ذوب ریخته گری سرمایه گذاری آلیاژ آلومینیوم: فرآیند و کنترل کیفیت

کیفیت از ریخته گری سرمایه گذاری آلیاژ آلومینیوم اساساً توسط یکپارچگی مذاب تعیین می شود. دستیابی به مذاب با یکپارچگی بالا مستلزم کنترل دقیق دما، ترکیب شیمیایی و محتوای گاز است. هدف اصلی تولید یک فلز مایع تمیز و همگن و عاری از اکسیدها، تخلخل هیدروژن و اجزاء قبل از ورود به پوسته سرامیکی است.

برای مهندسان ریخته گری و متالوژیست ها، نکته مهم این است آماده سازی مذاب بیش از 60 درصد از عیوب ریخته گری نهایی را تشکیل می دهد . گاز زدایی مناسب، پالایش دانه و مدیریت دقیق دما بین 700 درجه سانتیگراد و 760 درجه سانتیگراد مراحل غیر قابل مذاکره هستند نادیده گرفتن این پارامترها منجر به کاهش خواص مکانیکی، پرداخت سطحی ضعیف و افزایش نرخ رد در کاربردهای هوافضا و خودرو می شود.

انتخاب کوره ذوب و کنترل دما

انتخاب کوره ذوب به طور قابل توجهی بر تمیزی آلیاژ آلومینیوم تأثیر می گذارد. کوره‌های القایی به دلیل قابلیت گرمایش سریع و همزن الکترومغناطیسی، که همگنی را افزایش می‌دهد، برای ریخته‌گری سرمایه‌گذاری ترجیح داده می‌شوند. با این حال، هم زدن بیش از حد می تواند هوا را به داخل بکشد و منجر به تشکیل اکسید شود.

دمای ذوب بهینه

آلیاژهای آلومینیوم معمولاً در دمای 660 درجه سانتیگراد ذوب می شوند، اما دمای ریخته گری برای ریخته گری سرمایه گذاری باید بالاتر باشد تا از سیالیت در قالب های سرامیکی پیچیده اطمینان حاصل شود. محدوده ریزش ایده آل است 700 تا 760 درجه سانتی گراد . بیش از 800 درجه سانتیگراد به طور چشمگیری حلالیت هیدروژن و سرعت اکسیداسیون را افزایش می دهد. به ازای هر 10 درجه سانتی گراد افزایش بالای 760 درجه سانتی گراد، جذب هیدروژن می تواند افزایش یابد 15-20٪ ، منجر به مسائل تخلخل شدید پس از انجماد می شود.

سازگاری مواد بوته

استفاده از کاربید سیلیکون (SiC) یا بوته های خاک رس گرافیتی استاندارد است. این مواد باید با یک لعاب محافظ پوشانده شوند تا از واکنش با آلومینیوم مذاب جلوگیری شود. روکش بوته در معرض خطر، آلاینده های آهن و سیلیکون را وارد می کند و خواص مکانیکی آلیاژ را تغییر می دهد. بازرسی و تعویض منظم بوته ها هر 50-100 ذوب می شود برای حفظ ثبات توصیه می شود.

تکنیک های گاز زدایی و حذف هیدروژن

هیدروژن تنها گاز با حلالیت قابل توجه در آلومینیوم مذاب است. همانطور که فلز جامد می شود، هیدروژن رسوب می کند و منافذی را تشکیل می دهد که ریخته گری را ضعیف می کند. بنابراین گاز زدایی موثر، حیاتی ترین مرحله در آماده سازی مذاب است.

گاز زدایی روتاری با آرگون/نیتروژن

استاندارد صنعتی برای ریخته گری سرمایه گذاری با کیفیت بالا، گاززدایی پروانه چرخشی است. یک روتور گرافیتی به سمت آن می چرخد 300-500 دور در دقیقه در حالی که گاز بی اثر (آرگون یا نیتروژن) به مذاب تزریق می شود. این حباب های ریز ایجاد می کند که هیدروژن را از طریق انتشار جذب می کند. پروسه معمولا طول می کشد 10-15 دقیقه و می تواند سطح هیدروژن را کاهش دهد 0.30 میلی لیتر در 100 گرم تا کمتر از 0.10 میلی لیتر در 100 گرم .

