Aliuminio lydinio lydymas, Formulė, ir liejimo technologija

Norint gaminti aukštos kokybės aliuminio ekstruzijos žaliavas ir liejinius, reikalinga integruota lydinio chemijos kontrolė, tirpsta švara, šiluminė istorija ir kietėjimo elgsena.

Nedideli priemaišų kiekiai, netinkama lydymo ar degazavimo praktika, arba nekontroliuojamas kietėjimas gali paneigti kitaip teisingas chemines medžiagas.

Šiame darbe sintezuojami lydinio projektavimo principai (pabrėžiant Al-Mg-Si / 6063), rekomenduojama lydymo ir rafinavimo praktika, grūdų rafinavimo ir liejimo parametrai, homogenizacijos strategija,

ir trikčių šalinimo priemones, skirtas sumažinti tipinius defektus (poringumas, oksido įstrigimas, stambių grūdų, segregation).

1. Valdymo filosofija: kompozicija ir priemaišų biudžetas

• Pirminė taisyklė: vien tik kvalifikuota lydinio sudėtis būtina, bet nepakankama.
  Priemaišų pėdsakų suma (Pvz., Fe, Cu, Zn, Mn, Iš, kiti) ir nenumatyti elementai turi būti kontroliuojami iki ribų, kad būtų išsaugota paviršiaus apdaila, ekstruzijos reakcija ir galutinės mechaninės savybės.
• Pavyzdys (praktiška): nors kai kurie standartai leidžia Zn iki 0.10 masės % tam tikruose kaltiniuose lydiniuose,
  gamybos patirtis rodo, kad Zn ≥ 0.05 wt% gali susidaryti baltos dėmės ant oksiduotų ekstruzinių paviršių;
  todėl daugelis gamintojų taikosi Zn < 0.05 wt% šviesios apdailos profiliams.
• Priemaišos sąveikauja: kaupiamasis „priemaišų biudžetas“ dažnai yra svarbesnis už bet kurio atskiro elemento atitiktį specifikacijai.

2. Lydinio formulė: Al-Mg-Si triada (6063 šeima)

• 6063 aliuminio lydinio vardiniai diapazonai (pavyzdys, už GB/T ir įprasta praktika): Ir ≈ 0.2–0,6 masės %; Mg ≈ 0.45–0,9 masės %; Fe ≤ 0.35 wt%; kiti elementai (Cu, Mn, Kr, Zr, Iš) paprastai < 0.10 wt%. (Tikslių leistinų nuokrypių ieškokite galutinio produkto specifikacijoje.)
• Stiprinimo fazė: Mg₂Si yra pagrindinė kietėjimo fazė. Jo veiksmingumas priklauso nuo Mg:Si atomo/masės santykis – Mg:Mg₂Si Si masės santykis yra ≈ 1.73.
  Siekiant maksimaliai padidinti senėjimą, išlaikyti Mg:Ir ≤ 1.73 (y. vengti Mg pertekliaus).
  Si perteklius turi ribotą neigiamą poveikį Mg2Si tirpumui; Mg perteklius sumažina tirpumą ir amžiaus reakciją.
• Tirpumas ir šilumos/senėjimo elgsena (praktiniais duomenimis): Mg₂Si rodo stiprią temperatūros priklausomybę; pseudo-dvejetainis α(Al)– Netoliese susidaro Mg₂Si eutektika 595 ° C..
  Praktikoje nurodytas maksimalus Mg₂Si tirpumas yra ≈ 1.85 wt%, ir pas 500 ° C. tirpumas sumažėja iki ≈ 1.05 wt%.
  Todėl, aukštesnė tirpalo apdorojimo temperatūra ir tinkamas gesinimo greitis padidina tirpių medžiagų sulaikymą ir padidina senėjimo stiprumą, tačiau egzistuoja praktinės ribos, kad būtų išvengta prasidedančio lydymosi ir per didelės oksidacijos.

