Gjuten aluminium och extruderad aluminium är typer av aluminium som tillverkas på olika sätt. I gjuten aluminium häller du smält metall i en form för att skapa en form. Extruderad aluminium tillverkas genom att trycka aluminium genom ett hål för att skapa former som rör. Extruderat aluminium är vanligtvis starkare och har en slätare yta. Gjuten aluminium kan göra mer komplicerade former, men strängpressad är ofta billigare för enkla former

För att kunna välja rätt material för specifika applikationer är det viktigt att förstå skillnaderna mellan gjuten och strängpressad aluminium. Läs den här artikeln för att utforska deras specifika metoder, tillämpningar, för- och nackdelar, begränsningar etc.

Vad är gjuten aluminium?

Gjutare tillverkar gjutna aluminiumdelar med hjälp av smälta aluminiumlegeringar. De injicerar denna flytande form sedan i formen av produktprofilen. Dessa delar är lätta och hållbara eftersom pressgjutning gör det på det sättet. Gjuten aluminium kan användas i bilar, flygplan, maskiner och vardagliga föremål.

Vanliga aluminiumlegeringar

A380 legering

Det finns redan cirka 8,5% kisel och 3,5% koppar i legeringen A380. De erbjuder god elektrisk ledningsförmåga och en lägre densitet på 2,71 g/cm³. Dess fluiditet är utmärkt. De ger god gjutbarhet för att tillverka tunnväggiga delar och motorfästen i högtrycksgjutning.

A356-T6 legering

Denna legering har cirka 7% kisel och 0,3% magnesium. Delarna har bättre hållfasthet och når en draghållfasthet på 310 MPa när de får rätt värmebehandling. Dessa legeringar innehåller god ledningsförmåga. Tillverkare brukar använda den främst för bilhjul och flygplansdelar via sandgjutning.

319 Legering

I allmänhet är cirka 6% av denna metall kisel och 3,5% koppar. Denna legering är mycket tyngre än andra. Den ger utmärkt ledningsförmåga och har ett densitetsintervall på 2,76 g/cm³. Det gör den användbar för motorblock där värmebeständighet är viktigt.

Gjutningsprocesser

Högtrycksgjutning

Den process där tillverkarna häller smält aluminium i en stålform vid 10-175 MPa är högtrycksgjutning. Denna teknik fungerar snabbare och producerar delar inom 30 sekunder. Den lämpar sig bäst för detaljrika delar som växellådshus.

Tryckgjutning med lågt tryck

Denna process trycker in metall i formen vid 20-100 kPa, vilket innebär vid lägre tryck. Långsam bearbetning som denna ger färre defektreducerande luftbubblor. Deras exempel kan vara aluminiumhjul som innehåller förbättrad styrka.

Sandgjutning

Tillverkaren häller smält metall i sandformar. Denna process tar faktiskt timmar per del. Detaljerade delar som pumphus kan dock klara sig igenom detta.

Andra metoder:

Den mest använda processen är inte bara pressgjutning eller sandgjutning. Det inkluderar också investeringsgjutning och gjutning av permanentform. Vid investeringsgjutning använder tillverkare vaxmönster. Men för permanent gjutning av gjutformar använder de en återanvändbar stålform. Dessa tekniker är de som kan göra medelstora angivna delar som köksredskap.

Mikrostruktur och stelning

Varje gång aluminium kyls uppstår små kristaller (kärnbildning) och korntillväxt. Detta innebär att kyltemperaturen är det som kan påverka dem. Det beror på att snabb kylning vid pressgjutning ger mycket små, starka korn. Samtidigt ger långsam kylning stora och mindre hållbara korn. Dessutom minskar slitstyrkan i legeringar som A380 på grund av kiselpartiklar och värmebehandling i 356-T6 faktiskt de spröda områdena.

Vad är extruderad aluminium?

Tillverkarna använder formade matriser för att applicera kraft på uppvärmda aluminiumlegeringar. Denna metall får sedan profilformer som vanligtvis är långa, t.ex. stavar, rör eller balkar. Extruderade aluminiumdelar används ofta inom bygg-, fordons- och konsumentvaror. Men deras resonemang är att de är lätta, starka och prisvärda.

Vanliga legeringar

6061 Legeringar:

6061-legeringen innehåller 1,0% magnesium och 0,6% kisel. Dessa partiklar ger legeringen hög hållfasthet (310 MPa draghållfasthet) och utmärkt svetsbarhet. De fungerar bra för konstruktionsdelar och delar som utsätts för stora påfrestningar, t.ex. lastbilsramar och cykelkomponenter.

