Wat is gegoten aluminium? Eigenschappen, kwaliteiten en industriële toepassingen

Nauwkeurig gegoten aluminium producten

Van de vele industrieel gebruikte vormen van aluminium is gegoten aluminium een ​​van de populairste in de moderne industrie. Gegoten aluminium heeft een unieke balans van mechanische eigenschappen die verschilt van die van gesmeed, gewalst of massief aluminium. Ingenieurs kiezen gegoten aluminium met name voor het maken van complexe vormen met een gemiddelde sterkte en een laag gewicht. Dit is een zeer redelijke techniek in vergelijking met andere, duurdere vormprocessen.

Om het slim te gebruiken, moet je begrijpen hoe het geproduceerd wordt en hoe het zich verhoudt tot andere concurrerende technische metalen, zoals gietijzer en gesmeed aluminium. 

 

Wat is gegoten aluminium?

Gegoten aluminium is een product van het vormen van aluminiumlegeringen door ze te smelten, in een mal te gieten en vervolgens te laten stollen tot een stijf onderdeel. Gieten produceert het onderdeel rechtstreeks uit vloeibaar metaal. Daarom verschilt het van andere methoden waarbij het metaal wordt gevormd door walsen, smeden of extrusie.

Gegoten aluminium auto-onderdeel

Uiterlijk van gegoten aluminium

Gegoten aluminiumlegeringen bevatten over het algemeen ook silicium, magnesium of koper om de technische eigenschappen te verbeteren, zoals het verhogen van de vloeibaarheid, het verminderen van krimp, het beheersen van de sterkte, enzovoort.

De onderstaande informatie over gegoten aluminium biedt u een solide basis om de positie ervan in de industrie te begrijpen, met name in vergelijking met concurrenten.

• Het wordt geproduceerd door gesmolten aluminium in mallen te gieten.
• Kan complexe interne en externe geometrieën vormen.
• Heeft een lager smeltpunt dan ijzerhoudende metalen.
• Heeft een lagere dichtheid dan staal en gietijzer.

Net als veel andere technische metalen is het ook een familie van legeringen die in verschillende kwaliteiten verkrijgbaar zijn, wat een breed scala aan eigenschappen oplevert.

Hoe wordt gegoten aluminium gemaakt?

Als je het productieproces van gegoten aluminium bekijkt, zie je de volgende belangrijke stappen.

• Staven van aluminiumlegering worden in een oven gesmolten.
• Legeringselementen worden (indien nodig) toegevoegd om de gewenste samenstelling te bereiken.
• Gesmolten metaal wordt in een mal gegoten of geïnjecteerd.
• Metaal stolt en koelt af.
• Het gietstuk wordt verwijderd en gereinigd.
• Warmtebehandeling en bewerking kunnen volgen.

De korrelstructuur en mechanische eigenschappen van gegoten aluminium worden hoofdzakelijk bepaald door de afkoelsnelheid en het type mal. Fijnere korrels en een hogere sterkte zijn te bereiken met een hogere afkoelsnelheid.

Gegoten aluminium versus gewoon (gesmeed) aluminium

Gesmeed aluminium is een type aluminium dat gevormd wordt door walsen, extrusie, smeden of andere vervormingsprocessen. Gesmeed aluminium daarentegen wordt gevormd door stolling van het metaal in een mal, zoals hierboven beschreven. De belangrijkste verschillen tussen gegoten en gesmeed aluminium zijn:

Tabel 1: Vergelijking van de eigenschappen van gegoten aluminium versus gesmeed aluminium

Kenmerk	Kies voor gegoten aluminium	Kies voor gesmeed aluminium.
Fabricagemethode	Gieten	Walsen / Extrusie / Smeden
Geometrieën die gecreëerd kunnen worden	Zeer complex (aanpasbare mal)	Beperkt
buigzaamheid	Lagere	Hoger
Sterkte	Gemiddeld	Matig tot hoog
Kosten voor complexe onderdelen	Lagere	Hoger
Aanbevolen wanneer	Complexe geometrie + bijna-netto vorm + matige belastingen	Vermoeiingskritische toepassingen + dunne secties + hoge ductiliteit vereist

