A minősége alumínium ötvözet befektetési öntés alapvetően az olvadék integritása határozza meg. A nagy integritású olvadék eléréséhez a hőmérséklet, a kémiai összetétel és a gáztartalom pontos szabályozása szükséges. Az elsődleges cél egy tiszta, homogén folyékony fém előállítása, amely mentes oxidoktól, hidrogén porozitástól és zárványoktól, mielőtt az bekerülne a kerámia héjba.
Az öntödei mérnökök és kohászok számára ez a kritikus szempont Az olvadék előkészítése a végső öntési hibák több mint 60%-áért felelős . Megfelelő gáztalanítás, szemcsefinomítás és szigorú hőmérsékletszabályozás között 700 °C és 760 °C nem megtárgyalható lépések. Ezen paraméterek figyelmen kívül hagyása csökkenti a mechanikai tulajdonságokat, rossz felületi minőséget és megnövekedett visszautasítási arányt a repülőgép- és autóipari alkalmazásokban.
Az olvasztó kemence kiválasztása és a hőmérséklet szabályozása
Az olvasztó kemence kiválasztása jelentősen befolyásolja az alumíniumötvözet tisztaságát. Az indukciós kemencéket részesítik előnyben befektetési öntéshez gyors fűtési képességük és elektromágneses keverésük miatt, ami elősegíti a homogenitást. A túlzott keverés azonban magával vonhatja a levegőt, ami oxidképződéshez vezethet.
Optimális olvadási hőmérsékletek
Az alumíniumötvözetek jellemzően 660°C körül olvadnak meg, de az öntési hőmérsékletnek magasabbnak kell lennie a befektetési öntéshez, hogy biztosítsa az összetett kerámia formák folyékonyságát. Az ideális öntési tartomány az 700-760 °C . A 800°C feletti hőmérséklet drámaian megnöveli a hidrogén oldhatóságát és oxidációs sebességét. Minden 10°C-os 760°C feletti emelkedésnél a hidrogénabszorpció mértéke növekedhet 15-20% , ami súlyos porozitási problémákhoz vezet megszilárduláskor.
Tégelyanyag kompatibilitás
A szilícium-karbid (SiC) vagy grafit-agyag tégelyek használata szabványos. Ezeket az anyagokat védőmázzal kell bevonni, hogy ne reagáljanak az olvadt alumíniummal. A tégely károsodott bélése vas- és szilíciumszennyeződéseket tartalmaz, ami megváltoztatja az ötvözet mechanikai tulajdonságait. A tégelyek rendszeres ellenőrzése és cseréje minden 50-100 olvad A konzisztencia megőrzése érdekében ajánlott.
Gáztalanítási és hidrogéneltávolítási technikák
A hidrogén az egyetlen gáz, amely jelentős mértékben oldódik az olvadt alumíniumban. Ahogy a fém megszilárdul, a hidrogén kicsapódik, pórusokat képezve, amelyek gyengítik az öntvényt. A hatékony gáztalanítás ezért az olvadék-előkészítés legkritikusabb lépése.
Rotációs gáztalanítás argon/nitrogénnel
A kiváló minőségű öntés ipari szabványa a forgólapátos gáztalanítás. Egy grafit rotor forog 300-500 RPM miközben inert gázt (argont vagy nitrogént) fecskendeznek az olvadékba. Ez finom buborékokat hoz létre, amelyek diffúzió útján megkötik a hidrogént. A folyamat általában tart 10-15 perc és csökkentheti a hidrogénszintet a 0,30 ml/100g 0,10 ml/100g alá .
