Støbt aluminium og ekstruderet aluminium er typer af aluminium, der fremstilles på forskellige måder. I støbt aluminium hælder man smeltet metal i en form for at skabe en form. Ekstruderet aluminium fremstilles ved at skubbe aluminium gennem et hul for at skabe former som rør. Ekstruderet aluminium er normalt stærkere og har en glattere overflade. Støbt aluminium kan lave mere komplicerede former, men ekstruderet er ofte billigere til enkle former.

For at kunne vælge det rigtige materiale til specifikke anvendelser er det vigtigt at forstå forskellene på støbt og ekstruderet aluminium. Læs denne artikel for at udforske deres specifikke metoder, anvendelser, fordele og ulemper, begrænsninger osv.

Hvad er støbt aluminium?

Trykstøbere fremstiller støbte aluminiumsdele ved hjælp af smeltede aluminiumslegeringer. De sprøjter denne flydende form ind i formen til produktprofilen. Disse dele er lette og holdbare, fordi trykstøbning gør dem til det. Støbt aluminium kan bruges i biler, fly, maskiner og hverdagsting.

Almindelige aluminiumslegeringer

A380-legering

Der er allerede omkring 8,5% silicium og 3,5% kobber i A380-legeringen. De har en god elektrisk ledningsevne og en lavere massefylde på 2,71 g/cm³. Dens flydeevne er fremragende. De giver god støbbarhed til fremstilling af tyndvæggede dele og motorbeslag i højtryksstøbning.

A356-T6-legering

Denne legering har omkring 7% silicium og 0,3% magnesium. Delene har bedre styrke og når en trækstyrke på 310 MPa, når de får den rette varmebehandling. Disse legeringer har god ledningsevne. Producenter bruger den normalt primært til bilhjul og rumfartsdele via sandstøbning.

319 Legering

Generelt består ca. 6% af dette metal af silicium og 3,5% af kobber. Denne legering er meget tungere end andre. Den giver en fremragende ledningsevne og har en massefylde på 2,76 g/cm³. Det gør den nyttig til motorblokke, hvor varmebestandighed er vigtig.

Støbeprocesser

Trykstøbning under højt tryk

Den proces, hvor producenterne hælder smeltet aluminium i en stålform ved 10-175 MPa, er højtryksstøbning. Denne teknik virker hurtigere og producerer dele inden for 30 sekunder. Den egner sig bedst til meget detaljerede dele som gearkassehuse.

Trykstøbning ved lavt tryk

Denne proces skubber metal ind i formen ved 20-100 kPa, hvilket betyder ved lavere tryk. Langsom forarbejdning som denne giver færre fejlreducerende luftbobler. Eksempler på dette kan være aluminiumsfælge, der har forbedret styrke.

Sandstøbning

Producenten hælder smeltet metal i sandforme. Denne proces tager faktisk flere timer pr. del. Detaljerede dele som pumpehuse kan dog klare sig igennem dette.

Andre metoder:

Den mest anvendte proces er ikke kun trykstøbning eller sandstøbning. Den omfatter også investeringsstøbning og permanent formstøbning. Ved investeringsstøbning bruger producenterne voksmønstre. Men til permanent formstøbning bruger de en genanvendelig stålform. Disse teknikker er dem, der kan fremstille mellemstore dele som f.eks. køkkengrej.

Mikrostruktur og størkning

Hver gang aluminium afkøles, opstår der små krystaller (nukleation) og kornvækst. Det betyder, at det er afkølingstemperaturen, der kan påvirke dem. Det skyldes, at hurtig afkøling ved trykstøbning giver meget små, stærke korn. I mellemtiden producerer langsom afkøling store og mindre holdbare korn. Derudover reducerer slidstyrken i legeringer som A380 på grund af siliciumpartikler og varmebehandling i en 356-T6 faktisk de sprøde områder.

Hvad er ekstruderet aluminium?

Producenter bruger formede matricer til at påføre kraft på opvarmede aluminiumslegeringer. Dette metal får derefter profilformer, der normalt er lange, f.eks. stænger, rør eller bjælker. Ekstruderede aluminiumsdele bruges i vid udstrækning inden for byggeri, bilindustrien og forbrugsvarer. Men begrundelsen er, at de er lette, stærke og billige.

Almindelige legeringer

6061 Legeringer:

6061-legeringen indeholder 1,0% magnesium og 0,6% silicium. Disse partikler giver den høj styrke (310 MPa trækstyrke) og fremragende svejsbarhed. De fungerer godt til strukturelle og hårdt belastede dele som lastbilrammer og cykelkomponenter.

