알루미늄 합금 제련, 공식화, 및 주조 기술

고품질 알루미늄 압출 공급원료 및 주조품을 생산하려면 합금 화학에 대한 통합 제어가 필요합니다., 녹는 청결, 열 이력 및 응고 거동.

소량의 불순물, 부적절한 용해 또는 탈기 관행, 또는 통제되지 않은 응고로 인해 올바른 화학 작용이 무효화될 수 있습니다..

이 논문에서는 합금 설계 원리를 종합합니다. (Al-Mg-Si에 중점을 두고 / 6063), 권장되는 제련 및 정제 실습, 입자 미세화 및 주조 매개변수, 균질화 전략,

일반적인 결함을 최소화하기 위한 문제 해결 조치 및 (다공성, 산화물 포획, 거친 곡물, 분리).

1. 제어 철학: 구성 그리고 불순물 예산

• 기본 규칙: 자격을 갖춘 합금 구성만으로도 필요하지만 충분하지 않다.
  총 미량 불순물 (예를 들어, Fe, Cu, Zn, MN, 의, 기타) 의도하지 않은 요소는 표면 마감을 보존하는 한도로 제어되어야 합니다., 압출 반응 및 최종 기계적 특성.
• 예 (현실적인): 일부 표준에서는 Zn을 최대 0.10 특정 가공 합금의 중량%,
  생산 경험에 따르면 아연 ≥ 0.05 wt% 산화된 압출 표면에 흰색 얼룩이 생길 수 있음;
  따라서 많은 생산자들이 목표로 삼는 Zn < 0.05 wt% 밝은 마감 프로파일용.
• 불순물은 상호 작용합니다.: 누적된 "불순물 예산"은 단일 요소의 사양 준수보다 더 중요한 경우가 많습니다..

2. 합금 제제: Al-Mg-Si 삼합체 (6063 가족)

• 6063 알루미늄 합금 공칭 범위 (예, GB/T당 및 일반적인 관행): 그리고 ≒ 0.2-0.6중량%; Mg ≒ 0.45-0.9중량%; fe ≤ 0.35 wt%; 다른 요소 (Cu, MN, Cr, Zr, 의) 일반적으로 < 0.10 wt%. (정확한 공차는 최종 제품 사양을 참조하세요.)
• 강화 단계: Mg₂Si는 주요 경화 단계입니다.. 그 효과는 Mg에 따라 달라집니다.:Si 원자/중량 비율 - Mg:Mg₂Si의 Si 중량비는 ≒ 1.73.
  노화경화를 극대화하기 위해, 유지하다 Mg:그리고 ≤ 1.73 (즉. Mg 과잉을 피하십시오).
  과잉 Si는 Mg₂Si 용해도에 부정적인 영향을 미치지 않습니다.; 과도한 Mg은 용해도와 노화 반응을 감소시킵니다..
• 용해도 및 열/노화 거동 (실용적인 데이터): Mg₂Si는 강한 온도 의존성을 나타냅니다.; 의사이진 α(알)–Mg₂Si 근처의 공융 형태 595 ° C.
  실제로 인용되는 최대 Mg₂Si 용해도는 ≒ 1.85 wt%, 그리고 에 500 ° C 용해도는 ≒로 떨어집니다. 1.05 wt%.
  따라서, 더 높은 용체화 처리 온도 적절한 급냉 속도는 용질 보유를 증가시키고 노화 강도를 높입니다. 그러나 초기 용융 및 과도한 산화를 방지하기 위한 실질적인 한계가 있습니다..

3. 제련기술 6063 알루미늄 합금

제련은 고품질 제품을 생산하기 위한 가장 중요한 공정입니다. 알루미늄 합금 빌릿.

부적절한 공정 관리로 인해 다양한 주조 결함이 발생할 수 있습니다., 슬래그 함유물과 같은, 다공성, 거친 곡물, 그리고 깃털같은 크리스탈.

