Sprievodca materiálom na odlievanie hliníka: Zliatiny, vlastnosti a výber tlakového liatia

Kresba pristane na vašom stole a v bloku materiálu je napísané „materiál na odlievanie hliníka“. Táto fráza nie je špecifikáciou; je to kategória s veľmi odlišnými odvetviami. Kompaktná odpoveď pre väčšinu kupujúcich je táto: pre vysokotlakové liatie ADC12 alebo A380 vyrieši väčšinu aplikácií krytu, konzoly a krytu. Pre konštrukčné diely, ktoré sa po zváraní musia ohýbať, absorbovať nárazy alebo prenášať zaťaženie, je A356 bezpečnejším východiskovým bodom. Dôvodom nie je preferencia značky. Je to spôsob, akým sa každá zliatina správa pri rýchlom tuhnutí, akú veľkú ťažnosť môže poskytnúť a aké sú náklady na následné opracovanie a povrchovú úpravu. Táto príručka vás oboznámi so zliatinami, logikou výberu a chybami, ktoré sa objavia pri výbere materiálu pred procesom.

Čo je hliníkový odlievací materiál?

Čistý hliník nie je praktický odlievací materiál. Má nízku tekutosť, rýchlo oxiduje a jeho pevnosť po odliatí je príliš nízka pre väčšinu strojárskych dielov. Zliatiny na odlievanie sú preto vyrobené z hliníka plus zámerné prísady, ktoré menia správanie taveniny a konečné mechanické vlastnosti.

Dominantným doplnkom je kremík. Zliatina hliníka so 7–12 % kremíka sa ľahko roztečie do tenkých častí, pri tuhnutí sa menej zmršťuje a odoláva roztrhnutiu za tepla. Meď dodáva odliatku pevnosť a robí materiál čistým rezom pri CNC obrábaní. Horčík generuje starnutie a zlepšuje odolnosť proti korózii v kombinácii so správnym tepelným spracovaním. Železo sa v zliatinách na tlakové liatie udržuje v rozsahu 0,8 až 1,2 %, pretože potláča spájkovanie na povrchu formy, hoci vysoké množstvo železa vytvára krehké ihly, ktoré znižujú predĺženie.

Je tiež potrebné vedieť, že tento výraz sa vzťahuje na primárne zliatiny, ktoré začínajú ingotom tavby, ako aj na sekundárne zliatiny, ktoré pochádzajú z recyklovaného hliníka. ADC12, najčastejšie špecifikovaný materiál na odlievanie v ázijských závodoch na tlakové liatie, je zvyčajne sekundárna zliatina. To je bežná prax; zloženie je kontrolované na publikovaný rozsah a nečistoty sú riadené tak, aby zodpovedali limitom JIS H5302, ASTM B85 alebo špecifickým limitom zákazníka.

Hlavné rodiny zliatin hliníka

Každý hliníkový odlievací materiál patrí do jednej zo štyroch praktických rodín. Keď zistíte, ktorú rodinu váš diel potrebuje, výber zliatiny bude oveľa jednoduchší.

Zliatiny Al-Si-Cu: ADC12, A380, A383

Toto sú ťahúni vysokotlakového liatia. Kremík je medzi 8% a 12%, zatiaľ čo meď zostáva medzi 1,5% a 3,5%. Meď zvyšuje pevnosť odliatku a zlepšuje obrábanie. A383 naráža kremík nahor a mierne znižuje meď, aby sa znížilo spájkovanie v matrici, čo je užitočné pre matrice s dlhými tenkými jadrami. Ak vyrábate veľké objemy krytov, konzol, krytov alebo telies olejových čerpadiel, táto skupina je predvolená.

Zliatiny Al-Si-Mg: A356, A357

Keď sa hotový diel musí ohýbať, absorbovať energiu nárazu alebo byť zváraný, A356 a A357 sú zvyčajne lepšie ako ADC12. Obsahujú asi 7% kremíka a 0,3–0,7% horčíka. V stave T6 je ich medza klzu porovnateľná s ADC12, zatiaľ čo predĺženie je výrazne vyššie. Tieto zliatiny sa dobre odlievajú pri nižšom tlaku a používajú sa pri nízkotlakovom a gravitačnom odlievaní kolies, konštrukčných častí podvozku a komponentov náprav.

