Ալյումինի հալման կետ: Մաքուր ալ-ից համաձուլվածքներ

1. Ներածություն

Ալյումինե շարքում է այսօր օգտագործված առավել բազմակողմանի եւ առատ մետաղների շարքում, Ընդունող արդյունաբերությունները օդատիեզերքից մինչեւ սպառողական էլեկտրոնիկա.

Դրա համադրությունը Թեթեւ քաշ, Լավ հաղորդունակություն, և Կոռոզիոն դիմադրություն դա անփոխարինելի է դարձնում.

Արտադրել, վերամշակել, կամ արդյունավետորեն միացեք ալյումինին, Ինժեներները պետք է հստակ իմանան, թե երբ է այն անցումից մինչեւ հեղուկ.

Այս հոդվածում, Մենք նայում ենք ալյումինի հալման կետի, դրա ճշգրիտ արժեքը, ազդեցության գործոնների վրա, Չափման տեխնիկա, եւ արդյունաբերական հետեւանքներ.

Պարզաբանելով այս մանրամասները, Մենք նպատակ ունենք նյութերի գիտնականներին եւ արտադրական ինժեներներին վերազինել գործուն պատկերացումներ `վերամշակող գործընթացները օպտիմալացնելու համար, որոնք ապավինում են ալյումինի հալման պահվածքին.

2. Որն է հալման կետը?

Թերմոդինամիկայում, է հալման կետ նշում է ջերմաստիճանը, որով ամուր եւ իր հեղուկ փուլը գոյակցում է հավասարակշռության մեջ.

Այս ճշգրիտ ջերմաստիճանում, պինդը բավականաչափ ջերմություն է ներծծում բյուրեղյա վանդակավորությունը կոտրելու համար,

Վերափոխվելով հեղուկի վերածելիս կայուն ջերմաստիճանը պահպանելիս, մինչեւ հալվելը ավարտվի.

Մի քանի գործոններ ազդում են հավասարակշռության ջերմաստիճանի վրա:

• Մաքրություն: Մաքուր նյութերը կտրուկ ունեն, Լավ սահմանված հալման կետեր. Նույնիսկ հետքի կեղտը կարող է ընդլայնել հալման միջակայքը եւ նվազեցնել սկզբի ջերմաստիճանը.
• Ճնշում: Քանի որ ճնշումը բարձրանում է, հալման կետերը սովորաբար աճում են ըստ Clapeyron- ի հարաբերությունը,
  Որը կապում է ճնշման եւ ջերմաստիճանի փոփոխությունները փուլային սահմաններում `ծավալի եւ մուտքի տարբերությունների միջոցով.
• Խառնուրդ: Ալյումինե խառնուրդը սիլիկոնի կամ պղնձի նման տարրերով խառնվում է հեղուկ և շիկացած Գծեր փուլային դիագրամի վրա.
  Հեղուկը ներկայացնում է այն ջերմաստիճանը, որով խառնուրդը լիովին հեղուկ է,
  Մինչդեռ Solidus- ը նշում է ներքեւի ջերմաստիճանը, որը այն լիովին ամուր է. Այս երկու տողերի միջեւ, Կոշտ եւ հեղուկ գոյակցող.

3. Մաքուր ալյումինի հալման կետը

Ստանդարտ արժեք: 660.32 ° C (1220.58 ° f)

Ստանդարտ մթնոլորտային ճնշման տակ (0.1 MPA), մաքուր ալյումին հալվում է 660.32 ° C (1,220.58 ° f).

Լաբորատորիաները հաստատում են այս արժեքը `օգտագործելով բարձր ճշգրտության ֆիքսված բջիջներ եւ համեմատություն սերտիֆիկացված տեղեկատու նյութերի հետ.

Արդյունաբերական ջերմապաշարները հաճախ կարդում են 5-10 ° C ավելի բարձր, քան ճշմարիտ հալած ջերմաստիճանը `գերտաքացման եւ չափման սխալի պատճառով,
Այսպիսով, օպերատորները սովորաբար կառուցում են վառարանների սահմաններում 680-700 ° C նախքան լցնելը.