6063 Legeringar:

Det finns 0,7% magnesium och 0,4% kisel i 6063-legeringar. Det stoppar korrosion och ger en fin ytfinish. Det är därför det passar bäst för dekorativa och arkitektoniska profiler som fönsterkarmar och dörrskenor.

Värmebehandling

Egenskaperna hos strängpressat aluminium förbättras när tillverkarna låter dem genomgå värmebehandlingar som T5- eller T6-anlöpning.

Vid T5-anlöpning luftkyls den strängpressade detaljen. Det ökar detaljens hållfasthet med möjlighet till 20-30%.

T6-anlöpning omfattar en lösningsbehandling vid 530°C. Detta följs av artificiell åldring. Delarna blir mycket hårdare och starkare som ett resultat av detta. Du kan t.ex. använda 6061-T6 för strukturella tillämpningar och balansera dess optimala duktilitet och styrka.

Extruderingsprocess I direkt extrudering:

Tillverkarna använder en hydraulisk kolv för att pressa ämnet genom en stationär form, vilket kallas direkt extrudering. Den här typen av process är effektiv men kräver mer energi på grund av friktion.

Vid indirekt extrudering:

Under indirekt strängsprutning håller den ämnet stilla medan matrisen rör sig mot det. Detta är anledningen till att man också kallar det en bakåt- eller omvänd teknik. Det minskar friktionen och energiförbrukningen med så mycket som 10-30%. Denna teknik producerar perfekt exakta delar som slangar.

Typer av press

Bland de tillgängliga alternativen ger hydrauliska pressar hög kraft (upp till 100 MN) för stora profiler. Samtidigt arbetar de mekaniska pressarna snabbt (upp till 60 slag/minut). Det är väl lämpat för små delar.

Olika typer av strängsprutning

Varm strängsprutning:

Varmsträngsprutning sker vid 350-500°C. Den använder värme och tryck. Denna process hjälper faktiskt till att göra solida eller ihåliga delar via fasta tvärsnitt. Till exempel I-balkar eller bilchassier.

Kall strängpressning:

Kallsträngpressning går upp till 120°C och förekommer även vid rumstemperatur (20-25°C). I den här processen värmer inte tillverkaren aluminiumet och tvingar det att formas. Det ger delar med mycket snäva toleranser på upp till ±0,02 mm-±0,05 mm och minskar oxidationen. Det är därför idealiskt för tillverkning av fästelement, elektriska kontakter och angivna delar.

Viktiga skillnader mellan gjuten och strängpressad aluminium

1. Mekaniska egenskaper

Tillverkningsprocesserna har en inverkan på variationerna i de mekaniska egenskaperna hos gjuten och strängpressad aluminium.

Styrka:

Generellt sett har de extruderade produkterna högre draghållfasthet än de gjutning av aluminium. Till exempel är draghållfastheten för A356-T6 gjuten aluminium cirka 230-250 MPa. Under tiden har 6061-T6 extruderad en draghållfasthet på upp till 310 MPa.

Duktilitet

Det raffinerade kornet som uppnås via extruderat aluminium gör det mer duktilt. Under tiden är grova korn och intermetalliska faser orsaker till sprödhet i gjuten aluminium.

Hårdhet

Hårdheten är helt beroende av vilken legering och värmebehandling du väljer. Extruderade delar tenderar dock att ha mer konsekvent hårdhet. Till exempel innehåller A380 gjuten aluminium hårdhet runt ~ 80 HB, men 6061-T6 extruderade delar har 95 HB hårdhet.

Utmattningshållfasthet

Den finare kornstrukturen i strängpressat aluminium gör att de fungerar bra under cyklisk belastning. Omvänt innehåller gjuten aluminium lägre utmattningsbeständighet. Detta beror på dess porösa struktur. På något sätt kan du förbättra det med hjälp av korrekt värmebehandling och bättre legeringar.

2. Jämförelse av mikrostruktur

Mikrostrukturen i gjutet aluminium uppvisar grova korn (från 50-200 µm) och kluster av intermetalliska faser. Detta är orsaken till sprödhet och försämrad mekanisk prestanda.

Å andra sidan förfinar extruderingsprocessen kornstrukturen så små som 10-50 µm. Detta beror på att den bryter upp intermetalliska material och riktar in korn.

Till exempel kontrasterar bilden båda delarna av mikrostrukturerna. Där den gjutna strukturen uppvisar grova korn.

Den strängpressade delen (a-f) visar hur den förfinar kornstrukturen, vilket leder till bättre prestanda.

3. Toleranser

När formen expanderar och stelningskrympning sker blir toleranserna för gjuten aluminium lösare (±0,5 mm eller mer).

