Gids voor aluminium gietmateriaal: legeringen, eigenschappen en selectie van spuitgieten

De tekening belandt op je bureau met niets anders dan "aluminium gietmateriaal" geschreven in het materiaalblok. Die zinsnede is geen specificatie; het is een categorie met heel verschillende vertakkingen. Het compacte antwoord voor de meeste kopers is dit: voor hogedrukspuitgieten zal ADC12 of A380 de meeste behuizings-, beugel- en dekseltoepassingen oplossen. Voor structurele onderdelen die na het lassen moeten buigen, schokken moeten absorberen of lasten moeten dragen, is A356 het veiligere startpunt. De reden is niet de merkvoorkeur. Het gaat om de manier waarop elke legering zich gedraagt ​​bij snelle stolling, hoeveel ductiliteit ze kan leveren en wat het kost om het oppervlak daarna te bewerken en te bewerken. In deze gids worden de legeringen, de selectielogica en de fouten besproken die optreden wanneer het materiaal vóór het proces wordt gekozen.

Wat is aluminium gietmateriaal?

Zuiver aluminium is geen praktisch gietmateriaal. Het heeft een lage vloeibaarheid, het oxideert snel en de gegoten sterkte is te laag voor de meeste technische onderdelen. Gietlegeringen worden daarom opgebouwd uit aluminium plus bewuste toevoegingen die het smeltgedrag en de uiteindelijke mechanische eigenschappen veranderen.

Silicium is de dominante toevoeging. Een aluminiumlegering met 7–12% silicium vloeit gemakkelijk in dunne delen, krimpt minder tijdens het stollen en is bestand tegen heet scheuren. Koper voegt kracht toe als gegoten en zorgt ervoor dat het materiaal netjes wordt gesneden bij CNC-bewerking. Magnesium zorgt voor verouderingsharding en verbetert de corrosieweerstand in combinatie met een goede warmtebehandeling. IJzer wordt in spuitgietlegeringen tussen de 0,8 en 1,2% gehouden omdat het het solderen aan het matrijsoppervlak onderdrukt, hoewel een hoog ijzergehalte broze naalden vormt die de rek verminderen.

Het is ook de moeite waard om te weten dat de term zowel primaire legeringen omvat, die beginnen met smeltgietblokken, als secundaire legeringen, die afkomstig zijn van gerecycled aluminium. ADC12, het meest gespecificeerde gietmateriaal in Aziatische spuitgietfabrieken, is doorgaans een secundaire legering. Dat is de normale praktijk; de samenstelling wordt gecontroleerd tot een gepubliceerd bereik en de onzuiverheden worden beheerd om te voldoen aan JIS H5302, ASTM B85 of klantspecifieke limieten.

Belangrijkste families van aluminiumgietlegeringen

Elk aluminium gietmateriaal behoort tot een van de vier praktijkfamilies. Zodra u herkent welke familie uw onderdeel nodig heeft, wordt de keuze van de legering veel eenvoudiger.

Al-Si-Cu-legeringen: ADC12, A380, A383

Dit zijn de werkpaarden van hogedrukspuitgieten. Silicium ligt tussen 8% en 12%, terwijl koper tussen 1,5% en 3,5% blijft. Koper verhoogt de gegoten sterkte en verbetert de bewerking. A383 brengt silicium omhoog en verlaagt het koper iets om het solderen van matrijzen te verminderen, wat handig is voor matrijzen met lange, dunne kernen. Als u grote volumes behuizingen, beugels, deksels of oliepomphuizen maakt, is deze familie de standaard.

Al-Si-Mg-legeringen: A356, A357

Wanneer het voltooide onderdeel moet buigen, impactenergie moet absorberen of moet worden gelast, zijn A356 en A357 meestal beter dan ADC12. Ze bevatten ongeveer 7% silicium en 0,3–0,7% magnesium. In de T6-conditie is hun vloeigrens vergelijkbaar met die van ADC12, terwijl de rek aanzienlijk hoger is. Deze legeringen gieten goed bij lagere druk en worden gebruikt bij lagedruk- en zwaartekrachtgietwerk voor wielen, structurele chassisonderdelen en ascomponenten.