Ալյումինի հալման կետի վրա ազդող գործոնները

Ալյումինե տարրերի ազդեցությունը

Ալյումինում խառնուրդի ժամանակ, տարրեր, ինչպիսիք են սիլիկոն (Մի քանազոր), մագնեզիում (Մգ), պղինձ (Մգոհել), եւ ցինկ (Zn) փոխեք նրա հալման պահվածքը:

• Սիլիկոն (Ալ - այո) Ալյումինե (օր., A356, A319) ցուցադրել ելքային կոմպոզիցիաներ շուրջը 12.6 wt % Մի քանազոր. Նրանց Eutectic խառնուրդը հալվում է 577 ° C, մինչդեռ հեղուկը մոտ է 615 ° C.
• Մագնեզիում (Ալ-մգ) լրացումներ (օր., 6061 խառնուրդ) Հանգստացեք հեղուկը մոտավորապես 650 ° C եւ սոլին 582 ° C, մոտավորապես հալման տեսականի ստեղծում 68 ° C.
• Պղնձ (Ալ-ՄՄ) և Ցինկ (Al-zn) Shift հալեցման միջակայքերը: Օրինակ, 7075 (Al -zn -mg - հետ) մոտակայքում ունի հեղուկ 635 ° C եւ մի ամուր 475 ° C, Տարածում, 160 ° C ջերմաստիճանի.
• Յուրաքանչյուր խառնուրդի հալման տեսականի է հայտնվում իր փուլային դիագրամում, եւ արտադրողները պետք է թիրախային ձուլման
  կամ արտանետման ջերմաստիճանը հեղուկից վերեւից `բարակ հատվածների ամբողջական հեղուկի եւ պատշաճ կերակրման համար.

Խոզանակներ եւ հեղուկ / պինդ դեպրեսիա

Նույնիսկ փոքր քանակությամբ երկաթ (Անք), նիկել (Մեջ), կամ քրոմ (Խուզարկու) Գործեք որպես կեղտ,

հաճախ կազմելով միջմշակաձեւ միացություններ (օր., Ալիֆա) եւ հեղուկի ջերմաստիճանը ճնշելով մի քանի աստիճաններով.

Օրինակ, ճիշտ 0.1 wt % Անք կարող է իջեցնել հեղուկը 2-3 ° C- ով.

Ձուլումները մեղմում են դա `օգտագործելով հոսքեր (քլորիդի կամ ֆտորիդի վրա հիմնված) եւ degassing `օքսիդները եւ ջրածինը հեռացնելու համար,

այդպիսով խստացնելով հալման սարահարթը եւ նվազեցնելով solidus- ի եւ հեղուկի միջեւ եղած բացը.

Հալման ճնշման կախվածությունը (Clapeyron- ի հարաբերությունը)

Բարձրացված ճնշումների տակ, Ալյումինի հալման կետը բարձրանում է մոտավորապես տոկոսադրույքով 6 K / gpa.

Արդյունաբերական գործընթացների մեծ մասի համար կամ մոտակայքում 1 բանկոմատ, Այս էֆեկտը ապացուցում է աննշան.

Այնուամենայնիվ, Բարձր ճնշման հետազոտություն (օր., Diamond-Anvil բջիջների փորձեր) բացահայտում է դա 1 Gpa, Ալյումինի հալման կետը բարձրանում է շուրջը 666 ° C.

Չնայած ուղղակիորեն կիրառելի չէ ստանդարտ ձուլման համար, Այս տեղեկատվությունը ընդգծում է, թե ինչպես է ճնշումը ազդում պինդ հեղուկ հավասարակշռության վրա.

4. Ալյումինե համակարգեր եւ հալման տներ

Ստորեւ բերված է ընդհանուր ալյումինե համաձուլվածքների ոչ սպառիչ, բայց լայնածավալ ցուցակ (հալվելը) ջերմաստիճանը.

Շատ դեպքերում, Յուրաքանչյուր համաձուլվածքներ ցուցադրում է ա միջակայք Հիմնականության միջեւ (հալման առաջացում) եւ հեղուկ (Լիովին հեղուկ) Համաձուլման եւ Եղբայրական ռեակցիաների պատճառով.