Snävare toleranser (±0,1 mm) i strängpressad aluminium är möjliga. Det beror på att man använder en precisionsform för att pressa metall. Detta innebär att verktygskonstruktioner och pressnoggrannhet kan orsaka förändringar i toleranserna.

4. Designöverväganden

Gjutning av aluminium används främst för att göra skarpt detaljerade former med inre håligheter. Till exempel motorblock eller pumphus. Men på något sätt är det dåligt lämpat för tunnväggiga eller långa profiler.

Extruderingstekniken ger de bästa långa delarna och enhetliga profiler med konsekventa tvärsnitt. Till exempel balkar eller rör. Dessutom kan dessa delar också uppfylla specifika designkrav.

5. Sammanfogningsmetoder

Tillverkarna kan sammanfoga både gjuten och strängpressad aluminium. För detta använder de tekniker som svetsning, bultning eller limning.

Gjuten aluminium är inte lätt att svetsa. Orsaken är förekomsten av porositet, intermetalliska faser och även hög kiselhalt i vissa legeringar (t.ex. A380. Detta kan orsaka sprickbildning.

Extruderade aluminiumdelar är mycket lättare att svetsa och bearbeta. De har en enhetlig struktur. Det gör dem därför mer mångsidiga för montering.

Fördelar och nackdelar med gjuten aluminium

Fördelar

• Det gör att du kan skapa djupt detaljerade och komplexa former med invändiga hålrum. Till exempel cylinderhuvuden, transmissionshus eller pumphus.
• Gjutna aluminiumlegeringar som A356-T6 ger hög draghållfasthet samtidigt som de har lägre vikt än genomsnittet.
• Dessa delar är prisvärda om de tillverkas i stora volymer.

Nackdelar

• Instängd gas eller krympning under stelningen gör att de andra delarna förlorar styrka och utmattningshållfasthet. Men detta problem kan lösas med hjälp av vakuumgjutning eller avgasningsmedel.
• Både vätskekrympning och fast krympning gör att delar splittras eller spricker. Använd rätt formkonstruktion och kontrollerad kylning för att hantera detta.
• Gjuten aluminium har en lösare tolerans jämfört med strängpressning.

Fördelar och nackdelar med strängpressat aluminium

Fördelar

• Extruderad aluminium ger utmärkta ytbehandlingar. Delen efter att ha genomgått en kvarnfinish till anodiserad eller pulverlackerad beläggning skulle vara mer stark. De innehåller förbättrad korrosionsbeständighet och hållbarhet.
• Du kan uppnå snävare toleranser med hjälp av precisionsverktyg.
• Dessa delar är kostnadseffektiva vid höga volymer.
• Idealisk för långa, oföränderliga profiler som stegar eller rör med flera hål.

Nackdelar

• Dessa delar är begränsade till enkla former och fungerar inte bra för komplexa konstruktioner.
• Behöver specialverktyg för tillverkning av ihåliga eller flerkanaliga profiler.
• Strängpressning är inte lämplig för detaljer med flera tvärsnitt eller komplicerade inre funktioner.

Tillämpningar och branscher

Specifika exempel

Generellt används gjuten aluminium för fordonstillämpningar. Delarna inkluderar motorblock, växellådshus och hjulnav.

Den givna bilden visar motorblockets formgivning. Den belyser de viktigaste komponenterna. Till exempel ett grindsystem (vägar för smält metall), överflöden (samlar upp överflödigt material), vakuumledningar (tar bort luft) och den slutliga gjutningen av motorblocket.

Samtidigt använder tillverkarna strängpressat aluminium till fönsterkarmar, dörrskenor och konstruktionsbalkar. Inom transportsektorn används det till järnvägsvagnskroppar, lastbilsramar och cykelkomponenter.

Elektriska fordon (EV)

Användningen av både gjuten och extruderad aluminium i elbilar gör dem mer populära. Tillverkarna använder gjuten aluminium för batterihöljen och motorhöljen. Omvänt producerar extruderad aluminium lättviktschassi och strukturella komponenter.

Additiv tillverkning

Integreringen av 3D-printing i gjuten aluminium gör att den kan hantera svårare former. De underlättar lättviktsdelar för flyg- och medicinindustrin.

Dessutom blir innovativa konstruktioner möjliga med additiv teknik för strängpressat aluminium. Det gör dessa delar lämpliga att använda i hybridtillverkningsprocesser.

Slutsats:

Gjuten och strängpressad aluminium är inte lika varandra. Deras styrka, mikrostruktur, tolerans och designnivåer är olika. Om du väljer dem slumpmässigt betyder det att urvalet kan förstöra hela projektet. Så välj klokt rätt material och tillverkningsprocess baserat på applikationsbehoven.