Kvalita investičné liatie z hliníkovej zliatiny je zásadne určená celistvosťou taveniny. Dosiahnutie taveniny s vysokou integritou vyžaduje presnú kontrolu teploty, chemického zloženia a obsahu plynu. Primárnym cieľom je vyrobiť čistý, homogénny tekutý kov bez oxidov, vodíkovej pórovitosti a inklúzií predtým, ako vstúpi do keramického obalu.
Pre zlievarenských inžinierov a metalurgov je to kritické príprava taveniny predstavuje viac ako 60 % chýb finálneho odliatku . Správne odplynenie, zjemnenie zrna a prísne riadenie teploty medzi nimi 700 °C a 760 °C sú kroky, o ktorých sa nedá rokovať. Zanedbanie týchto parametrov vedie k zníženiu mechanických vlastností, zlej povrchovej úprave a zvýšeniu miery odmietnutia v leteckom a automobilovom priemysle.
Výber taviacej pece a kontrola teploty
Výber taviacej pece výrazne ovplyvňuje čistotu hliníkovej zliatiny. Indukčné pece sú preferované pre investičné liatie kvôli ich schopnosti rýchleho ohrevu a elektromagnetickému miešaniu, ktoré podporuje homogenitu. Avšak nadmerné miešanie môže strhnúť vzduch, čo vedie k tvorbe oxidu.
Optimálne teploty topenia
Hliníkové zliatiny sa zvyčajne topia okolo 660 °C, ale teploty odlievania na investičné liatie musia byť vyššie, aby sa zabezpečila tekutosť v zložitých keramických formách. Ideálny rozsah nalievania je 700 °C až 760 °C . Prekročenie 800 °C dramaticky zvyšuje rozpustnosť vodíka a rýchlosť oxidácie. S každým zvýšením o 10 °C nad 760 °C sa absorpcia vodíka môže zvýšiť o 15-20% čo vedie k vážnym problémom s pórovitosťou pri tuhnutí.
Materiálová kompatibilita téglika
Štandardom je použitie téglikov z karbidu kremíka (SiC) alebo grafitovo-ílových téglikov. Tieto materiály musia byť potiahnuté ochrannou glazúrou, aby sa zabránilo reakcii s roztaveným hliníkom. Narušená výstelka téglika prináša železné a kremíkové nečistoty, ktoré menia mechanické vlastnosti zliatiny. Pravidelná kontrola a výmena téglikov každý 50-100 tavenín sa odporúčajú na udržanie konzistencie.
Techniky odplyňovania a odstraňovania vodíka
Vodík je jediný plyn s významnou rozpustnosťou v roztavenom hliníku. Keď kov tuhne, vodík sa vyzráža a vytvára póry, ktoré oslabujú odliatok. Efektívne odplynenie je preto najdôležitejším krokom pri príprave taveniny.
Rotačné odplyňovanie argónom/dusíkom
Priemyselným štandardom pre vysokokvalitné odlievanie je rotačné odplyňovanie obežného kolesa. Grafitový rotor sa točí pri 300-500 ot./min pri vstrekovaní inertného plynu (argónu alebo dusíka) do taveniny. Vznikajú tak jemné bublinky, ktoré difúziou zachytávajú vodík. Proces zvyčajne trvá 10-15 minút a môže znížiť hladiny vodíka z 0,30 ml/100 g až pod 0,10 ml/100 g .
Pevné odplyňovacie tablety
Pre menšie zlievarne sú alternatívou tablety na báze hexachlóretánu. Keď sú ponorené, uvoľňujú plynný chlór, ktorý reaguje s vodíkom za vzniku plynného HCl. Aj keď je táto metóda účinná, produkuje toxické výpary a zanecháva zvyšky soľnej trosky, ktoré sa musia odčerpať. Je menej konzistentné ako rotačné odplyňovanie a vo všeobecnosti sa neodporúča pre komponenty leteckého priemyslu.
| Metóda | Efektívnosť | Vplyv na životné prostredie | Dôslednosť |
|---|---|---|---|
| Rotačný inertný plyn | Vysoká (>90 %) | Nízka (netoxická) | Výborne |
| Chlórové tablety | Stredné (70 – 80 %) | Vysoká (toxické výpary) | Variabilné |
| Vákuové odplyňovanie | Veľmi vysoká (>95 %) | žiadne | Výborne |
Zjemnenie a úprava zrna
Mikroštruktúra stuhnutej hliníkovej zliatiny určuje jej mechanické vlastnosti. Hrubé zrná vedú k zlej ťažnosti a zvýšenej náchylnosti na trhanie za tepla. Zušľachťovanie a modifikácia zrna sú základnými metalurgickými úpravami vykonávanými počas fázy tavenia.
Titánovo-bórové rafinácie
Pridanie predzliatin Al-Ti-B (zvyčajne 5 % Ti, 1 % B) podporuje heterogénnu nukleáciu. Výsledkom je jemná rovnoosová štruktúra zŕn. Štandardná miera pridávania je 0,1 až 0,2 % hmotn z celkovej taveniny. Nadmerné pridávanie môže viesť k tvorbe hrubých intermetalických látok TiAl3, ktoré pôsobia ako koncentrátory napätia a znižujú únavovú životnosť.
Modifikácia stroncia pre silikónové zliatiny
Pre hypoeutektické zliatiny Al-Si (napr. A356) modifikácia stroncia (Sr) transformuje hrubé platňové kremíkové eutektikum na jemnú vláknitú štruktúru. To výrazne zlepšuje predĺženie a pevnosť v ťahu. Optimálna koncentrácia Sr je 150-200 ppm . Je dôležité poznamenať, že Sr časom vybledne; preto by mala byť úprava vykonaná bezprostredne pred nalievaním, ideálne v rámci 30-45 minút .
Odstraňovanie inklúzií a filtrácia taveniny
Aj pri opatrnom roztavení zostávajú nekovové inklúzie, ako sú oxidy (Al2O3) a žiaruvzdorné častice, suspendované v tavenine. Tieto inklúzie pôsobia ako iniciačné miesta pre trhliny a musia byť odstránené pred odlievaním.
Keramické penové filtre (CFF)
Keramické penové filtre sú umiestnené vo vtokovom systéme alebo panve. Fungujú prostredníctvom hĺbkovej filtrácie a zachytávajú častice väčšie ako je ich veľkosť pórov. Bežné veľkosti pórov sú 10, 20 alebo 30 PPI (pórov na palec) . Filter 10 PPI odstraňuje veľké nečistoty, zatiaľ čo filter 30 PPI zachytáva jemnejšie oxidy. Použitie dvojstupňového filtračného systému môže zlepšiť čistotu až o 40 % v porovnaní s nefiltrovanými taveninami.
Skimming a usadzovanie
Pred filtráciou sa ručným alebo mechanickým odstredením odstráni vrstva oxidu na povrchu taveniny. Nechajte taveninu usadiť sa 10-15 minút po odplynení umožňuje klesanie ťažších inklúzií a plávanie ľahších nečistôt, čo uľahčuje ich odstraňovanie. Ponáhľanie sa v tomto kroku často vedie k turbulentnému odlievaniu, ktoré znovu strháva oxidy do prúdu kvapaliny.
Na záver, výroba vysokokvalitných odliatkov z hliníkovej zliatiny vyžaduje disciplinovaný prístup k manažmentu taveniny. Riadením teploty, účinným odplyňovaním, zjemňovaním štruktúry zŕn a filtrovaním inklúzií môžu výrobcovia zabezpečiť vynikajúce mechanické vlastnosti a minimálnu chybovosť.