Նշումներ եւ դիտարկումներ:

• Մաքուր ալյումին (1100) հալվում է հենց դրան 660.3 ° C (1 220.5 ° f); առլտրական 1100 կարող է մի փոքր ցույց տալ 1 ° C (± 1.8 ° f) Տատանում է հետքի կեղտաջրերի պատճառով.
• Ալ-Սի ձուլման համաձուլվածքներ (A356, A380, ADC12, A413) հատկորոշում Solidus արժեքները 546 ° C (1 015 ° f) դեպի À 577 ° C (1 071 ° f), Հեղուկով մոտ 595-615 ° C (1 103-1 139 ° f).
  Մի քանիսը համեմատաբար նեղ սառեցման ընդմիջումներով (օր., A356) զիջեք նուրբ միկրոհամակարգեր եւ լավ մեխանիկական հատկություններ.
• MG- կրող ձեռքերով համաձուլվածքներ (5052, 5083, 6061, 6082, 6063) ցուցահանդես Solidus- ի ջերմաստիճանը միջեւ 545 ° C (1 013 ° f) և 582 ° C (1 080 ° f),
  Մինչդեռ հեղուկը ընկած է 640 ° C (1 184 ° f) և 655 ° C (1 211 ° f).
  Որպես MG բովանդակության բարձրանում, Solidus- ը իջնում ​​է ցածր, հալման միջակայքի ընդլայնում.
• Բարձր ուժ 7000 շարք (7050, 7075) ցուցադրել շատ լայն սառեցման միջակայք,
  Eutectics 470-475 ° C- ի մոտ (878-887 ° F) եւ հեղուկը շուրջ 635-640 ° C (1 175-1 184 ° f).
  Զգուշորեն մշակման վերահսկում (Վակուումային ձուլում, HPDC) անհրաժեշտ է տաք ճեղքումը կանխելու համար.
• Պղնձի հարուստ ալյումինե խառնուրդներ (2024, 2014) ունենալ Solidus- ի արժեքները մոտ 490-502 ° C (914-935 ° F)
  և Մոտ 640-642 ° 100 (1 184-1 188 ° f)- շատ մեծ ընդարձակ ընդմիջում է 140 ° C- ից (≈ 252 ° f), Թերություններից խուսափելու համար պահանջելով ճշգրիտ ջերմաստիճանի կառավարում.
• Զարգացող համաձուլվածքներ (Ալ -լի, Թակարդ, Albememet, Նանո-համաձուլվածքներ) կսմթել հալման պահվածքը ընդամենը մի քանի աստիճանով, բայց առաջարկեք յուրահատուկ մեխանիկական կամ վերամշակման առավելություններ.

5. Չափման եւ որոշման մեթոդներ

Aluminium- ի հալման կետը ճշգրիտ նշելու համար պահանջում է վերահսկվող լաբորատոր մեթոդներ. Ինժեներներն ու հետազոտողները ապավինում են:

Դիֆերենցիալ սկան կալորիա (Բխում)

DSC- ն չափում է ջերմության հոսքը փոքր ալյումինի նմուշի մեջ (5-10 մգ) որպես ջերմաստիճանի թեքահարթակներ հայտնի փոխարժեքով (օր., 10 ° C / Min).

Է Էնդոթերմային գագաթ մոտ 660.3 ° C- ն համապատասխանում է Fusion- ի լատենտային շոգին (կոպիտ 10.71 KJ / MOL, կամ 394 Ժ / գ).

Բարձր ճշգրտության DSC գործիքներ Հասնել ± 0.5 ° C ճշգրտությամբ `տրամաչափելով առաջնային տեղեկանքները, ինչպիսիք են indium- ը (հալման կետ 156.6 ° C) եւ ցինկ (419.5 ° C).

Տարբերակ ջերմային վերլուծություն (Դետա)

DTA- ում, տեղեկանք (իներտ նյութ) եւ ալյումինի նմուշը կիսում է նույն ջեռուցման ծրագիրը. Նրանց միջեւ ջերմաստիճանի տարբերությունը բացահայտում է հալման սկիզբը.