Zliatiny Al-Mg: A514, EN AC-AlMg5Si

Tam, kde je dôležitá odolnosť proti korózii a lesklý eloxovaný povrch, vynikajú zliatiny Al-Mg. Obsah horčíka okolo 5 % poskytuje vynikajúcu odolnosť voči morskej vode a jemným chemikáliám. Ich tekutosť je však nižšia a tavenina ľahšie oxiduje, preto sú v zlievarni náročnejšie. Použite ich na námorný hardvér, potravinové vybavenie a dekoratívne kryty.

Hypereutektické zliatiny Al-Si: A390

Pri obsahu kremíka nad 15 % poskytujú častice primárneho kremíka vynikajúcu odolnosť proti opotrebovaniu a nízky koeficient tepelnej rozťažnosti. A390 je bežný v blokoch motorov a valcoch kompresorov. Je ťažšie obrábať a vyžaduje špeciálne nástroje; neuvádzajte, pokiaľ nie je rozhodujúcim faktorom odolnosť proti opotrebovaniu.

Porovnanie bežných hliníkových odliatkov

Nižšie uvedená tabuľka uvádza typické hliníkové odlievacie materiály používané na vysokotlakové, nízkotlakové a gravitačné liatie. Hodnoty predstavujú samostatne odliate skúšobné tyče; skutočné vlastnosti vo výrobnom odliatku závisia od hrúbky steny, rýchlosti chladenia a tepelného spracovania. Zdroje: JIS H5302, ASTM B85 a technické listy dodávateľov typických zliatin.

Ako si vybrať správny hliníkový odlievací materiál

Začnite so servisným stavom a potom postupujte späť. Táto postupnosť zabraňuje najčastejšej chybe: najprv vybrať lacnú zliatinu a neskôr zistiť, že nemôže prejsť únavovou alebo tlakovou skúškou.

1. Najprv rozhodnite o procese odlievania. Tenké steny, vysoký objem a úzke tolerancie poukazujú na vysokotlakové liatie a zliatiny Al-Si-Cu. Veľké alebo konštrukčné diely poukazujú na nízkotlakové alebo gravitačné liatie a zliatiny Al-Si-Mg.
2. Definujte požiadavky na predĺženie a náraz. Ak je potrebné predĺženie nad 5 %, štandardné zliatiny HPDC ako ADC12 budú mať problémy. Lepšou voľbou sú triedy A356-T6 alebo tvárne HPDC.
3. Skontrolujte tesnosť tlaku. Olejové vane, telesá ventilov a hydraulické rozvody potrebujú materiál bohatý na kremík s kontrolovaným obsahom plynu. Pre tieto prípady sú obľúbené A413 a nízkotlakové A356.
4. Zvážte prevádzkovú teplotu. Pre diely v blízkosti blokov motora alebo v elektrických systémoch môže byť tepelná vodivosť a pevnosť pri tečení dôležitejšia ako statická medza klzu.
5. Pozrite sa na trasu povrchovej úpravy. Pre anodizáciu je veľmi dôležitý nízky obsah medi a zinku. ADC12 eloxuje tmavšie a menej rovnomerne ako zliatiny Al-Mg.
6. Odhadnúť náklady na obrábanie. Zliatiny s medenými ložiskami sa obrábajú na krátke triesky a dobre držia tolerancie. Hypereutektické zliatiny ničia štandardné nástroje a vyžadujú špeciálne vložky.

Ako orientačné pravidlo:

• Jednoduché tenkostenné puzdro, veľký objem: ADC12 alebo A380.
• Konštrukčná konzola, ktorá bude zváraná alebo ohnutá: A356.
• Tlakotesná nádoba alebo olejotesné puzdro: A413 alebo nízkotlakové A356.
• Opotrebná plocha pod piestom alebo valcom: A390.

