Alumíniumötvözet olvasztás, Formuláció, és öntési technológia

A kiváló minőségű alumínium extrudálási alapanyag és öntvények előállítása megköveteli az ötvözetek kémiájának integrált szabályozását, olvad a tisztaság, hőtörténet és megszilárdulási viselkedés.

Kis mennyiségű szennyeződés, nem megfelelő olvasztási vagy gáztalanítási gyakorlat, vagy az ellenőrizetlen megszilárdulás érvénytelenítheti az egyébként helyes kémiát.

Ez a cikk az ötvözet tervezési elveit szintetizálja (hangsúlyt fektetve az Al-Mg-Si-re / 6063), ajánlott olvasztási és finomítási gyakorlat, szemcsefinomítási és öntési paraméterek, homogenizálási stratégia,

és hibaelhárítási intézkedések a tipikus hibák minimalizálása érdekében (porozitás, oxid bezáródás, durva szemű, elkülönítés).

1. Irányítási filozófia: összetétel és szennyeződési költségvetés

• Elsődleges szabály: egy minősített ötvözet összetétel önmagában az szükséges, de nem elégséges.
  A nyomokban lévő szennyeződések összessége (PÉLDÁUL., FE, CU, Zn, MN, -Y -az, mások) és a nem kívánt elemeket a felületi minőség megőrzése érdekében korlátozni kell, extrudálási reakció és végső mechanikai tulajdonságok.
• Példa (gyakorlati): bár egyes szabványok megengedik a Zn-t akár 0.10 tömeg% bizonyos kovácsolt ötvözetekben,
  gyártási tapasztalatok azt mutatják Zn ≥ 0.05 tömeg% oxidált extrudált felületeken fehér foltokat okozhat;
  ezért sok termelő megcélozza Zn < 0.05 tömeg% fényes felületű profilokhoz.
• A szennyeződések kölcsönhatásba lépnek: a kumulatív „szennyezettségi költségvetés” gyakran fontosabb, mint bármely egyedi elem specifikációnak való megfelelése.

2. Ötvözet készítmény: az Al–Mg–Si triád (6063 család)

• 6063 alumíniumötvözet névleges tartományai (példa, GB/T és általános gyakorlat szerint): És ≈ 0.2–0,6 tömeg%; Mg ≈ 0.45–0,9 tömeg%; Fe ≤ 0.35 tömeg%; egyéb elemek (CU, MN, CR, ZR, -Y -az) jellemzően < 0.10 tömeg%. (A pontos tűréshatárokért tekintse meg a végtermék specifikációit.)
• Erősítő szakasz: A Mg2Si a fő keményedési fázis. Hatékonysága a Mg-től függ:Si atom/tömeg arány – a Mg:A Mg2Si Si tömegaránya ≈ 1.73.
  Az öregedés maximalizálása érdekében, fenntartani Mg:És ≤ 1.73 (azaz. kerülje a Mg felesleget).
  A felesleges Si korlátozott negatív hatással van a Mg2Si oldhatóságára; a Mg felesleg csökkenti az oldhatóságot és az öregedési választ.
• Oldhatóság és hő/kor viselkedés (gyakorlati adatok): A Mg₂Si erős hőmérséklet-függést mutat; a pszeudo-bináris α(Al)–Mg₂Si eutektikus képződik közel 595 ° C.
  A gyakorlatban említett maximális Mg2Si oldhatóság ≈ 1.85 tömeg%, és at 500 ° C oldhatósága ≈-re esik 1.05 tömeg%.
  Következésképpen, magasabb oldatkezelési hőmérsékletek és a megfelelő kioltási sebesség növeli az oldott anyag visszatartását és növeli az öregedési szilárdságot – de vannak gyakorlati korlátok a kezdődő olvadás és a túlzott oxidáció elkerülésére.

3. olvasztási technológiája 6063 Alumíniumötvözet

Az olvasztás a legkritikusabb folyamat a kiváló minőség előállításához alumíniumötvözet filkó.

