Odlewanie aluminium to proces formowania wyrobów poprzez wprowadzenie ciekłego metalu do formy, w której zastyga on, odwzorowując kształt wnęki formy. Wybór technologii odlewania – podobnie jak dobór stopu – determinuje strukturę, własności mechaniczne, dokładność wymiarową oraz możliwości dalszej obróbki wyrobu.
W praktyce przemysłowej wyroby odlewane do form obejmują przede wszystkim odlewy piaskowe, kokilowe, ciśnieniowe oraz precyzyjne. Technologie te umożliwiają wytwarzanie zarówno masywnych kadłubów i korpusów maszyn, jak i cienkościennych obudów czy detali o bardzo złożonej geometrii. W niniejszym podrozdziale omówiono charakterystyczne cechy poszczególnych metod, typowe postacie wyrobów oraz najczęściej stosowane gatunki stopów odlewniczych zgodnych z wymaganiami normy EN 1706.
Odlewy kokilowe
Odlewy kokilowe wykonywane są w trwałych formach metalowych (kokilach). Proces przebiega pod wpływem grawitacji, co zapewnia dobrą dokładność wymiarową, wysoką jakość powierzchni, powtarzalność wymiarową oraz mniejszą porowatość niż w przypadku odlewów piaskowych. Wysokie tempo chłodzenia w kokili sprzyja powstawaniu drobnoziarnistej struktury, co przekłada się na podwyższone własności mechaniczne i lepszą skrawalność (rys. 1).
Typowe gatunki stopów do odlewania kokilowego:
EN AC-42100 (EN AC-AlSi7Mg0.3) – stop o bardzo dobrej lejności i zdolności wypełniania form, wysokiej udarności oraz dobrej skrawalności po modyfikacji i rafinacji; stosowany do wytwarzania korpusów pomp i turbin, elementów zawieszeń samochodowych, ram opraw oświetleniowych, obudów urządzeń oraz części maszyn pracujących pod obciążeniami dynamicznymi.
EN AC-43400 (EN AC-Al Si10Mg(Fe)) – charakteryzuje się wysoką płynnością, dobrą odpornością korozyjną oraz dużą podatnością na obróbkę cieplną (T6), dzięki czemu znajduje zastosowanie w obudowach i pokrywach konstrukcyjnych, elementach stref zgniotu, częściach dronów i lekkich konstrukcji, a także komponentach mechanicznych wymagających wysokiej wytrzymałości przy niewielkiej masie.
EN AC-44100 (EN AC-AlSi12(b)) – cechuje się doskonałą lejnością, bardzo dobrym odwzorowaniem cienkościennych elementów oraz niską skłonnością do gorącego pękania; wykorzystywany jest do produkcji cienkościennych obudów, elementów dekoracyjnych, komponentów o złożonej geometrii i dużej zmienności przekrojów, a także pokryw i obudów elektroniki.
Odlewy piaskowe
Odlewy piaskowe stanowią najbardziej uniwersalną metodę odlewania, umożliwiając wykonanie elementów o bardzo dużych gabarytach, złożonej geometrii, rozbudowanych kanałach wewnętrznych oraz przy niewielkich nakładach produkcyjnych. Forma piaskowa pozwala na dużą swobodę kształtowania, a proces jest stosunkowo nisko kosztowy, co czyni go właściwym do prototypów, krótkich serii oraz wyrobów, których nie można efektywnie wytworzyć innymi metodami. Wolniejsze chłodzenie w formie piaskowej prowadzi do grubszego ziarna i większej porowatości niż w odlewach kokilowych, jednak odpowiednia modyfikacja metalu i obróbka cieplna pozwalają uzyskać dobre własności użytkowe. (rys. 2 )
Typowe gatunki stopów do odlewów piaskowych:
EN AC-42100 (EN AC-AlSi7Mg0.3) – charakteryzuje się bardzo dobrą płynnością i stabilnością procesu odlewania oraz dobrą plastycznością po obróbce cieplnej, szczególnie w stanie T6; szeroko stosowany do dużych kadłubów maszyn, elementów konstrukcyjnych o dużej sztywności oraz pokryw przekładni wykorzystywanych w przemyśle i lotnictwie.
EN AC-45000 (EN AC-AlSi6Cu4) – stop o dobrej lejności i podwyższonej wytrzymałości na gorąco, predestynujący go do zastosowań w środowisku wysokich temperatur; wykorzystywany do głowic silników, kolektorów wydechowych oraz elementów wymagających stabilności wymiarowej podczas pracy w zmiennych warunkach cieplnych.