Vysokotlakové liatie verzus nízkotlakové liatie materiálov

Rovnaký hliníkový odlievací materiál je zriedka optimálny pre vysokotlakové liatie aj nízkotlakové liatie. HPDC naplní matricu v priebehu milisekúnd pri vysokom tlaku, čo vám umožní odlievať steny s hrúbkou 1,5–3 mm, ale tiež zachytí vzduch. Štandardné zliatiny HPDC, ako je ADC12, preto poskytujú iba 1–4% predĺženie, pretože vnútorná pórovitosť obmedzuje ťažnosť. Nízkotlakový odliatok sa plní pomalšie, tuhnutie sa privádza zo stúpačky a odliatok je dostatočne hustejší, aby prijal tepelné spracovanie T6.

• HPDC vyhovuje zložitým tvarom, tenkým stenám a vysokým výrobným rýchlostiam. Štandardným sortimentom materiálov sú ADC12, A380 a vákuovo podporované tvárne triedy.
• LPDC vyrába hustejšie, zvárateľné, tepelne spracovateľné diely s vyššou ťažnosťou. Typickými východiskovými bodmi sú A356 a A357.
• Gravitačné odlievanie permanentných foriem sedí medzi nimi a vyhovuje jednoduchým tvarom, ktoré vyžadujú vlastnosti T6.

Je nevyhnutné pochopiť, ako proces mení správanie materiálu. Výrobca, ktorý prevádzkuje obe cesty, ako napríklad závod s linkami HPDC a LPDC, môže priradiť zliatinu k dielu namiesto toho, aby diel tlačil do jedného procesu. Informácie o základnom procese nájdete v tomto technickom prehľade tlakové liatie hliníka .

Správanie sa materiálu hliníkového odliatku pri obrábaní a povrchovej úprave

Odlievanie nekončí v zlievarni. Väčšina tlakových odliatkov ide na CNC obrábanie a povrchovú úpravu a materiál určuje, aké ľahké to je.

• Obrobiteľnosť: Zliatiny Al-Si-Cu poskytujú krátke triesky a vynikajúcu povrchovú úpravu pri štandardných nástrojoch z tvrdokovu. Zliatiny s vysokou ťažnosťou vytvárajú dlhé, vláknité triesky a ťažšie sa dodržiavajú tolerancie. Hypereutektické zliatiny rýchlo opotrebúvajú nástroje a môžu vyžadovať polykryštalické diamantové vložky.
• Eloxovanie: Pre čistý, jasný eloxovaný povrch sa vyhnite vysokému obsahu medi a zinku. Zliatiny Al-Mg vytvárajú najčistejšie filmy.
• Tepelná vodivosť: Pre LED chladiče a EV chladiace platne je tepelná vodivosť kľúčovým faktorom výberu. Čistý hliník je blízko 230 W/m·K; ADC12 je zhruba 96 W/m·K; A356-T6 je okolo 151 W/m·K.

Priemyselné aplikácie a príklady zo skutočného sveta

Pretože zliatina riadi výkon, aplikácia určuje materiál. V našej vlastnej výrobe platí rovnaké pravidlo v každom odvetví, v ktorom pôsobíme, od častí automobilových motorov až po poľnohospodárske prevodovky.

• Komponenty automobilového motora: kryty hláv valcov, telesá olejových čerpadiel, telesá vodných čerpadiel, ložiskové konzoly. Väčšina je vyrobená z ADC12 alebo A380 kvôli cene, opracovateľnosti a tlakovej tesnosti.

Hliníkové diely valcov motora pre vysoký výkon Tieto časti valcov motora vyrobené z hliníkového tlakového odliatku poskytujú pevnosť a odvod tepla pre automobilové aplikácie. Spárujte ich s vyššie uvedeným princípom výberu materiálu, aby ste zhodnotili svoj vlastný prípad použitia. Zobraziť produkt →

• Skrine prevodovky a prevodovky: tieto vyžadujú tuhosť, rozmerovú stabilitu a olejotesnosť. ADC12 s riadenou pórovitosťou alebo A356 v nízkotlakovom liatí sa používajú v závislosti od prípadu zaťaženia.

