Литье алюминиевых сплавов: полное руководство по процессам и свойствам

Что нужно знать о литье алюминиевых сплавов

Литейные алюминиевые сплавы представляют собой группу материалов на основе алюминия, специально разработанных для обеспечения хорошей текучести в жидкой форме, затвердевания с минимальными дефектами и обеспечения надежных механических свойств готовой детали. В отличие от деформируемых сплавов, которым придают форму прокаткой или ковкой, литые сплавы разливают или впрыскивают в формы и принимают окончательную форму при охлаждении. Мировой рынок алюминиевого литья в 2023 году превысил $50 млрд. и спрос продолжает расти, в основном за счет автомобильной, аэрокосмической и бытовой электроники, нуждающейся в легких и долговечных деталях.

Самый главный вывод: не все алюминиевые сплавы пригодны для литья. Сплавы, которые работают лучше всего, имеют общие характеристики, в частности, содержание кремния, которое улучшает текучесть и уменьшает усадку. Выбор неправильного сплава для данного метода литья приводит к пористости, горячему растрескиванию и неточностям размеров, которые сложно и дорого исправить постфактум.

В этой статье рассматриваются основные семейства сплавов, процессы литья, данные о механических характеристиках, причины дефектов и практические решения, с которыми сталкиваются инженеры и покупатели при работе с алюминиевым литьем в промышленных масштабах.

Как классифицируются литейные алюминиевые сплавы

Алюминиевая ассоциация использует четырехзначную систему классификации литейных алюминиевых сплавов. Первая цифра идентифицирует основной легирующий элемент, а остальные цифры обозначают отдельные сплавы внутри этой группы. Десятичная точка, за которой следует цифра, указывает форму продукта: .0 ​​для отливок, .1 и .2 для слитков.

• Серия 1хх.х: Почти чистый алюминий (99%), отличная коррозионная стойкость, низкая прочность, используется в основном в электротехнике и химической промышленности.
• 2xx.x серия: Алюминий-медные сплавы. Высокая прочность, но пониженная литейность и коррозионная стойкость. Типичный пример: 201.0, 206.0.
• Серия 3xx.x: Алюминий-кремний-медь или алюминий-кремний-магний. Это наиболее коммерчески значимая группа. Примеры: А356.0, 319.0, 380.0. Отличная текучесть, хорошие механические свойства.
• Серия 4xx.x: Алюминий-кремний без меди. Хорошая износостойкость и текучесть. Пример: 413.0.
• Серия 5хх.х: Алюминий-магниевый. Хорошая коррозионная стойкость и обрабатываемость, но более низкая текучесть усложняет литье. Пример: 514.0.
• Серия 7xx.x: Алюминий-цинк. Очень высокая прочность после термообработки, но ее трудно отливать. Пример: 771.0.
• Серия 8xx.x: Алюминий-жесть. Используется для подшипников, где низкое трение имеет решающее значение. Пример: 850.0.

На практике на серию 3xx.x приходится примерно 80–85% всего производства алюминиевого литья в мире. . Доминирование этой группы напрямую связано с уникальной способностью кремния улучшать текучесть расплава, одновременно уменьшая усадку во время затвердевания.

Роль легирующих элементов в Алюминиевое литье Производительность

Каждый основной легирующий элемент придает конечным алюминиевым отливкам особые характеристики. Понимание этих факторов важно при выборе сплава или устранении производственных проблем.

Кремний (Si)

Кремний является наиболее важным легирующим элементом для литья алюминия. В концентрациях от 5% до 13% он значительно улучшает текучесть, позволяя расплаву заполнять тонкие участки и сложные геометрии, которых чистый алюминий не может достичь до затвердевания. Кремний также уменьшает общую усадку от жидкого состояния к твердому, что сводит к минимуму пористость и образование горячих разрывов. При эвтектическом составе (~12,6% Si) усадка минимальна. Модификация морфологии кремния натрием или стронцием — преобразование грубого игольчатого кремния в мелковолокнистую форму — может повысить прочность на разрыв на 10–15% и примерно вдвое увеличить удлинение в таких сплавах, как А356.0.

Медь (Cu)

Медь увеличивает прочность и твердость, особенно после термообработки. Сплавы типа 319.0 (содержащие 3–4% Cu) широко используются в блоках двигателей и головках цилиндров из-за их работоспособности при повышенных температурах. Обратной стороной является снижение коррозионной стойкости: медьсодержащие алюминиевые отливки более подвержены точечной коррозии в соленой среде. Содержание меди выше 0,3% также снижает свариваемость.