Al-Mg-legeringen: A514, NL AC-AlMg5Si

Waar corrosiebestendigheid en een helder geanodiseerd oppervlak van belang zijn, vallen Al-Mg-legeringen op. Een magnesiumgehalte van ongeveer 5% zorgt voor een uitstekende weerstand tegen zeewater en milde chemicaliën. Hun vloeibaarheid is echter lager en de smelt oxideert gemakkelijker, waardoor ze veeleisender zijn in de gieterij. Gebruik ze voor maritieme hardware, voedselapparatuur en decoratieve behuizingen.

Hypereutectische Al-Si-legeringen: A390

Met meer dan 15% silicium bieden primaire siliciumdeeltjes uitstekende slijtvastheid en een lage thermische uitzettingscoëfficiënt. A390 komt veel voor in motorblokken en compressorcilinders. Het is moeilijker te bewerken en vereist speciaal gereedschap; specificeer dit niet, tenzij slijtvastheid de doorslaggevende factor is.

Vergelijking van gebruikelijke aluminium gietmaterialen

De onderstaande tabel geeft een overzicht van de typische aluminium gietmaterialen die worden gebruikt voor hogedruk-, lagedruk- en zwaartekrachtgieten. Waarden vertegenwoordigen afzonderlijk gegoten teststaven; De werkelijke eigenschappen van een productiegietstuk zijn afhankelijk van de wanddikte, de koelsnelheid en de warmtebehandeling. Bronnen: JIS H5302, ASTM B85 en typische gegevensbladen van legeringenleveranciers.

Hoe u het juiste aluminium gietmateriaal kiest

Begin met de serviceconditie en werk dan achteruit. Deze volgorde voorkomt de meest voorkomende fout: eerst een goedkope legering kiezen en later ontdekken dat deze een vermoeiings- of druktest niet kan doorstaan.

1. Bepaal eerst het gietproces. Dunne wanden, hoog volume en nauwe toleranties wijzen op hogedrukspuitgieten en Al-Si-Cu-legeringen. Grote of structurele onderdelen wijzen op lagedruk- of zwaartekrachtgietwerk en Al-Si-Mg-legeringen.
2. Definieer rek- en impactvereisten. Als rek van meer dan 5% nodig is, zullen standaard HPDC-legeringen zoals ADC12 het moeilijk hebben. A356-T6 of ductiele HPDC-kwaliteiten zijn betere keuzes.
3. Controleer de drukdichtheid. Oliecarters, kleplichamen en hydraulische spruitstukken hebben siliciumrijk materiaal met een gecontroleerd gasgehalte nodig. A413 en lagedruk A356 zijn populair voor die gevallen.
4. Houd rekening met de bedrijfstemperatuur. Voor onderdelen in de buurt van motorblokken of in elektrische systemen kunnen thermische geleidbaarheid en kruipsterkte belangrijker zijn dan statische vloeigrens.
5. Kijk naar de oppervlakteafwerkingsroute. Voor anodiseren zijn een laag koper- en een laag zinkgehalte van groot belang. ADC12 anodiseert donkerder en minder gelijkmatig dan Al-Mg-legeringen.
6. Schatting van de bewerkingskosten. Koperhoudende legeringen worden tot korte spanen bewerkt en houden de toleranties goed vast. Hypereutectische legeringen vernietigen standaardgereedschappen en vereisen speciale inzetstukken.

Als vuistregel:

• Eenvoudige dunwandige behuizing, hoog volume: ADC12 of A380.
• Structurele beugel die wordt gelast of gebogen: A356.
• Drukdicht vat of oliedichte behuizing: A413 of lagedruk A356.
• Slijtvlak onder een zuiger of cilinder: A390.