Չնայած D- ից պակաս ճշգրիտ է, քան DSC- ն, DTA- ն ապահովում է 1 ° C բանաձեւ, Այն օգտակար դարձնելով Ալյումիների միջակայքերը բնութագրելու համար, երբ զուգակցվում են սառեցման կորերով.

Thermocouple- ի վրա հիմնված վառարանների թեստեր

Արդյունաբերական հիմնավորումները հաճախ ապավինում են Տեսակը k (Nicr-Nial) կամ Տեսակը n (Նիկրսի-ոմանք) Thermocouples- ը տեղադրված է հալած ալյումինի մեջ.

Երբ նմուշը հասնում է 660 ° C, Օպերատորները նշում են ժամանակավոր սարահարթ (Սառցե վառարանների ոճը) Ույց տալով լատենտային ջերմության կլանում.

Այնուամենայնիվ, գերտաքացում կարող է առաջացնել ակնհայտ ջերմաստիճանը 680-700 ° C նախքան այն ընկնում է իրական հեղուկի հետ.

Հղման մետաղների նկատմամբ կրկնակի ստուգաչափումը օգնում է ճիշտ համակարգված սխալների համար, բայց չի կարող լիովին վերացնել օքսիդացման հետ կապված կողմնակալությունը.

Մարտահրավերներ ճշգրտության մեջ (Օքսիդացում, Գերտաքացում)

Հալած ալյումինն արագորեն ձեւավորում է ալյումինա (Al₂o₃) Ֆիլմը դրա մակերեսին, Մեկուսիչ ներքին հեղուկ եւ ջերմաստիճանի ջերմաստիճանի ընթերցումներ.

Միաժամանակ, զանգվածային ալյումին հաճախ գերտերություններ 20-30 ° C- ով `իր հեղուկից վեր, քանի որ կորիզների խոչընդոտները հետաձգում են հալման սկիզբը.

Այս խնդիրները հաղթահարելու համար, Լաբորատորիաները նմուշառում են իներտ գազի տակ նմուշները (արգոն) կամ կիրառել հոսքեր, նախքան չափումները վերցնելու օքսիդի ֆիլմերը կոտրելու համար.

Նրանք նաեւ տեղադրվում են ֆիքսված կետերի բջիջներ `CaliboPles- ը սերտիֆիկացված ստանդարտների դեմ.

6. Արդյունաբերական հալման եւ ձուլման պրակտիկա

Արդյունաբերական պարամետրերում, Ալյումինը հազվադեպ է հալվում մեկուսացման մեջ; Օպերատորները Grist են մասնագիտացված պրակտիկայի հաջորդականությամբ `որակյալ ձուլում արտադրելու համար:

Վառարանների բնորոշ տեսակներ

• Ներկառուցված վառարաններ: Էլեկտրամագնիսական կծիկներն արագորեն ջեռուցում են ջեռուցումը կամ ձագերը.
  Քանի որ ինդուկցիան կենտրոնացնում է ջերմությունը մետաղի մեջ, Այս վառարանները արդյունավետորեն հալեցնում են ալյումինը 700-750 ° C.
• Reverberrator վառարաններ: Գազի կրակոտ օջախները թույլ են տալիս մեծ խմբաքանակներ (մինչեւ մի քանի տոննա) հալվել 700-720 ° C. Օպերատորները դուրս են գալիս կաթիլից, մինչդեռ պահպանելով նվազագույն ջերմաստիճանի գերբեռնվածությունը.
• Պտտվող վառարաններ: Tilted հարվածային գործիքները պտտվում են ջեռուցումը եւ խառնելը համատեղելու համար, Համազգեստի ջերմաստիճանի պահպանում 700-750 ° C եւ առաջարկելով լավ խառնուրդ համատարածության համատարածության համար.
• Crucible վառարաններ: Ավելի փոքր հզորության միավորներ (50-200 կգ) He երմային ալյումինե էլեկտրական տարրերի կամ պրոպաների միջոցով, Մետաղի մոտ պահելը 680-700 ° C մինչեւ լցնել.

