Aluminiul este unul dintre cele mai utilizate metale în turnarea investițiilor. În turnarea investițiilor (turnarea cu ceară pierdută), aluminiul și aliajele sale sunt utilizate pe scară largă în produsele aerospațiale, auto, electronice și consumatori, datorită greutății ușoare, conductivității termice ridicate, rezistenței la coroziune și a unei bune deșeuri.
Următoarea este o analiză detaliată a Suijin cu privire la caracteristicile cheie ale metalului din aluminiu în turnarea investițiilor, aliaje comune, puncte de proces și cazuri de aplicație:
I. Avantajele metalului din aluminiu în turnarea investițiilor
Ușor: metalul din aluminiu are o densitate scăzută (aproximativ 2,7 g\/cm³), care este potrivită pentru fabricarea pieselor ușoare (cum ar fi piese structurale de aviație, piese de motor auto).
Conductivitatea termică ridicată și conductivitatea electrică sunt utilizate în scenarii precum radiatoarele și carcasele electronice care necesită o conducere rapidă a căldurii.
Suprafața de aluminiu este ușor de format o peliculă de oxid densă (AL₂O₃), care are o rezistență bună la coroziunea atmosferică și chimică.
Fluiditate bună, contracție moderată (aproximativ 6-8%) și o performanță bună de turnare sunt potrivite pentru modelarea complexă a pieselor cu pereți subțiri.
Resturi de aluminiu poate fi reciclat și reutilizat 100%, în conformitate cu nevoile de dezvoltare durabilă.
Ii. Aliaje comune de aluminiu pentru turnarea investițiilor
Sistem de aluminiu-silicon (AL-Si): cea mai bună fluiditate, contracție scăzută (cum ar fi A356, A357).
Sistem de copper din aluminiu (al-cu): rezistență ridicată, dar o castanibilitate slabă (cum ar fi 2 0 1. 0, 204.0).
Sistem de aluminiu-magnesium (Al-MG): rezistență la coroziune puternică (cum ar fi 514. 0, 52 0. 0).
Sistem din aluminiu-zinc (al-Zn): întărirea naturală a îmbătrânirii (cum ar fi 713. 0).
Iii. Puncte cheie ale procesului de turnare a investițiilor din aluminiu
Topirea și turnarea
Controlul temperaturii: temperatura lichidului de aluminiu este de obicei 680-750 gradul pentru a evita incluziunea de supraîncălzire și oxidare.
Tratament de degazare: introduceți argon sau utilizați un degazser rotativ pentru a reduce porii de hidrogen (lichidul de aluminiu este ușor de absorbit hidrogen).
Viteza de turnare: Umplerea rapidă este necesară pentru a reduce riscul de rupere a filmului de oxid.
Design de mucegai și coajă
Material de coajă: Silice Sol sau aluminosilicat suspensie ceramică, stabilitate bună la temperatură ridicată (temperatură de sinterizare 900-1100 grad).
Grosimea shell-ului: părțile complexe necesită acoperire cu mai multe straturi ({5-8 straturi) pentru a asigura un echilibru între rezistență și permeabilitate.
Post-procesare
Tratament termic: Tratamentul T6 (soluție solidă + îmbătrânire artificială) îmbunătățește semnificativ rezistența (cum ar fi o rezistență 357- T6 până la 345 MPa).
Tratament la suprafață: anodizare, sablare sau electroplație pentru a îmbunătăți rezistența la uzură și estetica.
Iv. Provocări și soluții pentru castingul de investiții din aluminiu
1. Includeri de oxidare (defecte al₂o₃)
În timpul procesului de topire și turnare, lichidul de aluminiu reacționează cu ușurință cu oxigenul pentru a forma o peliculă de oxid de aluminiu (AL₂O₃), ceea ce duce la incluziuni în interiorul turnării, reducând proprietățile mecanice și calitatea suprafeței. Protecția cu gaze inerte este soluția sa. În timpul topirii, argonul sau azotul este introdus pentru a acoperi suprafața lichidului de aluminiu (cum ar fi utilizarea unui degasser rotativ + gaz mixt). Utilizați tehnologia de turnare în vid (grad de vid<10⁻² mbar) to completely isolate oxygen (such as aerospace precision castings). Add a NaCl-KCl composite flux layer to absorb oxides and form a protective barrier. Use a bottom pouring gate or a serpentine runner to reduce aluminum liquid turbulence (the probability of oxide film rupture is reduced by 50%).