A nem megfelelő folyamatszabályozás különféle öntési hibákhoz vezethet, mint például a salakzárványok, porozitás, durva szemek, és tollas kristályok.

A következő kulcsfontosságú technikai pontokat szigorúan be kell tartani:

Az olvasztási hőmérséklet precíz szabályozása

Az optimális olvasztási hőmérséklet a 6063 alumínium ötvözet az 750-760 °C. A hőmérséklet-szabályozás a következő okok miatt kritikus:

• Alacsony hőmérséklet kockázata: A 750°C alatti hőmérséklet növeli az alumíniumolvadék viszkozitását, csökkenti a salakleválasztás hatékonyságát és növeli a salakzáródási hibák valószínűségét a tuskókban.
• Magas hőmérséklet kockázata: A 760 °C feletti hőmérséklet az alumíniumolvadékban a hidrogén oldhatóságának meredek növekedését okozza.
  Kohászati ​​kutatások azt mutatják, hogy a hidrogén oldhatósága az alumíniumban exponenciálisan növekszik 760 °C feletti hőmérséklettel.
  A túl magas hőmérséklet az olvadék oxidációját és nitridálódását is felgyorsítja, ami az ötvözőelemek fokozott égési veszteségéhez vezet, és közvetlenül okoznak hibákat, például durva szemcséket és tollas kristályokat.

A hidrogén abszorpció csökkentésére további intézkedések közé tartozik:

• Az olvasztókemencék és szerszámok előmelegítése 200-300°C-ra a felületi nedvesség eltávolítása érdekében.
• Csak szárazon használjuk, nem romlott nyersanyagok és folyasztószerek, hogy elkerüljék a nedvesség bejutását az olvadékba.

Kiváló minőségű folyasztószerek kiválasztása és finomítási folyamatok optimalizálása

Fluxusok (beleértve a salakeltávolítókat is, finomítók, és fedőszerek) nélkülözhetetlen segédanyagok az alumíniumötvözetek olvasztásához.
A legtöbb kereskedelmi folyasztószer kloridokból és fluoridokból áll, amelyek erősen higroszkóposak. A rossz fluxuskezelés az olvadék hidrogénszennyezésének fő forrása.

Fluxus minőség-ellenőrzés

• A folyasztószer előállításához használt nyersanyagokat alaposan meg kell szárítani a nedvesség eltávolítása érdekében, és a kész folyasztószert hermetikusan kell csomagolni, hogy megakadályozzuk a tárolás és szállítás során a higroszkópos felszívódást.
• Figyelmet kell fordítani a fluxus gyártási dátumára; a lejárt folyasztószer hajlamos felszívni a nedvességet,
  amely reakcióba lép az alumíniumolvadékkal és hidrogén keletkezik (2Al + 3H₂O → Al2O3 + 3H₂ ↑), ami a tuskó porozitási hibáihoz vezet.

A porbefecskendezési finomítási folyamat optimalizálása

A porfecskendezési finomítás a legszélesebb körben alkalmazott finomítási módszer 6063 alumíniumötvözet, mivel teljes érintkezést tesz lehetővé a finomítószer és az olvadék között.

Ennek a folyamatnak az alapvető technikai pontjai:

1. Nitrogénnyomás szabályozás: A nitrogénnyomást a lehető legalacsonyabb szinten kell tartani, éppen elég ahhoz, hogy a finomítószert az olvadékba vigye.
   A magas nitrogénnyomás heves turbulenciát és az olvadék fröccsenését okozza, növelve az új oxidfilmek képződését és az oxidzárvány-hibák kockázatát.
2. Nitrogén tisztasági követelmények: Nagy tisztaságú nitrogén (≥99,99%) finomításhoz kell használni.
   A szennyezett nitrogéntartalmú nedvesség további hidrogént juttat az olvadékba, ellensúlyozza a finomító hatást.
3. Finomítószer adagolása: A több fluxus elve, kevesebb gázt kell követni.
   A finomítószer adagjának növelése fokozhatja a gáztalanító és salakeltávolító hatást, míg a nitrogénfelhasználás csökkentése csökkentheti a termelési költségeket és minimalizálhatja az olvadék turbulenciáját.
   A folyamat alapvető célja a maximális mennyiségű finomítószer befecskendezése az olvadékba a minimális mennyiségű nitrogén felhasználásával..

