Peleburan Aloi Aluminium, Formulasi, dan Teknologi Pemutus

Menghasilkan bahan mentah penyemperitan aluminium berkualiti tinggi dan tuangan memerlukan kawalan bersepadu bagi kimia aloi, Cairkan kebersihan, sejarah haba dan tingkah laku pemejalan.

Sebilangan kecil kekotoran, amalan pencairan atau penyahgas yang tidak sesuai, atau pemejalan yang tidak terkawal boleh menafikan kimia sebaliknya betul.

Kertas ini mensintesis prinsip reka bentuk aloi (dengan penekanan kepada Al-Mg-Si / 6063), disyorkan amalan peleburan dan penapisan, parameter penapisan bijirin dan tuangan, strategi homogenisasi,

dan langkah penyelesaian masalah untuk meminimumkan kecacatan biasa (keliangan, perangkap oksida, bijirin kasar, pemisahan).

1. Kawalan falsafah: komposisi dan bajet pengotor

• Peraturan utama: komposisi aloi yang layak sahaja adalah perlu tetapi tidak mencukupi.
  Jumlah kekotoran surih (Mis., Fe, Cu, Zn, Mn, Dari, yang lain) dan elemen yang tidak diingini mesti dikawal kepada had yang mengekalkan kemasan permukaan, tindak balas penyemperitan dan sifat mekanikal akhir.
• Contoh (praktikal): walaupun sesetengah piawaian membenarkan Zn sehingga 0.10 wt% dalam aloi tempa tertentu,
  pengalaman pengeluaran menunjukkan bahawa Zn ≥ 0.05 wt% boleh menghasilkan bintik putih pada permukaan penyemperitan teroksida;
  oleh itu ramai pengeluar menyasarkan Zn < 0.05 wt% untuk profil kemasan cerah.
• Kekotoran berinteraksi: "belanjawan kekotoran" kumulatif selalunya lebih penting daripada pematuhan mana-mana elemen tunggal dengan spesifikasi.

2. Formulasi aloi: triad Al–Mg–Si (6063 keluarga)

• 6063 julat nominal aloi aluminium (contoh, setiap GB/T dan amalan biasa): Dan ≈ 0.2–0.6% berat; Mg ≈ 0.45–0.9 berat%; Fe ≤ 0.35 wt%; unsur lain (Cu, Mn, Cr, Zr, Dari) biasanya < 0.10 wt%. (Rujuk spesifikasi produk akhir untuk toleransi yang tepat.)
• Fasa pengukuhan: Mg₂Si ialah fasa pengerasan utama. Keberkesanannya bergantung kepada Mg:Nisbah atom/berat Si — Mg:Nisbah berat Si bagi Mg₂Si ialah ≈ 1.73.
  Untuk memaksimumkan pengerasan usia, mengekalkan Mg:Dan ≤ 1.73 (i.e. elakkan Mg berlebihan).
  Lebihan Si mempunyai kesan negatif terhad pada keterlarutan Mg₂Si; Mg berlebihan mengurangkan keterlarutan dan tindak balas umur.
• Keterlarutan dan tingkah laku haba/umur (data praktikal): Mg₂Si menunjukkan pergantungan suhu yang kuat; α pseudo-perduaan(Al)–Mg₂Si eutektik terbentuk berhampiran 595 ° C..
  Keterlarutan Mg₂Si maksimum yang disebut dalam amalan ialah ≈ 1.85 wt%, dan pada 500 ° C. keterlarutan jatuh kepada ≈ 1.05 wt%.
  Akibatnya, suhu rawatan larutan yang lebih tinggi dan kelajuan pelindapkejutan yang mencukupi meningkatkan pengekalan bahan larut dan meningkatkan kekuatan penuaan — tetapi had praktikal wujud untuk mengelakkan pencairan awal dan pengoksidaan yang berlebihan.