Магний (Мг)

Магний имеет решающее значение для реакции на термообработку Т6 в серии 3xx.x. В А356.0 магний в количестве 0,25–0,45 % соединяется с кремнием, образуя при старении выделения Mg₂Si, обеспечивающие дисперсионное твердение. Правильно подвергнутая термообработке отливка A356.0-Т6 может достичь предела прочности на разрыв 280–310 МПа. по сравнению с примерно 160 МПа в литом состоянии. Слишком много магния (более ~0,6%) увеличивает риск горячего разрыва и снижает текучесть.

Железо (Фe)

Железо, как правило, является нежелательной примесью при литье алюминия, но оно играет важную практическую роль при литье под давлением: оно уменьшает пайку штампов (склонность алюминия прилипать к стальным штампам). По этой причине большинство сплавов для литья под давлением, таких как 380,0, содержат 0,8–1,2% Фe. В отливках в песчаные формы и в постоянных формах содержание железа поддерживается ниже 0,5%, чтобы избежать образования хрупких интерметаллических фаз с высоким содержанием железа («игольчатой» фазы β-AlФeSi), которые снижают пластичность и сопротивление усталости.

Цинк (Zn) и титан (Ti)

Цинк способствует повышению прочности сплавов серии 7xx.x, но обычно является примесью в других сплавах. Титан в небольших количествах (0,1–0,2%) служит измельчителем зерна в сочетании с бором (зародышеобразователями TiB₂), образуя более мелкие равноосные зерна, которые улучшают как прочность, так и пластичность при литье алюминия. Отливки с измельченным зерном обычно демонстрируют удлинение на 10–20% выше, чем их эквиваленты без измельчения.

Сравнение основных процессов литья алюминия

Метод, используемый для литья алюминия, напрямую определяет, какие сплавы подходят, какая чистота поверхности и допуск на размеры достижимы, какие затраты на оснастку необходимы и какое внутреннее качество (уровень пористости) можно ожидать. Четырьмя доминирующими процессами являются литье в песчаные формы, литье в постоянные формы, литье под давлением и литье по выплавляемым моделям.

Литье в песок

Литье в песчаные формы — старейший и наиболее гибкий метод литья алюминия. Формы формируются путем уплотнения связанного песка вокруг шаблона, что обеспечивает практически неограниченный размер и сложность деталей. Керны из песка могут создавать внутренние полости. Затраты на оснастку минимальны: простая модель может быть изготовлена ​​за несколько сотен долларов, что делает литье в песчаные формы идеальным для прототипов и мелкосерийного производства от 1 до 500 деталей в год. Компромиссом является более низкая точность размеров и более грубая обработка поверхности. К распространенным сплавам для литья в песчаные формы относятся 319.0, 356.0 и A356.0.

Литье в постоянную форму (гравитационное литье под давлением)

При литье в постоянные формы расплавленный алюминий под действием силы тяжести разливается в многоразовые стальные или чугунные формы. Металлическая форма проводит тепло намного быстрее, чем песок, создавая более мелкую зернистую структуру и лучшие механические свойства. A356.0-Т6 в постоянной форме обычно обеспечивает прочность на разрыв на 10–15% выше, чем тот же сплав при литье в песчаные формы. из-за более быстрого затвердевания. Затраты на оснастку умеренные — обычно 5 000–50 000 долларов США, что делает этот процесс экономичным при тиражах от 500 до 50 000 деталей. Таким способом часто производятся автомобильные колеса, корпуса насосов и картеры трансмиссий.

Литье под высоким давлением (HPDC)

При литье под высоким давлением расплавленный алюминий впрыскивается в штампы из закаленной стали под давлением 10–175 МПа. Время цикла может составлять всего 15–60 секунд, что обеспечивает производительность от сотен до тысяч деталей в час. Это делает HPDC предпочтительным процессом для крупносерийных компонентов — автомобильных блоков двигателей, корпусов трансмиссий и деталей кузова. Литье под давлением составляет примерно 45–50% всего производства алюминиевого литья по весу. Основным ограничением является пористость из-за захваченного газа, которая препятствует термообработке и ограничивает использование деталей HPDC в конструкционных применениях, если не используется литье под давлением в вакууме (VADC). Сплав 380.0 является «рабочей лошадкой» в индустрии HPDC благодаря превосходному сочетанию литьевых качеств, прочности и стоимости.