قرص های گاز زدایی جامد

برای ریخته‌گری‌های کوچک‌تر، قرص‌های مبتنی بر هگزا کلرواتان یک جایگزین هستند. هنگامی که در زیر آب قرار می گیرند، گاز کلر آزاد می کنند که با هیدروژن واکنش می دهد و گاز HCl را تشکیل می دهد. در حالی که این روش موثر است، بخارهای سمی تولید می کند و باقیمانده های سرباره نمک بر جای می گذارد که باید از آن جدا شود. سازگاری کمتری نسبت به گاززدایی چرخشی دارد و به طور کلی برای اجزای درجه هوافضا توصیه نمی شود.

پالایش و اصلاح دانه

ریزساختار آلیاژ آلومینیوم جامد شده عملکرد مکانیکی آن را دیکته می کند. دانه های درشت منجر به شکل پذیری ضعیف و افزایش حساسیت به پارگی گرم می شود. پالایش و اصلاح دانه ها، عملیات متالورژی ضروری هستند که در مرحله ذوب انجام می شوند.

پالایشگاه های تیتانیوم-بور

افزودن آلیاژهای اصلی Al-Ti-B (معمولاً 5٪ Ti، 1٪ B) باعث تقویت هسته سازی ناهمگن می شود. این منجر به یک ساختار دانه هم محور خوب می شود. نرخ اضافه استاندارد است 0.1-0.2 درصد وزنی از کل ذوب اضافه کردن بیش از حد می تواند منجر به تشکیل مواد بین فلزی درشت TiAl3 شود که به عنوان متمرکز کننده استرس عمل می کنند و عمر خستگی را کاهش می دهند.

اصلاح استرانسیوم برای آلیاژهای سیلیکون

برای آلیاژهای Hypoeutectic Al-Si (به عنوان مثال، A356)، اصلاح استرانسیوم (Sr) یوتکتیک سیلیکونی صفحه مانند درشت را به یک ساختار فیبری ظریف تبدیل می کند. این به طور قابل توجهی افزایش طول و استحکام کششی را بهبود می بخشد. غلظت بهینه Sr است 150-200 پی پی ام . مهم است که توجه داشته باشید که Sr در طول زمان محو می شود. بنابراین، اصلاح باید بلافاصله قبل از ریختن، به طور ایده آل در داخل انجام شود 30-45 دقیقه .

حذف گنجاندن و فیلتراسیون مذاب

حتی با ذوب دقیق، اجزای غیرفلزی مانند اکسیدها (Al2O3) و ذرات نسوز در مذاب معلق می مانند. این آخال ها به عنوان محل شروع ترک عمل می کنند و باید قبل از ریخته گری برداشته شوند.

فیلترهای فوم سرامیکی (CFF)

فیلترهای فوم سرامیکی در سیستم گیتینگ یا ملاقه قرار می گیرند. آنها از طریق فیلتراسیون عمقی عمل می کنند و ذرات بزرگتر از اندازه منافذ خود را به دام می اندازند. اندازه منافذ رایج هستند 10، 20، یا 30 PPI (منافذ در هر اینچ) . یک فیلتر 10 PPI زباله های بزرگ را از بین می برد، در حالی که یک فیلتر 30 PPI اکسیدهای ریزتر را جذب می کند. استفاده از یک سیستم فیلتراسیون دو مرحله ای می تواند تمیزی را تا حدودی بهبود بخشد 40% در مقایسه با مذاب های فیلتر نشده

سرکشی و ته نشین شدن

قبل از فیلتراسیون، لایه برداری دستی یا مکانیکی، لایه اکسید توده روی سطح مذاب را حذف می کند. اجازه دهید تا مذاب ته نشین شود 10-15 دقیقه پس از گاززدایی، اجزای سنگین‌تر فرو می‌روند و تفاله‌های سبک‌تر شناور می‌شوند، و حذف آسان‌تر را تسهیل می‌کند. عجله در این مرحله اغلب منجر به ریختن آشفته می شود که دوباره اکسیدها را به جریان مایع منتقل می کند.

در نتیجه، تولید ریخته‌گری‌های سرمایه‌گذاری آلیاژ آلومینیوم با کیفیت بالا نیاز به رویکردی منظم برای مدیریت مذاب دارد. با کنترل دما، گاز زدایی موثر، پالایش ساختار دانه و فیلتر کردن اجزاء، سازندگان می توانند از خواص مکانیکی برتر و حداقل نرخ عیب اطمینان حاصل کنند.