Το χυτό αλουμίνιο και το εξηλασμένο αλουμίνιο είναι τύποι αλουμινίου που κατασκευάζονται με διαφορετικούς τρόπους. Στο χυτό αλουμίνιο, ρίχνετε λιωμένο μέταλλο σε ένα καλούπι για να φτιάξετε ένα σχήμα. Το εξηλασμένο αλουμίνιο κατασκευάζεται πιέζοντας το αλουμίνιο μέσα από μια τρύπα για να δημιουργηθούν σχήματα όπως σωλήνες. Το εξηλασμένο αλουμίνιο είναι συνήθως ισχυρότερο και έχει πιο λεία επιφάνεια. Το χυτό αλουμίνιο μπορεί να κατασκευάσει πιο περίπλοκα σχήματα, αλλά η διέλαση είναι συχνά φθηνότερη για απλά σχήματα.

Για να επιλέξετε το σωστό υλικό για συγκεκριμένες εφαρμογές, είναι σημαντικό να κατανοήσετε τις διαφορές μεταξύ χυτού και εξηλασμένου αλουμινίου. Διαβάστε αυτό το άρθρο για να εξερευνήσετε τις συγκεκριμένες μεθόδους τους, τις εφαρμογές, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα, τους περιορισμούς κ.λπ.

Τι είναι το χυτό αλουμίνιο;

Οι χυτευτές κατασκευάζουν χυτά μέρη αλουμινίου χρησιμοποιώντας λιωμένα κράματα αλουμινίου. Στη συνέχεια εγχέουν αυτή την υγρή μορφή στο καλούπι του προφίλ του προϊόντος. Αυτά τα εξαρτήματα είναι ελαφριά και ανθεκτικά επειδή η χύτευση με εκμαγείο τα καθιστά έτσι. Το χυτό αλουμίνιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε αυτοκίνητα, αεροπλάνα, μηχανήματα και καθημερινά αντικείμενα.

Κοινά κράματα αλουμινίου

Κράμα A380

Υπάρχουν ήδη περίπου 8,5% πυριτίου και 3,5% χαλκού στο κράμα A380. Υπάρχουν για να προσφέρουν καλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και χαμηλότερη πυκνότητα 2,71 g/cm³. Η ρευστότητά του είναι εξαιρετική. Παρέχουν καλή χυτευσιμότητα για την κατασκευή λεπτότοιχων εξαρτημάτων και βραχιόνων κινητήρα σε χύτευση υπό πίεση.

Κράμα A356-T6

Αυτό το κράμα έχει περίπου 7% πυρίτιο και 0,3% μαγνήσιο. Τα εξαρτήματα έχουν καλύτερη αντοχή, φτάνοντας σε αντοχή εφελκυσμού 310 MPa όταν έχουν την κατάλληλη θερμική επεξεργασία. Αυτά τα κράματα περιέχουν καλή αγωγιμότητα. Οι κατασκευαστές το χρησιμοποιούν συνήθως κυρίως για τροχούς αυτοκινήτων και αεροδιαστημικά εξαρτήματα μέσω χύτευσης με άμμο.

319 κράμα

Γενικά, περίπου 6% αυτού του μετάλλου είναι πυρίτιο και 3,5% χαλκός. Αυτό το κράμα είναι πολύ βαρύτερο από άλλα. Παρέχει εξαιρετική αγωγιμότητα και έχει εύρος πυκνότητας 2,76 g/cm³. Αυτό το καθιστά χρήσιμο για μπλοκ κινητήρων όπου η αντοχή στη θερμότητα είναι σημαντική.

Διαδικασίες χύτευσης

Χύτευση υψηλής πίεσης

Η διαδικασία κατά την οποία οι κατασκευαστές ρίχνουν λιωμένο αλουμίνιο σε χαλύβδινο καλούπι στα 10-175 MPa είναι η χύτευση υπό υψηλή πίεση. Αυτή η τεχνική λειτουργεί ταχύτερα και παράγει εξαρτήματα μέσα σε 30 δευτερόλεπτα. Είναι καταλληλότερη για εξαρτήματα με έντονη λεπτομέρεια, όπως τα περιβλήματα των κιβωτίων ταχυτήτων.