Литье под низким давлением (LPDC)

При LPDC алюминий выталкивается вверх в постоянную матрицу путем приложения низкого давления (0,05–0,1 МПа) к печи, в которой находится расплав. Этот контролируемый подход с нижним заполнением сводит к минимуму турбулентность и образование оксидов, позволяя получать отливки с более низкой пористостью, чем HPDC. LPDC широко используется для автомобильных колес: одна производственная ячейка может производить 200–400 колес за смену с очень стабильным качеством. A356.0 является доминирующим сплавом в этом применении.

Инвестиционное литье

При литье по выплавляемым моделям (литье по выплавляемым моделям) используются одноразовые восковые модели, покрытые керамикой, для изготовления форм, способных фиксировать очень мелкие детали. Он используется для сложных компонентов аэрокосмической и оборонной промышленности, где точность размеров и внутренняя чистота имеют первостепенное значение. Обычно используются сплавы 356.0 и A357.0 (вариант более высокой чистоты с более строгим контролем содержания магния). Литье по выплавляемым моделям стоит дорого в расчете на деталь — оснастка и обработка могут стоить 20 000–200 000 долларов до отправки первой детали, — но выходная форма, близкая к чистой, и высокая структурная целостность оправдывают затраты для критически важных применений.

Механические свойства широко используемых литейных алюминиевых сплавов

Выбор правильного литейного алюминиевого сплава требует сравнения предела прочности, предела текучести, удлинения и твердости для всего диапазона доступных сплавов и условий отпуска. Приведенные ниже данные отражают типичные значения для известных коммерческих сплавов.

Из этих данных вытекает несколько практических моментов. Во-первых, сплав 206.0 обеспечивает самое высокое удлинение среди обычных литейных сплавов — 8% в состоянии Т4, — что делает его отличным выбором, когда ударопрочность и вязкость имеют большее значение, чем предел текучести. Однако низкое содержание кремния (максимум 0,1%) означает, что он склонен к горячему растрескиванию, и для успешной разливки требуется тщательная конструкция литников и стояков. Во-вторых, сталь 380,0 обеспечивает высокую прочность на разрыв в литом состоянии (отпуск F) на уровне 317 МПа без какой-либо термообработки, поэтому она остается выбором по умолчанию для большинства производств HPDC. В-третьих, A356.0-T6 сочетает в себе прочность, пластичность и коррозионную стойкость лучше, чем почти любой другой сплав в линейке алюминиевого литья — это первый сплав, который оценивается для конструкционного применения в автомобильных или аэрокосмических компонентах.

Термическая обработка алюминиевых отливок

Многие литейные алюминиевые сплавы поддаются термообработке, которая может существенно улучшить их механические свойства по сравнению с литой формой. Стандартные обозначения термической обработки отливок соответствуют той же системе Т-кодов, которая используется для деформируемых сплавов.

• T4 (термическая обработка раствора, естественное старение): Отливку обрабатывают на раствор при температуре 510–540°C в течение нескольких часов для растворения легирующих элементов в алюминиевой матрице, затем закаливают и оставляют стареть при комнатной температуре. Обеспечивает хорошую пластичность и умеренную прочность.
• T5 (только искусственное старение): Наносится непосредственно на отливки, которые были быстро охлаждены в процессе литья (например, в LPDC или в постоянной форме). Пропускает этап обработки раствора. Обеспечивает умеренное упрочнение с минимальным риском деформации, что полезно для отливок колес, где плоскостность имеет решающее значение.
• T6 (искусственное старение при термообработке раствором): Наиболее распространенная термическая обработка конструкционных алюминиевых отливок. После закалки от температуры раствора деталь искусственно состаривают при температуре 155–175°С в течение 6–12 часов. Это приводит к пиковому дисперсионному твердению.
• T7 (перестаривание при термообработке раствором): Старение проводится до достижения максимальной твердости, чтобы улучшить стабильность размеров и устойчивость к коррозии под напряжением за счет некоторой прочности. Используется в приложениях, работающих при повышенных температурах, например, в компонентах двигателей.