Hogedrukspuitgieten versus lagedrukgietmaterialen

Hetzelfde aluminium gietmateriaal is zelden optimaal voor zowel hogedrukspuitgieten als lagedrukspuitgieten. HPDC vult de matrijs in milliseconden onder hoge druk, waardoor je muren van 1,5–3 mm kunt gieten, maar ook lucht kunt vasthouden. Standaard HPDC-legeringen zoals ADC12 leveren daarom slechts 1–4% rek op, omdat de interne porositeit de ductiliteit beperkt. Lagedrukgieten vult langzamer, stolling wordt gevoed vanuit een stijgbuis en het gietstuk is dichter genoeg om T6-warmtebehandeling te accepteren.

• HPDC geschikt voor complexe vormen, dunne wanden en hoge productiesnelheden. ADC12, A380 en vacuümgeassisteerde ductiele kwaliteiten vormen het standaardmateriaalassortiment.
• LPDC produceert dichtere, lasbare, warmtebehandelbare onderdelen met een hogere ductiliteit. A356 en A357 zijn de typische startpunten.
• Zwaartekrachtgieten met permanente mal zit tussen de twee in en past bij eenvoudige vormen waarvoor T6-eigenschappen vereist zijn.

Begrijpen hoe het proces het materiaalgedrag verandert, is essentieel. Een fabrikant die beide routes beheert, zoals een fabriek met HPDC- en LPDC-lijnen, kan de legering afstemmen op het onderdeel in plaats van het onderdeel in één proces te dwingen. Voor achtergrondinformatie over het basisproces, zie dit technisch overzicht van aluminium spuitgieten .

Gedrag van aluminium gietmateriaal bij machinale bewerking en oppervlaktebehandeling

Het gieten stopt niet bij de gieterij. De meeste spuitgietstukken gaan naar CNC-bewerking en oppervlaktebehandeling, en het materiaal bepaalt hoe gemakkelijk dat is.

• Bewerkbaarheid: Al-Si-Cu-legeringen geven korte gebroken spanen en een uitstekende oppervlakteafwerking onder standaard hardmetalen gereedschappen. Legeringen met een hoge ductiliteit produceren lange, draderige spanen en zijn moeilijker te verdragen. Hypereutectische legeringen slijten gereedschappen snel en vereisen mogelijk polykristallijne diamantinzetstukken.
• Anodiseren: Voor een heldere, helder geanodiseerde afwerking moet u een hoog koper- en zinkgehalte vermijden. Al-Mg-legeringen produceren de schoonste films.
• Thermische geleidbaarheid: Voor LED-koellichamen en EV-koelplaten is thermische geleidbaarheid een belangrijke selectiefactor. Zuiver aluminium heeft een vermogen van bijna 230 W/m·K; ADC12 is ongeveer 96 W/m·K; A356-T6 is ongeveer 151 W/m·K.

Industrietoepassingen en praktijkvoorbeelden

Omdat de legering de prestaties bepaalt, bepaalt de toepassing het materiaal. In onze eigen productie geldt dezelfde regel in elke sector die we bedienen, van auto-motoronderdelen tot landbouwversnellingsbakken.

• Motoronderdelen voor auto's: cilinderkopdeksels, oliepomplichamen, waterpomphuizen, lagerstoelen. De meeste zijn gemaakt van ADC12 of A380 vanwege de kosten, bewerkbaarheid en drukdichtheid.

Aluminium auto-motorcilinderonderdelen voor hoge prestaties Deze motorcilinderonderdelen zijn vervaardigd uit gegoten aluminium en leveren sterkte en warmteafvoer voor automobieltoepassingen. Combineer ze met het hierboven besproken materiaalselectieprincipe om uw eigen gebruiksscenario te evalueren. Bekijk Product →

• Transmissie- en versnellingsbakhuizen: deze hebben stijfheid, maatvastheid en oliedichtheid nodig. Afhankelijk van het belastingsgeval worden beide ADC12 met gecontroleerde porositeit of A356 bij lagedrukgieten gebruikt.