Aan de hand van de gegevens in bovenstaande tabel kunt u zien dat u voor gieten moet kiezen wanneer de geometrie van het onderdeel complex is en een vorm die dicht bij de uiteindelijke vorm ligt vereist is. U moet voor gesmeed aluminium kiezen wanneer u een hogere ductiliteit, vermoeiingssterkte of dunne secties nodig hebt. Lees meer:Aluminium versus gegoten aluminium

Aluminiumgietprocessen uitgelegd

Er zijn verschillende aluminiumbewerkingsprocessenZe verschillen voornamelijk in kosten, nauwkeurigheid, oppervlakteafwerking en mechanische eigenschappen.

Zandgietaluminium

Zandgietcomponenten

Bij zandgieten wordt een mal gevormd door zand rond een model te persen. Vervolgens wordt het model verwijderd en wordt gesmolten aluminium in de zandholte gegoten. Het aluminium stolt dan geleidelijk en neemt de vorm van het model aan. Belangrijk is dat de zandmal na stolling wordt gebroken. Daarom is zandgieten van aluminium een ​​methode voor eenmalig gebruik.

• De belangrijkste kenmerken en voordelen van zandgieten zijn:
• Lage gereedschapskosten
• Geschikt voor grote componenten
• Ruwere oppervlakteafwerking
• Grotere maattoleranties

Zandgegoten aluminium wordt veel gebruikt voor de productie van motorblokken, pomphuizen en diverse industriële behuizingen.

 

Die Casting Aluminium

Diagram van het spuitgietproces

Spuitgieten van aluminium Dit is een andere populaire techniek voor het vormen van aluminium. Hierbij wordt gesmolten aluminium in een gehard stalen mal geperst, ook wel de matrijs genoemd. De persdruk is veel hoger dan bij andere methoden. Vervolgens wordt het aluminium gestold en daarna uit de mal verwijderd.

De gietvorm kan vele malen hergebruikt worden. Daarom is spuitgieten beter geschikt voor massaproductie dan zandgieten. De belangrijkste voordelen van spuitgieten zijn:

• Gladde en hoogwaardige oppervlakteafwerkingen 
• Vermogen om aan nauwe toleranties te voldoen 
• Geschikt voor dunwandige constructies en hoge productiesnelheden.

Een van de belangrijkste nadelen van spuitgieten is de hoge aanschafprijs van de matrijs vanwege het staal. Daardoor kan deze methode duur uitvallen bij kleinschalige productie. De meest voorkomende producten die met spuitgieten van aluminium worden gemaakt, zijn transmissiebehuizingen, elektronica-behuizingen, frames voor huishoudelijke apparaten, enzovoort.

Permanent vormgieten

Bij permanentvormgieten wordt aluminium in een herbruikbare metalen mal gegoten, meestal van staal of ijzer. Het verschil met spuitgieten is dat dit gebeurt met behulp van zwaartekracht of zeer lage druk.

Permanentvormgieten staat bekend om de schonere en gladdere oppervlakteafwerking van de gietstukken in vergelijking met zandgieten. Het is dan ook de ideale techniek voor middelgrote productieaantallen. De belangrijkste nadelen ten opzichte van zandgieten zijn de hogere gereedschapskosten en de beperkingen in de geometrie.

Investeringsgieten

Hier maak je een wasafdruk van het onderdeel en bedek je die met keramiek om een ​​harde schaal te vormen. Vervolgens smelt je de was weg. Daarna wordt er aluminium in de keramische schaal gegoten. Net als bij zandgieten, breek je ook hier het keramiek nadat het metaal is gestold. Het is dus een wegwerpmethode, maar staat bekend als een zeer nauwkeurige methode voor precisieonderdelen. Precisiegieten is doorgaans langzamer en duurder (de kosten voor een individueel onderdeel zijn erg hoog) dan zowel zandgieten als permanentvormgieten.