Скорость закалки после обработки раствором является одной из наиболее важных переменных процесса. при термообработке алюминиевого литья. Быстрая закалка в холодной воде максимизирует пересыщение, необходимое для эффективного старения, но создает остаточные напряжения, вызванные закалкой, которые могут деформировать тонкостенные отливки. Растворы для закалки полимеров или закалка в горячей воде (60–80°C) позволяют снизить деформацию на 40–60%, сохраняя при этом большую часть улучшения механических свойств.

Стоит отметить, что обычные детали из HPDC не могут подвергаться термообработке на твердый раствор, поскольку растворенный газ в отливке расширяется при температуре обработки на твердый раствор (500°C), вызывая образование пузырей на поверхности и рост внутренних пустот. Это ограничение привело к значительным инвестициям в промышленность в варианты HPDC с низкой пористостью — литье под давлением, литье под давлением и полутвердое литье (тиксолитье, реолитье), — все из которых позволяют производить детали с уровнем пористости, достаточно низким, чтобы выдерживать термическую обработку.

Распространенные дефекты алюминиевого литья и способы их предотвращения

Дефекты алюминиевого литья ухудшают механические свойства, создают пути утечек, вызывают косметический брак и увеличивают процент брака. Понимание основной причины каждой категории дефектов — единственный надежный способ их контролировать.

Пористость

Пористость является наиболее распространенным дефектом алюминиевого литья. Она встречается в двух формах: газовая пористость (сферические пустоты, вызванные растворенным в расплаве водородом, выходящим из раствора при затвердевании) и усадочная пористость (неравномерные пустоты, образующиеся там, где затвердевающий металл не может подавать жидкий металл для компенсации уменьшения объема). Поглощение водорода происходит главным образом из-за влаги в шихте, покрытиях форм и влажности воздуха. Дегазация расплава до содержания менее 0,1 мл H₂/100 г Al с помощью ротационных дегазационных установок снижает газовую пористость на 70–90%. Усадочная пористость контролируется посредством правильной конструкции стояков и литников, гарантируя, что жидкий металл может поступать во все области затвердевания до тех пор, пока затвердевание не завершится.

Горячее разрывание (горячее растрескивание)

Горячий разрыв возникает, когда полутвердая литейная сетка не может выдержать напряжения теплового сжатия, которые возникают на заключительных стадиях затвердевания. Сплавы с широким диапазоном замерзания, особенно медьсодержащие сплавы, такие как 206,0 и 319,0, наиболее восприимчивы. Профилактика включает в себя оптимизацию температуры и градиента формы, чтобы затвердевание было направленным, уменьшение ограничений отливки за счет правильной конструкции формы и иногда корректировку состава сплава (повышение количества кремния, уменьшение содержания меди).

Оксидные включения

Алюминий быстро окисляется в расплавленном состоянии, образуя тонкую, но прочную пленку Al₂O₃ на поверхности расплава. Турбулентный поток металла, особенно во время разливки, разливки или литья в матрицу, может складывать эту оксидную пленку в отливку, создавая дефекты двойной пленки, которые действуют как внутренние трещины. Дефекты бипленки ответственны за большую часть разброса усталостной долговечности алюминиевых отливок. — из одного и того же сплава и процесса можно изготавливать детали с 10-кратным изменением усталостных характеристик в зависимости от содержания оксидов. Основными контрмерами являются контроль турбулентности с помощью литниковых систем с нижним заполнением, минимизация высоты падения металла и использование керамических фильтров в литниковой системе.

Холодные остановки и сбои в работе

Холодное закрытие происходит, когда два потока металла встречаются в форме, но не сплавляются, оставляя дефект, похожий на шов. Неисправности случаются, когда металл затвердевает до полного заполнения полости. Оба дефекта вызваны недостаточной температурой металла, низкой скоростью заполнения или недостаточной вентиляцией. Увеличение температуры разливки на 10–20°C, изменение конструкции затвора для увеличения скорости наполнения и добавление вентиляционных отверстий в местах заполнения последними решают большинство проблем холодного закрытия и неправильной работы.

Пайка штампов (в HPDC)

Пайка штампом — это прилипание алюминия к поверхности стального штампа, вызывающее налипание металла на штамп и разрыв поверхности отливки. Он приводится в движение интерметаллическим железо-алюминиевым образованием на поверхности матрицы. Поддержание содержания железа в сплаве выше 0,7%, использование покрытий штампов (нитрид бора, разделители на основе графита), контроль температуры штампа в диапазоне 150–250 ° C и правильный выбор времени распыления штампа — все это значительно снижает частоту пайки.

