Что такое литой алюминий? Свойства, марки и промышленное применение.

Изделия из высокоточного литого алюминия

Среди множества видов алюминия, используемых в промышленности, литой алюминий является одним из самых популярных в современном производстве. Литой алюминий обладает уникальным балансом механических свойств, отличающимся от свойств кованого, штампованного или заготовки алюминия. Инженеры выбирают литой алюминий, особенно для изготовления сложных форм с умеренной прочностью и малым весом. Это очень экономичный метод по сравнению с другими дорогостоящими операциями формовки.

Для его грамотного использования необходимо понимать, как он производится и как он соотносится с другими конструкционными металлами, такими как чугун и кованый алюминий. 

 

Что такое литой алюминий?

Литой алюминий — это продукт, получаемый путем плавления алюминиевых сплавов, их заливки в форму и последующего затвердевания с образованием жесткого компонента. Литье позволяет изготавливать деталь непосредственно из жидкого металла. Именно поэтому оно отличается от других методов, при которых металл формуется путем прокатки, ковки или экструзии.

Автомобильный компонент из литого алюминия

Внешний вид литого алюминия

Как правило, литые алюминиевые сплавы также содержат кремний, магний или медь для улучшения конструкционных свойств, таких как повышение текучести, уменьшение усадки, контроль прочности и т. д.

Приведенные ниже основные характеристики литого алюминия дадут вам прочную основу для понимания его положения в отрасли, особенно в сравнении с конкурентами.

• Он производится путем заливки расплавленного алюминия в формы.
• Способен формировать сложные внутренние и внешние геометрические формы.
• Имеет более низкую температуру плавления, чем черные металлы.
• Имеет меньшую плотность, чем сталь и чугун.

Как и многие другие конструкционные металлы, он также представляет собой семейство сплавов, доступных в различных марках, что обеспечивает широкий диапазон свойств.

Как изготавливается литой алюминий?

Если понаблюдать за процессом производства литого алюминия, можно заметить следующие основные этапы.

• Слитки алюминиевого сплава плавят в печи.
• Для достижения целевого состава добавляются легирующие элементы (по мере необходимости).
• Расплавленный металл заливается или впрыскивается в форму.
• Металл затвердевает и охлаждается.
• Отливка извлекается и очищается.
• После этого может быть проведена термообработка и механическая обработка.

Зернистая структура и механические свойства литого алюминия в основном определяются скоростью охлаждения и типом формы. Для получения более мелкой зернистости и большей прочности можно использовать более высокие скорости охлаждения.

Литой алюминий против обычного (кованого) алюминия

Кованый алюминий — это тип алюминия, который формуется путем прокатки, экструзии, ковки или других процессов деформации. С другой стороны, он формуется путем затвердевания металла в форме, как обсуждалось выше. Основные различия между литым и кованым алюминием заключаются в следующем:

Таблица 1: Сравнение свойств литого и кованого алюминия.

Характеристика	Выберите литой алюминий	Выберите кованый алюминий
Способ изготовления	Кастинг	Прокатка / Экструзия / Ковка
Геометрии, которые можно создать	Очень сложная (с возможностью индивидуальной настройки формы)	Ограниченный
тягучесть	Низкая	Высокая
Силы	Средняя	От среднего до высокого
Стоимость сложных деталей	Низкая	Высокая
Рекомендуется, когда	Сложная геометрия + форма, близкая к окончательной + умеренные нагрузки	Применение в условиях высокой усталостной прочности + тонкие профили + высокая пластичность

Как видно из приведенной выше таблицы, при сложной геометрии детали и необходимости получения формы, близкой к окончательной, следует выбирать литье. При необходимости повышения пластичности, усталостной прочности или получения тонких профилей следует отдавать предпочтение кованому алюминию. Подробнее:Алюминий против литого алюминия

Объяснение процессов литья алюминия

Существуют различные процессы обработки алюминияОни различаются главным образом по стоимости, точности, качеству поверхности и механическим свойствам.

Литье в песчаные формы алюминия

Детали для литья в песчаные формы

При литье в песчаные формы песчаная форма формируется из засыпки вокруг модели. Затем модель извлекается, и расплавленный алюминий заливается в образовавшуюся песчаную полость. После этого он постепенно затвердевает, принимая форму модели. Важно отметить, что после затвердевания песчаная форма разрушается. Поэтому литье алюминия в песчаные формы — это одноразовый метод.