2. contracție și contracție (defecte de contracție de solidificare)
Rata de contracție de solidificare a aliajului de aluminiu este relativ ridicată (6-8%), iar zonele de secțiune transversală groasă și mare sunt predispuse la golurile interne din cauza compensării insuficiente de contracție. Poziția Riser poate fi optimizată prin software de simulare (PROCAST\/MAGMAFT) pentru a se asigura că zona groasă de perete se solidifică ultima. Puneți fierul răcit cu grafit în zona fierbinte pentru a accelera răcirea locală (volumul de contracție este redus cu 40%). Acoperire răcită cu oxid de zirconiu pulverizată în interiorul cochiliei (rata de răcire este crescută de 2-3 ori). Adăugați urme de stronțiu (sr) sau titan (TI) pentru a rafina boabele (cum ar fi un 356+0. 02% sr, rata de contracție este redusă cu 30%).
3. fisuri termice (fisurarea tensiunii de solidificare)
Turnările complexe se răcesc inegal din cauza diferențelor de grosime a peretelui, iar tensiunea internă depășește rezistența la tracțiune a materialului. Soluția lui Suijin este de a selecta aliaje cu stres scăzut și de a utiliza aliaje al-Si (cum ar fi A357). Un conținut de siliciu de 7% poate îmbunătăți rezistența la fisură. Temperatura de preîncălzire a cochiliei este crescută de la 200 la 450 de grade pentru a reduce gradientul de răcire (rata fisurii este redusă cu 60%). Optimizați structura, designul colțului rotund (R mai mare sau egal cu 3mm) pentru a evita concentrația de tensiune, iar panta zonei de tranziție subțiri subțiri este mai mică sau egală cu 15 grade. După ce turnarea este coajă, aplicați 20-50 vibrații mecanice Hz pentru a elibera stresul rezidual (riscul de fisură este redus cu 70%).
4. Roughitatea suprafeței și precizia dimensională
The inner surface defects of the ceramic shell (such as slurry bubbles) are transmitted to the casting, affecting the accuracy (Ra>6,3 μm). Suijin recomandă prepararea cochiliei de înaltă precizie, folosind nano-scară de silice sol (dimensiunea particulelor<50nm) slurry, and the shell surface finish Ra<1.6μm. Using 3D printed ceramic shells (such as ExOne S-Max Flex), the resolution reaches 140μm and the dimensional error is ±0.1mm. Electrolytic polishing of castings (voltage 12V, time 5min), Ra can be reduced from 6.3μm to 0.8μm.
5. Structurile complexe cu pereți subțiri sunt dificil de format
Deși aliajele din aluminiu au o fluiditate bună, acestea sunt predispuse la umplerea incompletă sau la închiderea rece atunci când grosimea peretelui este<1mm. Low-pressure/vacuum assisted pouring is required, and the pressure is controlled at 0.5-1.2 bar, and the filling speed is increased by 30% (suitable for thin-walled parts of drone frames). Optimize the permeability of the shell, add 30% mullite fiber to the ceramic slurry, and the permeability is increased from 15 cm³/(min·cm²) to 45 cm³/(min·cm²). Ultra-fine treatment of alloys, so that electromagnetic stirring + ultrasonic vibration can jointly refine the grains (grain size is reduced from 200μm to 50μm), and the fluidity is increased by 25%.
V. Tendințe viitoare
Dezvoltarea aliajelor ușoare de înaltă rezistență
Materiale compozite pe bază de aluminiu îmbunătățite cu nano (cum ar fi al-SIC) pentru a îmbunătăți rezistența la uzură și performanța la temperaturi ridicate.
Optimizarea proceselor digitale
Simularea de turnare bazată pe AI prezice contracția și optimizează automat sistemul de turnare.
Tehnologie verde de turnare
Mucegaiul de coajă ceramică cu liant pe bază de bio reduce emisiile de carbon din prăjire.
Metalul din aluminiu a devenit un material de bază pentru fabricarea de înaltă calitate în turnarea investițiilor, datorită greutății sale ușoare, a conductivității termice ridicate și a performanței excelente de turnare. Prin optimizarea aliajelor (cum ar fi ALSI10MG), inovația procesului (turnarea în vid) și consolidarea post-procesare (tratament termic T6), piesele turnate de aluminiu pot îndeplini cerințele stricte ale aerospațialului, automobilelor și ale altor câmpuri. În viitor, odată cu integrarea de noi materiale și tehnologii digitale, turnarea investițiilor din aluminiu va îmbunătăți în continuare eficiența și durabilitatea.