6063 Legeringer:

Der er 0,7% magnesium og 0,4% silicium i 6063-legeringer. Det stopper korrosion og giver en fin overfladefinish. Derfor er det bedst til dekorative og arkitektoniske profiler som vinduesrammer og dørskinner.

Varmebehandling

Egenskaberne ved ekstruderet aluminium forbedres, når producenterne lader dem gennemgå varmebehandlinger som T5- eller T6-hærdning.

Ved T5-hærdning er den ekstruderede del luftkølet. Det øger emnets styrke med mulighed for 20-30%.

T6-hærdning omfatter en opløsningsbehandling ved 530 °C. Dette efterfølges af kunstig ældning. Derved bliver emnerne meget hårdere og stærkere. Du kan f.eks. bruge 6061-T6 til strukturelle anvendelser, hvor der er balance mellem den optimale duktilitet og styrke.

Ekstruderingsproces Ved direkte ekstrudering:

Producenterne bruger en hydraulisk stempel til at skubbe emnet gennem en stationær matrice, hvilket kaldes direkte ekstrudering. Denne form for proces er effektiv, men kræver mere energi alene på grund af friktion.

I indirekte ekstrudering:

Under indirekte ekstrudering holder den emnet stille, mens matricen bevæger sig hen imod det. Det er grunden til, at man også kalder det en baglæns eller omvendt teknik. Det reducerer friktionen og energiforbruget med hele 10-30%. Denne teknik er perfekt til at producere præcise dele som f.eks. slanger.

Pressetyper

Blandt de tilgængelige muligheder giver hydrauliske presser høj kraft (op til 100 MN) til store profiler. I mellemtiden arbejder de mekaniske presser hurtigt (op til 60 slag/minut). Det er velegnet til små dele.

Typer af ekstrudering

Varm ekstrudering:

Varmekstrudering sker ved 350-500 °C. Den bruger varme og tryk. Denne proces hjælper faktisk med at lave faste eller hule dele via faste tværsnit. For eksempel I-bjælker eller bilchassis.

Kold ekstrudering:

Kold ekstrudering går op til 120 °C og forekommer også ved stuetemperatur (20-25 °C). I denne proces opvarmer producenten ikke aluminiummet og tvinger det til at forme sig. Den fremstiller dele med meget snævre tolerancer på op til ±0,02 mm-±0,05 mm og reducerer oxidation. Det er derfor ideelt til produktion af fastgørelseselementer, elektriske stik og angivne dele.

De vigtigste forskelle mellem støbt og ekstruderet aluminium

1. Mekaniske egenskaber

Fremstillingsprocesser har indflydelse på variationerne i de mekaniske egenskaber for støbt og ekstruderet aluminium.

Styrke:

Generelt har den ekstruderede kunst højere trækstyrke end den Støbning af aluminium. For eksempel er trækstyrken for A356-T6 støbt aluminium omkring 230-250 MPa. I mellemtiden har ekstruderet 6061-T6 en trækstyrke på op til 310 MPa.

Duktilitet

Det raffinerede korn, der opnås via ekstruderet aluminium, gør det mere duktilt. I mellemtiden er grove korn og intermetalliske faser årsager til skørhed i støbt aluminium.

Hårdhed

Hårdheden er helt afhængig af, hvilken legering og varmebehandling du vælger. Ekstruderede dele har dog en tendens til at have en mere ensartet hårdhed. For eksempel har støbt A380-aluminium en hårdhed på ca. 80 HB, men ekstruderede 6061-T6-dele har en hårdhed på 95 HB.

Modstandsdygtighed over for udmattelse

Den finere kornstruktur i ekstruderet aluminium gør, at de klarer sig godt under cyklisk belastning. Omvendt indeholder støbt aluminium lavere udmattelsesmodstand. Det er på grund af dets porøse struktur. På en eller anden måde kan man forbedre den ved hjælp af korrekt varmebehandling og bedre legeringer.

2. Sammenligning af mikrostruktur

Mikrostrukturen i støbt aluminium viser sine grove korn (fra 50-200 µm) og klynger af intermetalliske faser. Det er årsagen til, at det er blevet skørt og har reduceret den mekaniske ydeevne.

På den anden side forfiner ekstruderingsprocessen kornstrukturen helt ned til 10-50 µm. Det skyldes, at den bryder intermetalliske forbindelser og justerer kornene.

For eksempel kontrasterer billedet begge dele af mikrostrukturerne. Hvor den støbte struktur udviser grove korn.

Den ekstruderede del (a-f) viser, hvordan den forfiner kornstrukturen, hvilket fører til bedre ydeevne.

3. Tolerancer

Når formen udvider sig og krymper ved størkning, bliver tolerancerne for støbt aluminium mindre (±0,5 mm eller mere).