• Основные характеристики и преимущества литья в песчаные формы:
• Низкая стоимость оснастки
• Подходит для крупных компонентов
• Более грубая обработка поверхности
• Более широкие допуски по размерам

Литой алюминий широко используется для производства блоков цилиндров двигателей, корпусов насосов и многих промышленных кожухов.

 

Литье под давлением алюминия

Схема процесса литья под давлением

Литье под давлением алюминия Это еще один популярный метод формования алюминия. При этом расплавленный алюминий вдавливается в закаленную стальную форму, которая также называется «матрицей». Давление вдавливания очень высокое по сравнению с другими методами. Затем материалу дают затвердеть, после чего его извлекают.

Литейную форму можно использовать многократно. Поэтому литье под давлением лучше подходит для массового производства, чем литье в песчаные формы. Основные преимущества литья под давлением:

• Гладкая и высококачественная отделка поверхности 
• Способность соответствовать жестким допускам 
• Подходит для тонких стенок и высоких темпов производства.

Одним из главных недостатков литья под давлением является высокая стоимость первоначальной оснастки из-за использования стали. Поэтому этот метод может быть дорогостоящим в мелкосерийном производстве. Наиболее распространенные изделия, изготавливаемые методом литья алюминия под давлением, — это корпуса трансмиссий, корпуса электронных устройств, рамы для бытовой техники и т. д.

Постоянное литье формы

При литье в постоянные формы алюминий заливается в многоразовую металлическую форму, обычно из стали или железа. Отличие от литья под давлением заключается в том, что процесс осуществляется под действием силы тяжести или очень низкого давления.

Литье в постоянные формы известно тем, что обеспечивает более чистую и гладкую поверхность отливок по сравнению с литьем в песчаные формы. И это идеальная технология для средних объемов производства. По сравнению с литьем в песчаные формы, наиболее существенными недостатками являются более высокие затраты на оснастку и ограничения в геометрии.

Литье по выплавляемым моделям

Здесь изготавливается восковая копия детали, которая покрывается керамикой для образования твердой оболочки. Затем воск расплавляется. После этого в керамическую оболочку заливается алюминий. Как и при литье в песчаные формы, здесь также происходит разрушение керамики после затвердевания металла. Таким образом, это одноразовый метод, но он известен своей высокой точностью при изготовлении прецизионных деталей. Литье по выплавляемым моделям обычно медленнее и дороже (стоимость отдельной детали очень высока), чем литье в песчаные формы и литье в постоянные формы.

 

Литые алюминиевые сплавы и марки

Промышленные алюминиевые заготовки складываются в стопку

На рынке представлены различные марки литого алюминия. Они группируются в пронумерованные серии (например, 3xx.x, 4xx.x) в основном по преобладающему легирующему элементу. «.x» обозначает литой сплав (а не деформируемый). Группировка основана на основном легирующем элементе, поскольку именно этот элемент в основном определяет литейные свойства, прочность, коррозионную стойкость и термостойкость литого алюминия.

Серия литых алюминиевых сплавов

Таблица 2: Распространенные серии марок литого алюминия и их свойства.

Серия	Основной легирующий элемент	Примеры	Общеизвестные факты
2хх.х	Медь	201, 206	Максимально возможный потенциал прочности после термообработки. Хорошая устойчивость к усталости Низкая коррозионная стойкость и свариваемость.
3хх.х	Кремний + Mg/Cu	319, 356, 357	Лучший универсальный тип литого алюминия Хорошая литейность и стабильные размеры. Прочность, поддающаяся термообработке Достойная коррозионная стойкость
4хх.х	кремний	413, 443	Очень высокая текучесть (особенно для тонких/сложных срезов). Хорошая износостойкость Прочность ниже, чем у 3xx.x
5хх.х	Магний	514, 535	Отличная коррозионная стойкость (подходит для морских условий). Хорошая свариваемость Умеренная сила
7хх.х	Цинк	771	Прочность от умеренной до высокой Ограниченная коррозионная стойкость в суровых условиях  Встречается реже, чем 3xx.x

3xx.x — наиболее распространенный и широко используемый тип алюминия для общего назначения. Это один из лучших сортов алюминия для механической обработки. В этой серии сбалансированы механические свойства для получения: 

• Легкое заброс (хорошая текучесть)
• Высокая прочность после термообработки (особенно у стали 356/357).
• Хорошая коррозионная стойкость (в нормальных условиях окружающей среды) 

Поэтому он подходит для всего, от автомобильного до общего промышленного литья, за исключением применений, требующих особых эксплуатационных характеристик.

