Layanan Pengecoran Perunggu Aluminium

1. Perkenalan

Paduan aluminium perunggu—bahan berbahan dasar tembaga yang mengandung 5–12% berat aluminium—ditelusuri asal usulnya hingga awal abad ke-20 dalam bidang teknik angkatan laut.

Ahli metalurgi pertama kali menyadari bahwa menambahkan aluminium ke tembaga secara dramatis meningkatkan kekuatan dan ketahanan terhadap korosi, terutama di air laut.

Hari ini, pengecoran perunggu aluminium memungkinkan produksi yang kompleks, komponen berperforma tinggi yang mustahil atau sangat mahal untuk dikerjakan dari batangan batangan tempa.

Dalam artikel ini, kami mengeksplorasi kimia paduan, metode pengecoran, struktur mikro, properti, dan aplikasi dunia nyata.

Pada akhirnya, Anda akan memahami mengapa aluminium perunggu tetap menjadi bahan pilihan untuk kelautan yang menuntut, industri, dan bahkan lingkungan luar angkasa.

2. Komposisi paduan & Metalurgi

Perunggu aluminium memperoleh sifat luar biasa dari campuran tembaga dan elemen paduan strategis yang seimbang.

Dalam praktiknya, sebagian besar nilai komersial terbagi dalam tiga kimia primer:

Aluminium itu sendiri (5–12% berat) larut ke dalam kisi tembaga, membuat matriks α‑Cu dengan kekuatan luluh hingga 400 MPa—50 % lebih tinggi dari tembaga murni.

Berikutnya, fase κ intermetalik (Tuan I, Tuan II, Tuan III) berinti saat paduan mendingin di bawah ~930 °C.

Ini sulit, senyawa kompleks meningkatkan ketahanan aus namun memerlukan kontrol laju pendinginan yang ketat: pendinginan di atas 100 °C/menit menjaga κ curah hujan tetap di bawah 1 µm,

memaksimalkan ketangguhan (Energi Charpy ~35 J), sedangkan pendinginan yang lebih lambat menghasilkan pelat kasar yang dapat melemahkan paduan.

3. Proses Pengecoran

Fleksibilitas perunggu aluminium sebagian besar berasal dari kompatibilitasnya dengan berbagai metode pengecoran.

Setiap proses memberikan keuntungan berbeda dalam hal toleransi, permukaan akhir, kontrol porositas, dan ukuran batch yang ekonomis.

Di bawah, kami menganalisis lima teknik paling umum dan menyoroti praktik terbaik untuk peleburan, penuangan, dan desain cetakan.

Casting investasi (Lilin Hilang)

• Ringkasan: Cetakan terbentuk dengan melapisi pola lilin korban dengan bubur keramik. Setelah dewaxing, cangkang keramik yang dihasilkan menangkap detail yang rumit hingga ke tingkat yang paling tinggi 0.5 m Ra.

• Toleransi & Menyelesaikan: Akurasi dimensi ± 0.2 mm dan permukaan akhir yang unggul (0.5-1,0 µm Ra).
• Ukuran Batch & Biaya: Ideal untuk lari bervolume kecil hingga sedang (10–1.000 buah). Biaya per‑bagian berkisar antara $100–$500, tergantung kompleksitasnya.
• Pertimbangan utama:

• • Kontrol ketebalan cangkang untuk menyeimbangkan kekuatan (menghindari kegagalan shell) dengan ketahanan guncangan termal.
  • Optimalkan jadwal dewax dan burn‑out untuk mencegah retaknya cangkang.

Casting pasir

• Ringkasan: Cetakan pasir—biasanya silika berikat resin—menawarkan biaya perkakas yang rendah dan dapat menampung komponen hingga beberapa ton.
• Toleransi & Menyelesaikan: Mencapai ± 1.0 akurasi mm dan 3–6 µm Ra setelah pembersihan standar.
• Ukuran Batch & Biaya: Terbaik untuk ukuran besar, komponen bervolume rendah (> 50 kg) dengan biaya per‑bagian serendah $50.
• Pertimbangan utama:

• • Gunakan kadar air yang terkontrol (3–5 %) di pasir hijau untuk meminimalkan porositas gas.
  • Gunakan ventilasi cetakan dan inti atau varian pengecoran vakum untuk mengurangi gas yang terperangkap.

