Alüminyum Alaşımlı Eritme, Formülasyon, ve Döküm Teknolojisi

Yüksek kaliteli alüminyum ekstrüzyon hammaddesi ve dökümleri üretmek, alaşım kimyasının entegre kontrolünü gerektirir, temizliği eritmek, termal geçmiş ve katılaşma davranışı.

Az miktarda kirlilik, uygunsuz eritme veya gazdan arındırma uygulaması, veya kontrolsüz katılaşma, aksi takdirde doğru kimyaları geçersiz kılabilir.

Bu makale alaşım tasarımı ilkelerini sentezlemektedir (Al-Mg-Si'ye vurgu yaparak / 6063), Önerilen eritme ve rafine etme uygulaması, tane inceltme ve döküm parametreleri, homojenleştirme stratejisi,

ve tipik kusurları en aza indirmek için sorun giderme önlemleri (gözeneklilik, oksit tutulması, iri taneli, ayrılma).

1. Kontrol felsefesi: kompozisyon Ve kirlilik bütçesi

• Birincil kural: nitelikli bir alaşım bileşimi tek başına gerekli ama yeterli değil.
  Eser safsızlıkların toplamı (Örn., Fe, Cu, Zn, MN, İle ilgili, diğerleri) ve istenmeyen öğeler, yüzey kalitesini koruyan sınırlara kadar kontrol edilmelidir, ekstrüzyon tepkisi ve son mekanik özellikler.
• Örnek (pratik): bazı standartlar Zn'ye kadar izin vermesine rağmen 0.10 belirli dövme alaşımlarda ağırlıkça %,
  üretim deneyimi şunu gösteriyor Zn ≥ 0.05 Ağırlık% oksitlenmiş ekstrüzyon yüzeylerinde beyaz benekler oluşturabilir;
  bu nedenle birçok üretici hedef alıyor Zn < 0.05 Ağırlık% parlak yüzeyli profiller için.
• Safsızlıklar etkileşime girer: kümülatif "kirlilik bütçesi" genellikle herhangi bir unsurun spesifikasyona uygunluğundan daha önemlidir.

2. Alaşım formülasyonu: Al-Mg-Si üçlüsü (6063 aile)

• 6063 alüminyum alaşımı nominal aralıkları (örnek, GB/T başına ve yaygın uygulama): Ve ≈ 0.2–0,6 ağırlıkça %; Mg ≈ 0.45–0,9 ağırlıkça %; FE ≤ 0.35 Ağırlık%; diğer unsurlar (Cu, MN, CR, ZR, İle ilgili) tipik olarak < 0.10 Ağırlık%. (Kesin toleranslar için nihai ürün özelliklerine bakın.)
• Güçlendirme aşaması: Mg₂Si temel sertleşme aşamasıdır. Etkinliği Mg'ye bağlıdır.:Si atom/ağırlık oranı — Mg:Mg₂Si'nin Si ağırlık oranı ≈ 1.73.
  Yaşlanmayı en üst düzeye çıkarmak için, sürdürmek Mg:Ve ≤ 1.73 (yani. Mg fazlalığından kaçının).
  Aşırı Si'nin Mg₂Si çözünürlüğü üzerinde sınırlı olumsuz etkisi vardır; aşırı Mg çözünürlüğü ve yaşlanma tepkisini azaltır.
• Çözünürlük ve ısı/yaş davranışı (pratik veriler): Mg₂Si güçlü sıcaklık bağımlılığı gösterir; sözde ikili α(Al)–Mg₂Si ötektik formları yakınlarda 595 ° C.
  Pratikte belirtilen maksimum Mg₂Si çözünürlüğü ≈ 1.85 Ağırlık%, ve 500 ° C çözünürlük ≈'a düşer 1.05 Ağırlık%.
  Sonuç olarak, daha yüksek çözelti işleme sıcaklıkları ve yeterli söndürme hızı, çözünen maddenin tutulmasını artırır ve eskime mukavemetini artırır; ancak başlangıçtaki erimeyi ve aşırı oksidasyonu önlemek için pratik sınırlar mevcuttur.