Gabonafinomító kezelés

A szemcsefinomítás az egyik leghatékonyabb intézkedés az alumíniumötvözet tuskó minőségének javítására és az öntési hibák, például a porozitás megoldására., durva szemek, és tollas kristályok.

A gabonafinomítás mechanizmusa a következő:

Nem egyensúlyi szilárdulás során, szennyező elemek (beleértve az ötvözőelemeket) hajlamosak szegregálódni a szemcsehatárokon.
A finomabb szemcsék növelik a teljes szemcsehatárterületet, amely csökkenti a szennyező elemek koncentrációját az egyes szemcsehatárokon.
Szennyező elemekhez, ez csökkenti káros hatásaikat; ötvöző elemekhez, ez javítja eloszlásuk egyenletességét és fokozza erősítő hatásukat.

A gabonafinomítás hatása egy egyszerű számítással szemléltethető: tételezzünk fel két azonos térfogatú V fémtömböt, köbös szemekből áll.

Ha a blokk szemcseoldali hossza 1 a 2a és a blokk 2 a, tömb teljes szemcsehatárterülete 2 kétszerese a blokknak 1.

Ez azt jelenti, hogy a szemcseméret felére csökkentése megkétszerezi a szemcsehatár területét, és felére csökkenti az egységnyi szemcsehatárterületre eső szennyezőanyag-koncentrációt.

Mert 6063 matt profilokban használt ötvözet, különösen fontos a gabonafinomítás.

Finomabb, egyenletesebb szemcsék biztosítják a profilfelület egyenletes korrodálódását a fagyos folyamat során, következetes, kiváló minőségű matt felület.

Az alumíniumötvözetek szokásos szemcsefinomítói közé tartoznak az Al-Ti-B mesterötvözetek, amelyeket jellemzően 0,1-0,3 tömeg%-ban adagolnak az olvadékhoz.

4. Öntési technológiája 6063 Alumíniumötvözet

Az öntés az a folyamat, amikor a finomított alumíniumolvadékot meghatározott méretű szilárd tuskóvá alakítják. Az ésszerű öntési folyamat paraméterei elengedhetetlenek a jó minőségű tuskó előállításához.

A következő kulcsfontosságú technikai szempontokat kell hangsúlyozni:

Az optimális öntési hőmérséklet kiválasztása

Mert 6063 szemfinomítóval kezelt ötvözetolvadékok, az optimális öntési hőmérséklet az 720-740 °C. Ezt a hőmérséklet-tartományt a következő tényezők határozzák meg:

1. A szemcsésen finomított olvadék nagyobb viszkozitású és gyorsabb megszilárdulási sebességgel rendelkezik; a mérsékelten megemelt öntési hőmérséklet biztosítja az olvadék jó folyékonyságát és megakadályozza a hidegzárási hibákat.
2. Casting alatt, folyadék-szilárd kétfázisú zóna alakul ki a tuskó megszilárdulási frontján.
   A közepesen magas öntési hőmérséklet szűkíti ezt a kétfázisú zónát, amely megkönnyíti a megszilárdulás során keletkező gázok távozását és csökkenti a porozitási hibákat.

Viszont, az öntési hőmérséklet nem lehet túl magas, mivel a magas hőmérséklet lerövidíti a szemcsefinomító effektív idejét, és durva szemcseszerkezetekhez vezet a tuskóban.