Snævrere tolerancer (±0,1 mm) i ekstruderet aluminium kan lade sig gøre. Det skyldes, at man bruger et præcisionsværktøj til at presse metal. Det betyder, at formens design og pressens nøjagtighed kan medføre ændringer i tolerancerne.

4. Overvejelser om design

Støbning af aluminium bruges hovedsageligt til at lave skarpt detaljerede former med indvendige hulrum. For eksempel motorblokke eller pumpehuse. Men på en eller anden måde er det uegnet til tyndvæggede eller lange profiler.

Ekstruderingsteknikken giver de bedste lange dele og ensartede profiler med ensartede tværsnit. For eksempel bjælker eller rør. Desuden kan disse dele også opfylde specifikke designkrav.

5. Sammenføjningsmetoder

Producenter kan sammenføje både støbt og ekstruderet aluminium. Til dette bruger de teknikker som svejsning, boltning eller limning.

Støbt aluminium er ikke let at svejse. Årsagen er tilstedeværelsen af porøsitet, intermetalliske faser og også højt siliciumindhold i nogle legeringer (f.eks. A380). Dette kan forårsage revnedannelse.

Ekstruderede aluminiumsdele er meget nemmere at svejse og bearbejde. De har en ensartet struktur. Det gør dem derfor mere alsidige til montering.

Fordele og ulemper ved støbt aluminium

Fordele

• Det giver dig mulighed for at lave dybt detaljerede og komplekse former med indvendige hulrum. For eksempel topstykker, gearkassehuse eller pumpehuse.
• Støbte aluminiumlegeringer som A356-T6 giver stor trækstyrke, samtidig med at de vejer mindre end gennemsnittet.
• Disse dele er til at betale, hvis de produceres i store mængder.

Ulemper

• Indesluttet gas eller krympning under størkning vil få de andre dele til at miste styrke og udmattelsesmodstand. Men dette problem kan løses ved hjælp af vakuumstøbning eller afgasningsmidler.
• Både flydende og fast krympning får dele til at splintre eller revne. Brug korrekt formdesign og kontrolleret køling til at tackle dette.
• Støbt aluminium har en løsere tolerance sammenlignet med ekstrudering.

Fordele og ulemper ved ekstruderet aluminium

Fordele

• Ekstruderet aluminium giver en fremragende finish. Delen bliver stærkere, når den har gennemgået en fræsning og er blevet anodiseret eller pulverlakeret. De indeholder forbedret korrosionsbestandighed og holdbarhed.
• Man kan opnå snævrere tolerancer ved hjælp af præcisionsbakker.
• Disse dele er omkostningseffektive ved store mængder.
• Ideel til lange, uforanderlige profiler som stigeskinner eller flerhulede rør.

Ulemper

• Disse dele er begrænset til enkle former og fungerer ikke godt til komplekse designs.
• Brug for særlige matricer til fremstilling af hule eller flerkanalede profiler.
• Ekstrudering er ikke egnet til dele med flere tværsnit eller komplicerede indvendige funktioner.

Anvendelser og brancher

Specifikke eksempler

Generelt bruges støbt aluminium til bilindustrien. Delene omfatter motorblokke, gearkassehuse og hjulnav.

Det givne billede viser motorblokkens design. Det fremhæver de vigtigste komponenter. For eksempel et gatesystem (veje for smeltet metal), overløb (opsamler overskydende materiale), vakuumledninger (fjerner luft) og den endelige cylinderblokstøbning.

I mellemtiden bruger producenter ekstruderet aluminium til vinduesrammer, dørskinner og strukturelle bjælker. I transportsektoren bruges det til karosserier til togvogne, lastbilrammer og cykelkomponenter.

Elektriske køretøjer (EV'er)

Brugen af både støbt og ekstruderet aluminium i elbiler gør dem mere populære. Producenterne bruger støbt aluminium til batterihuse og motorhuse. Omvendt producerer ekstruderet aluminium letvægtschassis og strukturelle komponenter.

Additiv fremstilling

Integrationen af 3D-print i støbt aluminium gør det muligt at håndtere sværere former. De gør det lettere at lave letvægtsdele til luftfarts- og medicinalindustrien.

Derudover bliver innovative designs mulige med additive teknikker til ekstruderet aluminium. Det gør disse dele velegnede til brug i hybride fremstillingsprocesser.

Konklusion:

Støbt og ekstruderet aluminium ligner ikke hinanden. Deres styrke, mikrostruktur, tolerance og designniveauer er forskellige. Hvis du vælger dem tilfældigt, betyder det, at valget kan ødelægge hele projektet. Så vælg med omtanke det rigtige materiale og den rigtige fremstillingsproces baseret på anvendelsesbehovet.