Støpt aluminium og ekstrudert aluminium er aluminiumtyper som lages på forskjellige måter. I støpt aluminium helles smeltet metall i en form for å lage en form. Ekstrudert aluminium lages ved å presse aluminium gjennom et hull for å skape former som rør. Ekstrudert aluminium er vanligvis sterkere og har en jevnere overflate. Støpt aluminium kan lage mer kompliserte former, men ekstrudert er ofte billigere for enkle former

For å kunne velge riktig materiale til spesifikke bruksområder er det viktig å forstå forskjellene mellom støpt og ekstrudert aluminium. Les denne artikkelen for å finne ut mer om de spesifikke metodene, bruksområdene, fordeler og ulemper, begrensninger osv.

Hva er støpt aluminium?

Støpere lager støpte aluminiumsdeler ved hjelp av smeltede aluminiumslegeringer. De sprøyter denne flytende formen inn i formen til produktprofilen. Disse delene er lette og slitesterke fordi de er støpt på denne måten. Støpt aluminium kan brukes i biler, fly, maskiner og hverdagsartikler.

Vanlige aluminiumslegeringer

A380 Alloy

Det er allerede ca. 8,5% silisium og 3,5% kobber i legeringen A380. De gir god elektrisk ledningsevne og en lavere tetthet på 2,71 g/cm³. Flytbarheten er utmerket. De gir god støpbarhet for å lage tynnveggede deler og motorbraketter i høytrykksstøping.

A356-T6-legering

Denne legeringen har rundt 7% silisium og 0,3% magnesium. Delene har bedre styrke, og når en strekkfasthet på 310 MPa når de får riktig varmebehandling. Disse legeringene har god ledningsevne. Produsenter bruker den vanligvis hovedsakelig til bilhjul og romfartsdeler via sandstøping.

319 Alloy

Vanligvis er omtrent 6% av dette metallet silisium og 3,5% kobber. Denne legeringen er mye tyngre enn andre. Den gir utmerket ledningsevne og har en tetthet på 2,76 g/cm³. Det gjør den nyttig for motorblokker der varmebestandighet er viktig.

Støpeprosesser

Høytrykksstøping

Høytrykksstøping er en prosess der produsentene heller smeltet aluminium inn i en stålform ved 10-175 MPa. Denne teknikken fungerer raskere og produserer deler i løpet av 30 sekunder. Den egner seg best til svært detaljerte deler som girkassehus.

Lavtrykksstøping

Denne prosessen presser metallet inn i støpeformen ved 20-100 kPa, det vil si ved lavere trykk. Langsom prosessering som dette gir færre defektreduserende luftbobler. Eksempler på dette kan være aluminiumsfelger som har forbedret styrke.

Sandstøping

Produsenten heller smeltet metall i sandformer. Denne prosessen tar faktisk flere timer per del. Detaljerte deler som pumpehus kan imidlertid klare seg gjennom dette.

Andre metoder:

Den mest brukte prosessen er ikke bare pressstøping eller sandstøping. Det inkluderer også investeringsstøping og permanent støping av støpeformer. Ved investeringsstøping bruker produsentene voksmønstre. Men for permanent støping av støpeform bruker de en gjenbrukbar stålform. Disse teknikkene er de som kan lage mellomstore oppgitte deler som kokekar.

Mikrostruktur og størkning

Hver gang aluminium kjøles ned, oppstår det små krystaller (kjernedannelse) og kornvekst. Dette betyr at det er avkjølingstemperaturen som kan påvirke dem. Det er fordi rask avkjøling ved trykkstøping gir svært små, sterke korn. Langsom avkjøling gir derimot store og mindre holdbare korn. I tillegg reduseres slitasjemotstanden i legeringer som A380 på grunn av silisiumpartikler og varmebehandling i 356-T6, noe som faktisk reduserer sprø områder.

Hva er ekstrudert aluminium?

Produsentene bruker formede matriser for å påføre kraft på oppvarmede aluminiumlegeringer. Metallet får deretter profilerte former som vanligvis er lange, for eksempel stenger, rør eller bjelker. Ekstruderte aluminiumsdeler er mye brukt i bygg- og anleggsbransjen, i bilindustrien og i forbruksvarer. Grunnen er at de er lette, sterke og rimelige.

Vanlige legeringer

6061-legeringer:

6061-legeringen inneholder 1,0% magnesium og 0,6% silisium. Disse partiklene gir legeringen høy styrke (310 MPa strekkfasthet) og utmerket sveisbarhet. De egner seg godt til konstruksjonsdeler og deler som utsettes for store påkjenninger, som lastebilrammer og sykkelkomponenter.