 

Gegoten aluminiumlegeringen en -kwaliteiten

Industriële aluminiumblokken stapelen

Er zijn verschillende gietkwaliteiten op de markt verkrijgbaar. Deze zijn ingedeeld in genummerde series (zoals 3xx.x, 4xx.x), voornamelijk op basis van het dominante legeringselement. De ".x" geeft aan dat het een gietlegering is (en geen smeedlegering). De indeling is gebaseerd op het belangrijkste legeringselement, omdat dit element in grote mate de gietbaarheid, sterkte, corrosiebestendigheid en warmtebehandelingseigenschappen van gegoten aluminium bepaalt.

Gewone gegoten aluminiumlegeringenreeks

Tabel 2: Gangbare series van gegoten aluminiumkwaliteiten en hun eigenschappen

-Series	Belangrijkste legeringselement	Voorbeelden	Bekende feiten
2xx.x	Koper	201, 206	Hoogste sterktepotentieel na warmtebehandeling Goede weerstand tegen vermoeidheid Lage corrosiebestendigheid en lasbaarheid
3xx.x	Silicium + Mg/Cu	319, 356, 357	Het beste allround type gegoten aluminium Goede gietbaarheid met stabiele afmetingen. Hittebehandelbare sterkte Fatsoenlijke corrosieweerstand
4xx.x	Silicium	413, 443	Zeer hoge vloeibaarheid (vooral voor dunne/complexe secties) Goede slijtvastheid Lagere sterkte dan 3xx.x
5xx.x	Magnesium	514, 535	Uitstekende corrosiebestendigheid (geschikt voor maritieme omstandigheden) Goede lasbaarheid Matige kracht
7xx.x	zink	771	Matige tot hoge sterkte Beperkte corrosiebestendigheid in zware omstandigheden  Minder vaak voorkomend dan 3xx.x

3xx.x is het meest gangbare en gebruikte type voor algemene toepassingen. Het is een van de beste aluminiumsoorten voor bewerking. Deze serie biedt een evenwichtige combinatie van mechanische eigenschappen om de volgende resultaten te bereiken: 

• Gemakkelijk te gieten (goede vloeibaarheid)
• Goede sterkte na warmtebehandeling (vooral 356/357)
• Goede corrosiebestendigheid (onder normale omgevingsomstandigheden) 

Het is daarom geschikt voor alles, van automobielindustrie tot algemene industriële gietstukken, met uitzondering van toepassingen met speciale prestatie-eisen.

Legeringselementen en hun effecten

Je kunt de eigenschappen van gegoten aluminium veranderen of aanvullen met legeringselementen. Je kunt een of meer elementen toevoegen en het percentage van de toevoegingen variëren om de gewenste eigenschappen te verkrijgen. De belangrijkste effecten van het toevoegen van de meest voorkomende legeringselementen worden hieronder beschreven.

• SiliciumVerbetert de vloeibaarheid (gietbaarheid) en de vormvulling. Vermindert tevens krimpdefecten.
• MagnesiumVerbetert de warmtebehandelbaarheid en de precipitatieharding. Verhoogt tevens de sterkte.
• Koper: Verhoogt de sterkte en hardheid, maar vermindert de corrosiebestendigheid. Koper vormt micro-galvanische koppels met aluminium, waardoor de corrosiviteit toeneemt.
• zink: Verbetert de sterkte en de uithardingsweerstand, maar verhoogt de neiging tot scheurvorming bij hoge temperaturen.

Warmtebehandelbare versus niet-warmtebehandelbare gietlegeringen

Warmtebehandelbare legeringen kunnen een oplossingswarmtebehandeling ondergaan (waarbij oplosbare fasen in de aluminiummatrix oplossen) en vervolgens verouderd worden (om fijne, versterkende precipitaten te vormen). Dit resulteert in een aanzienlijk hogere vloeigrens en hardheid.

Maar je kunt de sterkte van niet-warmtebehandelbare legeringen niet op dezelfde manier verhogen, omdat ze tijdens de oplossingswarmtebehandeling geen nuttige versterkende precipitaten vormen. Ze worden meestal in gegoten vorm gebruikt, of soms alleen met spanningsontlasting.