다음과 같은 핵심 기술 사항을 엄격하게 구현해야 합니다.:

제련 온도의 정밀한 제어

최적의 제련 온도 6063 알루미늄 합금은 750-760°C. 온도 조절은 다음과 같은 이유로 중요합니다.:

• 저온 위험: 750°C 미만의 온도는 알루미늄 용융물의 점도를 증가시킵니다., 슬래그 분리 효율을 감소시키고 빌렛에 슬래그 혼입 결함 가능성을 증가시킵니다..
• 고온 위험: 760°C 이상의 온도에서는 알루미늄 용융물의 수소 용해도가 급격히 증가합니다..
  야금학 연구에 따르면 알루미늄의 수소 용해도는 760°C 이상의 온도에 따라 기하급수적으로 증가합니다..
  지나치게 높은 온도는 용융물의 산화 및 질화를 가속화합니다., 합금 원소의 연소 손실 증가로 이어짐, 거친 입자, 깃털 같은 결정체 등의 결함을 직접적으로 유발합니다..

수소 흡수를 줄이기 위한 추가 조치에는 다음이 포함됩니다.:

• 제련로 및 도구를 200~300°C로 예열하여 표면 습기 제거.
• 건조된 것만 사용, 용융물에 수분이 유입되는 것을 방지하기 위한 열화되지 않은 원료 및 플럭스.

고품질 플럭스 선택 및 정제 공정 최적화

플럭스 (슬래그 제거제 포함, 정제소, 그리고 커버링 에이전트) 알루미늄 합금 제련에 필수적인 보조재료입니다..
대부분의 상업용 플럭스는 염화물과 불화물로 구성됩니다., 흡습성이 높은 것. 열악한 플럭스 관리는 용융수지의 수소 오염의 주요 원인입니다..

플럭스 품질 관리

• 플럭스 생산에 사용되는 원료는 수분을 제거하기 위해 철저히 건조되어야 합니다., 완성된 플럭스는 보관 및 운송 중 흡습성 흡수를 방지하기 위해 밀봉 포장되어야 합니다..
• 플럭스 생산일에 주의해야 합니다.; 만료된 플럭스는 수분을 흡수하는 경향이 있습니다.,
  알루미늄 용융물과 반응하여 수소를 생성하는 물질 (2알 + 3H2O → Al2O₃ + 3h₂ ↑), 빌렛의 다공성 결함으로 이어짐.

분말 주입 정제 공정 최적화

분말 주입 정제는 가장 널리 사용되는 정제 방법입니다. 6063 알루미늄 합금, 정련제와 용융물이 완전히 접촉할 수 있기 때문입니다..

이 프로세스의 핵심 기술 포인트는 다음과 같습니다.:

1. 질소 압력 제어: 질소 압력은 가능한 한 낮게 유지되어야 합니다., 정련제를 용융물에 담기에 충분합니다..
   높은 질소 압력으로 인해 격렬한 난류가 발생하고 용융물이 튀는 현상이 발생합니다., 새로운 산화막 형성 및 산화물 함유 결함 위험 증가.
2. 질소 순도 요구 사항: 고순도 질소 (≥99.99%) 정제하는 데 사용해야합니다.
   수분을 함유한 불순한 질소는 용융물에 추가적인 수소를 도입합니다., 정제 효과를 상쇄.
3. 정제제 복용량: 더 많은 플럭스의 원리, 가스를 적게 따라야 합니다.
   정련제 사용량을 늘리면 탈가스 및 슬래그 제거 효과를 높일 수 있습니다., 질소 사용량을 줄이면 생산 비용을 낮추고 용융 난류를 최소화할 수 있습니다..
   최소량의 질소를 사용하여 최대량의 정련제를 용탕에 주입하는 것이 핵심 공정 목표입니다..

곡물 정제 처리

결정립 미세화는 알루미늄 합금 빌렛의 품질을 향상시키고 다공성과 같은 주조 결함을 해결하는 가장 효과적인 방법 중 하나입니다., 거친 곡물, 그리고 깃털같은 크리스탈.

결정립 미세화 메커니즘은 다음과 같다:

비평형 응고 중, 불순물 원소 (합금 원소를 포함하여) 결정립 경계에서 분리되는 경향이 있음.
입자가 미세할수록 총 입자 경계 면적이 증가합니다., 이는 각 결정립계에서 불순물 원소의 농도를 감소시킵니다..
불순물 원소의 경우, 이는 유해한 영향을 줄입니다.; 합금 원소용, 이는 분포 균일성을 향상시키고 강화 효과를 향상시킵니다..

결정립 미세화의 효과는 간단한 계산으로 설명할 수 있습니다.: 같은 부피 V의 두 개의 금속 블록을 가정, 입방체 입자로 구성.