3. Eritme Teknolojisi 6063 Alüminyum alaşımı

Yüksek kaliteli üretim için en kritik süreç eritmedir. alüminyum alaşımı kütük.

Uygun olmayan proses kontrolü çeşitli döküm kusurlarına yol açabilir, cüruf kalıntıları gibi, gözeneklilik, kaba taneler, ve tüylü kristaller.

Aşağıdaki temel teknik noktalar kesinlikle uygulanmalıdır:

Eritme Sıcaklığının Hassas Kontrolü

için en uygun eritme sıcaklığı 6063 alüminyum alaşımı 750–760°C. Sıcaklık kontrolü aşağıdaki nedenlerden dolayı kritik öneme sahiptir:

• Düşük Sıcaklık Riski: 750°C'nin altındaki sıcaklıklar alüminyum eriyiğinin viskozitesini artırır, cüruf ayırma verimliliğinin azaltılması ve kütüklerde cüruf içerme kusurlarının olasılığının arttırılması.
• Yüksek Sıcaklık Riski: 760°C'nin üzerindeki sıcaklıklar alüminyum eriyiğindeki hidrojen çözünürlüğünde keskin bir artışa neden olur.
  Metalurjik araştırmalar, alüminyumdaki hidrojen çözünürlüğünün 760°C'nin üzerindeki sıcaklıklarla katlanarak arttığını göstermektedir..
  Aşırı yüksek sıcaklıklar aynı zamanda eriyiğin oksidasyonunu ve nitridasyonunu da hızlandırır., alaşım elementlerinin yanma kaybının artmasına neden olur, ve kaba taneler ve tüylü kristaller gibi kusurlara doğrudan neden olur.

Hidrojen emilimini azaltmaya yönelik ek önlemler şunları içerir::

• Yüzey nemini ortadan kaldırmak için izabe fırınlarının ve aletlerin 200–300°C'ye ön ısıtılması.
• Sadece kuru kullanma, eriyiğe nem girmesini önlemek için bozulmamış hammaddeler ve eritkenler.

Yüksek Kaliteli Fluxların Seçimi ve Rafinasyon Prosesi Optimizasyonu

Akışkanlar (cüruf sökücüler dahil, rafineriler, ve kaplama ajanları) alüminyum alaşımının eritilmesi için gerekli yardımcı malzemelerdir.
Ticari akışların çoğu klorürlerden ve florürlerden oluşur, oldukça higroskopik olan. Zayıf akı yönetimi, eriyikteki hidrojen kirliliğinin ana kaynağıdır.

Akı Kalite Kontrolü

• Akı üretimi için hammaddeler, nemi gidermek için iyice kurutulmalıdır., ve bitmiş eritken, depolama ve nakliye sırasında higroskopik emilimi önlemek için hava geçirmez şekilde paketlenmelidir..
• Akının üretim tarihine dikkat edilmelidir; Süresi dolmuş akışlar nemi emme eğilimindedir,
  hidrojen üretmek için alüminyum eriyiğiyle reaksiyona girer (2Al + 3H₂O → Al₂O₃ + 3H₂ ↑), kütüklerde gözeneklilik kusurlarına yol açar.

Toz Enjeksiyonlu Rafinasyon Prosesinin Optimizasyonu

Toz enjeksiyonlu rafinasyon, en yaygın kullanılan rafinasyon yöntemidir. 6063 alüminyum alaşımı, rafine edici madde ile eriyik arasında tam temas sağladığı için.

Bu sürecin temel teknik noktaları şunlardır::

1. Azot Basıncı Kontrolü: Azot basıncı mümkün olduğu kadar düşük tutulmalıdır, rafinasyon maddesini eriyik içine taşımaya yetecek kadar.
   Yüksek nitrojen basıncı şiddetli türbülansa ve eriyiğin sıçramasına neden olur, yeni oksit filmlerinin oluşumunun ve oksit içerme kusurlarının riskinin artması.
2. Azot Saflık Gereksinimleri: Yüksek saflıkta nitrojen (≥99.99) rafine etmek için kullanılmalıdır.
   Saf olmayan nitrojen içeren nem, eriyik içerisine ilave hidrojen katacaktır, rafine edici etkiyi ortadan kaldırmak.
3. Rafineri Madde Dozu: Daha fazla akış ilkesi, daha az gaz takip edilmeli.
   Rafinasyon maddesinin dozajının arttırılması, gaz giderme ve cüruf giderme etkisini artırabilir, nitrojen kullanımını azaltırken üretim maliyetlerini düşürebilir ve erime türbülansını en aza indirebilir.
   Temel proses hedefi, minimum miktarda nitrojen kullanarak maksimum miktarda rafinasyon maddesini eriyiğe enjekte etmektir..

