Включения из алюминиевого сплава

Включение – это твердая частица в жидком алюминиевом сплаве . Обычно он неметаллический и может иметь различную природу в зависимости от источника.

Проблемы, связанные с включениями

Включения могут создать проблемы при отливке , если они большие и имеют слишком высокую концентрацию. Вот примеры проблем, связанных с включениями:

Отверстия в тонкой фольге
Трещины на фланцах контейнеров для напитков
Полосы на поверхности яркой автомобильной отделки и литографического материала.
Поломка в волочения проволоки процессе
Повышенный износ инструмента.
Повышенная пористость
Потеря герметичности блоков двигателя.
Плохая обрабатываемость
Косметический дефект видимых поверхностей
Ухудшение механических свойств (например, предел прочности на разрыв , предел текучести , удлинение )

Типы включения

Оксидные пленки

При контакте с окружающим воздухом жидкий алюминий вступает в реакцию с кислородом и образует слой оксидной пленки (гамма-Al ₂ O ₃ ). Этот слой со временем становится толще. Когда расплавленный алюминий нарушается, эта оксидная пленка перемешивается внутри расплава.

Карбид алюминия

При производстве первичного алюминия карбиды алюминия (Al ₄ C ₃ ) образуются в результате восстановления глинозема там, где угольные аноды и катоды контактируют со смесью. На более позднем этапе процесса любые углеродные инструменты, контактирующие с жидким алюминием, могут вступить в реакцию и образовать карбиды.

Оксиды магния

В алюминиевых сплавах, содержащих магний , могут образовываться оксиды магния (MgO), кубоиды (MgAl ₂ O ₄ -кубовидная) и металлургическая шпинель (MgAl ₂ O ₄ -шпинель). Они возникают в результате реакции между магнием и кислородом в расплаве. Со временем и температурой их образуется больше.

Шпинель может быть очень вредной из-за ее большого размера и высокой твердости.

Огнеупорные материалы

Частицы огнеупорного материала, контактирующие с алюминием, могут отделяться и превращаться в включения. Встречаются включения графита (С), включения глинозема (альфа-Al ₂ O ₃ ), CaO, SiO ₂ , …

Через некоторое время графитовый огнеупор при контакте с алюминием вступит в реакцию с образованием карбидов алюминия (более твердых и вредных включений).

В алюминиевых сплавах, содержащих магний , магний вступает в реакцию с некоторыми огнеупорами, образуя довольно крупные и твердые включения, похожие на шпинели.

Непрореагировавшие огнеупорные частицы могут возникать в результате разложения огнеупорных материалов, которые вступают в контакт с расплавом.

Хлориды

Хлоридные включения (MgCl ₂ , NaCl, CaCl ₂ , …) представляют собой особый тип включений, поскольку в жидком металле они находятся в жидком состоянии. Когда алюминий затвердевает, они образуют сферические пустоты, похожие на пористость газообразного водорода , но пустоты содержат кристаллы хлорида, образовавшиеся, когда алюминий стал холоднее.

Флюсовая соль

Флюсовые соли , как и хлориды, также являются жидкими включениями. Они возникают в результате обработки флюсом, добавляемого в расплав для очистки.

Намеренно добавленные включения

Борид титана (TiB ₂ ) намеренно добавляют в расплав для измельчения зерна с целью улучшения механических свойств.

Фосфор добавляют в расплав заэвтектических сплавов для модификации кремниевой фазы для улучшения механических свойств. Это создает включения AlP.

бором Включения обработки _{((Ti, V)B 2} ) образуются, когда бор добавляется в расплав для увеличения проводимости путем осаждения ванадия и титана .

Менее часто встречающиеся включения

В алюминиевых сплавах также можно встретить следующие типы включений: иглы глинозема (Al ₂ O ₃ ), нитриды (AlN), оксиды железа (FeO), оксиды марганца (MnO), фториды (Na ₃ AlF ₆ , NaF, CaF ₂ , …), бориды алюминия (AlB ₂ , AlB ₁₂ ), борокарбиды (Al ₄ C ₄ B).

костную золу (Ca ₃ (PO ₄ ) ₂В виде включений в расплаве можно обнаружить ), иногда добавляемую в заделку трещин корыта.

Измерение инклюзивности

Существует несколько методов измерения содержания включений в жидком алюминии. ^{[ 1 ]} Наиболее распространенными методами являются PoDFA, Prefil, K-Mold и LiMCA. Измерение включений очень помогает понять влияние подготовки печи, практики легирования, состава сырья, времени отстаивания и подобных параметров на чистоту расплава.

PoDFA

Метод PoDFA дает информацию о составе и концентрации включений в расплавленном алюминии. PoDFA широко используется для характеристики и оптимизации процессов, а также для улучшения продукции. Он позволяет быстро и точно оценить влияние различных приемов эксплуатации на чистоту металла или определить эффективность фильтрации .

Метод PoDFA был разработан компанией Rio Tinto Alcan в 70-х годах. Метод металлографического анализа на протяжении многих лет оптимизировался для широкого спектра сплавов.