Casting sentrifugal

• Ringkasan: Cetakan yang berputar menghasilkan gaya sentrifugal, mendorong logam menjadi bagian-bagian tipis dan memeras inklusi.
• Toleransi & Menyelesaikan: Bagian silinder mencapai ± 0.5 toleransi mm; permukaan selesai di sekitar 1.5 m Ra.
• Aplikasi khas: Bantalan, bushing, dan selongsong yang menuntut struktur mikro yang hampir bebas pori.

• Pertimbangan utama:

• • Sesuaikan kecepatan rotasi (200–1.500 rpm) untuk mengontrol ketebalan dinding dan laju umpan.
  • Panaskan cetakan hingga 250–350 °C untuk mengurangi guncangan termal dan retak.

Pengecoran Vakum

• Ringkasan: Menarik paduan cair ke dalam cetakan di bawah vakum menghilangkan gas terlarut dan meminimalkan porositas penyusutan.
• Toleransi & Menyelesaikan: Sebanding dengan pengecoran pasir (± 1 mm) tetapi dengan kesehatan internal yang jauh lebih baik.
• Ukuran Batch & Biaya: Cocok untuk komponen penting bervolume kecil hingga sedang; biaya perkakas melebihi cetakan pasir standar sebesar ~30 %.
• Pertimbangan utama:

• • Pertahankan tingkat vakum di bawah 10⁻² Torr selama penuangan.
  • Fluks dan degas dengan cermat—afinitas aluminium perunggu terhadap oksigen dapat menghasilkan entrainment oksida.

Cetakan Logam (Mati) Pengecoran

• Ringkasan: Cetakan baja atau besi permanen memungkinkan perputaran cepat dan kemampuan pengulangan yang sangat baik untuk komponen bervolume sedang hingga tinggi.
• Toleransi & Menyelesaikan: Mencapai ± 0.3 akurasi dimensi mm dan Ra 1–2 µm pada permukaan bidikan pertama.
• Ukuran Batch & Biaya: Ekonomis di atas volume 5,000 bagian-bagian; biaya mati berkisar dari $20,000 ke $100,000.
• Pertimbangan utama:

• • Kontrol suhu cetakan (350–450 °C) untuk menyeimbangkan fluiditas dengan waktu pemadatan.
  • Terapkan shot‑blasting dan shot‑peening otomatis untuk menghilangkan residu pelepasan cetakan dan meningkatkan umur kelelahan.

Meleleh & Menuangkan Praktik Terbaik

Di semua metode, konsisten kontrol suhu Dan kualitas leleh terbukti penting:

• Rentang leleh: Simpan aluminium perunggu di antaranya 1,100 ° C dan 1,200 ° C. untuk memastikan pembubaran penuh elemen paduan.
• De‑oksidasi & Fluks: Tambahkan fluks kepemilikan (MISALNYA., Berbasis Borax) pada suhu leleh untuk mengais oksida dan sulfida.
• Degassing: Spage dengan gas inert (argon atau nitrogen) untuk 3–5 menit untuk mengurangi porositas hidrogen.
• Tuang suhu: Tuang ke dalam jendela sempit 1,100 ± 10 ° C. untuk menghindari kejutan termal pada cetakan dan mengurangi pembentukan sampah.

4. Struktur mikro & Perlakuan panas

Perunggu aluminium cor menunjukkan sebuah matriks α‑Cu dibumbui dengan halus Tn (kappa) fase intermetalik sepanjang batas butir.

Jika cetakan mendingin dengan cepat (> 100 ° C/mnt), butirannya tetap kecil (< 100 µm) dan κ endapan tetap berskala nano; ini menghasilkan kekuatan puncak (~650 MPa UTS) dan ketangguhan (~35J Charpy).

Sebaliknya, pendinginan yang lebih lambat mendorong pelat κ kasar yang meningkatkan kekerasan namun mengurangi ketahanan benturan.

Pabrik pengecoran dan pengguna akhir menerapkan perlakuan panas untuk menyempurnakan properti:

• Homogenisasi (700 ° C., 4 H): Menghilangkan segregasi kimia, menstabilkan distribusi κ.
• Anil (500 ° C., 2 H): Melembutkan matriks (hingga ~200 HB) untuk pemesinan yang lebih mudah.
• Pengerasan Usia (350 ° C., 8 H): Memungkinkan pertumbuhan endapan κ′ yang terkendali, meningkatkan kekerasan hingga ~300 HB tanpa mengorbankan keuletan.