블록의 결측 길이가 1 2a이고 블록의 것입니다. 2 a, 블록의 총 결정립 경계 면적 2 블록의 2배 1.

즉, 결정립 크기를 절반으로 줄이면 결정립계 영역이 두 배로 늘어납니다., 단위 결정립계 면적당 불순물 농도를 절반으로 줄입니다..

을 위한 6063 반투명 프로파일에 사용되는 합금, 입자 미세화가 특히 중요합니다..

더 미세합니다, 더욱 균일한 입자로 인해 프로스팅 공정 중에 프로파일 표면이 균일하게 부식됩니다., 그 결과 일관된, 고품질 반투명 마감.

알루미늄 합금의 일반적인 결정립 미세화에는 Al-Ti-B 마스터 합금이 포함됩니다., 일반적으로 용융물에 0.1~0.3wt.%의 양으로 첨가됩니다..

4. 주조기술 6063 알루미늄 합금

주조는 정제된 알루미늄 용융물을 특정 치수의 고체 빌렛으로 변환하는 과정입니다.. 고품질 빌렛을 생산하려면 합리적인 주조 공정 매개변수가 필수적입니다..

다음과 같은 핵심 기술 사항을 강조해야 합니다.:

최적의 주조 온도 선택

을 위한 6063 결정립 미세화제로 처리된 합금 용융물, 최적의 주조 온도는 720-740°C. 이 온도 범위는 다음 요소에 의해 결정됩니다.:

1. 입자가 정제된 용융물은 점도가 더 높고 응고 속도가 더 빠릅니다.; 적당히 높은 주조 온도는 용융물의 우수한 유동성을 보장하고 콜드 셧 결함을 방지합니다..
2. 캐스팅 중, 빌렛의 응고 전면에 액체-고체 2상 영역이 형성됩니다..
   적당히 높은 주조 온도는 이 2단계 영역을 좁힙니다., 응고시 발생하는 가스의 배출을 촉진하고 기공결함을 감소시키는 제품입니다..

하지만, 주조 온도가 지나치게 높으면 안 됩니다., 온도가 높으면 결정립 미세화의 유효 시간이 단축되고 빌렛의 거친 결정립 구조가 발생하기 때문입니다..

주조 시스템 예열

주조 시스템의 모든 구성 요소, 세탁을 포함하여, 유통업체, 그리고 곰팡이, 주조하기 전에 완전히 예열하고 200~300°C로 건조해야 합니다..

이는 부품 표면의 수분과 고온 알루미늄 용융물 사이의 반응을 방지합니다., 이는 수소 오염의 주요 원인입니다..

용융 난류 및 산화물 함유 방지

캐스팅 중, 알루미늄 용융물의 난류와 튀는 현상을 최소화해야 합니다.. 다음 운영 지침을 따라야 합니다.:

• 도구를 사용하여 세탁실이나 분배기의 용융물을 휘젓지 마십시오., 이는 용융물 표면의 보호 산화막을 깨뜨릴 수 있기 때문입니다., 새로운 산화물의 형성으로 이어짐.
• 산화막 보호 아래 용융물이 금형 안으로 원활하게 흘러 들어가는지 확인하세요..
  연구에 따르면 산화알루미늄 필름은 흡습성이 강합니다., 대략 포함 2 중량% 수분.
  이러한 산화막이 용융물 속으로 유입되면, 포함된 수분은 알루미늄과 반응하여 수소 및 산화물 함유물을 생성합니다., 빌렛 품질을 심각하게 손상시킵니다..

용융여과처리

여과는 알루미늄 용융물에서 비금속 개재물을 제거하는 가장 효과적인 방법입니다..

을 위한 6063 합금 주조, 두 가지 일반적인 여과 방법이 널리 사용됩니다.: 다층 유리 섬유 천 여과 및 세라믹 필터 판 여과.

주요 운영 포인트는 다음과 같습니다:

• 여과 전, 용융물의 표면 슬래그를 제거해야 합니다.. 흐르는 용융물로부터 표면 슬래그를 분리하기 위해 슬래그 배플을 세탁실에 설치해야 합니다., 필터 막힘 방지 및 원활한 여과 보장.
• 필터에 대한 열 충격을 방지하고 용융물에 냉간 차단 결함이 형성되는 것을 방지하려면 필터를 용융물과 동일한 온도로 예열해야 합니다..