Tahıl İnceltme Tedavisi

Tane inceltme, alüminyum alaşımlı kütüklerin kalitesini artırmak ve gözeneklilik gibi döküm kusurlarını çözmek için en etkili önlemlerden biridir., kaba taneler, ve tüylü kristaller.

Tahıl inceltme mekanizması aşağıdaki gibidir:

Denge dışı katılaşma sırasında, kirlilik elemanları (alaşım elementleri dahil) tane sınırlarında ayrılma eğilimi gösterir.
Daha ince taneler toplam tane sınır alanını arttırır, bu, her tane sınırındaki safsızlık elementlerinin konsantrasyonunu azaltır.
Safsızlık elemanları için, bu onların zararlı etkilerini azaltır; alaşım elementleri için, bu, dağıtım tekdüzeliğini artırır ve güçlendirme etkilerini artırır.

Tane incelmesinin etkisi basit bir hesaplamayla gösterilebilir: aynı hacimde V olan iki metal blok varsayalım, kübik tanelerden oluşur.

Bloğun tane tarafı uzunluğu ise 1 2a ve bloğunki 2 bir, bloğun toplam tane sınırı alanı 2 bloğun iki katı 1.

Bu, tane boyutunun yarıya indirilmesinin tane sınır alanını iki katına çıkarması anlamına gelir, ve birim tanecik sınır alanı başına yabancı madde konsantrasyonunu yarıya indirir.

İçin 6063 buzlu profillerde kullanılan alaşım, tane inceltme özellikle önemlidir.

Daha hassas, daha düzgün taneler, profil yüzeyinin donma işlemi sırasında eşit şekilde korozyona uğramasını sağlar, tutarlı bir sonuçla sonuçlanır, yüksek kaliteli buzlu kaplama.

Alüminyum alaşımlarına yönelik yaygın tane incelticiler arasında Al-Ti-B ana alaşımları bulunur, bunlar tipik olarak eriyiğe ağırlıkça %0,1-0,3 dozajında ​​eklenir.

4. Döküm Teknolojisi 6063 Alüminyum alaşımı

Döküm, rafine edilmiş alüminyum eriyiğinin belirli boyutlarda katı kütüklere dönüştürülmesi işlemidir.. Yüksek kaliteli kütük üretmek için makul döküm prosesi parametreleri gereklidir.

Aşağıdaki temel teknik noktalar vurgulanmalıdır:

Optimum Döküm Sıcaklığının Seçimi

İçin 6063 Tane incelticilerle işlenmiş alaşım eriyikleri, optimum döküm sıcaklığı 720–740°C. Bu sıcaklık aralığı aşağıdaki faktörlerle belirlenir:

1. Tanecikleri rafine edilmiş eriyik daha yüksek viskoziteye ve daha hızlı katılaşma oranlarına sahiptir; orta derecede yükseltilmiş döküm sıcaklığı, eriyiğin iyi akışkanlığını sağlar ve soğuk kapanma kusurlarını önler.
2. Döküm sırasında, kütüğün katılaşma ön kısmında sıvı-katı iki fazlı bir bölge oluşur.
   Orta derecede yüksek bir döküm sıcaklığı bu iki fazlı bölgeyi daraltır, katılaşma sırasında oluşan gazların kaçışını kolaylaştırır ve gözeneklilik kusurlarını azaltır.

Fakat, döküm sıcaklığı aşırı yüksek olmamalıdır, yüksek sıcaklıklar tane incelticisinin etki süresini kısaltacağından ve kütük içinde iri taneli yapılara yol açacağından.