Szilárd gáztalanító tabletták
Kisebb öntödék számára alternatívát jelentenek a hexaklór-etán alapú tabletták. Víz alá kerülve klórgázt bocsátanak ki, amely hidrogénnel reagálva HCl-gázt képez. Bár hatásos, ez a módszer mérgező füstöket termel, és sósalakot hagy maga után, amelyeket le kell soványítani. Kevésbé konzisztens, mint a rotációs gáztalanítás, és általában nem ajánlott repülőgép-ipari alkatrészekhez.
| módszer | Hatékonyság | Környezeti hatás | Következetesség |
|---|---|---|---|
| Forgó inert gáz | Magas (>90%) | Alacsony (nem mérgező) | Kiváló |
| Klór tabletták | Közepes (70-80%) | Magas (mérgező füst) | Változó |
| Vákuumos gáztalanítás | Nagyon magas (>95%) | Egyik sem | Kiváló |
Gabona finomítása és módosítása
A megszilárdult alumíniumötvözet mikroszerkezete határozza meg mechanikai teljesítményét. A durva szemcsék gyenge hajlékonyságot és fokozott érzékenységet okoznak a forró szakadásra. A szemcsefinomítás és -módosítás elengedhetetlen kohászati kezelések, amelyeket az olvadási szakaszban végeznek.
Titán-bór finomítók
Al-Ti-B mesterötvözetek (tipikusan 5% Ti, 1% B) hozzáadása elősegíti a heterogén gócképződést. Ez finom, egyenlőtengelyű szemcseszerkezetet eredményez. A standard hozzáadási arány a 0,1-0,2 tömeg%. a teljes olvadékból. A túlzott adagolás durva TiAl3 intermetallikus képződmények kialakulásához vezethet, amelyek feszültségkoncentrátorként működnek, és csökkentik a kifáradási élettartamot.
Stroncium-módosítás szilíciumötvözetek számára
A hipoeutektikus Al-Si ötvözetek (például A356) esetében a stroncium (Sr) módosítása finom rostos szerkezetté alakítja át a durva lemezszerű szilícium eutektikumot. Ez jelentősen javítja a nyúlást és a szakítószilárdságot. Az optimális Sr koncentráció az 150-200 ppm . Döntő fontosságú megjegyezni, hogy az Sr idővel elhalványul; ezért a módosítást közvetlenül az öntés előtt kell elvégezni, ideális esetben belül 30-45 perc .
Zárványeltávolítás és olvadékszűrés
A nem fémes zárványok, mint például az oxidok (Al2O3) és a tűzálló részecskék még gondos olvasztás mellett is az olvadékban szuszpendálva maradnak. Ezek a zárványok a repedések kiindulási helyeiként működnek, és az öntés előtt el kell távolítani őket.
Kerámia habszűrők (CFF)
A kerámia habszűrőket a kapurendszerbe vagy az üstbe kell helyezni. Mélységi szűréssel működnek, megfogva a pórusméretüknél nagyobb részecskéket. A gyakori pórusméretek 10, 20 vagy 30 PPI (pórusok hüvelykenként) . A 10 PPI szűrő eltávolítja a nagy salakot, míg a 30 PPI szűrő a finomabb oxidokat rögzíti. A kétlépcsős szűrőrendszer használatával akár a tisztaság is javulhat 40% a szűretlen olvadékokhoz képest.
Lefölözés és letelepedés
Szűrés előtt a kézi vagy mechanikus lefölözés eltávolítja az olvadék felületéről az oxidréteget. Hagyja, hogy az olvadék leülepedjen 10-15 perc A gáztalanítás után lehetővé teszi a nehezebb zárványok lesüllyedését és a könnyebb salak lebegését, megkönnyítve az eltávolítást. Ennek a lépésnek a siettetése gyakran turbulens öntést eredményez, amely visszavezeti az oxidokat a folyadékáramba.
Összefoglalva, a kiváló minőségű alumíniumötvözet öntvények előállítása fegyelmezett megközelítést igényel az olvadékkezelés terén. A hőmérséklet szabályozásával, a hatékony gáztalanítással, a szemcseszerkezet finomításával és a zárványok szűrésével a gyártók kiváló mechanikai tulajdonságokat és minimális hibaarányt biztosíthatnak.