3. Lydymo technologija 6063 Aliuminio lydinys

Lydymas yra pats svarbiausias procesas gaminant aukštos kokybės aliuminio lydinys ruošiniai.

Netinkamas proceso valdymas gali sukelti įvairių liejimo defektų, pvz., šlako inkliuzai, poringumas, stambių grūdų, ir plunksniniai kristalai.

Turi būti griežtai įgyvendinami šie pagrindiniai techniniai punktai:

Tikslus lydymosi temperatūros valdymas

Optimali lydymosi temperatūra 6063 aliuminio lydinys yra 750–760°C. Temperatūros kontrolė yra labai svarbi dėl šių priežasčių:

• Žemos temperatūros rizika: Žemesnė nei 750°C temperatūra padidina aliuminio lydalo klampumą, sumažina šlako atskyrimo efektyvumą ir padidina šlako įtraukimo defektų tikimybę ruošiniuose.
• Aukštos temperatūros rizika: Aukštesnė nei 760°C temperatūra smarkiai padidina vandenilio tirpumą aliuminio lydaloje.
  Metalurginiai tyrimai rodo, kad vandenilio tirpumas aliuminyje didėja eksponentiškai, kai temperatūra viršija 760°C.
  Per aukšta temperatūra taip pat pagreitina lydalo oksidaciją ir nitridavimą, dėl to padidėja lydinių elementų degimo nuostoliai, ir tiesiogiai sukelia defektus, tokius kaip stambūs grūdeliai ir plunksniniai kristalai.

Papildomos vandenilio absorbcijos mažinimo priemonės apima:

• Lydymo krosnys ir įrankiai kaitinami iki 200–300°C, kad pašalintų paviršiaus drėgmę.
• Naudojant tik sausą, nesugedusios žaliavos ir srautai, kad į lydalą nepatektų drėgmė.

Aukštos kokybės srautų pasirinkimas ir rafinavimo proceso optimizavimas

Fliusai (įskaitant šlako valiklius, rafinuotojai, ir dengiamosios medžiagos) yra pagrindinės pagalbinės medžiagos lydant aliuminio lydinį.
Daugumą komercinių srautų sudaro chloridai ir fluoridai, kurie yra labai higroskopiški. Prastas srauto valdymas yra pagrindinis lydalo užteršimo vandeniliu šaltinis.

Srauto kokybės kontrolė

• Fliuso gamybos žaliavos turi būti kruopščiai išdžiovintos, kad pašalintų drėgmę, ir gatavas srautas turi būti hermetiškai supakuotas, kad būtų išvengta higroskopinės absorbcijos sandėliavimo ir transportavimo metu.
• Reikia atkreipti dėmesį į srauto pagaminimo datą; pasibaigusio galiojimo srautai linkę sugerti drėgmę,
  kuris reaguoja su aliuminio lydalu ir gamina vandenilį (2Al + 3H₂O → Al2O3 + 3H₂ ↑), dėl to susidaro ruošinių poringumo defektai.

Miltelių įpurškimo rafinavimo proceso optimizavimas

Rafinavimas miltelių įpurškimu yra plačiausiai naudojamas rafinavimo būdas 6063 aliuminio lydinys, nes užtikrina visišką rafinavimo agento ir lydalo kontaktą.

Pagrindiniai šio proceso techniniai punktai yra:

1. Azoto slėgio kontrolė: Azoto slėgis turi būti kuo mažesnis, užtenka rafinavimo agentui patekti į lydalą.
   Didelis azoto slėgis sukelia smarkią turbulenciją ir lydalo purslą, didėja naujų oksidų plėvelių susidarymas ir oksido intarpų defektų rizika.
2. Azoto grynumo reikalavimai: Aukšto grynumo azotas (≥99,99%) turi būti naudojamas rafinavimui.
   Drėgmės turintis nešvarus azotas į lydalą pateks daugiau vandenilio, neutralizuoja rafinavimo efektą.
3. Rafinavimo agento dozavimas: Daugiau srauto principas, reikia sekti mažiau dujų.
   Padidinus rafinavimo agento dozę, gali padidėti degazavimo ir šlako pašalinimo efektas, tuo tarpu sumažinus azoto naudojimą, gali sumažėti gamybos sąnaudos ir lydalo turbulencija.
   Pagrindinis proceso tikslas yra sušvirkšti didžiausią rafinavimo agento kiekį į lydalą naudojant mažiausią azoto kiekį.

