Właściwości użytkowe odlewów aluminiowych są ogólnie rozumiane jako połączenie cech widocznych podczas-etapów napełniania formy, krystalizacji i chłodzenia. Należą do nich płynność, skurcz, uszczelnienie, naprężenie odlewania i oddychalność. Te właściwości stopów aluminium zależą od składu stopu, ale są również związane z czynnikami kucia, temperaturą ogrzewania stopu, złożonością formy, systemem wlewów i pionów oraz kształtem wlewu.
1. Płynność: Płynność odnosi się do zdolności stopionego stopu do wypełnienia formy. Specyfikacje płynności określają, czy stop może być używany do kucia skomplikowanych odlewów. Eutektyczne stopy aluminium mają na ogół lepszą płynność.
Na płynność wpływa wiele czynników, zazwyczaj obejmujących skład, temperaturę i obecność wodorotlenku niklu, związków metali i innych stałych cząstek zanieczyszczeń w stopionym stopie. Jednakże podstawowymi czynnikami zewnętrznymi są temperatura zalewania i ciśnienie zalewania (powszechnie znane jako napięcie zalewania).
W rzeczywistej produkcji, przy stałym składzie stopu, oprócz wzmocnienia procesu wytapiania (rafinacja i usuwanie żużla), konieczne jest również ulepszenie procesu odlewania (przepuszczalność formy piaskowej, odpowietrzanie formy metalowej i temperatura) oraz zwiększenie temperatury zalewania bez zmiany jakości odlewu, aby zapewnić płynność stopu.
2. Skurcz
Skurcz jest jedną z głównych cech odlewanych stopów aluminium. Ogólnie rzecz biorąc, proces stopu od zalewania cieczą do krzepnięcia i schładzania do temperatury pokojowej można podzielić na trzy etapy: skurcz w cieczy, skurcz podczas krzepnięcia i skurcz w stanie stałym. Skurcz stopu ma decydujący wpływ na jakość odlewów, wpływając na porowatość skurczową, powstawanie naprężeń, powstawanie pęknięć i zmiany wymiarowe. Skurcz odlewniczy ogólnie dzieli się na skurcz objętościowy i skurcz liniowy. W rzeczywistej produkcji do pomiaru skurczu stopu powszechnie stosuje się skurcz liniowy.
Specyfikacja skurczu stopów aluminium jest ogólnie opisywana jako procent, zwany współczynnikiem skurczu.
(1) Skurcz objętościowy
Skurcz objętościowy obejmuje skurcz cieczy i skurcz podczas krzepnięcia. Od odlewania do krzepnięcia stopiony stop ulega makroskopowemu lub mikroskopijnemu skurczowi w późniejszych obszarach krzepnięcia. Ta makroskopowa porowatość skurczowa, spowodowana skurczem, jest widoczna gołym okiem i dzieli się na skoncentrowaną porowatość skurczową i przepuszczalną porowatość skurczową. Skoncentrowana porowatość skurczowa jest duża i skoncentrowana, rozmieszczona w górnej części odlewu lub w grubych, gorących miejscach. Przepuszczalna porowatość skurczowa jest rozproszona i niewielka, głównie rozmieszczona na czopach odlewniczych i gorących punktach. Mikroskopijna porowatość skurczowa jest niewidoczna gołym okiem i występuje głównie poniżej granic ziaren lub pomiędzy dendrytami.