5. 균질화 처리 6063 알루미늄 합금 빌렛

비평형 응고와 그 영향

캐스팅 중, 알루미늄 용융물이 빠르게 응고됩니다., 결과적으로 비평형 응고가 발생함.

두 요소 A와 B로 구성된 이진 상태도에서, 조성 F의 합금이 응고될 때,
온도 T1에서 평형 고체상 조성은 G여야 합니다., 그러나 급속 냉각으로 인해 실제 고체상 조성은 G'입니다..

이는 고체상 합금원소의 확산속도가 결정화속도보다 느리기 때문이다., 곡물 내 화학적 조성의 불균일성을 초래합니다. (즉., 분리).

비평형 응고 6063 합금 빌렛은 두 가지 주요 문제를 야기합니다.:

1. 결정립 사이에 잔류 주조 응력이 존재함;
2. 분리로 인한 곡물 내 화학적 조성의 불균일성.

이러한 문제는 후속 압출 가공의 어려움을 증가시키고 최종 프로파일의 기계적 특성 및 표면 처리 성능을 저하시킵니다..

그러므로, 압출 전 빌렛에 균질화 처리가 필요합니다..

균질화 처리 공정

균질화 처리는 빌렛을 고온으로 유지하는 열처리 공정입니다. (과연소 온도 이하) 주조 응력 및 입자 내부 분리를 제거합니다..

주요 기술 매개 변수는 다음과 같습니다:

• 균질화 온도: 이상적인 Al-Mg-Si 삼원계의 과연소 온도는 595°C입니다.,
  하지만 실제 6063 합금에는 다양한 불순물 원소가 포함되어 있습니다., 다중 구성 요소 시스템으로 만들기.
  그러므로, 실제 과연소 온도는 595°C보다 낮습니다..
  최적의 균질화 온도 6063 합금은 530-550°C. 이 범위 내의 온도가 높을수록 유지 시간이 단축될 수 있습니다., 에너지를 절약하다, 용광로 생산성 향상.
• 보유 시간: 유지 시간은 빌렛 직경과 입자 크기에 따라 다릅니다..
  입자가 미세할수록 합금 원소의 입자 경계에서 입자 내부까지의 확산 거리가 더 짧기 때문에 더 짧은 유지 시간이 필요합니다..

균질화 처리를 위한 에너지 절약 조치

균질화 처리에는 고온과 긴 유지 시간이 필요합니다., 높은 에너지 소비 및 처리 비용 발생, 이것이 바로 많은 프로파일 제조업체가 이 프로세스를 건너뛰는 이유입니다..

효과적인 에너지 절약 조치에는 다음이 포함됩니다.:

1. 곡물 정제: 앞에서 언급했듯이, 미세한 입자로 인해 필요한 균질화 유지 시간이 크게 단축됩니다., 에너지 소비 감소.
2. 통합 가열 공정: 압출용 빌렛 가열로 증설, 균질화 및 압출 온도 요구 사항을 모두 충족하기 위해 분할된 온도 제어를 구현합니다..
   이 프로세스에는 세 가지 주요 장점이 있습니다.:

• • 추가적인 균질화로가 필요하지 않습니다.;
  • 균질화된 빌렛의 열을 최대한 활용, 압출 전 반복 가열 방지;
  • 장시간 가열로 빌렛 내부와 외부의 균일한 온도 분포 보장, 이는 압출 및 후속 열처리에 유리합니다..

6. 품질 보증: 측정항목 및 검사

압출/주조 릴리스 전 중요한 승인 확인:

• 화학 분석 (전체 분광화학 MTR): 주요 합금 원소 확인 및 불순물 추적(특히 Zn), Cu와 Fe.
• 수소 분석 / 다공성 샘플링: 용융물의 수소 함량 (또는 샘플 주물의 다공성 지수) 및 대표적인 빌렛의 방사선촬영/CT.
• 포함 수준 / 여과 효율성: 필터 케이크의 광학 검사, 실험실 쿠폰의 미세한 포함 개수.
• 입자 크기 및 상 분포: 샘플 응고 후 금속 조직 검사; 페라이트/α 입자 크기, 2차 단계.
• 기계적 점검: 용액 및 합금 반응을 확인하기 위한 쿠폰의 인장 및 경도.