Χύτευση χαμηλής πίεσης

Η διαδικασία αυτή ωθεί το μέταλλο μέσα στο καλούπι στα 20-100 kPa, δηλαδή σε χαμηλότερη πίεση. Η αργή επεξεργασία με αυτόν τον τρόπο δημιουργεί λιγότερες φυσαλίδες αέρα που μειώνουν τα ελαττώματα. Τα παραδείγματά τους μπορεί να είναι ζάντες αλουμινίου που περιέχουν βελτιωμένη αντοχή.

Χύτευση με άμμο

Ο κατασκευαστής χύνει λιωμένο μέταλλο σε καλούπια από άμμο. Αυτή η διαδικασία διαρκεί πράγματι ώρες ανά τεμάχιο. Ωστόσο, τα λεπτομερή εξαρτήματα, όπως τα περιβλήματα των αντλιών, μπορούν να τα καταφέρουν.

Άλλες μέθοδοι:

Η πιο χρησιμοποιούμενη διαδικασία δεν είναι μόνο η χύτευση με εκμαγείο ή η χύτευση με άμμο. Περιλαμβάνει επίσης χύτευση επενδύσεων και μόνιμη χύτευση καλουπιών. Στην επενδυτική χύτευση, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν πρότυπα από κερί. Αλλά για τη χύτευση με μόνιμο καλούπι, χρησιμοποιούν ένα χαλύβδινο καλούπι πολλαπλών χρήσεων. Αυτές οι τεχνικές είναι εκείνες που μπορούν να κατασκευάσουν δηλωμένα εξαρτήματα μεσαίου μεγέθους, όπως μαγειρικά σκεύη.

Μικροδομή και στερεοποίηση

Κάθε φορά που το αλουμίνιο ψύχεται, εμφανίζονται μικροσκοπικοί κρύσταλλοι (πυρηνοποίηση) και ανάπτυξη κόκκων. Αυτό σημαίνει ότι οι θερμοκρασίες ψύξης είναι αυτές που μπορούν να τις επηρεάσουν. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η γρήγορη ψύξη στη χύτευση υπό πίεση δημιουργεί πολύ μικρούς, ισχυρούς κόκκους. Εν τω μεταξύ, η αργή ψύξη παράγει μεγάλους και λιγότερο ανθεκτικούς κόκκους. Επιπλέον, η αντίσταση στη φθορά σε κράματα όπως το A380 λόγω των σωματιδίων πυριτίου και η θερμική επεξεργασία σε ένα 356-T6 μειώνουν πράγματι τις εύθραυστες περιοχές.

Τι είναι το εξηλασμένο αλουμίνιο;

Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν διαμορφωμένες μήτρες για την εφαρμογή δύναμης σε θερμαινόμενα κράματα αλουμινίου. Αυτό το μέταλλο παίρνει στη συνέχεια σχήματα προφίλ που συνήθως είναι μακρόστενα, για παράδειγμα, ράβδοι, σωλήνες ή δοκοί. Τα εξαρτήματα εξώθησης αλουμινίου χρησιμοποιούνται ευρέως στις κατασκευές, την αυτοκινητοβιομηχανία και τα καταναλωτικά αγαθά. Το σκεπτικό τους όμως είναι ότι είναι ελαφριά, ισχυρά και οικονομικά προσιτά.

Κοινά κράματα

6061 Κράματα:

Το κράμα 6061 περιλαμβάνει 1,0% μαγνήσιο και 0,6% πυρίτιο. Αυτά τα σωματίδια του προσδίδουν υψηλή αντοχή (310 MPa εφελκυσμού) και εξαιρετική συγκολλησιμότητα. Λειτουργούν καλά για δομικά εξαρτήματα και εξαρτήματα με μεγάλη καταπόνηση, όπως πλαίσια φορτηγών και εξαρτήματα ποδηλάτων.

