодаря своей способности к низкой прочности на растяжение, такие детали, как корпуса трансмиссии, которые необходимо быстро формовать, могут быть легко получены.

Электроника и терморегулирование:

Алюминий может достаточно хорошо распределять тепло, чтобы предотвратить перегрев компонентов. Литье может помочь регулировать температуру электрических компонентов, гарантируя, что они останутся прохладными во время использования.

Машины и потребительские товары:

Когда речь идет о таких механизмах, как клапаны, компрессоры и насосы, эти инструменты должны быть изготовлены с достаточной прочностью и способностью эффективно противостоять коррозии. Для достижения этих свойств используется литой алюминий, и он также используется в деталях стиральных машин и пылесосов.

Рост аддитивного производства:

Здесь алюминиевые сплавы, такие как AlSi10mg, могут использоваться в таких областях, как 3D-печать. Они также используются для производства медицинских инструментов и имплантатов, которые выигрывают от соотношения прочности к весу AlSi10Mg.

Проблемы и передовой опыт

Использование литого алюминия имеет множество преимуществ, но в то же время существуют проблемы, которые производители должны учитывать, чтобы избежать

Горячий разрыв: Это происходит в результате разрыва расплавленного сплава в процессе затвердевания.. Обычно это происходит, когда формы спроектированы неудачно или сплавы не затвердевают сразу после охлаждения.

Чтобы справиться с этим, лучше использовать сплавы, которые затвердевают быстрее, например, Al-Si. Использование измельчителей зерна для создания лучшей структуры зерна также поможет предотвратить горячее растрескивание.

Экологические проблемы и безопасность труда: При плавке и разливке алюминиевого сплава может выделяться вредный дым, а также возможны ожоги кожи рабочих, если они не будут осторожны.

Лучше всего использовать надлежащие средства индивидуальной защиты, чтобы защитить работников от подобных рисков, а также правильно обучить их тому, как обращаться с расплавленным металлом.

Использование надлежащих систем вентиляции и вытяжки дыма поможет предотвратить образование вредного дыма в ходе производственного процесса.

Эффективность затрат и устойчивость: Хотя алюминий подлежит вторичной переработке, некоторые процессы литья, как правило, приводят к большим потерям материала и потреблению большого количества энергии для переплавки металла.

Предварительный нагрев форм — способ избежать этого при создании материалов. Производители также должны использовать более продвинутые методы контроля процесса, чтобы уменьшить количество брака и дефектов.

Вывод

Благодаря своим прочным свойствам и использованию в различных областях литой алюминий всегда будет практичным выбором для любого производственного процесса. С учетом темпов технологического совершенствования в наши дни литой алюминий, несомненно, будет пользоваться большим спросом в ближайшие годы.

Если вы ищете лучшее место для изготовления металлоконструкций из лучших сплавов, Производство HDC — лучшая компания для вас. У них лучший опыт, чтобы помочь вам получить необходимое вам специализированное оборудование.