Laatu alumiiniseoksen investointivalu sen määrää pohjimmiltaan sulatteen eheys. Erittäin eheän sulatteen saavuttaminen edellyttää lämpötilan, kemiallisen koostumuksen ja kaasupitoisuuden tarkkaa hallintaa. Ensisijainen tavoite on tuottaa puhdas, homogeeninen nestemäinen metalli, jossa ei ole oksideja, vetyhuokoisuutta ja sulkeumia, ennen kuin se pääsee keraamiseen kuoreen.
Valimoinsinööreille ja metallurgeille kriittinen saavutus on se sulatteen valmistelu muodostaa yli 60 % lopullisista valuvirheistä . Oikea kaasunpoisto, jyvien jalostus ja tiukka lämpötilan hallinta välillä 700 °C ja 760 °C ovat vaiheita, joista ei voida neuvotella. Näiden parametrien laiminlyönti johtaa heikkeneviin mekaanisiin ominaisuuksiin, huonoon pinnan viimeistelyyn ja lisääntyneisiin hylkäysmääriin ilmailu- ja autoteollisuuden sovelluksissa.
Sulatusuunin valinta ja lämpötilan säätö
Sulatusuunin valinta vaikuttaa merkittävästi alumiiniseoksen puhtauteen. Induktiouuneja suositaan sijoitusvalussa niiden nopean kuumennuskyvyn ja homogeenisuutta edistävän sähkömagneettisen sekoituksen vuoksi. Liiallinen sekoitus voi kuitenkin viedä ilmaa, mikä johtaa oksidin muodostumiseen.
Optimaaliset sulamislämpötilat
Alumiinilejeeringit sulavat tyypillisesti noin 660 °C:ssa, mutta valumislämpötilan on oltava korkeampi, jotta voidaan varmistaa juoksevuus monimutkaisiin keraamisiin muotteihin. Ihanteellinen kaatoalue on 700 °C - 760 °C . Yli 800 °C lisää vedyn liukoisuutta ja hapettumisnopeuksia dramaattisesti. Jokaista 10 °C:n nousua kohti 760 °C:n yläpuolella vedyn absorptio voi lisääntyä 15-20 % , mikä johtaa vakaviin huokoisuusongelmiin jähmettyessä.
Upokasmateriaalien yhteensopivuus
Piikarbidin (SiC) tai grafiitti-savi-upokkaiden käyttö on vakiona. Nämä materiaalit on päällystettävä suojaavalla lasiteella, jotta estetään reagointi sulan alumiinin kanssa. Vaarallinen upokkaan vuoraus tuo mukanaan rautaa ja piitä epäpuhtauksia, mikä muuttaa lejeeringin mekaanisia ominaisuuksia. Säännöllinen tarkastus ja upokkaiden vaihto joka 50-100 sulaa suositellaan johdonmukaisuuden säilyttämiseksi.
Kaasunpoisto- ja vedynpoistotekniikat
Vety on ainoa kaasu, joka liukenee merkittävästi sulaan alumiiniin. Kun metalli jähmettyy, vety saostuu ulos muodostaen huokosia, jotka heikentävät valua. Tehokas kaasunpoisto on siksi kriittisin vaihe sulatteen valmistelussa.
Pyörivä kaasunpoisto argonilla/typellä
Alan standardi korkealaatuiselle sijoitusvalulle on pyörivä siipipyörän kaasunpoisto. Grafiittiroottori pyörii 300-500 rpm ruiskuttamalla inerttiä kaasua (argon tai typpi) sulatteeseen. Tämä luo hienoja kuplia, jotka sitovat vetyä diffuusion kautta. Prosessi kestää yleensä 10-15 minuuttia ja voi alentaa vetypitoisuutta 0,30 ml / 100 g - alle 0,10 ml / 100 g .