• Soorten warmtebehandelbaar aluminium: 356, 357, 206
• Niet-warmtebehandelbare aluminiumsoorten: 413, 443, 514, 535

Mechanische en fysische eigenschappen van gegoten aluminium

Sterkte, gewicht en duurzaamheid

• Dichtheid van aluminium: 2.7 g/cm³
• Dichtheid van gietijzer: 7.0 – 7.4 g/cm³

Het gewicht van gangbare aluminiumlegeringen is doorgaans ongeveer een derde van dat van vergelijkbare gietijzeren onderdelen. Dit lage gewicht is een belangrijke reden voor vele toepassingen, waaronder speciale toepassingen in de auto- en luchtvaartindustrie.

Corrosie- en slijtvastheid

Gegoten aluminium heeft een natuurlijke oxidelaag die het binnenste metaal beschermt tegen corrosie. Daarom presteren veel gegoten aluminiumlegeringen goed in buitenomgevingen en licht corrosieve omgevingen. Echter, als u deze onderdelen in maritieme of chemische omgevingen wilt gebruiken, zijn speciale corrosiebeschermingsstrategieën nodig.

De slijtvastheid van gegoten aluminium wordt als matig beschouwd. Het inherente niveau is in veel gevallen voldoende, maar bij glijdend of schurend contact worden harde anodisering of oppervlaktecoatings toegepast.

Thermische en elektrische geleidbaarheid

Het heeft een goede thermische geleidbaarheid, die hoog genoeg is om warmte snel van de componenten af ​​te voeren. Daarom wordt het veel gebruikt voor koelplaten, motoronderdelen en behuizingen voor elektronica. 

De elektrische geleidbaarheid van gegoten aluminium is lager dan die van koper, maar is voor veel elektrische componenten doorgaans voldoende.

 

Gietijzer versus gegoten aluminium

Ruwe aluminium gietblokken

Gegoten aluminium versus gietijzer Dit zijn twee van de meest gebruikte gietmaterialen in de industrie, en ze worden ook vaak met elkaar vergeleken onder ingenieurs. Ze dienen echter heel verschillende doeleinden en hebben ook veel verschillende eigenschappen.

Tabel 3: Vergelijking van de belangrijkste eigenschappen van aluminium en gietijzer

Eigendom	Gegoten aluminium	Gietijzer
Dichtheid	Laag	Hoge
Gewicht	Laag	Hoge
Corrosieweerstand	Goed	Gemiddeld
bewerkbaarheid	Goed	Gemiddeld
Warmtegeleiding	Hoge	Laag
Trillingsdemping	Gemiddeld	Uitstekend

In de industrie worden gangbare aluminiumlegeringen vooral gekozen voor lichtgewicht onderdelen die ook snel warmte afvoeren. Gietijzer wordt gekozen wanneer trillingsdemping en slijtvastheid belangrijker zijn.

 

Gegoten aluminium versus spuitgietaluminium

Het gieten van gesmolten aluminiummetaal

Gegoten aluminium versus spuitgietaluminium is een vergelijking van productieprocessen, niet van materiaalsoorten. Spuitgietaluminium betekent aluminium dat is vervaardigd met behulp van de spuitgietmethode. De belangrijkste verschillen zijn:

• spuitgietenDe onderdelen hebben een uitstekende oppervlakteafwerking. Met deze methode kunt u dunwandige componenten met nauwkeurige maatvoering produceren.
• Zwaartekracht gieten (Zand- of permanente mal) produceert over het algemeen sterkere en meer buigzame onderdelen (vanwege langzamere stolling en lagere porositeit). De oppervlakteafwerking voldoet echter meestal niet aan de normen van spuitgieten.

Je kunt het juiste proces kiezen op basis van je prioriteit: precisie, uiterlijk (spuitgieten) of mechanische prestaties (zwaartekrachtgieten).