Grūdų rafinavimo apdorojimas

Grūdų rafinavimas yra viena iš efektyviausių priemonių aliuminio lydinio ruošinių kokybei pagerinti ir liejimo defektams, pvz., poringumui, šalinti., stambių grūdų, ir plunksniniai kristalai.

Grūdų rafinavimo mechanizmas yra toks:

Nepusiausvyros kietėjimo metu, priemaišų elementai (įskaitant legiravimo elementus) linkę atskirti grūdų ribas.
Smulkesni grūdai padidina bendrą grūdų ribos plotą, kuri sumažina priemaišų elementų koncentraciją prie kiekvienos grūdelių ribos.
Dėl priemaišų elementų, tai sumažina jų žalingą poveikį; legiravimo elementams, tai pagerina jų pasiskirstymo vienodumą ir sustiprina jų stiprinamąjį poveikį.

Grūdų rafinavimo poveikį galima iliustruoti paprastu skaičiavimu: tarkime du tokio paties tūrio V metalinius blokus, sudarytas iš kubinių grūdų.

Jei bloko grūdelių šono ilgis 1 yra 2a ir bloko 2 yra a, bendras kvartalo grūdų ribos plotas 2 yra dvigubai didesnis už bloką 1.

Tai reiškia, kad perpus sumažinus grūdelių dydį grūdų ribos plotas padvigubėja, ir perpus sumažina priemaišų koncentraciją grūdų ribinio ploto vienete.

Už 6063 lydinys, naudojamas matiniuose profiliuose, grūdų rafinavimas yra ypač svarbus.

Smulkesnis, tolygesni grūdeliai užtikrina tolygų profilio paviršiaus koroziją apledėjimo proceso metu, dėl ko susidaro nuoseklus, aukštos kokybės matinė apdaila.

Įprasti aliuminio lydinių grūdų rafinuotojai apima pagrindinius Al-Ti-B lydinius, kurių į lydalą paprastai pridedama 0,1–0,3 masės %.

4. Liejimo technologija 6063 Aliuminio lydinys

Liejimas – tai rafinuoto aliuminio lydalo pavertimo į tam tikrų matmenų kietus ruošinius procesas. Protingi liejimo proceso parametrai yra būtini norint gaminti aukštos kokybės ruošinius.

Būtina pabrėžti šiuos pagrindinius techninius dalykus:

Optimalios liejimo temperatūros pasirinkimas

Už 6063 lydinių lydalai, apdoroti grūdų rafinavimo priemonėmis, optimali liejimo temperatūra yra 720–740°C. Šį temperatūros diapazoną lemia šie veiksniai:

1. Grūdais rafinuotas lydalas turi didesnį klampumą ir greitesnį kietėjimo greitį; vidutiniškai padidinta liejimo temperatūra užtikrina gerą lydalo sklandumą ir apsaugo nuo šalto uždarymo defektų.
2. Laidos metu, ruošinio kietėjimo priekyje susidaro skysta-kieta dvifazė zona.
   Vidutiniškai aukšta liejimo temperatūra susiaurina šią dviejų fazių zoną, kuris palengvina kietėjimo metu susidarančių dujų pasišalinimą ir sumažina poringumo defektus.

Tačiau, liejimo temperatūra neturi būti per aukšta, nes aukšta temperatūra sutrumpins grūdų rafinavimo įrenginio veikimo laiką ir ruošinyje susidarys stambios grūdų struktūros.

