อลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับการหล่อการลงทุน

ภาพรวมของการหล่อแบบลงทุน

เมื่อมีการใช้ขี้ผึ้งเพื่อสร้างรูปแบบ การหล่อแบบหลอมเหลวจะเรียกอีกอย่างว่า "การหล่อแบบหลอมเหลว" การหล่อแบบหลอมเหลวมักหมายถึงรูปแบบการหล่อที่ทำรูปร่างจากวัสดุหลอมเหลว พื้นผิวของรูปร่างจะถูกเคลือบด้วยวัสดุทนไฟหลายชั้นเพื่อสร้างเปลือกแม่พิมพ์ จากนั้นจึงหลอมแม่พิมพ์ออกจากเปลือกแม่พิมพ์เพื่อให้ได้แม่พิมพ์ที่ไม่มีพื้นผิวแยก ซึ่งสามารถเติมทรายและเทหลังจากการคั่วที่อุณหภูมิสูง การหล่อแบบหลอมเหลวมักเรียกว่า "การหล่อแบบหลอมเหลว" เนื่องจากมีการใช้สารขี้ผึ้งอย่างกว้างขวางในการผลิตรูปแบบ
ประเภทของโลหะผสมที่ผลิตจากการหล่อแบบลงทุน ได้แก่ เหล็กกล้าคาร์บอน โลหะผสมเหล็ก โลหะผสมทนความร้อน เหล็กกล้าไร้สนิม โลหะผสมที่มีความแม่นยำ โลหะผสมแม่เหล็กถาวร โลหะผสมสำหรับตลับลูกปืน โลหะผสมทองแดง โลหะผสมอลูมิเนียม โลหะผสมไททาเนียม และเหล็กหล่อเป็นก้อน ฯลฯ
โดยทั่วไป รูปร่างของการหล่อแบบลงทุนนั้นค่อนข้างซับซ้อน เส้นผ่านศูนย์กลางขั้นต่ำของรูหล่อสามารถถึง 0.5 มม. และความหนาของผนังขั้นต่ำของการหล่อคือ 0.3 มม. ในการผลิต ชิ้นส่วนบางส่วนที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนหลายชิ้นในตอนแรกสามารถออกแบบให้เป็นชิ้นส่วนทั้งหมดและหล่อโดยตรงด้วยการหล่อแบบลงทุนโดยการเปลี่ยนโครงสร้างของชิ้นส่วน เพื่อประหยัดเวลาในการประมวลผลและการใช้โลหะ ทำให้โครงสร้างของชิ้นส่วนมีความสมเหตุสมผลมากขึ้น

กระบวนการหล่อโลหะผสมอลูมิเนียม

การหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมหมายถึงโปรไฟล์โลหะผสมอลูมิเนียมซึ่งสามารถรับชิ้นส่วนได้ทันทีโดยกระบวนการหล่อขึ้นรูปวัสดุโลหะ องค์ประกอบของโลหะผสมในการหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมโดยทั่วไปจะเกินองค์ประกอบของโปรไฟล์โลหะผสมอลูมิเนียมที่ผิดรูปที่เกี่ยวข้อง การหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมเป็นวัสดุโลหะแบบดั้งเดิม เนื่องจากมีความหนาแน่นค่อนข้างน้อย มีลักษณะความแข็งแรงสูง ใช้กันอย่างแพร่หลายในบริษัทการบิน อวกาศ ยานยนต์ อุปกรณ์เครื่องกล และสาขาอื่นๆ

คุณสมบัติของโลหะผสมอลูมิเนียม

โลหะผสมอลูมิเนียมทำมาจากแท่งอลูมิเนียมเป็นวัตถุดิบ โดยเพิ่มองค์ประกอบบางอย่าง เช่น ทองแดง ซิลิกอน แมกนีเซียม สังกะสี แมงกานีส และวัสดุเสริมอื่นๆ ผ่านกระบวนการที่ซับซ้อนหลายชุด ถือเป็นวัสดุโครงสร้างที่ไม่ใช่เหล็กที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในอุตสาหกรรม โดยนิยมใช้ในอุตสาหกรรมการบิน อวกาศ ยานยนต์ การผลิตเครื่องจักรกล และอุตสาหกรรมเคมี ปัจจุบัน โลหะผสมอลูมิเนียมถือเป็นโลหะผสมที่อเนกประสงค์และทนทานที่สุด
คุณสมบัติของโลหะผสมอลูมิเนียม:
1. ความหนาแน่นต่ำ
2. ความเข้มสูง
3. การนำความร้อนและการนำความร้อนได้ดี
4 ความต้านทานการกัดกร่อน
5. ง่ายต่อการดำเนินการ