6063 Κράματα:

Στα κράματα 6063 υπάρχει μαγνήσιο 0,7% και πυρίτιο 0,4%. Σταματάει τη διάβρωση και δίνει ωραίο φινίρισμα επιφάνειας. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι το καλύτερο για διακοσμητικά και αρχιτεκτονικά προφίλ, όπως πλαίσια παραθύρων και ράγες πορτών.

Θερμική επεξεργασία

Οι ιδιότητες του αλουμινίου διέλασης βελτιώνονται όταν οι κατασκευαστές τα περνούν από θερμικές επεξεργασίες όπως η σκλήρυνση T5 ή T6.

Κατά τη σκλήρυνση Τ5, το εξηλασμένο τεμάχιο ψύχεται με αέρα. Αυξάνει την αντοχή του τεμαχίου με τη δυνατότητα 20-30%.

Η σκλήρυνση T6 περιλαμβάνει επεξεργασία με διάλυμα στους 530°C. Ακολουθεί τεχνητή γήρανση. Ως αποτέλεσμα, τα εξαρτήματα γίνονται πολύ πιο σκληρά και ανθεκτικά. Για παράδειγμα, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το 6061-T6 για δομικές εφαρμογές, εξισορροπώντας τη βέλτιστη ολκιμότητα και αντοχή του.

Διαδικασία εξώθησης Στην άμεση εξώθηση:

Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν έναν υδραυλικό έμβολο για να ωθήσουν το τεμάχιο μέσα από μια σταθερή μήτρα, η οποία αναφέρεται ως άμεση εξώθηση. Αυτό το είδος διαδικασίας αποδίδει αποτελεσματικά, αλλά χρειάζεται περισσότερη ενέργεια ακριβώς λόγω της τριβής.

Στην έμμεση εξώθηση:

Κατά την έμμεση διέλαση, κρατά το τεμάχιο ακίνητο ενώ η μήτρα κινείται προς αυτό. Αυτός είναι και ο λόγος που την ονομάζουμε και ανάστροφη ή αντίστροφη τεχνική. Μειώνει την τριβή και την κατανάλωση ενέργειας κατά 10-30%. Αυτή η τεχνική παράγει τέλεια εξαρτήματα ακριβείας, όπως σωλήνες.

Τύποι Τύπου

Μεταξύ των διαθέσιμων επιλογών, οι υδραυλικές πρέσες παρέχουν υψηλή δύναμη (έως 100 MN) για μεγάλα προφίλ. Εν τω μεταξύ, οι μηχανικές πρέσες λειτουργούν γρήγορα (έως 60 κινήσεις/λεπτό). Είναι κατάλληλες για μικρά εξαρτήματα.

Τύποι εξώθησης

Θερμή εξώθηση:

Η θερμή εξώθηση πραγματοποιείται στους 350-500°C. Χρησιμοποιεί θερμότητα και πίεση. Αυτή η διαδικασία βοηθά στην κατασκευή συμπαγών ή κοίλων εξαρτημάτων μέσω σταθερών διατομών. Για παράδειγμα, δοκοί I ή πλαίσια αυτοκινήτων.

Ψυχρή εξώθηση:

Η ψυχρή εξώθηση φτάνει μέχρι τους 120°C και πραγματοποιείται επίσης σε θερμοκρασία δωματίου (20-25°C). Σε αυτή τη διαδικασία, ο κατασκευαστής δεν θερμαίνει το αλουμίνιο και δεν το αναγκάζει να πεθάνει. Κατασκευάζει εξαρτήματα με πολύ στενές ανοχές έως ±0,02 mm-±0,05 mm και μειώνει την οξείδωση. Αυτό, επομένως, είναι ιδανικό για την παραγωγή συνδετήρων, ηλεκτρικών συνδέσμων και δηλωμένων εξαρτημάτων.