 

Gesmeed versus gegoten versus gefreesd aluminium

Je hebt misschien wel eens gehoord van gegoten, gesmeed en massief aluminium. Dit is echter ook een veelvoorkomende en verwarrende classificatie van aluminium. Het gaat hier niet om verschillende "kwaliteiten", maar om verschillen in de manier waarop het basismetaal wordt geproduceerd vóór de bewerking. Gesmeed versus gegoten versus massief aluminium Ze verschillen sterk in eigenschappen en typische toepassingen, waardoor het kiezen van de juiste erg belangrijk is.

Tabel 4: Gesmeed versus gegoten versus gefreesd aluminium

Form	Productie methode	Typisch gebruik
Slag	Aluminium wordt gesmolten, gegoten of in een mal geïnjecteerd en vervolgens afgekoeld. Indien nodig wordt het ook licht bewerkt.	Onderdelen met complexe vormen, interne holtes, behuizingen, motoren en pompcomponenten.
Gesmeed	Verhit aluminium wordt onder grote druk in vorm geperst en vervolgens tot de uiteindelijke afmetingen bewerkt.	Sterke onderdelen zoals ophangingscomponenten, wielen, beugels en constructieonderdelen.
blok hout	Een massieve aluminium staaf of plaat wordt direct in het onderdeel gefreesd.	Prototypes, kleine serieproductie en onderdelen op maat.

Voordelen van het gebruik van gegoten aluminium

Afgewerkte gegoten aluminium beugels

• LichtgewichtAluminium heeft een lagere dichtheid dan veel andere technische metalen en is ook sterk, maar minder sterk dan gesmeed aluminium. Je kunt dus lichtere onderdelen krijgen zonder dat dit ten koste gaat van de structurele prestaties.
• Goede corrosiebestendigheidDe natuurlijke oxidelaag van aluminium beschermt het oppervlak tegen corrosie. Aluminium kan veilig worden gebruikt in veel normale buiten- en industriële omgevingen zonder dikke coatings.
• Vermogen om complexe geometrieën te vormenMet gieten kun je geometrische vormen zoals ribben, nokken en uitsparingen direct creëren. Als je deze met massief metaalbewerking probeert te vormen, is dat ofwel erg traag ofwel erg duur.
• Lagere gereedschapskostenIn vergelijking met smeedmatrijzen en -persen is gietgereedschap doorgaans eenvoudiger en goedkoper, vooral voor zandgieten en bescheiden productieaantallen.
• Goede thermische geleidbaarheidGegoten aluminium kan warmte snel afvoeren. Het wordt veel gebruikt voor koelplaten, motoronderdelen en behuizingen die warmte snel moeten afvoeren.
• recycleerbaarheidAluminium kan opnieuw worden gesmolten en hergebruikt. Daardoor kunnen schroot en afgedankte onderdelen weer in de productie worden opgenomen. Dankzij deze mogelijkheid kan vrijwel al het metaal worden hergebruikt.

 

Veelvoorkomende producten en toepassingen van gegoten aluminium

• Automobiel motorblokken: Voornamelijk gebruikt voor het maken van lichtgewicht onderdelen die ook bestand zijn tegen hitte en interne druk. Een andere populaire toepassing is als koelvloeistofkanaal/oliekanaal aan de binnenkant.
• Versnellingsbak- en transmissiebehuizingenEen stevige buitenmantel kan worden verkregen zonder een enorme gewichtstoename. Spuitgieten wordt hoofdzakelijk gebruikt voor de productie van deze behuizingen, omdat gladde oppervlakken en nauwkeurige passingen belangrijk zijn.
• PomphuizenJe kunt gebogen stroompaden, bevestigingspunten en poorten tegelijkertijd in één stuk integreren. Je hoeft dus geen meerdere onderdelen te monteren.
• KoellichamenAluminium geleidt warmte goed en kan in één gietstuk nauwkeurig worden gevormd.
• VerlichtingsbehuizingenAluminium wordt gebruikt voor verlichtingsbehuizingen omdat het elektronica beschermt, bestand is tegen corrosie buitenshuis en de warmte van LED's effectief afvoert.
• Structurele beugelsJe kunt ze gebruiken om de benodigde stijfheid te verkrijgen zonder zwaar staal te gebruiken.
• KookgereiAluminium containers verwarmen gelijkmatig en zijn door hun lage gewicht gemakkelijk te verplaatsen en te hanteren. Daarom worden ze veel gebruikt voor keukenapparatuur, meestal voorzien van een coating voor extra duurzaamheid.