Liejimo sistemos išankstinis pašildymas

Visi liejimo sistemos komponentai, įskaitant skalbyklas, platintojai, ir pelėsiai, prieš liejimą turi būti pilnai pašildytas ir išdžiovintas iki 200–300°C.

This prevents the reaction between moisture on the surface of these components and the high-temperature aluminum melt, which is a major source of hydrogen contamination.

Lydymosi turbulencijos ir oksidų įsiskverbimo prevencija

Laidos metu, turbulence and splashing of the aluminum melt must be minimized. The following operational guidelines should be followed:

• Avoid stirring the melt in the launder or distributor with tools, as this will break the protective oxide film on the melt surface, leading to the formation of new oxides.
• Ensure that the melt flows smoothly into the mold under the protection of the oxide film.
  Research shows that aluminum oxide films have strong hygroscopic properties, turintys apytiksliai 2 wt.% moisture.
  If these oxide films are drawn into the melt, the moisture they contain will react with the aluminum to produce hydrogen and oxide inclusions, smarkiai pablogina ruošinio kokybę.

Gydymas lydalo filtravimu

Filtravimas yra efektyviausias būdas pašalinti nemetalinius intarpus iš aliuminio lydalo.

Už 6063 lydinio liejimas, plačiai naudojami du įprasti filtravimo metodai: daugiasluoksnis stiklo pluošto audinio filtravimas ir keraminio filtro plokštės filtravimas.

Pagrindiniai veiklos taškai apima:

• Prieš filtravimą, paviršinis lydalo šlakas turi būti pašalintas. Skalbykloje turi būti įrengta šlako pertvara, kuri atskirtų paviršinį šlaką nuo tekančio lydalo, apsaugo nuo filtro užsikimšimo ir užtikrina sklandų filtravimą.
• Filtras turi būti pašildytas iki tokios pat temperatūros kaip ir lydalas, kad būtų išvengta filtro šiluminio smūgio ir nesusidarytų šalto uždarymo lydalo defektų..

5. Homogenizacija Gydymas 6063 Aliuminio lydinio ruošiniai

Nepusiausvyros kietėjimas ir jo padariniai

Laidos metu, aliuminio lydalas greitai stingsta, dėl to kietėja pusiausvyra.

Dvejetainės fazės diagramoje, sudarytoje iš dviejų elementų A ir B, kai F sudėties lydinys sukietėja,
pusiausvyros kietosios fazės sudėtis esant T1 temperatūrai turi būti G, bet tikroji kietosios fazės sudėtis yra G’ dėl greito aušinimo.

Taip yra todėl, kad legiravimo elementų difuzijos greitis kietoje fazėje yra lėtesnis nei kristalizacijos greitis, dėl to grūdų cheminė sudėtis yra nehomogeniška (Y., segregation).

Nepusiausvyrinis kietėjimas 6063 lydinio ruošiniai sukelia dvi pagrindines problemas:

1. Tarp grūdelių yra liekamasis liejimo įtempis;
2. Cheminės sudėties nehomogeniškumas grūduose dėl segregacijos.

Šios problemos apsunkina vėlesnį ekstruzijos apdorojimą ir sumažina galutinio profilio mechanines savybes bei paviršiaus apdorojimo efektyvumą.

Todėl, Prieš išspaudžiant ruošinius, būtinas homogenizacijos apdorojimas.

Homogenizacijos apdorojimo procesas

Homogenizacija yra terminio apdorojimo procesas, kurio metu ruošiniai laikomi aukštoje temperatūroje (žemesnė už perdegimo temperatūrą) pašalinti liejimo įtempį ir vidinę grūdų segregaciją.

