Включение представляет собой твердая частица в жидком алюминиевом сплаве . Обычно он неметаллический и может иметь различную природу в зависимости от источника.
Включения могут создавать проблемы при отливке, если они большие и в слишком высокой концентрации. Вот примеры проблем, связанных с включениями:
- Отверстия в тонкой фольге
- Трещины на фланцах тары для напитков
- Полоски на яркой автомобильной отделке и на литографических материалах
- Обрыв в волочения проволоки операции
- Повышенный износ инструмента
- Повышенная пористость
- Потеря герметичности блоков цилиндров.
- Плохая обрабатываемость
- Косметический дефект видимых поверхностей
- Сниженные механические свойства (например, предел прочности на разрыв , предел текучести , удлинение )
Типы включения
Оксидные пленки
При контакте с окружающим воздухом жидкий алюминий реагирует 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 оксида алюминия, когда углеродные аноды и катоды контактируют со смесью. Позже в процессе 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 -кубоид) и металлургическая шпинель (MgAl 2 O 4 -шпинель). Они возникают в результате реакции магния и кислорода в расплаве. Со временем и температурой их будет образовываться больше.
Шпинель может быть очень вредной из-за своего большого размера и высокой твердости.
Огнеупорные материалы
Частицы огнеупорного материала при контакте с алюминием могут отделяться и становиться включениями. Мы можем найти включения графита (C), включения глинозема (альфа-Al 2 O 3 ), CaO, SiO 2 ,…
Через некоторое время графитовый огнеупор при контакте с алюминием будет реагировать с образованием карбидов алюминия (более твердых и более вредных включений).
В алюминиевом сплаве, содержащем магний , магний реагирует с некоторыми огнеупорами с образованием довольно крупных и твердых включений, подобных шпинелям.
Непрореагировавшие огнеупорные частицы могут возникать в результате разрушения огнеупорных материалов, которые вступают в контакт с расплавом.
Хлориды
Хлорид включение (MgCl 2 , NaCl, CaCl 2 , ...) представляет собой особый тип включения , поскольку они являются жидкими в жидком металле. Когда алюминий затвердевает, они образуют сферические пустоты, похожие на пористость газообразного водорода, но пустота содержит кристалл хлорида, образованный, когда алюминий становится холоднее.
Флюсирующая соль
Флюсирующие соли , как и хлориды, также являются жидкими включениями. Они поступают в результате обработки флюсом, добавляемого в расплав для очистки.
Преднамеренно добавленные включения
Борид титана (TiB 2 ) специально добавляют в расплав для измельчения зерна с целью улучшения механических свойств.
Фосфор добавляют в расплав заэвтектических сплавов для модификации кремниевой фазы с целью улучшения механических свойств. Это создает включения AlP.
Включения, обработанные бором ((Ti, V) B 2 ), образуются, когда бор добавляется в расплав для увеличения проводимости за счет осаждения ванадия и титана .
Реже встречающиеся включения
В алюминиевых сплавах также можно найти следующие типы включений: иглы оксида алюминия (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).
Костная зола (Ca 3 (PO 4 ) 2 ), иногда добавляемая для заделки трещин в желобе, может быть обнаружена в виде включений в расплаве.
Измерение включения
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, смеси сырья, времени осаждения и подобных параметров на чистоту расплава.
PoDFA
Метод PoDFA позволяет получить информацию о составе и концентрации включений в расплавленном алюминии. PoDFA широко используется для описания и оптимизации процессов, а также для улучшения продуктов. Это позволяет быстро и точно оценить влияние различных методов эксплуатации на чистоту металла или определить эффективность фильтрации .
Метод PoDFA был разработан Rio Tinto Alcan в 70-х годах. Метод металлографического анализа был оптимизирован на протяжении многих лет для широкого спектра сплавов.