5. Sifat mekanik

Pengecoran perunggu aluminium mengungguli banyak paduan dalam hal kekuatan dan ketahanan aus:

Milik	C63000 (Sebagai Pemeran)	C95400 (Diperkuat Usia)
Kekuatan tarik (Uts)	550–650MPa	600–700MPa
Kekuatan luluh (0.2% mengimbangi)	350–450MPa	400–500MPa
Perpanjangan saat istirahat	15–25%	10–18%
Kekerasan (Brinell, HB)	180–240	220–300
Batas Daya Tahan Kelelahan	~280MPa (10⁷ Siklus)	~320MPa (10⁷ Siklus)
Ketangguhan Dampak Charpy (V‑Takik)	≥30J	~20J

Lebih-lebih lagi, gabungan aluminium perunggu Pakai ketahanan—melalui fase κ yang tahan abrasi—dengan ketangguhan tinggi, komposit matriks logam dan baja tahan karat yang sulit ditandingi secara bersamaan.

6. Korosi & Ketahanan terhadap Erosi

Di air laut di 25 ° C., aluminium perunggu menunjukkan tingkat korosi di bawah ini 0.01 mm/tahun, menyaingi itu 316 L stainless steel.

Dia penambahan besi dan nikel menumbuhkan lapisan oksida stabil yang menolak klorida dan sulfida.

Selain itu, fase κ yang keras menolak erosi kavitasi: pengujian pada impeler pompa menunjukkan kerugian besar di bawah 0.5 mg/(cm²·jam) bahkan setelahnya 100 h aliran kavitasi.

Dalam keadaan asam (ph 3) lingkungan, aluminium perunggu terkorosi pada kecepatan ~0,05 mm/tahun—jauh lebih rendah dibandingkan baja karbon pada umumnya.

Paduan ini juga tahan terhadap erosi lumpur berkat kekerasannya yang tinggi dan kemampuan pengerasan kerja, menjadikannya ideal untuk penanganan benda padat aplikasi dalam pertambangan dan pengerukan.

7. Kelebihan dan Kekurangan Coran Aluminium Perunggu

Keuntungan

Kekuatan dan Kekerasan Tinggi

• Coran aluminium perunggu menunjukkan sifat mekanik yang luar biasa, dengan kekuatan tarik berkisar antara 450–700 MPa
  (MISALNYA., ZCuAl10Fe3 mencapai 540 MPa melalui pengecoran sentrifugal) Dan nilai kekerasan 120–240 HB, tergantung pada komposisi paduan dan perlakuan panas.

Resistensi korosi yang sangat baik

• Paduan suka C63000 (9–11% Al) Dan QAl9-4 menunjukkan ketahanan yang unggul terhadap air laut, air garam, dan lingkungan asam.
  Misalnya, ZCuAl9Mn2 mempertahankan laju korosi 0,1–0,3 mm/tahun di air laut karena pembentukan lapisan oksida Al₂O₃ yang stabil.

Ketahanan Aus dan Kavitasi yang Unggul

• Kehadiran fase intermetalik keras (MISALNYA., CuAl₂) dan elemen paduan seperti Mn dan Fe meningkatkan ketahanan aus.
  CuAl8Fe3 Dan ZCuAl10Fe3 banyak digunakan pada komponen dengan keausan tinggi seperti impeler pompa dan roda gigi cacing.
  Selain itu, CuAl11Ni5Fe4 menunjukkan 50% erosi kavitasi yang lebih rendah dibandingkan baja tahan karat 316L dalam pancaran air berkecepatan tinggi.

Stabilitas termal

• Mempertahankan sifat mekanik di suhu sedang hingga tinggi (hingga 400–500°C), mengungguli banyak perunggu konvensional.

Non-Percikan dan Non-Magnetik

• Cocok untuk lingkungan yang mudah meledak seperti rig pengeboran lepas pantai dan fasilitas penanganan biji-bijian.

Kerugian

Biaya Bahan dan Produksi Tinggi

• Perunggu aluminium adalah 2–4× lebih mahal per kg dibandingkan baja karbon karena biaya elemen paduan seperti Al, Di dalam, dan Fe.