Kryt prevodovky z hliníkového tlakového odliatku pre dlhú životnosť Táto skriňa prevodovky využíva tlakové odlievanie hliníka na zníženie hmotnosti pri zachovaní štrukturálnej integrity. Ideálne pre tých, ktorí porovnávajú cesty odlievania, ako je zdôraznené v nasledujúcej technickej poznámke. Zobraziť produkt →

• Hydraulické ventily a pneumatické komponenty: Prioritou sú tlaková tesnosť a dobré opracovanie. Bežné sú zliatiny Al-Si-Cu s vysokým obsahom kremíka, zatiaľ čo nízkotlaková A356 sa používa pre hustejšie telesá ventilov.

Hydraulický ventil na tlakové liatie hliníka pre presnosť Presný hydraulický ventil vyrobený z hliníkového tlakového odliatku, ktorý ponúka spoľahlivé ovládanie tekutiny. Okolité odseky zdôrazňujú výkon poháňaný zliatinou, takže ide o relevantný príklad pre vaše hodnotenie. Zobraziť produkt →

• Kľukové skrine motocyklov a skrine prevodoviek: tenké steny v kombinácii s vibráciami; Typický je ADC12 alebo A383.
• Poľnohospodárske prevodovky: prevodovky mikro kultivátora a časti presádzača ryže sú vystavené nárazom a nečistotám; ťažnosť a odolnosť proti korózii.
• Nové substráty na rozptyl tepla energetických vozidiel: kontrolované hladiny medi a železa napomáhajú vodivosti a plochosti.
• Inteligentné domáce a medicínske doplnky: kvalita povrchu a opakovateľnosť rozmerov riadi výber zliatiny.

Pre kupujúcich, ktorí zvažujú, či je táto trasa vhodná, výhody tlakového liatia hliníka sú zhrnuté v samostatnej technickej poznámke.

Normy a ekvivalenty špecifikácií

Výkres odliatku často špecifikuje jednu zliatinu číslom JIS a inú označením ASTM alebo EN AC. Schopnosť krížových referencií predchádza drahým chybám pri obstarávaní. Nižšie uvedená tabuľka uvádza blízke funkčné ekvivalenty pre bežné triedy.

Bežné chyby odliatku spojené s výberom materiálu

Výber materiálu určuje, koľko z týchto defektov sa prejaví v odliatku. To je dôvod, prečo by sa kontrola materiálu mala uskutočniť pred rezaním nástroja, nie po tom, čo sa vráti prvá vzorka.

• Pórovitosť plynu: spôsobené rozpusteným vodíkom a zachyteným vzduchom. Vyššie zliatiny kremíka znižujú pórovitosť zmršťovania, ale pórovitosť plynu zostáva; Pomoc pri vákuovaní alebo pomalšia rýchlosť plnenia je opravou procesu.
• Pórovitosť zmršťovania: sa objaví v posledných častiach stuhnúť. Zliatiny s medenými ložiskami majú dlhší rozsah tuhnutia, čo sťažuje zmršťovanie. A356 so správnym dizajnom podávania je zhovievavejší.
• Spájkovanie formou: odliatok sa prilepí na povrch formy. Železo nad 0,8 % sa zámerne uchováva v zliatinách na tlakové liatie, aby sa tento problém zmenšil, hoci nadbytok železa vytvára krehké fázy.
• Studené uzávery: slabý tok materiálu a oxidové filmy. Zliatiny s vysokým obsahom kremíka znižujú riziko, pretože zostávajú dlhšie tekuté; pomáha aj vyššia teplota matrice.
• Oxidové inklúzie: bežnejšie v zliatinách Al-Mg, kde horčík ľahko oxiduje pri teplote topenia. Opatrné zaobchádzanie s taveninou a filtrácia sú nevyhnutné.

Úvahy o nákladoch a obstarávaní materiálu na odlievanie hliníka

Cena zliatiny je len časťou skutočných nákladov. Obrábanie, šrot, výťažnosť procesu a prepracovanie sú vo výrobnom programe zvyčajne dôležitejšie.