 

Optionele afwerkingen en nabewerking voor gegoten aluminium

CNC-freesgereedschapspad

Verspaning en warmtebehandeling

De producten die bij het gieten van aluminium worden verkregen, benaderen meestal de uiteindelijke vorm. Soms is echter nabewerking van het aluminium nodig om de vereiste functionele eigenschappen en een goede pasvorm te bereiken. Veelvoorkomende nabewerkingsprocessen zijn:

• CNC-frezen voor vlakken, uitsparingen en sleuven.
• CNC-draaien voor ronde vormen en boringen.
• Boren en tappen voor bevestigingsmiddelen en schroefgaten

Warmtebehandeling wordt toegepast op warmtebehandelbare legeringen om de sterkte, hardheid en vormvastheid te vergroten.

Oppervlaktebehandelingen

U kunt zelf bepalen of u een extra oppervlaktebehandeling nodig heeft, afhankelijk van de omgeving, het uiterlijk en de duurzaamheidseisen van uw onderdeel. U kunt kiezen uit de volgende opties:

• Anodiseren – vormt een harde, corrosiebestendige oxidelaag.
• Poedercoating – een duurzame, gekleurde coating met goede slijtvastheid.
• Schilderen – cosmetische bescherming en branding
• Conversiecoating – verbetert de corrosiebestendigheid en de hechting van de verf.

Met de bovengenoemde oppervlaktebehandelingen kunt u de levensduur verlengen en het uiterlijk van uw onderdelen verbeteren.

 

Factoren om rekening mee te houden bij de keuze van een gegoten aluminiumlegering

Een partij gegoten onderdelen

Het is belangrijk om de legering strategisch te selecteren, aangezien een verkeerde keuze de productiekosten vanaf het begin verhoogt en bovendien kan leiden tot onverwachte fouten en schade. Daarom moet u een legering kiezen die betrouwbaar en economisch presteert voor uw toepassing. De belangrijkste factoren waarmee u rekening moet houden tijdens het materiaalselectieproces zijn:

• Vereiste mechanische sterkte
• Bedrijfstemperatuur en omgeving
• bewerkbaarheid
• Gietmethode
• Productie volume
• Kosten

De beste optie is om samen te werken met een ervaren aluminium CNC-bewerkingsbedrijf en daarover te overleggen, zodat u verzekerd bent van consistente kwaliteit en professioneel advies.

Aluminium CNC-bewerkingsservice

Boda levert maatwerk aluminiumbewerkingsdiensten voor hoogwaardige metalen zoals geharde aluminiumlegeringen en op maat gemaakte aluminiumlegeringen. Wij zijn een ISO-gecertificeerd bedrijf dat prototyping, schaalproductie en ondersteuning biedt bij de overgang van prototype naar productie in kleine en grote volumes. We leveren bovendien betrouwbare producten. aluminium spuitgietservice om onze productieoplossingen te verrijken.

We kunnen ook aluminium gieten en bewerken tot de exacte specificaties, met nauwe toleranties voor bewegende onderdelen. 

Verzoek om een gratis offerte bereiken van jouw doelen

 

Conclusie

Aluminium is een zeer praktisch constructiemateriaal voor de productie van lichtgewicht, complexe en kosteneffectieve componenten. Het is een ideale legering voor vele structurele, thermische en mechanische toepassingen vanwege de uitgebalanceerde eigenschappen en de mogelijkheid tot precisiebewerking. Een goed begrip van legeringssystemen, gietprocessen en beperkingen helpt u bij het kiezen van de juiste kwaliteit voor uw toepassingen.

 

FAQ's

Hoe worden gegoten aluminium onderdelen gemaakt?

Gegoten aluminium onderdelen worden gemaakt door gesmolten aluminiumlegering in mallen te gieten, waardoor complexe, bijna complete vormen ontstaan ​​die weinig tot geen nabewerking vereisen.