Aluminium gegoten versnellingsbakbehuizing voor duurzaamheid Deze versnellingsbakbehuizing maakt gebruik van gegoten aluminium om het gewicht te verminderen en tegelijkertijd de structurele integriteit te behouden. Ideaal voor degenen die werproutes vergelijken, zoals benadrukt in de volgende technische opmerking. Bekijk Product →

• Hydraulische kleppen en pneumatische componenten: drukdichtheid en een goede bewerking staan voorop. Al-Si-Cu-legeringen met een hoog siliciumgehalte zijn gebruikelijk, terwijl lagedruk A356 wordt gebruikt voor dichtere kleplichamen.

Aluminium spuitgieten hydraulische klep voor precisie Een nauwkeurig hydraulisch ventiel geproduceerd via aluminium spuitgieten, dat een betrouwbare vloeistofregeling biedt. In de omringende paragrafen wordt de nadruk gelegd op door legering aangedreven prestaties, waardoor dit een relevant voorbeeld is voor uw beoordeling. Bekijk Product →

• Motorcarters en transmissiekasten: dunne wanden gecombineerd met trillingsbelastingen; ADC12 of A383 is typisch.
• Landbouw versnellingsbakken: versnellingsbakken van micro-freesmachines en onderdelen van rijstzaaimachines worden blootgesteld aan schokken en vuil; ductiliteit en corrosieweerstand zijn belangrijk.
• Nieuwe warmtedissipatiesubstraten voor energievoertuigen: gecontroleerde koper- en ijzerniveaus helpen de geleidbaarheid en vlakheid.
• Smart home en medische accessoires: oppervlaktekwaliteit en dimensionale herhaalbaarheid bepalen de legeringskeuze.

Voor kopers die afwegen of deze route geschikt is, kan de voordelen van aluminium spuitgieten zijn samengevat in een afzonderlijke technische nota.

Normen en specificatie-equivalenten

Een giettekening specificeert vaak één legering met JIS-nummer en een andere met ASTM- of EN AC-aanduiding. Door kruisverwijzingen te kunnen maken, worden dure fouten bij aanbestedingen vermeden. De onderstaande tabel geeft nauwe functionele equivalenten voor de gebruikelijke kwaliteiten.

Veel voorkomende gietfouten die verband houden met materiaalkeuze

De materiaalkeuze bepaalt hoeveel van deze defecten in een gietstuk zullen verschijnen. Dit is de reden waarom een ​​materiaalbeoordeling moet plaatsvinden voordat het gereedschap wordt gesneden, en niet nadat het eerste monster terugkomt.

• Gasporositeit: veroorzaakt door opgeloste waterstof en ingesloten lucht. Hogere siliciumlegeringen verminderen de krimpporositeit, maar de gasporositeit blijft bestaan; vacuümondersteuning of een lagere vulsnelheid is de oplossing voor het proces.
• Krimpporositeit: verschijnt in de laatste secties om te stollen. Koperhoudende legeringen hebben een langer vriesbereik, waardoor krimp moeilijker te voeden is. Een A356 met een goed voedingsontwerp is vergevingsgezinder.
• Matrijs solderen: het gietstuk blijft aan het matrijsoppervlak plakken. IJzer boven de 0,8% wordt opzettelijk in spuitgietlegeringen gehouden om dit probleem te verminderen, hoewel een teveel aan ijzer brosse fasen veroorzaakt.
• Koude afsluitingen: slechte materiaalstroom en oxidefilms. Legeringen met een hoog siliciumgehalte verminderen het risico omdat ze langer vloeibaar blijven; hogere matrijstemperatuur helpt ook.
• Oxide-insluitsels: komt vaker voor bij Al-Mg-legeringen waar magnesium gemakkelijk oxideert bij smelttemperatuur. Zorgvuldige verwerking en filtratie van de smelt zijn essentieel.

Kosten- en aanschafoverwegingen voor aluminium gietmateriaal

De legeringsprijs is slechts een deel van de werkelijke kosten. Bewerking, uitval, procesopbrengst en herbewerking zijn doorgaans belangrijker in een productieprogramma.