Принцип измерения следующий: заданное количество жидкого алюминия фильтруется в контролируемых условиях с использованием фильтра очень тонкой пористости. Включения в расплаве концентрируются у поверхности фильтра примерно в 10 000 раз. Затем фильтр вместе с остаточным металлом разрезается, монтируется и полируется перед анализом под оптическим микроскопом обученным металлографом PoDFA.

Префил

Анализатор чистоты расплава с напорной фильтрацией: **Prefil-Footprinter** для измерения включений в жидком алюминии

Метод Префил ^{[ 2 ]} похож на PoDFA, но в дополнение к металлографическому анализу Prefil также обеспечивает немедленную информацию о чистоте металла на основе расхода металла через фильтр. Поскольку все, что касается фильтрации, хорошо контролируется ( давление металла , температура и т. д.), единственным параметром, влияющим на скорость фильтрации, является содержание включений. Определить степень чистоты можно по кривой фильтрации (зависимость массы отфильтрованного металла от времени).

K-Молд

K-Mold — это метод испытания на излом . Жидкий металл отливают в форму с выемками. После затвердевания полученный стержень сгибают, чтобы обнажить поверхность излома. Визуальное наблюдение включений на изломе используется для определения значения К расплава и сравнения его с заданным стандартом. Этот метод достаточно неточен и поэтому пригоден только в том случае, если металл содержит крупные включения и скопления включений. ^{[ 3 ]}

ЛиМКА

Метод ЛиМКА ^{[ 4 ]} измеряет общую концентрацию и распределение включений по размерам, присутствующих в алюминиевых сплавах. Принцип измерения основан на объективном и независимом от пользователя методе. Система LiMCA CM может характеризовать чистоту расплава с интервалами времени порядка одной минуты. Таким образом, он может отслеживать в режиме реального времени изменение чистоты отливки в зависимости от параметров процесса и методов обращения с расплавом.

Сердце измерительной системы LiMCA состоит из закрытой стеклянной трубки (электроизоляционный материал) с небольшим отверстием в нижней части. Трубка находится в жидком металле . Создавая вакуум внутри трубки, металл со взвешенными включениями, которые необходимо обнаружить, проталкивается через небольшое отверстие. Необходимы два электрода: один внутри трубки, другой снаружи. Оба электрода погружены в жидкий металл. постоянный электрический ток Между электродами подается . Ток протекает через жидкий металл через маленькое отверстие в трубке. Когда включение попадает в отверстие, оно вытесняет объем проводящей жидкости, временно повышая электрическое сопротивление. Увеличение сопротивления генерирует импульс напряжения . Величина импульса напряжения является функцией объема частицы. Длительность импульса зависит от транзитное время включения. Импульсы напряжения усиливаются, а их амплитуда измеряется в цифровом виде. Распределение по размерам и общая концентрация отображаются в режиме реального времени на экране компьютера.

Удаление включения

Чтобы получить продукт хорошего качества, удаление включений становится необходимым. Фильтрация жидкого металла через керамическую среду является эффективным способом очистки металла. На литейных заводах в линии используются различные типы керамических сред, такие как пенокерамические фильтры, фильтры с пористыми трубками, керамические фильтры на связке и фильтры с глубоким слоем.

См. также

Неметаллические включения для включений в стали
Пористость газообразного водорода

Ссылки

^ Дутре, Д., Гариепи, Б., Мартин, Дж. П. и Дубе, Г., «Мониторинг чистоты алюминия: методы и приложения при разработке процессов и контроле качества, легкие металлы, стр. 1 1 79-1196 (1985)
^ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ ВО ВТОРИЧНОЙ АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АВИАЦИОННЫХ СПЛАВОВ, Бернд Приллхофер, Хельмут Антрекович, Холм Бетчер, Фил Энрайт, Легкие металлы 2008
^ О. Маджиди, С. Г. Шабестари и М. Р. Абуталеби, «Исследование температуры флюсования в процессе рафинирования расплавленного алюминия», Журнал технологии обработки материалов, том 182, выпуски 1-3, 2 февраля 2007 г., страницы 450-455
^ Гатри, Р. и Дутре, Д.А., «Онлайн-измерения включений в жидких металлах», «Очистка и легирование жидких, алюминиевых и ферросплавов», стр. 145-164 (август 1985 г.)

[1] Дутре, Д., Гариепи, Б., Мартин, Дж. П. и Дубе, Г., «Мониторинг чистоты алюминия: методы и приложения при разработке процессов и контроле качества, легкие металлы, стр. 1 1 79-1196 (1985)

[2] НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ ВО ВТОРИЧНОЙ АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АВИАЦИОННЫХ СПЛАВОВ, Бернд Приллхофер, Хельмут Антрекович, Холм Бетчер, Фил Энрайт, Легкие металлы 2008

[3] О. Маджиди, С. Г. Шабестари и М. Р. Абуталеби, «Исследование температуры флюсования в процессе рафинирования расплавленного алюминия», Журнал технологии обработки материалов, том 182, выпуски 1-3, 2 февраля 2007 г., страницы 450-455

[4] Гатри, Р. и Дутре, Д.А., «Онлайн-измерения включений в жидких металлах», «Очистка и легирование жидких, алюминиевых и ферросплавов», стр. 145-164 (август 1985 г.)

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]