Döküm Sisteminin Ön Isıtması

Döküm sisteminin tüm bileşenleri, Aklamalar dahil, distribütörler, ve kalıplar, dökümden önce tamamen ısıtılmalı ve 200–300°C'ye kurutulmalıdır.

Bu, bu bileşenlerin yüzeyindeki nem ile yüksek sıcaklıktaki alüminyum eriyiği arasındaki reaksiyonu önler., Hidrojen kirliliğinin önemli bir kaynağı olan.

Eriyik Türbülansının ve Oksit Katılımının Önlenmesi

Döküm sırasında, alüminyum eriyiğinin türbülansı ve sıçraması en aza indirilmelidir. Aşağıdaki operasyonel yönergelere uyulmalıdır:

• Yıkama veya distribütördeki eriyiği aletlerle karıştırmaktan kaçının, bu eriyik yüzeyindeki koruyucu oksit filmini kıracağından, yeni oksitlerin oluşumuna yol açar.
• Oksit filmin koruması altında eriyiğin kalıba düzgün bir şekilde akmasını sağlayın.
  Araştırmalar alüminyum oksit filmlerin güçlü higroskopik özelliklere sahip olduğunu gösteriyor, yaklaşık olarak 2 ağırlıkça % nem.
  Bu oksit filmleri eriyik içerisine çekilirse, İçerdikleri nem alüminyumla reaksiyona girerek hidrojen ve oksit kalıntıları üretecektir., kütük kalitesinin ciddi şekilde bozulması.

Eriyik Filtrasyon Arıtma

Filtrasyon, alüminyum eriyiğindeki metalik olmayan kalıntıların giderilmesinde en etkili yöntemdir..

İçin 6063 alaşım döküm, iki yaygın filtreleme yöntemi yaygın olarak kullanılmaktadır: çok katmanlı fiberglas kumaş filtreleme ve seramik filtre plakası filtreleme.

Temel operasyonel noktalar şunları içerir::

• Filtrelemeden önce, eriyiğin yüzey cürufu çıkarılmalıdır. Yüzey cürufunu akan eriyikten ayırmak için oluğa bir cüruf saptırma plakası yerleştirilmelidir., filtrenin tıkanmasını önleyerek düzgün filtreleme sağlanması.
• Filtrede termal şok oluşmasını önlemek ve eriyikte soğuk kapanma kusurlarının oluşmasını önlemek için filtre eriyik ile aynı sıcaklığa kadar önceden ısıtılmalıdır..

5. Homojenizasyon Tedavisi 6063 Alüminyum Alaşımlı Kütükler

Denge Dışı Katılaşma ve Etkileri

Döküm sırasında, alüminyum eriyiği hızla katılaşır, dengesiz katılaşmaya neden olur.

A ve B olmak üzere iki elementten oluşan ikili faz diyagramında, F bileşimindeki bir alaşım katılaştığında,
T1 sıcaklığında denge katı faz bileşimi G olmalıdır, ancak gerçek katı faz bileşimi hızlı soğuma nedeniyle G'dir.

Bunun nedeni alaşım elementlerinin katı fazdaki difüzyon hızının kristalleşme hızından daha yavaş olmasıdır., Tanelerin kimyasal bileşiminin homojen olmamasına yol açan (Yani, ayrılma).

Denge dışı katılaşma 6063 alaşımlı kütükler iki ana soruna neden olur:

1. Taneler arasında artık döküm gerilimi mevcut;
2. Ayrışma nedeniyle tahılların kimyasal bileşiminin homojen olmaması.

Bu problemler daha sonraki ekstrüzyon işleminin zorluğunu arttırmakta ve son profilin mekanik özelliklerini ve yüzey işleme performansını azaltmaktadır..

Öyleyse, Ekstrüzyondan önce kütükler için homojenleştirme işlemi gereklidir.

Homojenizasyon Arıtma Süreci

Homojenleştirme işlemi, kütüklerin yüksek sıcaklıkta tutulduğu bir ısıl işlem işlemidir. (aşırı yanma sıcaklığının altında) döküm stresini ve tanecik iç ayrışmasını ortadan kaldırmak için.