Öntőrendszer előmelegítése

Az öntőrendszer összes alkatrésze, beleértve a mosókat is, forgalmazók, és formák, öntés előtt teljesen elő kell melegíteni és 200-300°C-ra kell szárítani.

Ez megakadályozza a reakciót ezen alkatrészek felületén lévő nedvesség és a magas hőmérsékletű alumíniumolvadék között, amely a hidrogénszennyezés fő forrása.

Az olvadékturbulencia és az oxidzáródás megelőzése

Casting alatt, az alumíniumolvadék turbulenciáját és fröccsenését minimálisra kell csökkenteni. A következő működési irányelveket kell követni:

• Kerülje az olvadék keverését a mosodában vagy az elosztóban szerszámokkal, mivel ez eltöri az olvadék felületén lévő védő oxidfilmet, ami új oxidok képződéséhez vezet.
• Győződjön meg arról, hogy az olvadék simán befolyik a formába az oxidfilm védelme alatt.
  A kutatások azt mutatják, hogy az alumínium-oxid filmek erős higroszkópos tulajdonságokkal rendelkeznek, Körülbelül 2 tömeg% nedvesség.
  Ha ezeket az oxidfilmeket az olvadékba húzzuk, a bennük lévő nedvesség reakcióba lép az alumíniummal, és hidrogén- és oxidzárványokat képez, súlyosan rontja a tuskó minőségét.

Olvadékszűrő kezelés

A szűrés a leghatékonyabb módszer a nemfémes zárványok alumíniumolvadékból történő eltávolítására.

Mert 6063 ötvözet öntés, két általánosan elterjedt szűrési módszert alkalmaznak: többrétegű üvegszálas szövetszűrés és kerámia szűrőlemezes szűrés.

A legfontosabb működési pontok közé tartozik:

• Szűrés előtt, az olvadék felületi salakját el kell távolítani. A mosodába salakterelőt kell beépíteni, hogy a felületi salakot leválasztja az áramló olvadéktól, megakadályozza a szűrő eltömődését és biztosítja a sima szűrést.
• A szűrőt az olvadék hőmérsékletére kell előmelegíteni, hogy elkerüljük a szűrőt érő hősokkot, és megakadályozzuk a hidegzárási hibák kialakulását az olvadékban.

5. Homogenizálás Kezelése 6063 Alumíniumötvözet tuskó

Nem egyensúlyi szilárdulás és hatásai

Casting alatt, az alumíniumolvadék gyorsan megszilárdul, nem egyensúlyi szilárdulást eredményez.

Két A és B elemből álló bináris fázisdiagramban, amikor egy F összetételű ötvözet megszilárdul,
az egyensúlyi szilárd fázisú összetétel T1 hőmérsékleten G legyen, de a tényleges szilárd fázisú összetétel a gyors lehűlés miatt G’.

Ennek az az oka, hogy az ötvözőelemek diffúziós sebessége a szilárd fázisban lassabb, mint a kristályosodási sebesség, ami a szemcsék kémiai összetételének inhomogenitásához vezet (AZAZ., elkülönítés).

Nem egyensúlyi megszilárdulása 6063 Az ötvözött tuskó két fő problémát okoz:

1. Maradék öntési feszültség van a szemcsék között;
2. A szemcséken belüli kémiai összetétel inhomogenitása a szegregáció miatt.

Ezek a problémák megnehezítik a későbbi extrudálási feldolgozást, és csökkentik a végső profil mechanikai tulajdonságait és felületkezelési teljesítményét.

Ezért, homogenizációs kezelés szükséges a tuskókhoz az extrudálás előtt.

Homogenizációs kezelési folyamat

A homogenizálási kezelés olyan hőkezelési eljárás, amelyben a tuskót magas hőmérsékleten tartják (a túlégetési hőmérséklet alatt) az öntési feszültség és a szemcse belső szegregációjának kiküszöbölésére.