Βασικές διαφορές μεταξύ χυτού και εξηλασμένου αλουμινίου

1. Μηχανικές ιδιότητες

Οι διεργασίες κατασκευής έχουν αντίκτυπο στις διακυμάνσεις των μηχανικών χαρακτηριστικών του χυτού και του εξηλασμένου αλουμινίου.

Δύναμη:

Γενικά, οι πλαστικοποιημένες τέχνες προσφέρουν υψηλότερη αντοχή σε εφελκυσμό από εκείνες που χύτευση αλουμινίου. Για παράδειγμα, η αντοχή σε εφελκυσμό του χυτού αλουμινίου A356-T6 είναι περίπου 230-250 MPa. Εν τω μεταξύ, το εξηλασμένο 6061-T6 έχει αντοχή σε εφελκυσμό έως και 310 MPa.

Ολκιμότητα

Ο εκλεπτυσμένος κόκκος που επιτυγχάνεται μέσω του αλουμινίου διέλασης το καθιστά πιο εύκαμπτο. Εν τω μεταξύ, οι χονδροί κόκκοι και οι μεσομεταλλικές φάσεις είναι οι λόγοι για την ευθραυστότητα του χυτού αλουμινίου.

Σκληρότητα

Η σκληρότητα βασίζεται αποκλειστικά στο κράμα και τη θερμική επεξεργασία που επιλέγετε. Ωστόσο, τα εξαρτήματα εξώθησης τείνουν να έχουν πιο σταθερή σκληρότητα. Για παράδειγμα, το χυτό αλουμίνιο A380 έχει σκληρότητα περίπου ~80 HB, αλλά τα εξηλασμένα εξαρτήματα 6061-T6 έχουν σκληρότητα 95 HB.

Αντοχή στην κόπωση

Η λεπτότερη δομή των κόκκων του αλουμινίου διέλασης τους επιτρέπει να αποδίδουν καλά υπό κυκλική φόρτιση. Αντίθετα, το χυτό αλουμίνιο περιέχει χαμηλότερη αντοχή στην κόπωση. Αυτό οφείλεται στην πορώδη δομή του. Με κάποιο τρόπο, μπορείτε να τη βελτιώσετε χρησιμοποιώντας κατάλληλη θερμική επεξεργασία και καλύτερα κράματα.

2. Σύγκριση μικροδομής

Η μικροδομή στο χυτό αλουμίνιο δείχνει τους χονδροειδείς κόκκους του (που κυμαίνονται από 50-200 μm) και τις συσσωρευμένες ενδομεταλλικές φάσεις. Αυτός είναι ο λόγος που οδήγησε στην πρόκληση ευθραυστότητας και μείωσης της μηχανικής απόδοσης.

Από την άλλη πλευρά, η διαδικασία εξώθησης βελτιώνει τη δομή των κόκκων σε μέγεθος 10-50 μm. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι διασπά τις ενδομεταλλικές ενώσεις και ευθυγραμμίζει τους κόκκους.

Για παράδειγμα, η εικόνα αντιπαραβάλλει τα δύο μέρη των μικροδομών. Όπου η χυτή δομή παρουσιάζει χονδροειδείς κόκκους.

Το εξηλασμένο τμήμα (α-στ) δείχνει πώς βελτιώνεται η δομή των κόκκων, οδηγώντας σε καλύτερες επιδόσεις.

3. Ανοχές

Όταν η διαστολή του καλουπιού και η συρρίκνωση της στερεοποίησης συμβαίνουν, οι ανοχές του χυτού αλουμινίου γίνονται πιο χαλαρές (±0,5 mm ή περισσότερο).

Οι αυστηρότερες ανοχές (±0,1 mm) σε αλουμίνιο διέλασης είναι εφικτές. Αυτό οφείλεται στη χρήση μιας μήτρας ακριβείας για την προώθηση του μετάλλου. Αυτό σημαίνει ότι ο σχεδιασμός της μήτρας και η ακρίβεια της πρέσας μπορούν να προκαλέσουν αλλαγές στις ανοχές.