Pagrindiniai techniniai parametrai yra tokie:

• Homogenizacijos temperatūra: Idealios trinarės Al-Mg-Si sistemos perdegimo temperatūra yra 595°C,
  bet tikrasis 6063 lydinyje yra įvairių priemaišų elementų, todėl ji yra daugiakomponentė sistema.
  Todėl, tikroji perdegimo temperatūra yra žemesnė nei 595°C.
  Optimali homogenizacijos temperatūra 6063 lydinys yra 530–550°C. Aukštesnė temperatūra šiame diapazone gali sutrumpinti laikymo laiką, taupyti energiją, ir pagerinti krosnies našumą.
• Laikymo laikas: Laikymo laikas priklauso nuo ruošinio skersmens ir grūdelių dydžio.
  Smulkesniems grūdams reikia trumpesnio laikymo laiko, nes legiruojamųjų elementų difuzijos atstumas nuo grūdelių ribų iki grūdelių vidaus yra trumpesnis.

Energijos taupymo priemonės homogenizavimui

Homogenizacija reikalauja aukštos temperatūros ir ilgo laikymo laiko, dėl to padidėja energijos suvartojimas ir perdirbimo sąnaudos, todėl daugelis profilių gamintojų praleidžia šį procesą.

Veiksmingos energijos taupymo priemonės apima:

1. Grūdų tobulinimas: Kaip minėta anksčiau, smulkesni grūdeliai žymiai sutrumpina reikiamą homogenizacijos laikymo laiką, Sumažina energijos suvartojimą.
2. Integruotas šildymo procesas: Išplėskite ruošinių šildymo krosnį ekstruzijai, ir įdiegti segmentuotą temperatūros valdymą, kad atitiktų homogenizavimo ir ekstruzijos temperatūros reikalavimus.
   Šis procesas turi tris pagrindinius privalumus:

• • Papildomos homogenizacijos krosnies nereikia;
  • Visiškai išnaudojama homogenizuoto ruošinio šiluma, vengiant pakartotinio kaitinimo prieš ekstruziją;
  • Ilgalaikis kaitinimas užtikrina tolygų temperatūros pasiskirstymą ruošinio viduje ir išorėje, kuri yra naudinga ekstruzijai ir vėlesniam terminiam apdorojimui.

6. Kokybės užtikrinimas: metrika ir patikrinimas

Svarbios priėmimo patikros prieš ekstruzijos / liejimo išleidimą:

• Cheminė analizė (pilna spektrocheminė MTR): patikrinti pagrindinius legiravimo elementus ir priemaišų pėdsakus, ypač Zn, Cu ir Fe.
• Vandenilio analizė / poringumo mėginių ėmimas: vandenilio kiekis lydaloje (arba akytumo indeksas ant liejinių pavyzdžių) ir reprezentatyvių ruošinių rentgenografija/KT.
• Įtraukimo lygis / filtravimo efektyvumas: filtrų pyragų optinis patikrinimas, mikroskopiniai inkliuzų skaičiai iš laboratorijos kuponų.
• Grūdelių dydis ir fazių pasiskirstymas: metalografiniai patikrinimai po mėginio sukietėjimo; ferito/α grūdelių dydis, antrinės fazės.
• Mechaniniai patikrinimai: tempimas ir kietumas ant kuponų, kad patvirtintų tirpalo ir lydinio atsaką.

7. Dažni liejimo defektai – priežastys ir gydymo būdai

8. Išplėstinė ir proceso tobulinimo technika

• Ultragarsinis degazavimas: sukuria kavitaciją vandenilio pašalinimui ir gali sulaužyti oksido plėveles – tai veiksminga kai kuriose parduotuvėse, skirtose mažiems ruošiniams ir didelės vertės liejiniams.
• Vakuuminis degazavimas / Žemo slėgio liejimas: sumažina ištirpusių dujų kiekį ir gali pagerinti šėrimą; naudojamas aukščiausios kokybės gamyboje.
• Elektromagnetinis maišymas: kai taikoma atsargiai, išgrynina grūdus ir homogenizuoja temperatūrą; venkite pernelyg didelio turbulencijos pelėsių paviršiuje.
• Automatiniai dozavimo ir lydalo įrašai: tikslus pagrindinio lydinio papildymas, AR/IR spektro valdymas, ir skaitmeniniai lydalo žurnalai sumažina žmogiškąsias klaidas ir užtikrina atsekamumą.
• Modeliavimo įrankiai: CFD, skirtas sukurti mažos turbulencijos sklendę, ir kietėjimo modeliavimas, siekiant optimizuoti šiluminius gradientus ir sumažinti karštąsias vietas.

