Lichte legeringen van aluminium (Al), magnesium (Mg) en titanium (Ti) worden steeds vaker gebruikt in de transport- en maakindustrie om het energieverbruik en de CO2-voetafdruk te verminderen. Fig. 1 (DuckerFrontier, 2020) laat zien dat het gebruik van Al in de automobielsector een enorme groei heeft doorgemaakt; van 84 pond per voertuig in 1975 tot 459 pond in 2020 en 570 pond voorspeld voor 2030, waarbij het grootste deel van het Al-gebruik gietstukken betreft. Alle sectoren van de productie van lichte legeringen hebben een aanzienlijke groei doorgemaakt, met name de metaalgieterij.
De eerste gieting van metalen (goud) kan worden herleid tot ongeveer 4000 v.Chr., hoewel een koperen kikker de oudste bestaande gieting is die momenteel bekend is en dateert uit ongeveer 3200 v.Chr. (Olsen, 2020). Moderne giettechnologieën leveren componenten in vrijwel elke industriële toepassing, niettegenstaande stolling het uitgangspunt is voor elk gesmeed of poederproduct voor downstream manufacturing. De jaarlijkse wereldwijde metaalgieterijproductie bedroeg in 2019 ongeveer 109 miljoen metrische ton, waaronder ongeveer 17.205.447 metrische ton (MT) aluminium en 60.138 MT magnesium (Staff Report, 2021). De top vijf van gietende landen zijn China, India, de VS, Japan en Duitsland. De metaalgieterij is een fundamentele pijler voor vrijwel alle productieactiviteiten, en lichte legeringsgiettechnologieën zijn cruciaal voor de duurzaamheid van de productie- en transportindustrieën over de hele wereld.
Conventionele gegoten Al-, Mg- en Ti-legeringen en hun smelt- en gietprocessen zijn goed gedocumenteerd in ASM-handboeken (Avedesian en Baker, 1999, Viswanathan et al., 2008, Anderson et al., 2018), en verschillende monografieën over aluminium (Kaufman en Rooy, 2004), magnesium (Sahoo, 2011) en titanium (Lütjering en Williams, 2007). De grondbeginselen van stolling voor gegoten legeringen en conventionele gietprocesstechnologieën zijn gedocumenteerd in verschillende boeken die sinds de jaren 1960 zijn gepubliceerd (Chalmers, 1964, Flemings, 1974, Kurz en Fisher, 1984, Stefanescu, 2002, Dantzig en Rappaz, 2009). Daarom worden conventionele gegoten legeringen en gietprocestechnieken niet in dit artikel besproken. Een recente review door Campbell (2020) gaf een kritische beoordeling van verschillende gietprocessen in termen van defectvorming, met name bifilms en scheuren in gietstukken, evenals hun negatieve effecten op de mechanische eigenschappen van gietstukken.
Hier geven we een uitgebreide en toch kritische review van de ontwikkelingen en innovaties die de afgelopen twee decennia zijn ontstaan in het ontwerp van lichte legeringen, giettechnologieën en opkomende op stolling gebaseerde processen, met de nadruk op procesverbeteringen om enkele fundamentele problemen met betrekking tot defectvorming in conventionele gietprocessen te overwinnen. Daarnaast bekijken we toekomstige trends zoals gietsimulatie, multi-materiaalontwerp en -productie, additieve fabricage en de toepassingen van Integrated Computational Materials Engineering (ICME) in legeringsontwerp, productie en productontwikkeling.
Uw bericht moet tussen de 20-3.000 tekens bevatten!