7. 일반적인 주조 결함 - 원인 및 해결 방법

8. 고급 및 프로세스 개선 기술

• 초음파 탈기: 수소 제거를 위한 캐비테이션을 생성하고 산화막을 파괴할 수 있습니다. 소형 빌렛 및 고가 주조를 위한 일부 작업장 구현에 효과적입니다..
• 진공 탈기 / 저압 주조: 용존 가스 수준을 줄이고 공급을 개선할 수 있습니다.; 프리미엄 생산에 사용.
• 전자기 교반: 조심스럽게 적용했을 때, 입자를 미세화하고 온도를 균질화합니다.; 금형 면의 과도한 난류 방지.
• 자동 주입 및 용융 기록: 정밀한 모합금 첨가, AR/IR 분광 제어, 디지털 용융 로그는 인적 오류를 줄이고 추적성을 보장합니다..
• 시뮬레이션 도구: 저난류 게이팅 설계를 위한 CFD, 열 구배를 최적화하고 핫스팟을 최소화하는 응고 모델링.

9. 환경, 안전 및 경제적 고려 사항

• 플럭스 취급 위험: 염화물/불화물 염은 부식성이 있고 흡습성이 있습니다.; 밀봉된 상태로 유지하다, 건조 보관. 플럭스 사용을 위한 PPE 및 연기 제어 제공.
• 에너지 관리: 용융 및 균질화는 에너지 집약적입니다.; 단계적 용광로 시스템,
  폐열 회수 및 공정 통합 (배기열을 이용하여 빌렛을 예열하다) 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
• 스크랩 및 재활용: 고가치 합금 스크랩과 오염된 재료 분리; 트램프 요소를 제한하고 합금 품질을 유지하기 위해 용융 방식을 구현합니다..

10. 결론

고품질 알루미늄 합금 주조 및 압출 공급원료는 엄격한 합금 관리의 산물입니다., 정확한 용융관리와 잘 설계된 응고실천.

다음과 같은 6xxx 시리즈 합금의 경우 6063, 성공은 올바른 Mg 유지에 달려 있습니다.: 잔액이 있는 경우, 불순물 성분 유지 (특히 아연) 표면 품질에 대한 실제 임계값 미만,

과도한 용융 과열 방지, 효과적인 정제를 사용하여 (가루 + 제어된 가스 퍼지), 미세 입자 구조 달성, 적절한 균질화 적용.

이러한 조치를 개별적으로 실행하기보다는 함께 실행하면 예측 가능한 기계적 특성을 얻을 수 있습니다., 견고한 표면 품질 및 비용이 많이 드는 폐기 또는 재작업 발생 감소.

 

FAQ

왜 Zn인가? <0.05 많은 사양이 허용하는 경우 권장됩니다. 0.10?

실제 매장 경험을 통해 Zn이 근처에 있음을 알 수 있습니다. 0.1 산화/어닐링 후 백색 반점을 촉진합니다.; 로 감소 <0.05 밝은/압출된 프로파일의 표면 결함을 완화합니다..

가장 민감한 단일 용융 매개변수는 무엇입니까??

용융 온도. 위 약 760 ° C 용존수소가 급격하게 상승하여 다공성 및 기타 결함을 유발합니다.; 용융 온도를 제어하고 체류 시간을 최소화합니다..

분말 정제와 높은 가스 흐름 — 어느 쪽이 더 낫습니까??

사용 최소한의 양으로 풍부한 정제 파우더, 제어된 가스 흐름. 큰 가스 흐름은 짧은 체류 시간으로 큰 기포를 만듭니다.: 불량한 탈기 및 증가된 난기류.

결정립 미세화로 인해 주조 온도 내성이 증가합니까??

예 - 효과적으로 입자가 정제된 용융물은 약간 더 높은 주조 온도를 견딜 수 있습니다. (타이핑. 720–740 ° C) 흐릿한 부분이 좁아지고 먹이가 좋아지기 때문입니다.; 하지만 과열도는 여전히 제한되어야 합니다..

주조 스크랩을 안전하게 재사용할 수 있나요??

예, 그러나 트램프 요소를 모니터링하고 합금 계열별로 분리합니다.. 재활용 재료는 불순물 부담을 증가시키고 더욱 정제된 용융 방식과 엄격한 MTR 제어가 필요합니다..