3. Teknologi Peleburan daripada 6063 Aloi aluminium

Peleburan adalah proses yang paling kritikal untuk menghasilkan kualiti tinggi aloi aluminium Billet.

Kawalan proses yang tidak betul boleh menyebabkan pelbagai kecacatan tuangan, seperti kemasukan sanga, keliangan, Biji -bijian kasar, dan kristal berbulu.

Perkara teknikal utama berikut mesti dilaksanakan dengan ketat:

Kawalan Tepat Suhu Peleburan

Suhu peleburan optimum untuk 6063 aloi aluminium ialah 750–760°C. Kawalan suhu adalah penting atas sebab-sebab berikut:

• Risiko Suhu Rendah: Suhu di bawah 750°C meningkatkan kelikatan leburan aluminium, mengurangkan kecekapan pemisahan sanga dan meningkatkan kemungkinan kecacatan kemasukan sanga dalam bilet.
• Risiko Suhu Tinggi: Suhu melebihi 760°C menyebabkan peningkatan mendadak dalam keterlarutan hidrogen dalam leburan aluminium.
  Penyelidikan metalurgi menunjukkan bahawa keterlarutan hidrogen dalam aluminium meningkat secara eksponen dengan suhu melebihi 760°C.
  Suhu yang terlalu tinggi juga mempercepatkan pengoksidaan dan nitridasi leburan, membawa kepada peningkatan kehilangan pembakaran unsur mengaloi, dan secara langsung menyebabkan kecacatan seperti butiran kasar dan hablur berbulu.

Langkah-langkah tambahan untuk mengurangkan penyerapan hidrogen termasuk:

• Prapanaskan relau dan alatan peleburan hingga 200–300°C untuk menghilangkan kelembapan permukaan.
• Menggunakan hanya kering, bahan mentah dan fluks yang tidak merosot untuk mengelak daripada memasukkan lembapan ke dalam cair.

Pemilihan Fluks Berkualiti Tinggi dan Pengoptimuman Proses Penapisan

Fluks (termasuk penghilang sanga, penapisan, dan ejen perlindungan) adalah bahan tambahan penting untuk peleburan aloi aluminium.
Kebanyakan fluks komersial terdiri daripada klorida dan fluorida, yang sangat higroskopik. Pengurusan fluks yang lemah adalah sumber utama pencemaran hidrogen dalam leburan.

Kawalan Kualiti Fluks

• Bahan mentah untuk pengeluaran fluks mesti dikeringkan dengan teliti untuk menghilangkan lembapan, dan fluks siap mesti dibungkus secara hermetik untuk mengelakkan penyerapan higroskopik semasa penyimpanan dan pengangkutan.
• Perhatian mesti diberikan kepada tarikh pengeluaran fluks; fluks yang telah tamat tempoh cenderung untuk menyerap lembapan,
  yang bertindak balas dengan leburan aluminium untuk menghasilkan hidrogen (2Al + 3H₂O → Al₂O₃ + 3H₂ ↑), membawa kepada kecacatan keliangan dalam bilet.

Pengoptimuman Proses Penapisan Suntikan Serbuk

Penapisan suntikan serbuk adalah kaedah penapisan yang paling banyak digunakan untuk 6063 aloi aluminium, kerana ia membolehkan sentuhan penuh antara agen penapisan dan cair.

Titik teknikal teras proses ini ialah:

1. Kawalan Tekanan Nitrogen: Tekanan nitrogen hendaklah dikekalkan serendah mungkin, hanya cukup untuk membawa agen penapisan ke dalam cair.
   Tekanan nitrogen yang tinggi menyebabkan pergolakan ganas dan percikan leburan, meningkatkan pembentukan filem oksida baharu dan risiko kecacatan kemasukan oksida.
2. Keperluan Ketulenan Nitrogen: Nitrogen ketulenan tinggi (≥99.99%) mesti digunakan untuk penapisan.
   Nitrogen yang tidak tulen yang mengandungi lembapan akan memasukkan hidrogen tambahan ke dalam cair, menentang kesan pemurnian.
3. Dos Ejen Penapisan: Prinsip lebih banyak fluks, kurang gas harus diikuti.
   Meningkatkan dos agen penapisan boleh meningkatkan kesan penyahgas dan penyingkiran sanga, sambil mengurangkan penggunaan nitrogen boleh mengurangkan kos pengeluaran dan meminimumkan pergolakan cair.
   Matlamat proses teras adalah untuk menyuntik jumlah maksimum agen penapisan ke dalam leburan menggunakan jumlah minimum nitrogen.