Odlewy ciśnieniowe
Odlewy ciśnieniowe powstają poprzez wtłaczanie ciekłego aluminium do metalowej formy pod wysokim ciśnieniem, co pozwala uzyskać cienkościenne elementy o bardzo wysokiej dokładności wymiarowej i krótkich czasach cyklu. Proces ten zapewnia doskonałą powtarzalność odwzorowania detali i wyjątkową wydajność produkcyjną, dzięki czemu stanowi podstawową technologię wytwarzania masowych komponentów w branży motoryzacyjnej, elektronicznej i przemysłowej. Intensywne chłodzenie formy sprzyja tworzeniu drobnoziarnistej struktury, jednak odlewy te charakteryzują się zwykle podwyższoną porowatością gazową, co ogranicza możliwość ich pełnej obróbki cieplnej. (rys. 3)
Typowe gatunki stopów do odlewania ciśnieniowego:
• EN AC-43400 (EN AC-AlSi10Mg(Fe)) – stop o bardzo dobrej lejności, wysokiej zdolności wypełniania formy oraz dobrej odporności korozyjnej; stosowany do produkcji obudów i pokryw konstrukcyjnych, elementów stref zgniotu, lekkich części nośnych oraz komponentów o wysokiej wytrzymałości przy niskiej masie.
• EN AC-44300 (EN AC-AlSi12(Fe)(a)) – stop o wyjątkowo wysokiej płynności, przeznaczony do wykonywania cienkościennych i złożonych geometrycznie odlewów; wykorzystywany do produkcji obudów elektroniki, elementów dekoracyjnych, pokryw oraz detali o dużej zmienności przekrojów wymagających precyzyjnego odwzorowania.
• EN AC-46000 (EN AC-AlSi9Cu3(Fe)) – najbardziej rozpowszechniony stop odlewnictwa ciśnieniowego, łączący dobrą lejność z wysoką wytrzymałością i odpornością na zmęczenie; szeroko stosowany w obudowach skrzyń biegów, korpusach sprzęgieł, elementach układów przeniesienia napędu oraz w komponentach elektrycznych i elektronicznych.
Odlewy precyzyjne (odlewanie metodą traconego wosku)
Odlewy precyzyjne wykonywane metodą traconego wosku umożliwiają uzyskanie elementów o najwyższej dokładności wymiarowej, bardzo dobrej jakości powierzchni oraz dużej złożoności geometrycznej, w tym cienkościennych kanałów i detali niemożliwych do wykonania innymi metodami. Proces ten pozwala osiągać niewielkie naddatki obróbkowe, a szybkie chłodzenie w formie ceramicznej sprzyja uzyskaniu drobnoziarnistej struktury i korzystnych własności mechanicznych po obróbce cieplnej (rys. 4).
Typowe gatunki stopów do odlewania metodą traconego wosku:
• EN AC-43000 (EN AC-AlSi10Mg) – stop o bardzo dobrej lejności i dobrym połączeniu wytrzymałości z niewielką masą; stosowany do elementów lotniczych i UAV, korpusów precyzyjnych urządzeń oraz lekkich komponentów sportowych o podwyższonych wymaganiach wytrzymałościowych.
• EN AC-43300 (EN AC-AlSi9Mg) – charakteryzuje się dobrą płynnością i stabilnością procesu, a także korzystną skrawalnością po obróbce cieplnej; wykorzystywany do elementów aparatury optycznej, precyzyjnych obudów oraz średnio obciążonych części konstrukcyjnych o wysokiej dokładności.
• EN AC-44200 (EN AC-AlSi12(a)) – stop o doskonałej lejności i zdolności odwzorowania bardzo cienkościennych fragmentów i szczegółów geometrycznych; stosowany do produkcji złożonych komponentów urządzeń technicznych, cienkościennych obudów, elementów dekoracyjnych i detali wymagających wysokiej precyzji wymiarowej.
Skład chemiczny, wymagania względem odlewów oraz metody ich badań opisane są w normach EN 1706, ISO 3522, EN 1559 i innych.
Podsumowanie
Wyroby odlewane z aluminium w formach obejmują szerokie spektrum elementów – od dużych kadłubów i korpusów maszyn wykonywanych w formach piaskowych, przez odlewy kokilowe o podwyższonych własnościach mechanicznych, aż po cienkościenne odlewy ciśnieniowe i precyzyjne detale o skomplikowanej geometrii. Ostateczna postać i właściwości odlewu wynikają z doboru technologii odlewania, gatunku stopu oraz ewentualnej obróbki cieplnej i mechanicznej.
Kluczowe znaczenie ma dopasowanie procesu odlewania do wymagań projektowych – obciążeń mechanicznych, złożoności kształtu, wymaganej dokładności wymiarowej oraz planowanego wolumenu produkcji i uwarunkowań ekonomicznych. Świadomy dobór technologii (piasek, kokila, odlewanie ciśnieniowe lub precyzyjne) i odpowiedniego stopu odlewniczego stanowi podstawę racjonalnego projektowania i wytwarzania aluminiowych wyrobów odlewanych.