• Cena zliatiny: ADC12 je najlacnejšia bežná voľba. A356 stojí viac a A390 alebo špeciálne ťažné typy HPDC stoja podstatne viac.
• Sekundárne obrábanie: zliatiny s medenými ložiskami obrábajú krátke triesky, čím sa skracuje čas cyklu a opotrebovanie nástroja. Hypereutektické zliatiny vyžadujú prémiové nástroje.
• Kontrola šrotu: vnútropodnikové výnosy z tlakového liatia by sa mali pretaviť v kontrolovaných pomeroch; príliš veľa recyklovaného šrotu zvyšuje obsah železa.
• Integrácia dodávateľa: výrobca s vlastnou formou, tlakovým liatím a CNC obrábaním dokáže rýchlejšie vyriešiť problémy súvisiace s materiálom. Ak v tom istom závode prebieha vysokotlakové aj nízkotlakové liatie, materiál môže byť prispôsobený dielu namiesto toho, aby bol diel nútený do jedného procesu.
• konzistencia: pri veľkoobjemových dieloch potvrďte, že dodávateľ dodržiava rozsah zloženia a pravidelne monitoruje mechanické vlastnosti.

Často kladené otázky o materiáli na odlievanie hliníka

Aký je najbežnejší hliníkový odlievací materiál?

ADC12 v systéme JIS a A380 v systéme ASTM sú najbežnejšie materiály na tlakové liatie. Obidva patria do rodiny Al-Si-Cu a pokrývajú širokú škálu krytov, konzol a konštrukčných krytov.

Aký je rozdiel medzi ADC12 a A356?

ADC12 je optimalizovaný pre vysokotlakové liatie: vypĺňa tenké steny, odoláva spájkovaniu v zápustke a dobre sa obrába, ale má obmedzenú ťažnosť. A356 je zliatina Al-Si-Mg, ktorá môže byť tepelne spracovaná na T6, čo poskytuje oveľa vyššiu ťažnosť a lepšiu zvárateľnosť.

Môžu byť hliníkové tlakové odliatky tepelne spracované?

Štandardné vysokotlakové odliatky obsahujú zachytený plyn, takže tepelné spracovanie T6 môže spôsobiť pľuzgiere a zdeformované povrchy. Ak je potrebné tepelné spracovanie, vyberte si nízkotlakové liatie s A356 alebo použite vákuovo podporovanú HPDC so špeciálnou tvárnou zliatinou.

Ktorý hliníkový odlievací materiál je najlepší pre tenké steny?

Zliatiny s obsahom kremíka blízko 12 %, ako napríklad A413 alebo ADC12, majú najlepšiu tekutosť. Hrúbka steny pod 1,5 mm si stále vyžaduje starostlivé riadenie procesu, vrátane teploty formy, rýchlosti vstrekovania a odvzdušňovania.

Prečo sa meď pridáva do zliatin hliníka?

Meď zvyšuje pevnosť odliatku a zlepšuje obrobiteľnosť, ale znižuje odolnosť proti korózii. Zliatiny obsahujúce meď by sa nemali vyberať pre morské alebo silne chemické prostredie, pokiaľ nie sú chránené povlakom.

Ktorá zliatina poskytuje najlepší eloxovaný povrch?

Zliatiny Al-Mg ako A514 eloxované s jasným, čírym povrchom. ADC12 s vysokým obsahom medi eloxuje tmavšie a má menšiu konzistenciu. Ak je súčasťou špecifikácie dekoratívne eloxovanie, pred začatím obrábania skontrolujte zliatinu.

Správny hliníkový odlievací materiál nie je materiál s najvyšším číslom v údajovom liste. Je to ten, ktorý zodpovedá procesu a stavu služby. Začnite hrúbkou steny a objemom výroby, potom nastavte mechanické požiadavky a nakoniec porovnajte zliatiny s celkovými nákladmi. Ak máte výkres a potrebujete priame odporúčanie, najrýchlejším spôsobom je prediskutovať ho s výrobcom odliatkov, ktorý prevádzkuje vysokotlakové aj nízkotlakové vedenia.