Fluxing եւ degassing

Հալած ալյումինը հեշտությամբ թակարդում է ջրածինը (լուծելիությունը մինչեւ 0.7 cm³ h₂ / 100 գ al մոտ 700 ° C).

Նվազագույնի հասցնելու համար Նեղանում ծակոտկենություն, Ձուլում է պղպջակների իներտ գազերը (արգոն, ազոտ) Հալտի միջոցով, Խրախուսելով ջրածին փախչող.

Նրանք նաեւ ներկայացնում են հոսանքներ-Թիալ քլորիդների կամ ֆտորիդների խառնուրդ, որոնք լուծարում եւ լողում են ալյումինան, Ավելի հեշտ է տեսնել մաշկը.

Արդյունավետ հոսքը նվազեցնում է օքսիդի ներառումը ավելի քան 80 %, ուղղակիորեն բարելավելով վերջնական ձուլման ամբողջականությունը.

Էներգիայի սպառման եւ արդյունավետության նկատառումները

Առաջնային ալյումինե հալման համար սպառում է 13-15 կՎտժ մեկ կիլոգրամ արտադրված մետաղի.

Ի հակադրություն, միջնակարգ (վերամշակված) ալյումին միայն պահանջում է 1.8-2.2 կՎտժ մեկ կիլոգրամ- կոպիտ 85 % Էներգախնայողություն.

Ժամանակակից վառարանների լծակ Կերամիկական մանրաթելային ծածկույթներ, Վերականգնողական այրիչներ, և Թափոնների ջերմության վերականգնում էներգիայի օգտագործումը կտրելու համար լրացուցիչ 15-20 %.

Ձուլման ուղու էներգիայի արժեքը մեկ տոննայում սերտորեն հալվել, որպես ջեռուցման հաշիվներ մինչեւ 60 % ընդհանուր ձուլման արժեքից.

Հալել բուժումը եւ ջերմաստիճանի վերահսկումը որակի համար

Ապահովել համաձուլված խառնուրդի կազմը եւ նվազագույնի հասցնել մակրո-տարանջատումը, Օպերատորները խառնել են հալած ալյումինը, օգտագործելով մեխանիկական ազդարարողներ կամ էլեկտրամագնիսական խառնուրդ.

Նրանք հալվում են 700-720 ° C Հակիրճ ներծծման համար (5-10 րոպե) նախքան տեղափոխվելը վառարաններ.

Ջերմաստիճանի կարգավորիչներ, որոնք հաճախ կապված են Ինֆրակարմիր պիրոմետրեր-Ածայել ± 5 ° C կայունություն, Կանխելով ավելորդ գերտաքացում, բարակ հատվածի ձուլման վրա հեղուկություն ապահովելը.

7. Արդյունաբերական եւ գործնական հետեւանքներ

Մետալուրգիա: Հալման եւ ձուլման գործընթացներ

Ձուլվածքները Calibrate վառարանները մինչեւ Ալյումինի լուծարի վերեւում գտնվող 20-40 ° C.

Չափազանց ցածր ջերմաստիճան (օր., պակաս, քան 50 ° C հեղուկ) առաջացնում է սառը փակված եւ սխալներ,

Չնայած ավելորդ գերտաքացում (օր., > 150 ° C հեղուկ) Արագացնում է օքսիդացման եւ կեղտոտ ձեւավորումը.

Հալտի որակը ուղղակիորեն ազդում է մեխանիկական հատկությունների վրա: Լավ վերահսկվող հալեցնում է բերքատվությունը երկարացումներ

վերեւում 12 % A356 Castings- ում, Չնայած վատ վերահսկողությունը կարող է նվազեցնել ստորեւ բերված ճկունությունը 5 %.