Rawatan Penapisan Bijian

Penapisan bijirin adalah salah satu langkah paling berkesan untuk meningkatkan kualiti bilet aloi aluminium dan menyelesaikan kecacatan tuangan seperti keliangan, Biji -bijian kasar, dan kristal berbulu.

Mekanisme pemurnian bijirin adalah seperti berikut:

Semasa pemejalan bukan keseimbangan, unsur kekotoran (termasuk unsur pengaloian) cenderung untuk mengasingkan pada sempadan bijian.
Butiran yang lebih halus meningkatkan jumlah kawasan sempadan bijian, yang mengurangkan kepekatan unsur kekotoran pada setiap sempadan butiran.
Untuk unsur kekotoran, ini mengurangkan kesan berbahaya mereka; untuk unsur pengaloian, ini meningkatkan keseragaman pengedaran mereka dan meningkatkan kesan pengukuhan mereka.

Kesan penghalusan bijirin boleh digambarkan dengan pengiraan mudah: andaikan dua bongkah logam dengan isipadu yang sama V, terdiri daripada butiran padu.

Jika panjang sisi butiran blok 1 ialah 2a dan blok 2 adalah a, jumlah kawasan sempadan butiran blok 2 adalah dua kali ganda daripada blok 1.

Ini bermakna mengurangkan saiz bijian sebanyak separuh menggandakan kawasan sempadan bijian, dan mengurangkan separuh kepekatan kekotoran per unit kawasan sempadan butiran.

Untuk 6063 aloi yang digunakan dalam profil beku, penghalusan bijirin amat penting.

Lebih halus, butiran yang lebih seragam memastikan permukaan profil terhakis secara seragam semasa proses pembekuan, menghasilkan konsisten, kemasan frosted berkualiti tinggi.

Penapis bijirin biasa untuk aloi aluminium termasuk aloi induk Al-Ti-B, yang biasanya ditambah kepada leburan pada dos 0.1–0.3 wt.%.

4. Teknologi Pemutus daripada 6063 Aloi aluminium

Tuangan ialah proses menukar cair aluminium yang ditapis menjadi bilet pepejal dengan dimensi tertentu. Parameter proses penuangan yang munasabah adalah penting untuk menghasilkan bilet berkualiti tinggi.

Perkara teknikal utama berikut mesti dititikberatkan:

Pemilihan Suhu Tuangan Optimum

Untuk 6063 leburan aloi dirawat dengan penapisan bijirin, suhu tuangan yang optimum ialah 720–740°C. Julat suhu ini ditentukan oleh faktor berikut:

1. Leburan yang ditapis bijirin mempunyai kelikatan yang lebih tinggi dan kadar pemejalan yang lebih cepat; suhu tuangan yang sederhana tinggi memastikan kecairan cair yang baik dan mengelakkan kecacatan penutup sejuk.
2. Semasa pemutus, zon dua fasa cecair-pepejal terbentuk di hadapan pemejalan bilet.
   Suhu tuangan yang sederhana tinggi menyempitkan zon dua fasa ini, yang memudahkan pelepasan gas yang dihasilkan semasa pemejalan dan mengurangkan kecacatan keliangan.

Namun begitu, suhu tuangan tidak boleh terlalu tinggi, kerana suhu yang tinggi akan memendekkan masa berkesan penapisan bijirin dan membawa kepada struktur bijian kasar dalam bilet.