Temel teknik parametreler aşağıdaki gibidir:

• Homojenizasyon Sıcaklığı: İdeal Al-Mg-Si üçlü sisteminin aşırı yanma sıcaklığı 595°C'dir.,
  ama gerçek 6063 alaşım çeşitli safsızlık elementleri içerir, çok bileşenli bir sistem haline getirilmesi.
  Öyleyse, gerçek aşırı yanma sıcaklığı 595°C'den düşüktür.
  Optimum homojenizasyon sıcaklığı 6063 alaşım 530–550°C. Bu aralıktaki daha yüksek sıcaklıklar bekletme süresini kısaltabilir, enerji tasarrufu, ve fırın verimliliğini artırın.
• Tutma Süresi: Bekleme süresi kütük çapına ve tane boyutuna bağlıdır.
  Daha ince taneler daha kısa tutma süreleri gerektirir çünkü alaşım elementlerinin tane sınırlarından tane içlerine difüzyon mesafesi daha kısadır.

Homojenizasyon İşleminde Enerji Tasarrufu Önlemleri

Homojenizasyon işlemi yüksek sıcaklıklar ve uzun bekletme süreleri gerektirir, yüksek enerji tüketimine ve işleme maliyetlerine neden olur, bu yüzden birçok profil üreticisi bu süreci atlıyor.

Etkili enerji tasarrufu önlemleri şunları içerir::

1. Tahıl arıtma: Daha önce de belirtildiği gibi, daha ince taneler gerekli homojenizasyon bekletme süresini önemli ölçüde kısaltır, Enerji tüketimini azaltmak.
2. Entegre Isıtma Prosesi: Ekstrüzyon için kütük ısıtma fırınını genişletin, ve hem homojenleştirme hem de ekstrüzyon sıcaklığı gereksinimlerini karşılamak için bölümlü sıcaklık kontrolünü uygulayın.
   Bu sürecin üç ana avantajı vardır:

• • İlave homojenizasyon fırınına gerek yoktur;
  • Homojenleştirilmiş kütüğün ısısından tam olarak yararlanılır, ekstrüzyondan önce tekrarlanan ısıtmanın önlenmesi;
  • Uzun süreli ısıtma, kütüğün içinde ve dışında eşit sıcaklık dağılımı sağlar, ekstrüzyon ve sonraki ısıl işlem için faydalıdır.

6. Kalite güvencesi: ölçümler ve inceleme

Ekstrüzyon/döküm sürümü öncesinde önemli kabul kontrolleri:

• Kimyasal analiz (tam spektrokimyasal MTR): ana alaşım elementlerini ve eser safsızlıkları (özellikle Zn) doğrulayın, Cu ve Fe.
• Hidrojen analizi / gözeneklilik örneklemesi: eriyiğin hidrojen içeriği (veya numune dökümlerindeki gözeneklilik indeksi) ve temsili kütüklerin radyografisi/BT'si.
• Katılım düzeyi / filtreleme etkinliği: filtre keklerinin optik muayenesi, laboratuvar kuponlarından mikroskobik katılım sayıları.
• Tane büyüklüğü ve faz dağılımı: Numune katılaşmasından sonra metalografik kontroller; ferrit/α tane büyüklüğü, ikincil aşamalar.
• Mekanik kontroller: Çözümü ve alaşım tepkisini doğrulamak için kuponlar üzerindeki çekme ve sertlik.

7. Yaygın döküm kusurları — nedenleri ve çözümleri

8. Gelişmiş ve süreç iyileştirme teknikleri

• Ultrasonik gaz giderme: hidrojenin uzaklaştırılması için kavitasyon oluşturur ve oksit filmleri kırabilir; küçük kütükler ve yüksek değerli dökümlere yönelik bazı atölye uygulamalarında etkilidir.
• Vakum gazı / düşük basınçlı döküm: çözünmüş gaz seviyelerini azaltır ve beslemeyi iyileştirebilir; premium üretimde kullanılır.
• Elektromanyetik karıştırma: dikkatli uygulandığında, Tahılı rafine eder ve sıcaklığı homojenleştirir; kalıp yüzeyinde aşırı türbülanstan kaçının.
• Otomatik dozajlama ve erime kayıtları: hassas ana alaşım ilavesi, AR/IR spektro kontrolü, ve dijital erime kayıtları insan hatasını azaltır ve izlenebilirliği sağlar.
• Simülasyon araçları: Düşük türbülanslı geçit tasarımı için CFD, ve termal değişimleri optimize etmek ve sıcak noktaları en aza indirmek için katılaşma modellemesi.