Контроль качества расплава при литье алюминия

Качество жидкого алюминия перед его попаданием в форму определяет потолок того, чего может достичь отливка. Никакая дальнейшая оптимизация процесса не может компенсировать плохо подготовленную расплавленную массу. При промышленном литье алюминия используется несколько стандартных инструментов для оценки и контроля качества расплава.

• Испытание пониженным давлением (RPT): Небольшой образец расплава затвердевает в вакууме. Плотность полученного образца сравнивают с образцом, затвердевшим при атмосферном давлении. Индекс плотности (DI) = [(ρ_atm – ρ_vac)/ρ_atm] × 100. DI ниже 2% обычно приемлем для большинства применений конструкционного литья; В требованиях аэрокосмической отрасли часто указывается DI ниже 1%.
• Роторная дегазация: Инертный газ (азот или аргон) впрыскивается в расплав через вращающуюся крыльчатку, создавая мелкие пузырьки, которые переносят растворенный водород на поверхность. Правильно выполненная ротационная дегазация в течение 10–15 минут снижает уровень водорода с типичных значений 0,2–0,4 мл/100 г до уровня ниже 0,1 мл/100 г.
• Керамическая пенная фильтрация: Расплав проливается через сетчатый пенокерамический фильтр (обычно 30–50 ppi, 10–20 ppi для гравитационных применений), который улавливает оксидные включения, интерметаллические частицы и огнеупорный мусор. Фильтрация может снизить содержание включений на 60–90%, а многочисленные исследования показали, что она увеличивает усталостную долговечность в 2–5 раз.
• Спектроскопическая проверка состава: Оптическая эмиссионная спектрометрия (OES) затвердевшего образца пуговицы проверяет соответствие состава сплава техническим характеристикам до начала производства. Для критических применений проверку повторяют каждые 2–4 часа или всякий раз, когда происходит значительное добавление нового металла.
• Очистка и модификация зерна: Лигатуры, содержащие титан-бор (Al-5Ti-1B), добавляют в количестве 0,05–0,15% для измельчения зерна. Лигатура стронция (Al-10Sr) в концентрации 0,008–0,015% изменяет морфологию эвтектического кремния от грубых пластин до тонких волокон, значительно улучшая пластичность и сопротивление усталости.

Алюминиевое литье в автомобильной промышленности

Автомобильный сектор на сегодняшний день является крупнейшим потребителем алюминиевого литья, стимулируя инновации в процессах и разработке сплавов больше, чем любой другой конечный рынок. Типичный легковой автомобиль 2024 года выпуска содержит 150–200 кг алюминия. , значительная часть которых находится в виде отливок. Блоки двигателей, головки цилиндров, картеры трансмиссии, корпуса дифференциалов, поворотные кулаки подвески, подрамники и узлы конструкции кузова изготавливаются различными методами литья алюминия.

Переход на электромобили (EV) существенно изменил ландшафт литья алюминия. Электромобили устраняют блок двигателя внутреннего сгорания и головку блока цилиндров — два крупнейших применения литья — но вводят новые: корпуса аккумуляторов, корпуса электродвигателей, корпуса инверторов и крупные конструкционные отливки. Процесс Gigacast компании Tesla, в котором используются машины для литья под давлением мощностью 6 000–9 000 тонн для производства всей задней и передней частей днища кузова за одну отливку, продемонстрировал, как литье алюминия может радикально сократить количество деталей и сложность сборки. Одна задняя часть кузова Gigacast заменяет примерно 70 отдельных штампованных и сварных компонентов.

Сплавы, используемые в этих конструкционных отливках EV, представляют собой новое поколение высокопластичных материалов HPDC, иногда называемых «нетермообрабатываемыми литыми под давлением сплавами», разработанных специально для применений, где требуется контролируемая деформация при ударной нагрузке. Эти сплавы, такие как Силафонт-36 (AlSi10MnMg), Аурал-2 и Магсимал-59 (AlMg5Si2Mn), достигают удлинения 10–15% в литом состоянии без термообработки, чего не могут достичь обычные HPDC-сплавы, такие как 380,0.