Prapemanasan Sistem Tuangan

Semua komponen sistem pemutus, termasuk pencuci pakaian, pengedar, dan acuan, mesti dipanaskan sepenuhnya dan dikeringkan hingga 200–300°C sebelum dituang.

Ini menghalang tindak balas antara kelembapan pada permukaan komponen ini dan cair aluminium suhu tinggi, yang merupakan sumber utama pencemaran hidrogen.

Pencegahan Gelora Lebur dan Kemasukan Oksida

Semasa pemutus, pergolakan dan percikan leburan aluminium mesti diminimumkan. Garis panduan operasi berikut harus dipatuhi:

• Elakkan daripada mengacau cair dalam mesin basuh atau pengedar dengan alatan, kerana ini akan memecahkan filem oksida pelindung pada permukaan cair, membawa kepada pembentukan oksida baru.
• Pastikan leburan mengalir dengan lancar ke dalam acuan di bawah perlindungan filem oksida.
  Penyelidikan menunjukkan bahawa filem aluminium oksida mempunyai sifat higroskopik yang kuat, mengandungi kira -kira 2 wt.% kelembapan.
  Jika filem oksida ini ditarik ke dalam cair, lembapan yang terkandung di dalamnya akan bertindak balas dengan aluminium untuk menghasilkan kemasukan hidrogen dan oksida, sangat menjejaskan kualiti bilet.

Rawatan Penapisan Leburan

Penapisan adalah kaedah yang paling berkesan untuk mengeluarkan kemasukan bukan logam daripada cair aluminium.

Untuk 6063 tuangan aloi, dua kaedah penapisan biasa digunakan secara meluas: penapisan kain gentian kaca berbilang lapisan dan penapisan plat penapis seramik.

Perkara utama operasi termasuk:

• Sebelum penapisan, sanga permukaan leburan mesti dikeluarkan. Sekat sanga hendaklah dipasang di dalam mesin basuh untuk memisahkan sanga permukaan daripada cair yang mengalir, menghalang penapis daripada tersumbat dan memastikan penapisan lancar.
• Penapis hendaklah dipanaskan pada suhu yang sama seperti leburan untuk mengelakkan kejutan haba pada penapis dan mengelakkan pembentukan kecacatan penutup sejuk dalam leburan..

5. Rawatan homogenisasi 6063 Billet Aloi Aluminium

Pemejalan Bukan Keseimbangan dan Kesannya

Semasa pemutus, leburan aluminium menjadi pejal dengan cepat, mengakibatkan pemejalan bukan keseimbangan.

Dalam rajah fasa binari yang terdiri daripada dua unsur A dan B, apabila aloi komposisi F memejal,
komposisi fasa pepejal keseimbangan pada suhu T1 hendaklah G, tetapi komposisi fasa pepejal sebenar ialah G’ kerana penyejukan yang cepat.

Ini kerana kadar resapan unsur mengaloi dalam fasa pepejal adalah lebih perlahan daripada kadar penghabluran, membawa kepada ketidakhomogenan komposisi kimia dalam bijirin (I.e., pemisahan).

Pemejalan bukan keseimbangan bagi 6063 bilet aloi mengakibatkan dua masalah utama:

1. Tegasan tuangan sisa wujud di antara bijirin;
2. Ketidakhomogenan komposisi kimia dalam bijirin disebabkan oleh pengasingan.

Masalah ini meningkatkan kesukaran pemprosesan penyemperitan seterusnya dan mengurangkan sifat mekanikal dan prestasi rawatan permukaan profil akhir.

Therefore, rawatan homogenisasi adalah perlu untuk bilet sebelum penyemperitan.

Proses Rawatan Homogenisasi

Rawatan homogenisasi ialah proses rawatan haba di mana bilet disimpan pada suhu tinggi (di bawah suhu pembakaran terlampau) untuk menghapuskan tekanan tuangan dan pengasingan dalaman bijian.