• Legering prijs: ADC12 is de goedkoopste gebruikelijke keuze. A356 kost meer, en A390 of speciale ductiele HPDC-kwaliteiten kosten aanzienlijk meer.
• Secundaire bewerking: koperhoudende legeringen worden tot korte spanen bewerkt, waardoor de cyclustijd en gereedschapslijtage worden verminderd. Hypereutectische legeringen vereisen hoogwaardige gereedschappen.
• Schrootcontrole: interne opbrengsten uit spuitgieten moeten in gecontroleerde verhoudingen opnieuw worden gesmolten; te veel gerecycled schroot verhoogt het ijzergehalte.
• Leveranciersintegratie: een fabrikant met eigen matrijzen, spuitgieten en CNC-bewerkingen kan materiaalgerelateerde problemen sneller oplossen. Als dezelfde fabriek zowel hogedruk- als lagedrukgietwerk uitvoert, kan het materiaal op het onderdeel worden afgestemd in plaats van het onderdeel in één proces te dwingen.
• Consistentie: voor onderdelen met een groot volume, bevestig dat de leverancier het samenstellingsbereik handhaaft en de mechanische eigenschappen regelmatig controleert.

Veelgestelde vragen over aluminium gietmateriaal

Wat is het meest voorkomende aluminium gietmateriaal?

ADC12 in het JIS-systeem en A380 in het ASTM-systeem zijn de meest voorkomende hogedrukspuitgietmaterialen. Beide behoren tot de Al-Si-Cu-familie en omvatten een breed scala aan behuizingen, beugels en structurele afdekkingen.

Wat is het verschil tussen ADC12 en A356?

ADC12 is geoptimaliseerd voor spuitgieten onder hoge druk: het vult dunne wanden, is bestand tegen matrijssolderen en is goed machinaal te bewerken, maar heeft een beperkte ductiliteit. A356 is een Al-Si-Mg-legering die een warmtebehandeling kan ondergaan tot T6, waardoor een veel hogere rek en betere lasbaarheid ontstaat.

Kunnen aluminium spuitgietstukken een warmtebehandeling ondergaan?

Standaard hogedrukgietstukken bevatten ingesloten gas, dus een T6-hittebehandeling kan blaren en vervormde oppervlakken veroorzaken. Als warmtebehandeling vereist is, kies dan voor lagedrukgieten met A356, of gebruik vacuümondersteunde HPDC met een speciale ductiele legering.

Welk aluminium gietmateriaal is het beste voor dunne wanden?

Legeringen met silicium van bijna 12%, zoals A413 of ADC12, hebben de beste vloeibaarheid. Een wanddikte van minder dan 1,5 mm vereist nog steeds zorgvuldige procescontrole, inclusief matrijstemperatuur, injectiesnelheid en ontluchting.

Waarom wordt koper toegevoegd aan aluminiumgietlegeringen?

Koper verhoogt de sterkte als gegoten en verbetert de bewerkbaarheid, maar vermindert de corrosieweerstand. Koperhoudende legeringen mogen niet worden gekozen voor maritieme of zwaar chemische omgevingen, tenzij ze worden beschermd door een coating.

Welke legering geeft het beste geanodiseerde oppervlak?

Al-Mg-legeringen zoals A514 anodiseren met een heldere, heldere afwerking. ADC12 met hoog kopergehalte anodiseert donkerder en met minder consistentie. Als decoratief anodiseren deel uitmaakt van de specificatie, controleer dan de legering voordat u met het bewerken begint.

Het juiste aluminium gietmateriaal is niet het materiaal met het hoogste getal in een datasheet. Het is degene die past bij het proces en de serviceconditie. Begin met de wanddikte en het productievolume, stel vervolgens de mechanische eisen in en vergelijk tenslotte de legeringen met de totale kosten. Als u een tekening heeft en een directe aanbeveling nodig heeft, is de snelste route om deze te bespreken met een gieterijfabrikant die zowel hogedruk- als lagedrukleidingen beheert.