9. Aplinka, saugos ir ekonominiais sumetimais

• Fliuso tvarkymo pavojai: chlorido/fluorido druskos yra ėsdinančios ir higroskopinės; palaikyti sandariai uždarytą, sausas sandėliavimas. Numatykite AAP ir dūmų kontrolę srauto naudojimui.
• Energijos valdymas: lydymas ir homogenizacija reikalauja daug energijos; pakopinės krosnių sistemos,
  atliekų šilumos atgavimas ir procesų integravimas (iš anksto pašildykite ruošinius naudojant išmetamąją šilumą) leidžia žymiai sutaupyti išlaidų.
• Laužas ir perdirbimas: atskirti didelės vertės lydinio laužą nuo užterštos medžiagos; įgyvendinti lydymosi praktiką, kad apribotų trampinius elementus ir išlaikytų lydinio kokybę.

10. Išvada

Aukštos kokybės aliuminio lydinio liejiniai ir ekstruzijos žaliava yra disciplinuotos lydinio kontrolės produktas, tikslus lydalo valdymas ir gerai suplanuota kietėjimo praktika.

6xxx serijos lydiniams, tokiems kaip 6063, sėkmė priklauso nuo tinkamo Mg išlaikymo: Jei pusiausvyra, priemaišų elementų išlaikymas (ypač Zn) žemiau praktinių paviršiaus kokybės slenksčių,

vengti per didelio lydalo perkaitimo, naudojant veiksmingą rafinavimą (milteliai + kontroliuojamas dujų valymas), pasiekti smulkių grūdelių struktūrą, ir taikant tinkamą homogenizavimą.

Įgyvendinkite šias priemones kartu, o ne atskirai, ir rezultatas bus nuspėjamos mechaninės savybės, tvirta paviršiaus kokybė ir mažiau brangių laužo ar perdirbimo įvykių.

 

DUK

Kodėl Zn <0.05 rekomenduojama, kai leidžia daug specifikacijų 0.10?

Praktinė parduotuvės patirtis rodo Zn šalia 0.1 skatina baltų dėmių atsiradimą po oksidacijos/atkaitinimo; sumažinant iki <0.05 sušvelnina ryškių/ekstruzinių profilių paviršiaus defektus.

Koks yra pats jautriausias lydymosi parametras?

Lydymosi temperatūra. Aukščiau apie 760 ° C. ištirpęs vandenilis smarkiai pakyla ir sukelia poringumą bei kitus defektus; kontroliuoti lydalo temperatūrą ir minimalų buvimo laiką.

Miltelių rafinavimas ir didelis dujų srautas – kas geriau?

Naudoti daug rafinavimo miltelių su minimaliu, kontroliuojamas dujų srautas. Dėl didelių dujų srautų susidaro dideli burbuliukai, kurių buvimo vieta yra trumpa: prastas degazavimas ir padidėjusi turbulencija.

Ar grūdų rafinavimas padidina liejimo temperatūros toleranciją?

Taip – ​​efektyviai grūdėtas lydalas toleruoja šiek tiek aukštesnę liejimo temperatūrą (tip. 720–740 ° C.) nes susiaurėja košės zona ir pagerėja maitinimas; bet perkaitimas vis tiek turėtų būti ribojamas.

Ar galima saugiai pakartotinai panaudoti liejimo laužą?

Taip, bet stebėti trampinius elementus ir atskirti pagal lydinių šeimą. Perdirbtos medžiagos padidina priemaišų naštą ir reikalauja tobulesnės lydymosi praktikos bei griežtesnės MTR kontrolės.