Parameter teknikal utama adalah seperti berikut:

• Suhu Homogenisasi: Suhu pembakaran terlampau sistem terner Al-Mg-Si yang ideal ialah 595°C,
  tetapi yang sebenarnya 6063 aloi mengandungi pelbagai unsur kekotoran, menjadikannya sistem berbilang komponen.
  Therefore, suhu pembakaran terlampau sebenar adalah lebih rendah daripada 595°C.
  Suhu homogenisasi optimum untuk 6063 aloi ialah 530–550°C. Suhu yang lebih tinggi dalam julat ini boleh memendekkan masa penahanan, jimat tenaga, dan meningkatkan produktiviti relau.
• Masa Menahan: Masa pegangan bergantung pada diameter bilet dan saiz butiran.
  Butiran yang lebih halus memerlukan masa penahanan yang lebih pendek kerana jarak resapan unsur mengaloi dari sempadan bijian ke bahagian dalam bijirin adalah lebih pendek.

Langkah-Langkah Penjimatan Tenaga untuk Rawatan Homogenisasi

Rawatan homogenisasi memerlukan suhu yang tinggi dan masa penahanan yang lama, mengakibatkan penggunaan tenaga dan kos pemprosesan yang tinggi, itulah sebabnya banyak pengeluar profil melangkau proses ini.

Langkah penjimatan tenaga yang berkesan termasuk:

1. Penambahbaikan bijirin: Seperti yang dinyatakan sebelum ini, butiran yang lebih halus memendekkan masa pegangan homogenisasi yang diperlukan dengan ketara, mengurangkan penggunaan tenaga.
2. Proses Pemanasan Bersepadu: Panjangkan relau pemanasan bilet untuk penyemperitan, dan melaksanakan kawalan suhu bersegmen untuk memenuhi keperluan suhu homogenisasi dan penyemperitan.
   Proses ini mempunyai tiga kelebihan utama:

• • Tiada relau homogenisasi tambahan diperlukan;
  • Haba bilet yang dihomogenkan digunakan sepenuhnya, mengelakkan pemanasan berulang sebelum penyemperitan;
  • Pemanasan jangka panjang memastikan pengagihan suhu seragam di dalam dan di luar bilet, yang bermanfaat untuk penyemperitan dan rawatan haba seterusnya.

6. Jaminan kualiti: metrik dan pemeriksaan

Pemeriksaan penerimaan penting sebelum penyemperitan/pelepasan tuang:

• Analisis kimia (MTR spektrokimia penuh): sahkan unsur pengaloian utama dan kesan kekotoran — terutamanya Zn, Cu dan Fe.
• Analisis hidrogen / persampelan keliangan: kandungan hidrogen cair (atau indeks keliangan pada tuangan sampel) dan radiografi/CT bilet perwakilan.
• Tahap kemasukan / keberkesanan penapisan: pemeriksaan optik kek penapis, kiraan kemasukan mikroskopik daripada kupon makmal.
• Saiz butir dan taburan fasa: pemeriksaan metalografik selepas pemejalan sampel; saiz butiran ferit/α, fasa sekunder.
• Pemeriksaan mekanikal: tegangan dan kekerasan pada kupon untuk mengesahkan tindak balas penyelesaian dan aloi.

7. Kecacatan tuangan biasa — punca dan penyelesaian

8. Teknik lanjutan dan penambahbaikan proses

• Penyahgasan ultrasonik: menjana peronggaan untuk penyingkiran hidrogen dan boleh memecahkan filem oksida — berkesan dalam sesetengah pelaksanaan kedai untuk bilet kecil dan tuangan bernilai tinggi.
• Vakum degassing / Pemutus tekanan rendah: mengurangkan tahap gas terlarut dan boleh menambah baik pemakanan; digunakan dalam pengeluaran premium.
• Kacau elektromagnet: apabila digunakan dengan teliti, menapis bijirin dan menyeragamkan suhu; elakkan pergolakan yang berlebihan pada muka acuan.
• Rekod dos dan cair automatik: penambahan aloi induk yang tepat, Kawalan spektro AR/IR, dan log cair digital mengurangkan ralat manusia dan memastikan kebolehkesanan.
• Alat simulasi: CFD untuk mereka bentuk gating pergolakan rendah, dan pemodelan pemejalan untuk mengoptimumkan kecerunan terma dan meminimumkan titik panas.