4. Σκέψεις σχεδιασμού

Η χύτευση αλουμινίου χρησιμοποιείται κυρίως για την κατασκευή έντονα λεπτομερών σχημάτων με εσωτερικές κοιλότητες. Για παράδειγμα, μπλοκ κινητήρων ή περιβλήματα αντλιών. Αλλά κατά κάποιο τρόπο, είναι ακατάλληλο για λεπτότοιχα ή μακρόστενα προφίλ.

Η τεχνική εξώθησης παράγει τα καλύτερα μακρόστενα τμήματα και ομοιόμορφα προφίλ με συνεκτικές διατομές. Για παράδειγμα, δοκάρια ή σωλήνες. Εκτός αυτού, αυτά τα εξαρτήματα μπορούν επίσης να αναλάβουν συγκεκριμένες απαιτήσεις σχεδιασμού.

5. Μέθοδοι σύνδεσης

Οι κατασκευαστές μπορούν να ενώσουν τόσο το χυτό όσο και το εξηλασμένο αλουμίνιο μεταξύ τους. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούν τεχνικές όπως η συγκόλληση, η βίδωμα ή η συγκόλληση με κόλλα.

Το χυτό αλουμίνιο δεν συγκολλάται εύκολα. Ο λόγος είναι η παρουσία πορώδους, ενδομεταλλικών φάσεων και επίσης η υψηλή περιεκτικότητα σε πυρίτιο σε ορισμένα κράματα (π.χ. A380. Αυτό μπορεί να προκαλέσει ρωγμές.

Τα εξαρτήματα από εξηλασμένο αλουμίνιο είναι πολύ πιο εύκολο να συγκολληθούν και να επεξεργαστούν. Περιέχουν ομοιόμορφη δομή. Αυτό, επομένως, τα καθιστά πιο ευέλικτα για συναρμολόγηση.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του χυτού αλουμινίου

Πλεονεκτήματα

• Σας επιτρέπει να φτιάχνετε βαθιά λεπτομερή και πολύπλοκα σχήματα με εσωτερικές κοιλότητες. Για παράδειγμα, κυλινδροκεφαλές, κιβώτια ταχυτήτων ή περιβλήματα αντλιών.
• Τα χυτά κράματα αλουμινίου, όπως το A356-T6, παρέχουν μεγάλη αντοχή σε εφελκυσμό, ενώ το βάρος τους είναι μικρότερο από το μέσο όρο.
• Αυτά τα εξαρτήματα είναι προσιτά εάν παράγονται χύμα.

Μειονεκτήματα

• Το παγιδευμένο αέριο ή η συρρίκνωση κατά τη στερεοποίηση θα προκαλέσει απώλεια αντοχής και αντοχής σε κόπωση στα υπόλοιπα μέρη. Αλλά αυτό το ζήτημα μπορεί να διορθωθεί με τη χρήση χύτευσης υπό κενό ή μέσων απαέρωσης.
• Τόσο η υγρή όσο και η στερεή συρρίκνωση προκαλούν θρυμματισμό ή ρωγμές στα εξαρτήματα. Χρησιμοποιήστε τον κατάλληλο σχεδιασμό του καλουπιού και την ελεγχόμενη ψύξη για να το αντιμετωπίσετε αυτό.
• Το χυτό αλουμίνιο έχει πιο χαλαρή ανοχή σε σύγκριση με την εξώθηση.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του εξηλασμένου αλουμινίου

Πλεονεκτήματα

• Το εξηλασμένο αλουμίνιο δίνει εξαιρετικά φινιρίσματα. Το μέρος αφού υποβληθεί σε φινίρισμα μύλου σε ανοδιωμένο ή επιχρισμένο με πούδρα επίστρωμα θα είναι πιο ισχυρό. Περιέχουν βελτιωμένη αντοχή στη διάβρωση και ανθεκτικότητα.
• Μπορείτε να επιτύχετε αυστηρότερες ανοχές χρησιμοποιώντας μήτρες ακριβείας.
• Αυτά τα εξαρτήματα είναι οικονομικά αποδοτικά σε μεγάλες ποσότητες.
• Ιδανικό για μεγάλα, αμετάβλητα προφίλ, όπως ράγες σκάλας ή σωλήνες πολλαπλών κοίλων διαστάσεων.