Օդատիենտ, Ավտոմոբիլային, եւ շինարարական օգտագործում

• Օդատիենտ: Ալ-Լի Ալյումինների ճշգրիտ ներդրումային ձուլում (հեղուկ 640 ° C, solidus 510 ° C) Պահանջում է հալեցնել մաքրությունը `խուսափելու համար ծակոտկենության գծով շարժիչի բաղադրիչներում.
• Ավտոմոբիլային: A380- ի բարձր ճնշման ձուլման ձուլում (հեղուկ 595 ° C) փոխանցման դեպքերի համար անհրաժեշտ է բորբոս ջեռուցում 240-260 ° C Խուսափելու ցրտերից.
• Շինարարություն: Արտանետում 6061 Պատուհանների շրջանակների համար տեղի է ունենում 500-520 ° C, Հեղուկի ներքեւում, Հավասարակշռում էության կայունությունը ծավալային կայունությամբ.

Եռակցման եւ հավելումների արտադրության նկատառումներ

• Fusion զոդում: Գազի վոլֆրամի աղեղի եռակցում (GTAW) 6061-T6- ով վազում է DC էլեկտրոդը բացասական է ջերմային մուտքով հարմարեցված `զոդման լողավազան պահելու համար 650-700 ° C.
  Այնուամենայնիվ, ջերմային տուժած գոտի (ՀԱԶ) կարող է իջնել ներքեւից 500 ° C, առաջացնում է մեղմացում, եթե չվերածվի.
• Հավելանյութերի արտադրություն (SLM / EBM): Նուրբ ալյումինե փոշիներ (Մասնիկների չափը 15-45 մկմ) մեջ
  փոշու մահճակալը պահանջում է լազերներ կամ էլեկտրոնային ճառագայթներ, որոնք առաջացնում են տեղական ջերմաստիճան 1,000 ° C + Փոխհատուցել բարձր արտացոլման եւ հաղորդունակության համար.
  Գործընթացների պարամետրերը պետք է նվազագույնի հասցնեն առանցքայինացնելը, Չնայած ալյումինի ստորին հալման կետին, քան պողպատը.

Heat երմամշակման նախագծում & Թեժ աշխատող

Դարբնոցային կամ էքստրուկցիայի ժամանակացույցերը լավ են մնում համեստության տակ, սովորաբար 350-550 ° C (662-1 022 ° f)- խուսափել Encient հալվելուց.

Ձեւավորվելուց հետո, համաձուլվածքները հաճախ ենթարկվում են մոտակայքում 515-535 ° C (959-995 ° F) եւ հանգստացնելը `T6 կամ այլ տեմպեր հաստատելու համար.

Վերամշակման արդյունավետություն

Երկրորդային ալյումինի հոտերը հալեցնում են համաձուլվածքների մեծ մասը 700-720 ° C (1 292-1 328 ° f),

հասուն 90-95 % առողջացում ~ 0.5-0.8 կՎտժ / կգ-ից ավելի ցածր էներգիա, քան նորից հալվել (1,400-1,600 ° C / 2-4 կՎտժ / կգ).

8. Համեմատություններ այլ մետաղների հետ

9. Եզրափակում

Ալյումինի հալման կետը, 660.32 ° C, Խարիսխներ Անթիվ արդյունաբերական գործողություններ, Առաջնային հալածանքից դեպի առաջադեմ հավելանյութեր.

Դրա համեմատաբար ցածր հալման շեմն իջեցնում է էներգիայի սպառումը, Արագացնում է վերամշակում,

եւ պարզեցնում է ձուլումը `համեմատած պղնձի եւ պողպատի նման ավելի բարձր հալման մետաղների հետ.

Քանի որ արդյունաբերությունները շարունակում են մղել ավելի թեթեւ, ուժեղ, եւ ավելի բարդ ալյումինե բաղադրիչներ,

Ալյումինի հալման պահվածքի հասկացողությունը եւ կառավարումը կդիմեն վճռական.

Հետագա հետազոտություններ նանո-համաձուլման մեջ, Ծայրահեղ ճնշման հալեցում, եւ էներգաարդյունավետ ջեռուցման մեթոդներ խոստանում են

Այս հիմնավորված անցումային անցումից մեր հասկացողությունը `հեղուկից, որը սահմանում է ալյումինի դերը ժամանակակից մետալուրգում.