Permesinan dan Pengelasan yang Menantang

• Kekerasan tinggi (MISALNYA., ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 pada 180 HB setelah penuaan) dan konduktivitas termal yang buruk mempercepat keausan alat.
  Pengelasan sangat sulit karena oksidasi aluminium, yang membentuk lapisan Al₂O₃ yang kuat.
  Teknik khusus seperti Batang las perunggu aluminium mangan tinggi T247 dan pemanasan awal diperlukan untuk menghindari cacat seperti porositas dan retak.

Batasan Termal

• Meskipun cocok untuk suhu sekitar hingga sedang (hingga 250°C untuk ZCuAl10Fe3), paparan jangka panjang di atas 400° C. menyebabkan penskalaan oksida dan penurunan kekuatan.
  Hal ini membatasi penggunaannya di lingkungan bersuhu tinggi dibandingkan dengan paduan berbasis nikel.

Sensitivitas Pemrosesan

• Cacat casting seperti porositas penyusutan Dan pemisahan aluminium memerlukan kontrol proses yang ketat. Misalnya, ZCuAl9Mn2 tuntutan 1150–1250°C suhu penuangan dan pemanasan awal cetakan yang dioptimalkan untuk meminimalkan cacat.

Berat:

• Kepadatan (~8,4 gram/cm³) melebihi paduan aluminium, membatasi penggunaan di mana ringan mendominasi.

8. Aplikasi Pengecoran Perunggu Aluminium

Pengecoran aluminium perunggu berperan penting di mana pun komponen harus tahan terhadap lingkungan ekstrem, beban tinggi, dan media agresif. Secara khusus:

Perangkat Keras Kelautan

• Baling-Baling dan Stok Kemudi: Ketahanan luar biasa dari perunggu aluminium terhadap korosi dan kavitasi air laut
  menjadikannya bahan pilihan untuk baling-baling kapal dan stok kemudi, dimana umur layanan sering kali melebihi 10 tahun dengan perawatan minimal.
• Selongsong dan Bantalan Poros: Pada bushing dan bantalan tabung buritan yang dilumasi air laut,
  Koefisien gesekan rendah dan sifat pelumasan otomatis dari aluminium perunggu mengurangi tingkat keausan hingga 50 % dibandingkan dengan paduan kuningan tradisional.
• Badan Katup dan Rumah Pompa: Anjungan lepas pantai mengandalkan katup perunggu aluminium dan badan pompa untuk menahan klorida dan sulfida tanpa lubang atau retakan korosi akibat tegangan.

Mesin industri

• Impeler Pompa dan Cincin Keausan: Dalam pompa penanganan bahan kimia dan lumpur,
  impeler cor di kelas C95400 menghasilkan kekuatan tinggi (600–700 MPa UTS) dan ketahanan erosi yang luar biasa, memperpanjang interval perbaikan sebesar 30 %.
• Worm Gear dan Gearbox: Roda gigi perunggu aluminium yang diperkeras usia menunjukkan kekerasan permukaan hingga 300 HB dan tahan terhadap beban kejut yang berat,
  menjadikannya lazim dalam peralatan pertambangan dan pengolahan semen.
• Kenakan Pelat dan Mesin Cuci Dorong: Aplikasi yang memerlukan kontak geser berulang, seperti silinder hidrolik dan roller konveyor, mendapat manfaat dari kombinasi kekerasan dan ketangguhan aluminium perunggu.

Muncul & Penggunaan Khusus

• Bantalan Dirgantara: Bantalan C63000 tingkat lanjut, sering dikombinasikan dengan lapisan polimer atau struktur sarang lebah yang diproduksi dengan bahan aditif, mendukung poros turbin pada suhu hingga 400 ° C..
• Hibrida Pengecoran Aditif: Mengintegrasikan inti cetak 3D dan saluran pendingin konformal ke dalam cetakan perunggu aluminium
  memungkinkan pembuatan prototipe cepat manifold katup kompleks dan komponen penukar panas, mengurangi waktu tunggu sebesar 40 %.

9. Kelas Perunggu Aluminium Umum

Perunggu aluminium mencakup kelompok paduan berbasis tembaga dengan aluminium sebagai elemen paduan utamanya.