Принцип измерения следующий: заданное количество жидкого алюминия фильтруется в контролируемых условиях с использованием фильтра с очень мелкой пористостью. Включения в расплаве концентрируются на поверхности фильтра примерно в 10 000 раз. Фильтр вместе с остаточным металлом затем разрезается, устанавливается и полируется перед анализом под оптическим микроскопом обученным металлографом PoDFA.
Prefil
Метод Prefil [2] аналогичен PoDFA, но, помимо металлографического анализа, Prefil также обеспечивает немедленную обратную связь о чистоте металла по скорости потока металла через фильтр. Поскольку все, что касается фильтрации, хорошо контролируется ( давление , температура металла и т. Д.), Единственным параметром, влияющим на скорость фильтрации, является содержание включений. Уровень чистоты можно определить по кривой фильтрации (вес отфильтрованного металла как функция времени).
K-Mold
K-Mold - это метод испытания на излом . Жидкий металл отливают в форму с надрезами. После затвердевания полученный стержень изгибается, чтобы обнажить поверхность излома. Визуальное наблюдение включений на трещине используется для определения значения K для расплава и сравнения с заданным стандартом. Этот метод довольно неточен и поэтому подходит только тогда, когда металл содержит крупные включения и кластеры включений. [3]
LiMCA
Метод LiMCA [4] измеряет общую концентрацию и распределение включений по размерам, присутствующих в алюминиевых сплавах. Его принцип измерения основан на объективном и независимом от пользователя методе. Система LiMCA CM может характеризовать чистоту расплава с временными интервалами порядка одной минуты. Таким образом, он может в режиме реального времени отслеживать изменение чистоты отливки в зависимости от параметров процесса и методов обращения с расплавом.
Сердцем измерительной системы LiMCA является закрытая стеклянная трубка (электроизоляционный материал), имеющая на дне небольшое отверстие. Трубка помещена в жидкий металл . За счет создания вакуума внутри трубки металл с обнаруживаемыми взвешенными включениями проталкивается через маленькое отверстие. Необходимы два электрода: один внутри трубки, а другой снаружи. Оба электрода погружены в жидкий металл. Между электродами подается постоянный электрический ток . Ток течет через жидкий металл через небольшое отверстие в трубке. Когда включение попадает в отверстие, оно вытесняет свой объем проводящей жидкости, временно повышая электрическое сопротивление. Увеличение сопротивления генерирует импульс напряжения . Величина импульса напряжения зависит от объема частицы. Длительность импульса связана со временем прохождения включения. Импульсы напряжения усиливаются, а их амплитуда измеряется цифровым способом. Распределение по размерам и общая концентрация отображаются в реальном времени на экране компьютера.
Удаление включения
Чтобы получить продукт хорошего качества, необходимо удалить включение. Фильтрация жидкого металла через керамическую среду - эффективный способ очистки металла. В литейном производстве используются различные типы керамических материалов, например, пенокерамические фильтры, пористые трубчатые фильтры, связанные керамические фильтры и фильтры с глубоким слоем.
Смотрите также
- Неметаллические включения для включений в стали
- Пористость газообразного водорода
Рекомендации
- ^ Doutre, D., Gariepy, B., Martin, JP и Dube, G., "Мониторинг чистоты алюминия: методы и применение в разработке процессов и контроле качества, легкие металлы, стр. 1 1 79-1196 (1985)
- ^ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ В ВТОРИЧНОЙ АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЭРОКОСМИЧЕСКИХ СПЛАВОВ, Бернд Приллхофер, Гельмут Антрекович, Холм Бёттчер, Фил Энрайт, Light Metals 2008
- ^ О. Маджиди, С.Г. Шабестари и М.Р. Абталеби, «Исследование температуры флюсования в процессе рафинирования расплавленного алюминия», Журнал технологий обработки материалов, том 182, выпуски 1-3, 2 февраля 2007 г., страницы 450-455
- ^ Guthrie, Р. Doutre, Д. А., «On-Line Измерения включениями в жидких металлах,» Переработка и сплавлении жидкости, алюминия и ферросплавов, стр 145-164 (август 1985)