Аэрокосмическое применение литейных алюминиевых сплавов

Алюминиевые отливки для аэрокосмической отрасли предъявляют самые строгие требования к качеству в любой отрасли: внутренняя пористость измеряется с помощью рентгеновских лучей и компьютерной томографии (КТ), механические свойства статистически сертифицированы, а прослеживаемость от слитка до готовой детали является обязательной. Несмотря на эти требования, литье остается предпочтительным методом для сложных конструкционных и неконструктивных компонентов аэрокосмической промышленности, геометрию которых невозможно экономично получить путем механической обработки из заготовки.

Обычно используемые сплавы для аэрокосмического литья включают:

• А357.0-Т6: Вариант A356.0 с более высокой чистотой и более строгим контролем содержания магния (0,45–0,60%). Используется для первичного конструкционного литья в самолетах. Предел прочности 345 МПа, текучесть 276 МПа, относительное удлинение не менее 5% в литой форме.
• 201.0-Т7: Алюминий-медный сплав с самой высокой прочностью среди всех литейных алюминиевых сплавов — предел прочности на разрыв до 485 МПа. Используется для высоконагруженных фитингов и кронштейнов, где экономия веса оправдывает трудную заливку.
• C355.0-T6: Похож на A356.0, но с добавлением меди для повышения прочности. Используется в арматуре планера и корпусах редукторов.

Горячее изостатическое прессование (ГИП), при котором отливка одновременно подвергается воздействию высокой температуры (500–520°C) и высокого давления (100–200 МПа) в инертной атмосфере, все чаще применяется для алюминиевых отливок в аэрокосмической отрасли. HIP закрывает внутреннюю пористость, увеличивая усталостную долговечность в 2–3 раза и обеспечивая значительно более стабильные результаты механических испытаний. по производственным партиям. Этот процесс увеличивает стоимость, но для критически важных для полета компонентов это стандартная практика у большинства поставщиков аэрокосмического литья.

Моделирование и цифровые инструменты в современном алюминиевом литье

Программное обеспечение для моделирования литья изменило подход литейных предприятий и их клиентов к разработке новых процессов литья алюминия. Такие программы, как MAGMASOFT, ProCAST, AnyCasting и Flow-3D, позволяют инженерам моделировать заполнение формы, затвердевание, теплообмен, термическое напряжение и образование пористости перед обработкой отдельной формы.

Практическое влияние моделирования на развитие алюминиевого литья существенно. Исследования крупнейших поставщиков автомобилей показывают, что использование моделирования литья сокращает физические испытания на 40–60 % и сокращает время изготовления первой детали на 30–50 %. . Для сложной автомобильной конструкционной отливки каждое физическое испытание может стоить 20 000–100 000 долларов США, включая модификацию инструментов, металл, машинное время и инженерные часы. Устранение даже двух испытаний за счет более качественного предварительного моделирования окупает годы затрат на лицензирование программного обеспечения.

Помимо прогнозирования пористости, современные инструменты моделирования могут моделировать:

• Эволюция зеренной структуры (столбчатый переход от равноосного, распределение зерен по размерам)
• Корреляции микроструктуры и свойств с использованием термодинамических баз данных CALPHAD
• Остаточные напряжения и деформации после закалки
• Прогнозирование срока службы штампа при термической усталости для инструментов HPDC
• Оптимизация размеров желобов и ворот с использованием алгоритмов автоматического поиска.

Интеграция мониторинга процессов в реальном времени с имитационными моделями является следующим рубежом. Датчики, встроенные в матрицы, измеряют температуру, давление и положение передней части заполнения с разрешением в миллисекунды; при обратной передаче данных в адаптивные системы управления они могут регулировать скорость выстрела и давление интенсификации в реальном времени, чтобы компенсировать изменения температуры расплава или температуры матрицы, уменьшая различия между деталями, которые исторически были одной из постоянных проблем литья алюминия.

Экологичность и переработка литейных алюминиевых сплавов

Возможность вторичной переработки алюминия является одним из его определяющих преимуществ. Для переработки алюминия требуется всего около 5% энергии, необходимой для производства первичного алюминия из бокситовой руды. Вторичный (переработанный) алюминий уже составляет примерно 75–80% всего алюминия, используемого при литье. , что делает литье алюминия одним из наиболее цикличных производственных процессов в тяжелой промышленности.