ประเภทของอลูมิเนียมที่ใช้ในการหล่อโลหะ

1. โลหะผสมอลูมิเนียมซิลิกอน หรือที่เรียกว่า "ซิลิคอนอลูมิเนียมเอมีน" หรือ "ซิลิคอนอลูมิเนียมเอมีน" มีประสิทธิภาพการหล่อที่ดีและคุณสมบัติที่ทนทานต่อการสึกหรอได้ดี และค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนค่อนข้างเล็ก ในบรรดาโลหะผสมอลูมิเนียมหล่อ โลหะผสมอลูมิเนียมซิลิกอนมีหลากหลายชนิดมากที่สุด โดยมีปริมาณโลหะผสมมากที่สุด โดยมีปริมาณซิลิกอนอยู่ที่ 4% ~ 13% บางครั้งอาจเพิ่มแมกนีเซียมซิลิกอนอลูมิเนียมอัลลอยด์ 0.2% ~ 0.6% ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วนโครงสร้าง โลหะผสมดังกล่าวใช้กันอย่างแพร่หลายในชิ้นส่วน เช่น ลูกสูบ
2. โลหะผสมอลูมิเนียม-ทองแดง โลหะผสมที่มีปริมาณทองแดง 4.5% ~ 5.3% มีผลในการเสริมความแข็งแรงที่ดีที่สุด การเติมแมงกานีสและไททาเนียมอย่างเหมาะสมสามารถปรับปรุงความแข็งแรงและประสิทธิภาพการหล่อได้อย่างมากที่อุณหภูมิห้องและอุณหภูมิสูง ส่วนใหญ่ใช้ในการทำการหล่อทรายที่รับน้ำหนักแบบไดนามิกและสถิตย์ขนาดใหญ่ และรูปร่างไม่ซับซ้อน
3. โลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียม โลหะผสมอลูมิเนียมหล่อที่มีความหนาแน่นต่ำสุด (2.55g/cm3) และความแข็งแรงสูงสุด (ประมาณ 355MPa) ซึ่งประกอบด้วยแมกนีเซียม 12% มีผลในการเสริมความแข็งแรงที่ดีที่สุด โลหะผสมนี้มีความต้านทานการกัดกร่อนในบรรยากาศและน้ำทะเลได้ดี และมีคุณสมบัติทางกลและความสามารถในการแปรรูปที่ดีที่อุณหภูมิห้อง
4. โลหะผสมสังกะสีอลูมิเนียม เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ มักเพิ่มซิลิกอน แมกนีเซียม หรือที่เรียกกันว่า "อลูมิเนียมสังกะสีซิลิคอนหมิง" ภายใต้เงื่อนไขการหล่อ โลหะผสมมีผลการดับ นั่นคือ "ดับเอง" สามารถใช้ได้โดยไม่ต้องผ่านการอบด้วยความร้อน สำหรับการอบด้วยความร้อนแบบแปรสภาพ การหล่อจะมีความแข็งแรงสูง

โลหะผสมในการหล่ออลูมิเนียมมีอะไรบ้าง?

วัสดุโลหะผสมอลูมิเนียมในการหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมแบ่งออกเป็น 3 ประเภทหลักๆ ได้แก่ โลหะผสมอลูมิเนียมซิลิกอน โลหะผสมอลูมิเนียมซิลิกอนทองแดง และโลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียม
1. โลหะผสม Al-Si: ส่วนใหญ่ประกอบด้วย YL102 (ADC1, A413.0 เป็นต้น), YL104 (ADC3, A360)
2. โลหะผสมอลูมิเนียมซิลิกอนทองแดง: ส่วนใหญ่ประกอบด้วย YL112 (A380, ADC10 เป็นต้น), YL113 (3830), YL117 (B390, ADC14), ADC12 เป็นต้น
3. โลหะผสมอลูมิเนียมแมกนีเซียม: ส่วนใหญ่ประกอบด้วย 302 (5180, ADC5,) ADC6 เป็นต้น