Легирующие элементы и их влияние

Изменить или получить дополнительные свойства литого алюминия можно с помощью легирующих элементов. Можно добавлять один или несколько элементов, а также варьировать процентное содержание добавок для получения желаемых свойств. Основные эффекты добавления наиболее распространенных легирующих элементов приведены ниже.

• кремний Улучшает текучесть (литьеспособность) и заполнение формы. Также уменьшает дефекты, связанные с усадкой.
• МагнийУлучшает термообрабатываемость и способность к дисперсионному упрочнению. Также повышает прочность.
• МедьМедь повышает прочность и твердость, но снижает коррозионную стойкость. Она образует микрогальванические пары с алюминием, увеличивая коррозионную активность.
• ЦинкУлучшает прочность и способность к затвердеванию при старении, но увеличивает склонность к образованию трещин при высоких температурах.

Термообрабатываемые и нетермообрабатываемые литые сплавы

Термообрабатываемые сплавы можно подвергнуть термической обработке в растворе (растворение растворимых фаз в алюминиевой матрице), а затем старению (образование мелкодисперсных упрочняющих включений). Это позволит значительно повысить предел текучести и твердость.

Однако прочность нетермообрабатываемых сплавов нельзя повысить таким же образом, поскольку в процессе термической обработки в растворе они не образуют полезных упрочняющих включений. В основном их используют в литом виде или иногда только с последующей снятием напряжений.

• Марки термообрабатываемого алюминия: 356, 357, 206
• Марки алюминия, не подлежащего термообработке: 413, 443, 514, 535

Механические и физические свойства литого алюминия

Прочность, вес и долговечность

• Плотность алюминия: 2.7 г/см³
• Плотность чугуна: 7.0 – 7.4 г/см³

Вес распространенных алюминиевых сплавов обычно составляет около одной трети веса аналогичных деталей из чугуна. Эта легкость является основной причиной их применения во многих областях, включая специальные применения в автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Устойчивость к коррозии и износу

Литой алюминий имеет естественный оксидный слой, который защищает внутренний металл от коррозии. Поэтому многие литые алюминиевые сплавы хорошо работают на открытом воздухе и в условиях слабой коррозии. Однако, если вам необходимо эксплуатировать эти детали в морской или химической среде, необходимы специальные меры защиты от коррозии.

Износостойкость литого алюминия считается умеренной. В большинстве случаев этого уровня достаточно, но при наличии скольжения или абразивного контакта используются твердое анодирование или поверхностные покрытия.

Тепловая и электрическая проводимость

Он обладает хорошей теплопроводностью, достаточно высокой для быстрого рассеивания тепла от компонентов. Именно поэтому он широко используется для радиаторов, компонентов двигателей и корпусов электронных устройств. 

Электропроводность литого алюминия ниже, чем у меди, но в большинстве случаев её достаточно для многих электрических компонентов.

 

Чугун против литого алюминия

Необработанные алюминиевые литейные слитки

Литой алюминий против чугуна Это два наиболее распространенных литейных материала в производстве, которые часто сравнивают инженеры. Однако они служат совершенно разным целям и обладают множеством различных свойств.

Таблица 3: Сравнение основных свойств алюминия и чугуна.

Свойства	Литой алюминий	Чугун
Плотность	Низкий	Высокий
Вес	Низкий	Высокий
Устойчивость к коррозии	Хорошо	Средняя
Machinability	Хорошо	Средняя
Теплопроводность	Высокий	Низкий
Гашение вибрации	Средняя	Прекрасно

В промышленности для изготовления легких деталей, которые также быстро рассеивают тепло, в основном выбираются распространенные алюминиевые сплавы. Чугун используется, когда более важны гашение вибраций и износостойкость.