Porowatość skurczowa i luźność to istotne wady odlewów, spowodowane skurczem cieczy przewyższającym skurcz ciała stałego. Produkcja wykazała, że im niższy jest zakres krzepnięcia odlewanego stopu aluminium, tym jest on bardziej podatny na skoncentrowaną porowatość skurczową; im szerszy zakres krzepnięcia, tym bardziej jest on podatny na przepuszczalną porowatość skurczową. Dlatego projekt musi zapewniać, że odlany stop aluminium będzie odpowiadał zasadzie sekwencyjnego krzepnięcia, co oznacza, że skurcz objętościowy odlewu od stanu ciekłego do etapu krzepnięcia powinien być kompensowany przez stopiony stop, tak aby porowatość skurczowa i luźność były skoncentrowane w zewnętrznych nadstopnicach odlewu. W przypadku odlewów ze stopów aluminium skłonnych do porowatości potrzeba więcej nadlewów niż w przypadku skoncentrowanej porowatości skurczowej, a w miejscach narażonych na porowatość należy umieścić dreny, aby zwiększyć prędkość chłodzenia i umożliwić jednoczesne lub szybkie krzepnięcie.
(2) Skurcz liniowy: Skurcz liniowy bezpośrednio wpływa na jakość odlewu. Im większy skurcz liniowy, tym większa tendencja do pęknięć i naprężeń w odlewie aluminiowym; tym większa jest zmiana wymiarów i kształtu odlewu po ochłodzeniu.
Różne stopy aluminium mają różne współczynniki skurczu kucia. Nawet w przypadku tego samego stopu różne odlewy będą miały różne współczynniki skurczu. W tym samym odlewie współczynniki skurczu dla długości, szerokości i wysokości będą się również różnić. Odpowiednią stawkę należy ustalić na podstawie aktualnej sytuacji.
3. Pękanie na gorąco: Pęknięcia na gorąco w odlewach aluminiowych powstają głównie dlatego, że naprężenie skurczowe przekracza siłę wiązania pomiędzy ziarnami metalu. Większość pęknięć tworzy się wzdłuż granic ziaren. Obserwacja powierzchni pęknięcia wskazuje, że metal w miejscu pęknięcia zwykle ulega utlenieniu i traci swój metaliczny połysk. Pęknięcia rozciągają się wzdłuż granic ziaren, mają ząbkowany kształt, są szersze na powierzchni i węższe wewnątrz, a niektóre przechodzą nawet przez całą powierzchnię czołową odlewu. Różne odlewy ze stopów aluminium wykazują różną tendencję do pękania. Dzieje się tak, ponieważ im większa jest różnica pomiędzy temperaturą, w której zaczyna tworzyć się kompletny szkielet krystaliczny podczas procesu krzepnięcia, a temperaturą krzepnięcia, tym większy jest skurcz stopu i silniejsza tendencja do powstawania pęknięć na gorąco. Nawet w przypadku tego samego stopu tendencja do pęknięć na gorąco może się różnić ze względu na takie czynniki, jak odporność na pleśń, struktura odlewu i proces odlewania. W produkcji często stosuje się takie środki, jak stosowanie form-odrzutowych lub ulepszanie systemu wlewowego w odlewach aluminiowych, aby zapobiec pękaniu. Metoda pierścienia pękającego na gorąco jest powszechnie stosowana do wykrywania pęknięć gorących w odlewach aluminiowych.
4. Skuteczność uszczelniania Skuteczność uszczelniania odlewów aluminiowych odnosi się do poziomu wodoszczelności odlewów aluminiowych typu-wnękowego pod wpływem-gazu lub cieczy pod wysokim ciśnieniem. Skuteczność uszczelnienia zasadniczo odzwierciedla gęstość i przejrzystość wewnętrznej struktury odlewu.
Skuteczność uszczelniania odlewów aluminiowych jest związana z właściwościami stopu. Im niższy zakres krzepnięcia stopu, tym mniejsza skłonność do porowatości i mniejsze powstawanie porowatości wytrąconej, co skutkuje lepszą skutecznością uszczelniania. Szczelność tego samego stopu odlewniczego aluminium jest również związana z procesem odlewania. Na przykład obniżenie temperatury odlewania, zastosowanie dreszczy w celu przyspieszenia chłodzenia i umożliwienie zestalenia pod ciśnieniem mogą poprawić szczelność odlewów aluminiowych. Szczelność odlewów można również poprawić stosując impregnację w celu uszczelnienia nieszczelności.