คุณสมบัติของการหล่อโลหะผสมอลูมิเนียม

การหล่อโลหะผสมอะลูมิเนียมเป็นกระบวนการอเนกประสงค์ที่ให้ประโยชน์เพิ่มเติมมากมาย ได้แก่:
1. อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง
2. มีเสถียรภาพทางเคมีดีเยี่ยม
3. ทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม
4. ทนทานต่ออุณหภูมิสูง
5. นำความร้อนและไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม
6. ผิวเรียบและหล่อขึ้นรูป

ความแตกต่างระหว่างการหล่อสแตนเลสและการหล่อโลหะผสมอลูมิเนียม

ความแตกต่างที่สำคัญบางประการระหว่างชิ้นส่วนอลูมิเนียมหล่อกับชิ้นส่วนสแตนเลสหล่อที่ส่งผลต่อการเลือกโลหะผสมสำหรับชิ้นส่วนอุตสาหกรรมมีดังนี้
1. ความสามารถในการแปรรูป อลูมิเนียมมีความเหนียวและขึ้นรูปได้ง่ายกว่าสแตนเลส
2. การเชื่อม สแตนเลสเชื่อมได้ง่ายกว่าอลูมิเนียม
3. ความแข็งแรงและน้ำหนัก แม้ว่าอลูมิเนียมจะไม่แข็งแรงเท่าสแตนเลส แต่ก็มีน้ำหนักประมาณหนึ่งในสาม ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีในสถานการณ์ที่อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักมีความสำคัญ
4. การนำไฟฟ้า อลูมิเนียมเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมาก ในขณะที่สแตนเลสเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ไม่ดี
5. ทนความร้อน อลูมิเนียมจะอ่อนตัวเมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 400 องศาฟาเรนไฮต์ ในขณะที่สแตนเลสสามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงกว่าได้
6. ต้นทุน อะลูมิเนียมมักจะมีราคาถูกกว่าสแตนเลส

ข้อดีของการเลือกหล่ออลูมิเนียม

การหล่ออลูมิเนียมแบบลงทุนเป็นเทคโนโลยีการหล่อแบบตัดน้อยหรือไม่ต้องตัดเลย ถือเป็นเทคโนโลยีที่ยอดเยี่ยมในอุตสาหกรรมการหล่อ มีการใช้งานที่กว้างขวางมาก ไม่เพียงแต่เหมาะสำหรับการหล่อโลหะผสมหลายประเภทเท่านั้น แต่ความแม่นยำของขนาดและคุณภาพพื้นผิวของชิ้นส่วนอลูมิเนียมหล่อที่ผลิตได้ยังสูงกว่าวิธีการหล่อแบบอื่นอีกด้วย แม้แต่ชิ้นส่วนอลูมิเนียมหล่อที่ซับซ้อน ทนต่ออุณหภูมิสูง และไม่ง่ายต่อการแปรรูป ซึ่งยากต่อการหล่อด้วยวิธีการหล่อแบบอื่น ก็สามารถหล่อได้ด้วยการหล่อแบบลงทุนที่มีความแม่นยำ
ข้อดีที่ใหญ่ที่สุดของการหล่ออลูมิเนียมแบบลงทุนคือเนื่องจากการหล่อแบบลงทุนมีความแม่นยำของมิติและการตกแต่งพื้นผิวสูงมาก จึงสามารถลดการประมวลผลทางกลได้ โดยชิ้นส่วนที่มีข้อกำหนดสูงกว่าสามารถเหลือค่าเผื่อการประมวลผลได้เพียงเล็กน้อย แม้แต่ชิ้นส่วนอลูมิเนียมหล่อบางชิ้นก็เหลือค่าเผื่อสำหรับการเจียรและขัดเงาเท่านั้น และสามารถใช้ได้โดยไม่ต้องมีการประมวลผลทางกล จะเห็นได้ว่าวิธีการหล่ออลูมิเนียมแบบลงทุนสามารถประหยัดเครื่องมือเครื่องจักรและชั่วโมงการประมวลผลได้มาก และช่วยประหยัดวัตถุดิบโลหะได้มาก
ข้อดีอีกประการของวิธีการหล่ออลูมิเนียมแบบลงทุนคือสามารถหล่อชิ้นงานที่ซับซ้อนได้หลากหลาย โดยเฉพาะชิ้นงานหล่อโลหะผสมพิเศษ ตัวอย่างเช่น ใบพัดของเครื่องยนต์เจ็ท โครงร่างเพรียวลม และช่องระบายความร้อนนั้นแทบจะสร้างไม่ได้ด้วยเทคโนโลยีการกลึง การใช้กระบวนการหล่ออลูมิเนียมแบบลงทุนไม่เพียงแต่ทำให้ผลิตได้จำนวนมาก รับประกันความสม่ำเสมอของการหล่อ แต่ยังหลีกเลี่ยงการรวมตัวของความเค้นของใบมีดที่เหลือหลังการกลึงอีกด้วย

