Lekkie stopy aluminium (Al), magnezu (Mg) i tytanu (Ti) są coraz częściej wykorzystywane w przemyśle transportowym i wytwórczym w celu zmniejszenia zużycia energii, a także śladu węglowego. Rys. 1 (DuckerFrontier, 2020) pokazuje, że wykorzystanie Al w sektorze motoryzacyjnym odnotowało ogromny wzrost; z 84 funtów na pojazd w 1975 r. do 459 funtów w 2020 r. i prognozowanych 570 funtów na 2030 r., przy czym większość zastosowanego Al to odlewy. Wszystkie sektory produkcji lekkich stopów odnotowały znaczny wzrost, a w szczególności przemysł odlewniczy.
Pierwsze odlewy metali (złota) można faktycznie datować na około 4000 r. p.n.e., chociaż miedziana żaba jest najstarszym istniejącym odlewem znanym obecnie, datowanym na około 3200 r. p.n.e. (Olsen, 2020). Nowoczesne technologie odlewnicze dostarczają komponenty w praktycznie każdym zastosowaniu przemysłowym, pomimo tego, że krzepnięcie jest punktem wyjścia dla każdego produktu kutego lub proszkowego do dalszej produkcji. Roczna globalna produkcja odlewów metalowych wyniosła około 109 milionów ton metrycznych w 2019 roku, w tym około 17 205 447 ton metrycznych (MT) aluminium i 60 138 MT magnezu (Staff Report, 2021). Pięć czołowych krajów produkujących odlewy to Chiny, Indie, USA, Japonia i Niemcy. Przemysł odlewniczy jest filarem zasadniczo wszystkich działań produkcyjnych, a technologie odlewania lekkich stopów mają kluczowe znaczenie dla zrównoważonego rozwoju przemysłu wytwórczego i transportowego na całym świecie.
Konwencjonalne stopy odlewnicze Al, Mg i Ti oraz ich procesy topienia i odlewania są dobrze udokumentowane w podręcznikach ASM (Avedesian i Baker, 1999, Viswanathan i in., 2008, Anderson i in., 2018) oraz w kilku monografiach dotyczących aluminium (Kaufman i Rooy, 2004), magnezu (Sahoo, 2011) i tytanu (Lütjering i Williams, 2007). Podstawy krzepnięcia stopów odlewniczych i konwencjonalne technologie procesów odlewniczych zostały udokumentowane w kilku książkach opublikowanych od lat 60. (Chalmers, 1964, Flemings, 1974, Kurz i Fisher, 1984, Stefanescu, 2002, Dantzig i Rappaz, 2009). Zatem konwencjonalne stopy odlewnicze i techniki procesów odlewniczych nie są omawiane w tym artykule. Niedawna recenzja Campbella (2020) dostarczyła krytycznej oceny różnych procesów odlewniczych pod względem powstawania wad, w szczególności dwuwarstw i pęknięć w odlewach, a także ich negatywnego wpływu na właściwości mechaniczne odlewów.
Tutaj przedstawiamy kompleksowy, a zarazem krytyczny przegląd rozwoju i innowacji, które pojawiły się w ciągu ostatnich dwóch dekad w zakresie projektowania lekkich stopów, technologii odlewniczych i nowych procesów opartych na krzepnięciu, koncentrując się na ulepszeniach procesów w celu pokonania niektórych podstawowych problemów związanych z powstawaniem wad w konwencjonalnych procesach odlewniczych. Ponadto omawiamy przyszłe trendy, takie jak symulacja odlewania, projektowanie i produkcja wielomateriałowa, produkcja addytywna oraz zastosowania Zintegrowanej Inżynierii Materiałów Obliczeniowych (ICME) w projektowaniu stopów, produkcji i rozwoju produktów.
Twoja wiadomość musi mieć od 20 do 3000 znaków!