A legfontosabb műszaki paraméterek a következők:

• Homogenizálási hőmérséklet: Az ideális Al-Mg-Si hármas rendszer túlégetési hőmérséklete 595°C,
  hanem a tényleges 6063 ötvözet különféle szennyező elemeket tartalmaz, így egy többkomponensű rendszer.
  Ezért, a tényleges túlégetési hőmérséklet alacsonyabb, mint 595°C.
  Az optimális homogenizálási hőmérséklet 6063 ötvözet az 530-550°C. Ezen a tartományon belüli magasabb hőmérséklet lerövidítheti a tartási időt, energiát takarít meg, és javítja a kemence termelékenységét.
• Tartási idő: A tartási idő a tuskó átmérőjétől és szemcseméretétől függ.
  A finomabb szemcsék rövidebb tartási időt igényelnek, mivel az ötvözőelemek diffúziós távolsága a szemcsehatároktól a szemcsék belsejéig rövidebb.

Energiatakarékossági intézkedések a homogenizálási kezeléshez

A homogenizációs kezelés magas hőmérsékletet és hosszú tartási időt igényel, magas energiafogyasztást és feldolgozási költségeket eredményez, ezért sok profilgyártó kihagyja ezt a folyamatot.

A hatékony energiatakarékossági intézkedések közé tartozik:

1. Gabonafinomítás: Mint korábban említettük, a finomabb szemcsék jelentősen lerövidítik a szükséges homogenizálási tartási időt, Az energiafogyasztás csökkentése.
2. Integrált fűtési folyamat: Nyújtsa ki a tuskófűtő kemencét az extrudáláshoz, és szegmentált hőmérsékletszabályozást valósítson meg a homogenizálási és az extrudálási hőmérsékleti követelmények teljesítése érdekében.
   Ennek az eljárásnak három fő előnye van:

• • Nincs szükség további homogenizáló kemence használatára;
  • A homogenizált tuskó hőjét teljes mértékben kihasználják, az extrudálás előtti ismételt melegítés elkerülése;
  • A hosszú távú fűtés biztosítja az egyenletes hőmérséklet-eloszlást a tuskó belsejében és kívül, ami előnyös az extrudálásnál és az azt követő hőkezelésnél.

6. Minőségbiztosítás: mérőszámok és ellenőrzés

Fontos átvételi ellenőrzések az extrudálás/öntés elengedése előtt:

• Kémiai elemzés (teljes spektrokémiai MTR): ellenőrizze a fő ötvözőelemeket és a nyomokban lévő szennyeződéseket – különösen a cinket, Cu és Fe.
• Hidrogénelemzés / porozitási mintavétel: az olvadék hidrogéntartalma (vagy porozitási index mintaöntvényeken) és reprezentatív tuskók radiográfiája/CT.
• Befogadási szint / szűrés hatékonysága: szűrőpogácsák optikai vizsgálata, mikroszkopikus zárványszámok laboratóriumi szelvényekből.
• Szemcseméret és fáziseloszlás: metallográfiai ellenőrzések a minta megszilárdulása után; ferrit/α szemcseméret, másodlagos fázisok.
• Mechanikai ellenőrzések: szakítószilárdság és keménység a kuponokon az oldat és az ötvözet reakciójának megerősítésére.

7. Gyakori öntési hibák – okok és megoldások

8. Fejlett és folyamatjavító technikák

• Ultrahangos gáztalanítás: kavitációt hoz létre a hidrogén eltávolításához, és megszakíthatja az oxidfilmeket – hatékony egyes bolti kivitelezésekben kis tuskókhoz és nagy értékű öntvényekhez.
• Vákuumszegényedés / alacsony nyomású öntvény: csökkenti az oldott gázok szintjét és javíthatja az etetést; prémium termelésben használják.
• Elektromágneses keverés: óvatosan alkalmazva, finomítja a gabonát és homogenizálja a hőmérsékletet; kerülje a túlzott turbulenciát a penész felületén.
• Automatizált adagolás és olvadásnyilvántartás: precíz mester-ötvözet kiegészítés, AR/IR spektrovezérlés, és a digitális olvadéknaplók csökkentik az emberi hibákat és biztosítják a nyomon követhetőséget.
• Szimulációs eszközök: CFD alacsony turbulenciájú kapuzás tervezésére, és megszilárdulási modellezés a termikus gradiensek optimalizálása és a forró pontok minimalizálása érdekében.