9. Çevre, güvenlik ve ekonomik hususlar

• Akı kullanımı tehlikeleri: klorür/florür tuzları aşındırıcı ve higroskopiktir; mühürlü tutmak, kuru depolama. Akı kullanımı için KKD ve duman kontrolü sağlayın.
• Enerji yönetimi: eritme ve homojenleştirme enerji yoğundur; kademeli fırın sistemleri,
  atık ısı geri kazanımı ve proses entegrasyonu (egzoz ısısını kullanarak kütüklerin ön ısıtılması) önemli ölçüde maliyet tasarrufu sağlar.
• Hurda ve geri dönüşüm: yüksek değerli alaşım hurdalarını kirli malzemelerle ayırın; Serseri elemanları sınırlamak ve alaşım kalitesini korumak için eritme uygulamaları uygulamak.

10. Çözüm

Yüksek kaliteli alüminyum alaşımlı dökümler ve ekstrüzyon besleme stoğu, disiplinli alaşım kontrolünün ürünüdür, hassas eriyik yönetimi ve iyi tasarlanmış katılaştırma uygulaması.

6xxx serisi alaşımlar için 6063, başarı doğru Mg'nin korunmasına bağlıdır: Denge ise, safsızlık unsurlarını tutmak (özellikle Zn) yüzey kalitesi için pratik eşiklerin altında,

aşırı eriyik aşırı ısınmasının önlenmesi, etkili rafinasyon kullanma (toz + kontrollü gaz tahliyesi), ince taneli yapıya ulaşmak, ve uygun homojenizasyonun uygulanması.

Bu önlemleri ayrı ayrı uygulamak yerine birlikte uygulayın; sonuç, öngörülebilir mekanik özellikler olacaktır., sağlam yüzey kalitesi ve daha az maliyetli hurda veya yeniden işleme olayları.

 

SSS

Zn neden <0.05 birçok özelliğin izin verdiği durumlarda önerilir 0.10?

Pratik mağaza deneyimi Zn'nin yakın olduğunu gösteriyor 0.1 oksidasyon/tavlama sonrasında beyaz beneklenmeyi teşvik eder; azaltarak <0.05 parlak/ekstrüzyona tabi tutulmuş profiller için yüzey kusurlarını azaltır.

En hassas tek erime parametresi nedir?

Erime sıcaklığı. Yukarıda yaklaşık 760 ° C çözünmüş hidrojen hızla yükselir ve gözenekliliğe ve diğer kusurlara neden olur; erime sıcaklığını kontrollü tutun ve kalma süresini minimumda tutun.

Toz arıtma vs yüksek gaz akışı — hangisi daha iyi?

Kullanmak minimal içerikli bol miktarda rafineri tozu, kontrollü gaz akışı. Büyük gaz akışları kısa süreli büyük kabarcıklar oluşturur: zayıf gaz giderme ve artan türbülans.

Tane incelmesi döküm sıcaklığı toleransını arttırır mı??

Evet — etkili bir şekilde tanecikleri inceltilmiş bir eriyik, biraz daha yüksek döküm sıcaklıklarını tolere eder (tip. 720–740 ° C) çünkü duygusal bölge daralır ve beslenme iyileşir; ancak aşırı ısınma yine de sınırlı olmalı.

Döküm hurdası güvenli bir şekilde yeniden kullanılabilir mi??

Evet, ancak serseri elemanları izleyin ve alaşım ailesine göre ayırın. Geri dönüştürülmüş malzeme safsızlık yükünü artırır ve daha rafine eritme uygulaması ve daha sıkı MTR kontrolü gerektirir.