6063 Legeringer:

Det er 0,7% magnesium og 0,4% silisium i 6063-legeringer. Det hindrer korrosjon og gir en fin overflatefinish. Derfor egner den seg best til dekorative og arkitektoniske profiler som vindusrammer og dørskinner.

Varmebehandling

Egenskapene til ekstrudert aluminium forbedres når produsentene varmebehandler dem, for eksempel ved T5- eller T6-herding.

Ved T5-herding er den ekstruderte delen luftkjølt. Det øker delens styrke med mulighet for 20-30%.

T6-herding omfatter en oppløsningsbehandling ved 530 °C. Dette etterfølges av kunstig aldring. Resultatet er at delene blir mye hardere og sterkere. Du kan for eksempel bruke 6061-T6 til konstruksjonsformål, der du balanserer optimal duktilitet og styrke.

Ekstruderingsprosess Ved direkte ekstrudering:

Produsentene bruker en hydraulisk stempel til å presse emnet gjennom en stasjonær dyse, noe som kalles direkte ekstrudering. Denne typen prosess er effektiv, men krever mer energi på grunn av friksjon.

I indirekte ekstrudering:

Under indirekte ekstrudering holder den emnet i ro mens matrisen beveger seg mot det. Dette er grunnen til at det også kalles en bakover- eller omvendt teknikk. Det reduserer friksjonen og energiforbruket med så mye som 10-30%. Denne teknikken produserer perfekt presise deler som rør.

Pressetyper

Blant de tilgjengelige alternativene gir hydrauliske presser høy kraft (opptil 100 MN) for store profiler. De mekaniske pressene arbeider raskt (opptil 60 slag/minutt). Det er godt egnet for små deler.

Typer ekstrudering

Varm ekstrudering:

Varmekstrudering skjer ved 350-500 °C. Den bruker varme og trykk. Denne prosessen bidrar faktisk til å lage faste eller hule deler via faste tverrsnitt. For eksempel I-bjelker eller bilchassis.

Kald ekstrudering:

Kaldpressing går opp til 120 °C og forekommer også ved romtemperatur (20-25 °C). I denne prosessen varmer ikke produsenten opp aluminiumet og tvinger det til å forme seg. Det gir deler med svært små toleranser på opptil ±0,02 mm-±0,05 mm og reduserer oksidasjon. Det er derfor ideelt for produksjon av festeanordninger, elektriske kontakter og angitte deler.

Viktige forskjeller mellom støpt og ekstrudert aluminium

1. Mekaniske egenskaper

Produksjonsprosessene har innvirkning på variasjonene i de mekaniske egenskapene til støpt og ekstrudert aluminium.

Styrke:

Generelt har ekstrudert kunst høyere strekkfasthet enn ekstrudert kunst. aluminiumstøping. For eksempel er strekkfastheten til A356-T6 støpt aluminium rundt 230-250 MPa. I mellomtiden har ekstrudert 6061-T6 en strekkfasthet på opptil 310 MPa.

Duktilitet

Det raffinerte kornet som oppnås via ekstrudert aluminium gjør det mer duktilt. I mellomtiden er grove korn og intermetalliske faser årsaker til sprøhet i støpt aluminium.

Hardhet

Hardheten er helt avhengig av hvilken legering og varmebehandling du velger. Ekstruderte deler har imidlertid en tendens til å ha mer konsistent hardhet. For eksempel har A380 støpt aluminium en hardhet på ca. 80 HB, mens 6061-T6 ekstruderte deler har en hardhet på 95 HB.

Motstandsdyktighet mot utmattelse

Den finere kornstrukturen i ekstrudert aluminium gjør at de fungerer godt under syklisk belastning. Støpt aluminium har derimot lavere utmattingsmotstand. Dette skyldes den porøse strukturen. Den kan imidlertid forbedres ved hjelp av riktig varmebehandling og bedre legeringer.

2. Sammenligning av mikrostruktur

Mikrostrukturen i støpt aluminium viser grove korn (fra 50-200 µm) og sammenklumpede intermetalliske faser. Dette er årsaken til sprøhet og redusert mekanisk ytelse.

Ekstruderingsprosessen foredler derimot kornstrukturen helt ned til 10-50 µm. Dette skyldes at den bryter opp intermetalliske forbindelser og justerer kornene.

For eksempel kontrasterer bildet begge deler av mikrostrukturene. Den støpte strukturen har grove korn.

Den ekstruderte delen (a-f) viser hvordan den foredler kornstrukturen, noe som fører til bedre ytelse.

3. Toleranser

Når formen ekspanderer og krymper ved størkning, blir toleransene for støpt aluminium løsere (± 0,5 mm eller mer).