Di bawah ini adalah beberapa nilai yang paling banyak digunakan, kimia nominalnya, sifat-sifat yang membedakan, dan aplikasi khas:

Nilai (KITA)	Komposisi Nominal (wt%)	Properti utama	Aplikasi khas
C63000	C-10A-5NA-5E-5	Kombinasi kekuatan yang luar biasa, kekerasan, dan pakai ketahanan; ketahanan korosi dan kavitasi yang baik.	Impeler pompa, katup, bantalan, perangkat keras laut
C95400	Cu–10Al–5Fe	Kekuatan dan kekerasan tinggi (melalui pengerasan usia); kinerja suhu tinggi yang baik.	Roda gigi cacing, bantalan beban tinggi, komponen mesin uap
C61400	Cu-11AL-4th-4n	Ketahanan korosi yang unggul dalam air laut; kekuatan kelelahan yang baik.	Baling-baling kapal, lengan poros, konektor bawah laut
C62100	Cu-11AL-2NI-2fe	Kekuatan dan keuletan yang seimbang; ketahanan yang baik terhadap erosi dan kavitasi.	Komponen pompa hidrolik, memakai cincin, mesin cuci dorong
C63200	Cu-9al-2NI-2Untuk	Daktilitas yang lebih tinggi di antara perunggu aluminium; lebih mudah untuk mesin.	Tubuh katup, perlengkapan, pengecoran kelautan umum
Bab 95410	Cu–10Al–5Fe–0,1C	Mirip dengan C95400 tetapi dengan tambahan karbon untuk kekerasan; peningkatan kinerja bantalan.	Bantalan bantalan, memakai pembalut, elemen geser

10. Kesimpulan

Pengecoran perunggu aluminium memberikan kombinasi kekuatan yang luar biasa, kekerasan, dan ketahanan terhadap korosi/erosi yang hanya dapat ditandingi oleh beberapa paduan lainnya.

Dengan memilih kimia yang tepat, metode pengecoran, dan jadwal perlakuan panas, para insinyur mencapai geometri yang kompleks dengan pasca-pemesinan yang minimal.

Melihat ke depan, kemajuan dalam pengecoran vakum dan aditif menjanjikan kualitas yang lebih baik, berkurangnya porositas, dan penyelesaian lebih cepat, memastikan aluminium perunggu tetap menjadi landasan komponen cor berperforma tinggi.

INI adalah pilihan yang sempurna untuk kebutuhan manufaktur Anda jika Anda membutuhkan berkualitas tinggi aluminium perunggu casting.

Hubungi kami hari ini!

 

FAQ

Apa itu aluminium perunggu?

Perunggu aluminium mengacu pada sekelompok paduan berbahan dasar tembaga yang mengandung aluminium sebagai unsur paduan utama, biasanya mulai dari 5% ke 12%.

Ini mungkin juga mencakup unsur-unsur seperti besi, nikel, dan mangan untuk meningkatkan sifat spesifik seperti kekuatan, resistensi korosi, dan pakai ketahanan.

Mengapa memilih perunggu aluminium dibandingkan paduan perunggu lainnya?

Perunggu aluminium menawarkan ketahanan korosi yang unggul—terutama di air laut—serta kekuatan mekanik yang sangat baik, Pakai ketahanan, dan kinerja kelelahan.

Properti ini membuatnya ideal untuk kelautan, Aerospace, Pemrosesan Kimia, dan aplikasi industri berat.

Seberapa tahan korosi pengecoran aluminium perunggu?

Perunggu aluminium menunjukkan ketahanan yang luar biasa terhadap korosi di air laut, semprotan garam, atmosfer industri, dan banyak asam.

Pembentukan lapisan aluminium oksida yang stabil (Al₂o₃) melindungi permukaan dari degradasi lebih lanjut.

Apakah aluminium perunggu mudah dikerjakan?

Perunggu aluminium dapat dikerjakan dengan mesin, terutama dalam kondisi as-cast atau anil.

Namun, nilai yang mengeras (seperti yang mengandung nikel dan besi) dapat bersifat abrasif dan memerlukan perkakas karbida serta parameter pemesinan yang tepat untuk menghindari keausan pahat.

Apakah aluminium perunggu cocok untuk pengelasan?

Perunggu aluminium bisa dilas, namun memerlukan prosedur khusus. Metode pengelasan busur terlindung gas (seperti GTAW atau MIG) dengan logam pengisi yang sesuai biasanya digunakan.

Pemanasan awal dan perlakuan panas pasca pengelasan mungkin diperlukan untuk mencegah retak dan menjaga sifat mekanik.