Проблемой при переработке алюминиевых литейных сплавов является контроль состава. Когда в потоке лома смешиваются различные сплавы, кремний, медь, железо и цинк накапливаются до уровней, которые могут превышать пределы спецификации для первичных сплавов. Ответом отрасли стало создание специально разработанных вторичных сплавов, особенно для HPDC, которые выдерживают более высокие уровни примесей без ущерба для производительности. Сплав 380.0 сам по себе является сплавом, допускающим широкий диапазон составов, специально для размещения вторичных металлов; его спецификация допускает содержание до 3,0% Zn и 1,3% Fe, что неприемлемо для сплавов для гравитационного литья.

Европейская автомобильная промышленность стимулировала разработку систем переработки сплавов с замкнутым циклом, в которых литейный лом с производственного предприятия сортируется, переплавляется и возвращается в то же применение, а не попадает в общий пул лома. Например, литейный завод BMW в Ландсхуте перерабатывает более 50 000 тонн лома алюминиевого литья в год по замкнутому циклу. , сохраняя чистоту сплава, что позволяет повторно использовать переработанный металл в конструкционных отливках без потери качества.

По мере ускорения перехода на электромобили состав алюминиевого литейного лома будет меняться: станет меньше сплавов, связанных с двигателями (319,0, 390,0), и больше конструкционных сплавов кузова и сплавов корпусов аккумуляторов. Литейные предприятия и производители сплавов в настоящее время инвестируют в технологии сортировки (спектроскопия лазерного разрушения, автоматическая сортировка с помощью рентгеновской флуоресценции), чтобы справиться с этим композиционным переходом без снижения ценности переработанного материала.

Как правильно выбрать литейный алюминиевый сплав для вашего применения

Выбор сплава для алюминиевого литья — это не поисковый процесс: он требует уравновешивания множества конкурирующих требований. Следующая схема принятия решений охватывает ключевые переменные, которые должны определять процесс отбора.

1. Сначала определите процесс литья. Выбор сплава ограничен процессом. Если для объемов производства требуется HPDC, сплав должен иметь хорошие характеристики текучести и отделения от штампа, что фактически ограничивает значимый выбор серий 3xx.x и 4xx.x. Если для сложности и точности используется литье по выплавляемым моделям, пул сплавов открывается и включает варианты серий 2xx.x и 7xx.x.
2. Определите доминирующее механическое требование. Является ли деталь критичной к усталости (выберите A356.0-T6 или A357.0-T6 с HIP)? Требуется высокая прочность при комнатной температуре (206,0-Т4 или 201,0-Т7)? Нужна повышенная температурная прочность (319,0-Т6 или 390,0-Т6)? Требуется максимальная пластичность для поглощения энергии удара (Силафонт-36 или Алюсил)? Сопоставьте документированный профиль свойств сплава с требованиями.
3. Оцените коррозионную среду. Если деталь будет подвергаться воздействию солей без поверхностной обработки, избегайте использования медьсодержащих сплавов. Серии 5xx.x и 4xx.x обладают наилучшей коррозионной стойкостью.
4. Учитывайте обрабатываемость и второстепенные операции. Некоторые сплавы прекрасно обрабатываются (319.0 часто называют одним из самых простых в обработке алюминиевых литейных сплавов), в то время как другие быстро затвердевают и быстро изнашивают режущие инструменты (серия 5xx.x). Если планируется обширная механическая обработка, учтите это при моделировании стоимости сплава.
5. Оценить свариваемость и ремонтопригодность. Для отливок, которым может потребоваться ремонт сваркой на производстве или в полевых условиях, содержание кремния выше 5% обычно обеспечивает достаточную свариваемость. Медьсодержащие сплавы с содержанием меди выше 4% трудно сваривать без образования трещин.
6. Проверьте наличие сплава и цепочку поставок. Выбор необычного сплава может дать незначительные преимущества в отношении свойств за счет более длительного времени выполнения заказа, более высокого минимального объема заказа и меньшего количества квалифицированных поставщиков. Марки A356.0, 380.0 и 319.0 можно приобрести практически на всех предприятиях по литью алюминия по всему миру. Более экзотические сплавы, такие как 201.0 или 771.0, требуют специализированных поставщиков.

Когда сомневаешься, A356.0-T6 при литье в постоянные формы является правильной отправной точкой для большинства применений конструкционного литья алюминия. . Сочетание литейных качеств, механических свойств, коррозионной стойкости и доступности поставщиков по всему миру не зря делает его эталонным сплавом в отрасли. Переходите на более специализированный сплав только в том случае, если A356.0-T6 явно не соответствует конкретным требованиям.