ข้อเสียของการเลือกหล่อแบบอลูมิเนียม

1. การรวมตัวของตะกรันออกซิไดซ์
ลักษณะข้อบกพร่อง: ตะกรันออกไซด์กระจายตัวส่วนใหญ่บนพื้นผิวด้านบนของชิ้นงานหล่อ ในมุมของช่องระบายอากาศของแม่พิมพ์หล่อ รอยแตกร้าวส่วนใหญ่เป็นสีขาวเทาหรือสีเหลือง ซึ่งพบได้จากมุมมองเอ็กซ์เรย์หรือในการประมวลผลทางกล และยังพบได้ในการล้างด้วยด่าง การดอง หรือการชุบอะโนไดซ์
2. รูพรุนและฟองอากาศ
ลักษณะข้อบกพร่อง: รูพรุนในผนังของชิ้นงานหล่อทั้งสามชิ้นโดยทั่วไปมีลักษณะกลมหรือรี มีพื้นผิวเรียบ โดยทั่วไปเป็นผิวออกไซด์มันเงา บางครั้งมีสีเหลืองน้ำมัน
3. หดหลวม
ลักษณะข้อบกพร่อง: การหดตัวของชิ้นงานหล่ออลูมิเนียมโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่ความหนาของโคนของท่อส่งลมใกล้กับรางด้านใน ที่จุดเปลี่ยนความหนาของผนัง และที่ผนังบางที่มีพื้นผิวเรียบขนาดใหญ่ รอยแตกจะเป็นสีเทาในขั้นตอนการหล่อ สีเหลืองซีดหลังจากการอบด้วยความร้อน สีเหลืองซีดหรือสีเทาดำ ฟิล์มเอกซเรย์มีรูปร่างขุ่นมัว สามารถตรวจพบการหดตัวของเส้นใยที่รุนแรงได้โดยใช้เอกซเรย์ การแตกของฟลูออเรสเซนต์ และวิธีการตรวจสอบอื่นๆ
4. รอยแตก
สาเหตุ: การออกแบบโครงสร้างของการหล่อไม่เหมาะสม มีมุมแหลม ความหนาของผนังกว้างเกินไป แม่พิมพ์ทรายไม่ดี และแม่พิมพ์หล่อมีความร้อนสูงเกินไปในบริเวณนั้น

การหล่อโลหะผสมอะลูมิเนียมใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบิน

โลหะผสมอลูมิเนียมมีข้อดีหลายประการ เช่น ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงจำเพาะสูง ทนต่อการกัดกร่อนและขึ้นรูปได้ดี ต้นทุนต่ำ มีแนวโน้มการใช้งานที่หลากหลาย และไม่สามารถทดแทนได้ในอุตสาหกรรมการบิน อวกาศ การต่อเรือ อุตสาหกรรมนิวเคลียร์ และอุตสาหกรรมอาวุธ ในอุตสาหกรรมการบิน โลหะผสมอลูมิเนียมเป็นวัสดุหลักในการสร้างโครงสร้างตัวเครื่องบิน
แม้ว่าความหนาแน่นของโลหะผสมอลูมิเนียมจะต่ำ แต่มีความแข็งแรงค่อนข้างสูง ใกล้เคียงหรือมากกว่าเหล็กคุณภาพสูง มีความเหนียวดี สามารถแปรรูปเป็นโปรไฟล์ต่างๆ ได้ มีการนำไฟฟ้า การนำความร้อน และทนต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม รองจากเหล็ก
โลหะผสมอลูมิเนียมสามารถแบ่งตามวิธีการประมวลผลได้เป็นโลหะผสมอลูมิเนียมที่ผ่านการขึ้นรูปและโลหะผสมอลูมิเนียมที่ผ่านการหล่อ โลหะผสมอลูมิเนียมที่ผ่านการขึ้นรูปสามารถทนต่อการแปรรูปภายใต้แรงกดดัน คุณสมบัติเชิงกลจะสูงกว่าโลหะผสมอลูมิเนียมที่ผ่านการขึ้นรูป สามารถแปรรูปเป็นโลหะผสมอลูมิเนียมในรูปแบบต่างๆ ได้ โดยส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์การบิน สิ่งของจำเป็นในชีวิตประจำวัน ประตูและหน้าต่างอาคาร

การหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโยธา
การหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมมีข้อดีบางประการที่การหล่อแบบอื่นไม่สามารถเทียบได้ เช่น ความสวยงาม คุณภาพน้ำหนักเบา ทนทานต่อการกัดกร่อน และข้อดีอื่นๆ ทำให้เป็นที่นิยมอย่างกว้างขวางในหมู่ผู้ใช้ การหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมโดยเฉพาะอย่างยิ่งตั้งแต่การหล่อรถยนต์ที่มีน้ำหนักเบา การหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมรถยนต์
ความหนาแน่นของโลหะผสมอลูมิเนียมหล่อต่ำกว่าเหล็กหล่อและเหล็กกล้าหล่อ แต่มีความแข็งแรงจำเพาะสูงกว่า ดังนั้นภายใต้เงื่อนไขการรับน้ำหนักเดียวกัน การใช้โลหะผสมอลูมิเนียมหล่อสามารถลดน้ำหนักของโครงสร้างได้ ดังนั้นในอุตสาหกรรมการบินและการผลิตเครื่องจักรไฟฟ้าและเครื่องจักรขนส่ง ชิ้นส่วนหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมจึงถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย โลหะผสมอลูมิเนียมมีความเงางามบนพื้นผิวที่ดี ทนต่อการกัดกร่อนในบรรยากาศและน้ำจืดได้ดี จึงมีการใช้งานที่หลากหลายในการผลิตเรือพลเรือน อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ในกรดไนตริก กรดอะซิติก และตัวกลางกรดออกซิไดซ์อื่นๆ มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี ดังนั้นการหล่อโลหะผสมอลูมิเนียมจึงมีประโยชน์บางประการในอุตสาหกรรมเคมี อะลูมิเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสมอลูมิเนียมมีการนำความร้อนที่ดี อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้ในการผลิตสารเคมี และข้อกำหนดเครื่องจักรไฟฟ้าที่มีชิ้นส่วนที่มีการนำความร้อนที่ดี เช่น ฝากระบอกสูบและลูกสูบของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ยังเหมาะสำหรับการผลิตด้วยโลหะผสมอลูมิเนียม

ในระหว่างกระบวนการหล่อโลหะผสมอลูมิเนียม ปัญหาใดบ้างที่อาจเกิดขึ้น?

ปัญหาทั่วไป:
1. รูเข็ม
2. ฟองสบู่
3.หลุมทราย
การแก้ไขปัญหาข้างต้นนั้น ส่วนใหญ่แล้วจะต้องแก้ไขปัญหาเรื่อง “น้ำ” เป็นหลัก ในการแก้ปัญหาเรื่องน้ำ สิ่งสำคัญคือต้องแก้ปัญหาไฮโดรเจนในวิศวกรรมการหลอมโลหะผสมอลูมิเนียม ลักษณะของโลหะผสมอลูมิเนียม: ออกซิเดชันได้ง่าย ดูดซับอากาศและความชื้นในแท่งอลูมิเนียมได้ง่าย ดังนั้นการควบคุมปรากฏการณ์รูเข็ม ฟองอากาศ และรูทราย การป้องกันและควบคุมจากแหล่งที่มา รวมถึงข้อกำหนดด้านอุณหภูมิ การใช้สารตะกรัน และการไล่ก๊าซ