 

Литой алюминий против литого алюминия

Заливка расплавленного алюминиевого металла

Сравнение литого алюминия и алюминия, полученного методом литья под давлением, касается производственных процессов, а не типов материалов. Алюминий, полученный методом литья под давлением, означает алюминий, изготовленный с использованием этого метода. Основные различия заключаются в следующем:

• Умрите литьеДетали получаются с превосходной чистотой поверхности. Этот метод позволяет изготавливать тонкостенные компоненты с жестким контролем размеров.
• Литье под действием силы тяжести Литье в песчаные или постоянные формы обычно позволяет получать более прочные и пластичные детали (за счет более медленного затвердевания и меньшей пористости). Однако качество их поверхности, как правило, не соответствует стандартам литья под давлением.

Вы можете выбрать подходящий процесс в зависимости от ваших приоритетов: точность, внешний вид (литье под давлением) или механические характеристики (гравитационное литье).

 

Кованый, литой и алюминиевый сплав

Возможно, вы слышали о литом, кованом и слитковом алюминии. Это также распространенная, но часто вводящая в заблуждение классификация алюминия. Они не означают разные «марки», а различаются способом получения исходного металла до механической обработки. Кованый, литой и алюминиевый сплав Они сильно различаются по своим свойствам и типичному применению, поэтому выбор подходящего варианта имеет большое значение.

Таблица 4: Кованый, литой и цельнометаллический алюминий

форма для заполнения	Способ производства	Типичное использование
Трансляции	Алюминий плавят, заливают или впрыскивают в форму, а затем охлаждают. При необходимости также подвергают легкой механической обработке.	Детали сложной формы, внутренние полости, корпуса, двигатели и компоненты насосов.
Кованый	Нагретый алюминий с помощью большого усилия прессуется в нужную форму, а затем обрабатывается до окончательного размера.	Высокопрочные детали, такие как компоненты подвески, колеса, кронштейны и несущие элементы конструкции.
болванка	В деталь непосредственно встраивается цельный алюминиевый брусок или пластина, изготовленная методом механической обработки.	Прототипы, мелкосерийное производство и детали на заказ.

Преимущества использования литого алюминия

Готовые литые алюминиевые кронштейны

• Небольшой весАлюминий имеет меньшую плотность, чем многие конструкционные металлы, и при этом прочен, но менее прочен, чем кованый алюминий. Поэтому можно получить более легкие детали без ущерба для основных структурных характеристик.
• Хорошая коррозионная стойкостьЕстественный оксидный слой алюминия защищает поверхность от коррозии. Алюминий можно безопасно использовать во многих обычных наружных и промышленных условиях без нанесения толстых покрытий.
• Способность формировать сложные геометрические формы.: Вы можете создавать такие геометрические формы, как ребра, выступы и углубления, непосредственно методом литья. Если вы попытаетесь создать их с помощью механической обработки, это будет либо очень медленно, либо очень дорого.
• Снижение стоимости инструментаПо сравнению с ковочными штампами и прессами, литейная оснастка, как правило, проще и дешевле, особенно для литья в песчаные формы и умеренных объемов производства.
• Хорошая теплопроводностьЛитой алюминий способен быстро рассеивать тепло. Он широко используется для радиаторов, деталей двигателей и корпусов, которые должны быстро отводить тепло.
• РециркуляцииАлюминий можно переплавить и использовать повторно. Таким образом, отходы и детали, вышедшие из строя, могут быть возвращены в производство. Благодаря этому можно сохранить практически весь металл.

 