Det er mulig å oppnå snævrere toleranser (±0,1 mm) i ekstrudert aluminium. Det skyldes at man bruker et presisjonsverktøy for å presse metall. Dette betyr at matrisens utforming og pressens nøyaktighet kan føre til endringer i toleransene.

4. Designhensyn

Støping av aluminium brukes hovedsakelig til å lage skarpt detaljerte former med innvendige hulrom. For eksempel motorblokker eller pumpehus. Men på en eller annen måte egner det seg dårlig til tynnveggede eller lange profiler.

Ekstruderingsteknikken gir de beste lange delene og ensartede profiler med konsekvent tverrsnitt. For eksempel bjelker eller rør. Dessuten kan disse delene også oppfylle spesifikke designkrav.

5. Sammenføyningsmetoder

Produsentene kan sammenføye både støpt og ekstrudert aluminium. Til dette bruker de teknikker som sveising, bolting eller liming.

Støpt aluminium er ikke lett å sveise. Årsaken er tilstedeværelsen av porøsitet, intermetalliske faser og også høyt silisiuminnhold i noen legeringer (f.eks. A380. Dette kan forårsake sprekkdannelser.

Ekstruderte aluminiumsdeler er mye enklere å sveise og bearbeide. De har en ensartet struktur. Det gjør dem derfor mer allsidige for montering.

Fordeler og ulemper med støpt aluminium

Fordeler

• Den gjør det mulig å lage svært detaljerte og komplekse former med innvendige hulrom. For eksempel topplokk, girkasser eller pumpehus.
• Støpte aluminiumlegeringer som A356-T6 gir stor strekkfasthet samtidig som de veier mindre enn gjennomsnittet.
• Disse delene er rimelige hvis de produseres i store kvanta.

Ulemper

• Innestengt gass eller krymping under størkning vil føre til at de andre delene mister styrke og utmattingsmotstand. Men dette problemet kan løses ved hjelp av vakuumstøping eller avgassingsmidler.
• Både flytende og fast krymping fører til at deler splintres eller sprekker. Bruk riktig formdesign og kontrollert kjøling for å takle dette.
• Støpt aluminium har en løsere toleranse sammenlignet med ekstrudering.

Fordeler og ulemper med ekstrudert aluminium

Fordeler

• Ekstrudert aluminium gir utmerket finish. Delen etter å ha gjennomgått en fresfinish til anodisert eller pulverlakkert belegg vil være sterkere. De inneholder forbedret korrosjonsbestandighet og holdbarhet.
• Med presisjonsbakker kan du oppnå strammere toleranser.
• Disse delene er kostnadseffektive ved høye volumer.
• Ideell for lange, uforanderlige profiler som stigeskinner eller flerhulede rør.

Ulemper

• Disse delene er begrenset til enkle former og fungerer ikke godt for komplekse design.
• Trenger spesielle matriser for å lage hule eller flerkanals profiler.
• Ekstrudering er ikke egnet for deler med flere tverrsnitt eller intrikate innvendige funksjoner.

Bruksområder og bransjer

Konkrete eksempler

Støpt aluminium brukes vanligvis til bilindustrien. Delene omfatter motorblokker, girhus og hjulnav.

Bildet viser motorblokkens formdesign. Det fremhever de viktigste komponentene. For eksempel et gatesystem (baner for smeltet metall), overløp (samler opp overflødig materiale), vakuumledninger (fjerner luft) og den endelige sylinderblokkstøpingen.

I mellomtiden bruker produsenter ekstrudert aluminium til vinduskarmer, dørskinner og strukturelle bjelker. I transportsektoren brukes det til vognkasser, lastebilrammer og sykkelkomponenter.

Elektriske kjøretøyer (EV)

Bruken av både støpt og ekstrudert aluminium i elbiler gjør dem mer populære. Produsentene bruker støpt aluminium til batterihus og motorhus. Ekstrudert aluminium brukes derimot til å produsere lette chassis- og konstruksjonskomponenter.

Additiv produksjon

Integreringen av 3D-printing i støpt aluminium gjør det mulig å håndtere vanskeligere former. De gjør det lettere å lage lette deler til romfart og medisinsk industri.

I tillegg blir innovativ design mulig med additive teknikker for ekstrudert aluminium. Det gjør disse delene egnet til bruk i hybride produksjonsprosesser.

Konklusjon

Støpt og ekstrudert aluminium har ingen likhetstrekk. Styrke, mikrostruktur, toleranse og designnivåer er forskjellige. Hvis du velger dem tilfeldig, betyr det at valget kan ødelegge hele prosjektet. Så velg riktig materiale og produksjonsprosess med omhu basert på applikasjonsbehovene.