Kiinteät kaasunpoistotabletit
Pienemmille valimoille heksakloorietaanipohjaiset tabletit ovat vaihtoehto. Kun ne upotetaan, ne vapauttavat kloorikaasua, joka reagoi vedyn kanssa muodostaen HCl-kaasua. Vaikka tämä menetelmä on tehokas, se tuottaa myrkyllisiä höyryjä ja jättää suolakuonajäämiä, jotka on kuorittava. Se on vähemmän johdonmukainen kuin pyörivä kaasunpoisto, eikä sitä yleensä suositella ilmailukäyttöön tarkoitettuihin komponentteihin.
| menetelmä | Tehokkuus | Ympäristövaikutus | Johdonmukaisuus |
|---|---|---|---|
| Pyörivä inertti kaasu | Korkea (> 90 %) | Matala (myrkytön) | Erinomainen |
| Kloori tabletit | Keskikokoinen (70-80 %) | Korkea (myrkylliset höyryt) | Muuttuva |
| Tyhjiökaasunpoisto | Erittäin korkea (> 95 %) | Ei mitään | Erinomainen |
Viljan jalostus ja modifiointi
Kiinteytyneen alumiiniseoksen mikrorakenne sanelee sen mekaanisen suorituskyvyn. Karkeat rakeet heikentävät taipuisuutta ja lisäävät herkkyyttä kuumarepeytymiselle. Rakeiden jalostus ja modifiointi ovat välttämättömiä sulatusvaiheessa suoritettavia metallurgisia käsittelyjä.
Titaani-booripuhdistimet
Al-Ti-B-perusmetalliseosten (tyypillisesti 5 % Ti, 1 % B) lisääminen edistää heterogeenista ytimen muodostumista. Tämä johtaa hienojakoiseen raerakenteeseen. Vakiolisäysnopeus on 0,1-0,2 painoprosenttia kokonaissulasta. Liiallinen lisäys voi johtaa karkeiden TiAl3-intermetallien muodostumiseen, jotka toimivat jännityksen keskittäjinä ja lyhentävät väsymisikää.
Strontiummuunnos piiseoksille
Hypoeutektisille Al-Si-seoksille (esim. A356) strontium (Sr) modifikaatio muuttaa karkean levymäisen piieutektin hienoksi kuiturakenteeksi. Tämä parantaa merkittävästi venymää ja vetolujuutta. Optimaalinen Sr-pitoisuus on 150-200 ppm . On ratkaisevan tärkeää huomata, että Sr haalistuu ajan myötä; siksi muokkaus tulisi tehdä välittömästi ennen kaatamista, mieluiten sisällä 30-45 minuuttia .
Inkluusio poisto ja sulasuodatus
Jopa huolellisessa sulatuksessa ei-metalliset sulkeumat, kuten oksidit (Al2O3) ja tulenkestävät hiukkaset jäävät suspendoituneeksi sulatteeseen. Nämä sulkeumat toimivat halkeamien alkamispaikkoina, ja ne on poistettava ennen valua.
Keraamiset vaahtosuodattimet (CFF)
Keraamiset vaahtosuodattimet asetetaan porttijärjestelmään tai kauhaan. Ne toimivat syvyyssuodatuksella ja vangitsevat huokoskokoaan suurempia hiukkasia. Yleiset huokoskoot ovat 10, 20 tai 30 PPI (huokosia tuumaa kohti) . 10 PPI:n suodatin poistaa suuret kuonat, kun taas 30 PPI:n suodatin vangitsee hienommat oksidit. Kaksivaiheisen suodatusjärjestelmän käyttö voi parantaa puhtautta jopa 40 % verrattuna suodattamattomiin sulatteisiin.
Kuoriminen ja asettaminen
Ennen suodatusta manuaalinen tai mekaaninen kuoriminen poistaa sulatteen pinnalta bulkkioksidikerroksen. Antaa sulan asettua 10-15 minuuttia kaasunpoiston jälkeen mahdollistaa raskaampien inkluusioiden uppoamisen ja kevyemmän kuonan kellumisen, mikä helpottaa poistamista. Tämän vaiheen kiirehtiminen johtaa usein turbulenttiin kaatoon, joka kuljettaa oksideja uudelleen nestevirtaan.
Yhteenvetona voidaan todeta, että korkealaatuisten alumiiniseosvalujen valmistaminen vaatii kurinalaista lähestymistapaa sulatteiden hallintaan. Säätämällä lämpötilaa, poistamalla tehokkaasti kaasut, parantamalla raerakennetta ja suodattamalla sulkeumat valmistajat voivat varmistaa erinomaiset mekaaniset ominaisuudet ja minimaaliset vikojen määrät.