9. Alam sekitar, pertimbangan keselamatan dan ekonomi

• Bahaya pengendalian fluks: garam klorida/fluorida bersifat menghakis dan higroskopik; mengekalkan kedap, simpanan kering. Sediakan PPE dan kawalan wasap untuk kegunaan fluks.
• Pengurusan tenaga: lebur dan homogenisasi adalah intensif tenaga; sistem relau berperingkat,
  pemulihan haba sisa dan penyepaduan proses (bilet pra-panas menggunakan haba ekzos) menghasilkan penjimatan kos yang ketara.
• Sirap dan kitar semula: asingkan sekerap aloi bernilai tinggi berbanding bahan tercemar; melaksanakan amalan lebur untuk mengehadkan unsur tramp dan mengekalkan kualiti aloi.

10. Kesimpulan

Tuangan aloi aluminium berkualiti tinggi dan bahan suapan penyemperitan adalah produk kawalan aloi yang berdisiplin, pengurusan leburan yang tepat dan amalan pemejalan yang direka dengan baik.

Untuk aloi siri 6xxx seperti 6063, kejayaan bergantung pada mengekalkan Mg yang betul: Jika keseimbangan, menjaga unsur kekotoran (terutamanya Zn) di bawah ambang praktikal untuk kualiti permukaan,

mengelakkan haba lampau cair yang berlebihan, menggunakan penapisan yang berkesan (serbuk + pembersihan gas terkawal), mencapai struktur butiran halus, dan menggunakan homogenisasi yang sesuai.

Laksanakan langkah-langkah ini bersama-sama - bukannya secara berasingan - dan hasilnya akan menjadi sifat mekanikal yang boleh diramal, kualiti permukaan yang teguh dan acara sekerap atau kerja semula yang lebih sedikit mahal.

 

Soalan Lazim

Mengapakah Zn <0.05 disyorkan apabila banyak spesifikasi membenarkan 0.10?

Pengalaman kedai praktikal menunjukkan Zn berhampiran 0.1 menggalakkan bintik putih selepas pengoksidaan/anil; mengurangkan kepada <0.05 mengurangkan kecacatan permukaan untuk profil terang/tersemperit.

Apakah satu-satunya parameter lebur yang paling sensitif?

Suhu cair. Di atas kira-kira 760 ° C. hidrogen terlarut naik secara mendadak dan menyebabkan keliangan dan kecacatan lain; pastikan suhu cair dikawal dan masa tinggal minimum.

Penapisan serbuk vs aliran gas tinggi — yang mana lebih baik?

Gunakan serbuk penapisan yang mencukupi dengan minimum, aliran gas terkawal. Aliran gas yang besar membuat buih besar dengan tempat tinggal yang pendek: penyahgasan yang lemah dan pergolakan yang meningkat.

Adakah penghalusan bijirin meningkatkan toleransi suhu tuangan?

Ya — leburan ditapis bijirin yang berkesan bertolak ansur dengan suhu tuangan yang lebih tinggi sedikit (typ. 720-740 ° C.) kerana zon lembik menyempit dan pemakanan bertambah baik; tetapi haba lampau masih perlu dihadkan.

Bolehkah tuangan sekerap digunakan semula dengan selamat?

Ya, tetapi memantau elemen gelandangan dan asingkan mengikut keluarga aloi. Bahan kitar semula meningkatkan beban kekotoran dan memerlukan amalan cair yang lebih halus dan kawalan MTR yang lebih ketat.