Μειονεκτήματα

• Αυτά τα εξαρτήματα περιορίζονται σε απλά σχήματα και δεν λειτουργούν καλά για πολύπλοκα σχέδια.
• Χρειάζονται ειδικές μήτρες για την κατασκευή κοίλων ή πολυκάναλων προφίλ.
• Η εξώθηση δεν είναι κατάλληλη για εξαρτήματα με πολλαπλές διατομές ή περίπλοκα εσωτερικά χαρακτηριστικά.

Εφαρμογές και βιομηχανίες

Συγκεκριμένα παραδείγματα

Γενικά, το χυτό αλουμίνιο χρησιμοποιείται για εφαρμογές στην αυτοκινητοβιομηχανία. Τα εξαρτήματα περιλαμβάνουν μπλοκ κινητήρων, περιβλήματα κιβωτίων ταχυτήτων και πλήμνες τροχών.

Η συγκεκριμένη εικόνα δείχνει το σχέδιο μήτρας μπλοκ κινητήρα. Επισημαίνει τα βασικά στοιχεία. Για παράδειγμα, ένα σύστημα πύλης (διαδρομές του λιωμένου μετάλλου), υπερχείλιση (συλλογή του πλεονάζοντος υλικού), γραμμές κενού (απομάκρυνση του αέρα) και την τελική χύτευση του μπλοκ κυλίνδρου.

Εν τω μεταξύ, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν εξηλασμένο αλουμίνιο για πλαίσια παραθύρων, ράγες πορτών και δομικά δοκάρια. Στις μεταφορές, το χρησιμοποιούν για αμαξώματα σιδηροδρομικών βαγονιών, πλαίσια φορτηγών και εξαρτήματα ποδηλάτων.

Ηλεκτρικά οχήματα (EVs)

Η χρήση τόσο του χυτού όσο και του εξηλασμένου αλουμινίου στα EVs τα καθιστά πιο δημοφιλή. Όπου, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν χυτό αλουμίνιο για τα περιβλήματα των μπαταριών και των κινητήρων. Αντίθετα, το αλουμίνιο διέλασης παράγει ελαφριά πλαίσια και δομικά στοιχεία.

Προσθετική κατασκευή

Η ενσωμάτωση της τρισδιάστατης εκτύπωσης στο χυτό αλουμίνιο της επιτρέπει να χειρίζεται πιο δύσκολα σχήματα. Διευκολύνουν τα ελαφριά εξαρτήματα για την αεροδιαστημική και την ιατρική βιομηχανία.

Επιπλέον, οι καινοτόμοι σχεδιασμοί γίνονται δυνατοί με τις τεχνικές προσθήκης για το αλουμίνιο διέλασης. Αυτό καθιστά αυτά τα εξαρτήματα κατάλληλα για χρήση σε υβριδικές διαδικασίες κατασκευής.

Συμπέρασμα:

Το χυτό και το εξηλασμένο αλουμίνιο δεν έχουν καμία ομοιότητα. Η αντοχή, η μικροδομή, η ανοχή και τα επίπεδα σχεδιασμού τους είναι διαφορετικά. Αν τα επιλέξετε τυχαία, αυτό σημαίνει ότι η επιλογή μπορεί να καταστρέψει ολόκληρο το έργο. Επιλέξτε λοιπόν με σύνεση το σωστό υλικό και τη σωστή διαδικασία κατασκευής με βάση τις ανάγκες της εφαρμογής.