9. Környezeti, biztonsági és gazdasági megfontolások

• Fluxuskezelési veszélyek: A klorid/fluorid sók maró hatásúak és higroszkóposak; zárva tartsa, száraz tárolás. Gondoskodjon PPE-ről és füstszabályozásról a fluxus használatához.
• Energiagazdálkodás: az olvasztás és homogenizálás energiaigényes; lépcsőzetes kemencerendszerek,
  hulladékhő visszanyerése és folyamatintegráció (előmelegítse a tuskót kipufogó hővel) jelentős költségmegtakarítást eredményez.
• Hulladék és újrahasznosítás: különítse el a nagy értékű ötvözethulladékot a szennyezett anyagoktól; olvasztási gyakorlatokat kell alkalmazni a tramp elemek korlátozása és az ötvözet minőségének megőrzése érdekében.

10. Következtetés

A kiváló minőségű alumíniumötvözet öntvények és az extrudálási alapanyagok fegyelmezett ötvözet-szabályozás termékei, precíz olvadékkezelés és jól megtervezett szilárdítási gyakorlat.

6xxx sorozatú ötvözetekhez, mint pl 6063, a siker a megfelelő Mg fenntartásán múlik: Ha egyensúly, szennyező elemek megtartása (különösen a Zn) a felületminőség gyakorlati küszöbértékei alatt,

elkerülve a túlzott olvadék túlhevülést, hatékony finomítás alkalmazásával (por + szabályozott gázöblítés), finom szemcseszerkezet elérése, és megfelelő homogenizálást alkalmazva.

Ezeket az intézkedéseket együttesen hajtsa végre – nem elszigetelten –, és az eredmény kiszámítható mechanikai tulajdonságokat eredményez, robusztus felületminőség és kevesebb költséges selejt vagy utómunkálat.

 

GYIK

Miért van a Zn <0.05 ajánlott, ha sok specifikáció megengedi 0.10?

Gyakorlati bolti tapasztalat Zn közelében 0.1 elősegíti a fehér foltosodást oxidáció/lágyítás után; -re csökkentve <0.05 enyhíti a felületi hibákat fényes/extrudált profiloknál.

Mi a legérzékenyebb olvadási paraméter?

Olvadási hőmérséklet. Fent kb 760 ° C az oldott hidrogén meredeken emelkedik és porozitást és egyéb hibákat okoz; az olvadékhőmérséklet szabályozása és a tartózkodási idő minimális legyen.

Porfinomítás kontra nagy gázáramlás – melyik a jobb?

Használat bőséges finomító por minimális, szabályozott gázáramlás. A nagy gázáramok nagy buborékokat képeznek, rövid tartózkodási idővel: gyenge gáztalanítás és fokozott turbulencia.

A szemcsefinomítás növeli-e az öntési hőmérséklet tűrését??

Igen – a hatékonyan szemcsefinomított olvadék valamivel magasabb öntési hőmérsékletet tolerál (tip. 720–740 ° C) mert a kásás zóna beszűkül és javul a táplálkozás; de a túlhevítést továbbra is korlátozni kell.

Az öntvényhulladék biztonságosan újrafelhasználható?

Igen, hanem figyelje a csavargó elemeket és ötvözetcsaládonként különítse el. Az újrahasznosított anyagok növelik a szennyeződések mennyiségét, és finomabb olvasztási gyakorlatot és szigorúbb MTR-szabályozást igényelnek.