Типичные изделия и области применения из литого алюминия

• Блоки автомобильных двигателейВ основном используется для создания легких деталей, способных выдерживать высокие температуры и внутреннее давление. Еще одно популярное применение — каналы для охлаждающей жидкости/масляные каналы внутри помещений.
• Корпуса коробки передач и трансмиссииМожно получить жесткую внешнюю оболочку без значительного увеличения массы. Для изготовления таких корпусов в основном используется литье под давлением, поскольку важны чистые поверхности и точная подгонка.
• Корпуса насосовВы можете одновременно включить в конструкцию изогнутые каналы для потока, крепления и порты. Таким образом, вам не потребуется собирать несколько отдельных частей.
• РадиаторыАлюминий хорошо распределяет тепло и может быть точно отлит за один проход.
• Корпуса для освещенияАлюминий используется для изготовления корпусов осветительных приборов, поскольку он защищает электронику, устойчив к коррозии на открытом воздухе и эффективно отводит тепло от светодиодов.
• Структурные кронштейныИх можно использовать для достижения необходимой жесткости без использования тяжелой стали.
• ПосудаАлюминиевые контейнеры равномерно нагреваются и, благодаря своему малому весу, легко перемещать и использовать. Поэтому они широко используются в кухонном оборудовании, обычно с покрытием для повышения прочности.

 

Дополнительные варианты отделки и постобработки для литого алюминия.

Траектория движения фрезерного инструмента на станке с ЧПУ

Механическая обработка и термообработка

Изделия, полученные методом литья алюминия, обычно близки к окончательной форме. Однако иногда для достижения требуемых функциональных свойств и правильной подгонки требуется механическая обработка алюминия. К распространенным операциям постобработки относятся:

• Фрезерование на станках с ЧПУ для обработки поверхностей, пазов и углублений.
• Токарная обработка на станках с ЧПУ для получения круглых элементов и отверстий.
• Сверление и нарезание резьбы для крепежных элементов и резьбовых отверстий.

Термическая обработка применяется к термообрабатываемым сплавам для повышения прочности, твердости и стабильности размеров.

Поверхностные покрытия

Необходимость дополнительной обработки поверхности зависит от условий эксплуатации, внешнего вида и требований к долговечности детали. Вы можете выбрать один из следующих вариантов:

• Анодирование – образование твердого, коррозионностойкого оксидного слоя.
• Порошковое покрытие – прочное цветное покрытие с хорошей износостойкостью.
• Покраска – косметическая защита и брендирование
• Конверсионное покрытие – улучшает коррозионную стойкость и адгезию краски.

Вы можете продлить срок службы и улучшить внешний вид деталей с помощью вышеуказанных методов обработки поверхности.

 

Факторы, которые следует учитывать при выборе литого алюминиевого сплава.

Партия литых компонентов

Стратегический подход к выбору сплава крайне важен, поскольку неправильный выбор увеличивает затраты с самого начала производства, а также может привести к непредвиденным ошибкам и повреждениям. Поэтому необходимо выбрать сплав, который будет надежно и экономично работать в ваших условиях. Основные факторы, которые следует учитывать в процессе выбора материала, следующие:

• Требуемая механическая прочность
• Рабочая температура и окружающая среда
• Machinability
• Способ литья
• Объем производства
• Стоимость

Наилучший вариант — связаться и принять решение при поддержке опытной компании, специализирующейся на обработке алюминия на станках с ЧПУ, чтобы обеспечить стабильное качество и получить профессиональные рекомендации.

Услуги по обработке алюминия с ЧПУ

Компания Boda предоставляет услуги по механической обработке алюминия на заказ для таких высокоэффективных металлов, как закаленные алюминиевые сплавы и сплавы, изготовленные по индивидуальным заказам. Мы являемся компанией, сертифицированной по стандарту ISO, и предлагаем услуги по прототипированию, масштабному производству и содействуем переходу от прототипа к мелкосерийному и крупносерийному производству. Мы также гарантируем надежную работу. литье алюминия под давлением для совершенствования наших производственных решений.

Мы также можем отливать алюминий и обрабатывать его с высокой точностью, с соблюдением жестких допусков для подвижных частей. 

Запросить бесплатная цитата Cегодня!

 

Заключение

Алюминий — очень практичный конструкционный материал для производства легких, сложных и экономичных компонентов. Благодаря сбалансированным свойствам и возможности точной обработки, это идеальный сплав для многих конструкционных, тепловых и механических применений. Правильное понимание систем сплавов, процессов литья и ограничений поможет вам выбрать подходящий сорт для ваших задач.

 

Часто задаваемые вопросы

Как изготавливаются детали из литого алюминия?

Детали из литого алюминия изготавливаются путем заливки расплавленного алюминиевого сплава в формы для получения сложных, практически готовых форм, которые практически не требуют последующей механической обработки.