Плавление алюминиевых сплавов

Если браться за плавление алюминиевых сплавов, сразу скажу – главная ошибка в том, что многие думают, будто это просто растопить металл. На деле же здесь каждый этап, от выбора шихты до розлива, влияет на всё: и на пористость, и на механику готового изделия. Особенно когда речь идёт о сплавах с кремнием или магнием – тут уже не обойтись без точного контроля газонасыщения.

Подготовка шихты и скрытые проблемы

Начну с того, что даже внешне чистая лента или обрезь алюминиевых сплавов может нести в себе влагу или следы масел. Однажды пришлось столкнуться с резким вспениванием расплава – оказалось, партия профилей хранилась под открытым небом. Пришлось вводить дополнительную просушку при 250–300 °C, иначе газовыделение шло до самого конца плавки.

Кстати, про легирующие – не все присадки ведут себя предсказуемо. Магний, например, активно выгорает, если его вводить в открытую ванну. Приходится либо использовать покровные флюсы на основе хлоридов, либо заглублять колокол. А с кремнием другая история – если его больше 12%, ликвация начинается уже при охлаждении в изложнице.

Поставщики тоже играют роль. Мы, например, в ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? часто используем собственные заготовки алюминиевых сплавов – потому что знаем, откуда сырьё и как его готовили. Когда контролируешь всю цепочку, проще избежать примесей железа или того же натрия.

Температурные режимы и перегрев

Тут многие гонятся за скоростью – быстрее расплавить, быстрее разлить. Но если перегреть алюминиевый сплав выше 750 °C, начинается активное насыщение водородом. Особенно чувствительны системы Al-Si-Mg. Помню, как раз из-за спешки получили брак в серии ответственных корпусов – пористость по всему сечению.

Сейчас стараемся держать температуру в пределах 700–720 °C для большинства литейных сплавов. И обязательно рафинируем продувкой аргона или азота. Кстати, не все знают, что если в сплаве есть медь – а у нас в ассортименте есть и медно-алюминиевые композиты – то перегрев ведёт ещё и к окислению по границам зёрен.

Ещё момент – нагрев тигля. Графитовые хороши для чистого алюминия, но для сплавов с кремнием лучше футеровка. Иначе кремний восстанавливается и вступает в реакции, которые потом аукнутся при термообработке.

Рафинирование и модифицирование

Газовыделение – это бич. Раньше думал, что дегазаторы вроде таблеток с марганцем решат всё. Но на практике они часто не успевают полностью прореагировать, если ванна не перемешивается. Сейчас используем комбинированный подход: сначала продувка, потом флюс на основе гексахлорэтана.

Особенно важно модифицирование эвтектического кремния. Без стронция или натрия игольчатые включения резко снижают пластичность. Но и тут есть нюанс – если переборщить с модификатором, поверхность отливки начинает трескаться при остывании. Пришлось набить шишек, пока не подобрали дозировку под каждый конкретный сплав.

Кстати, в нашей компании для ответственных заказов применяем вакуумное рафинирование – особенно для сплавов под последующую горячую деформацию. Это дороже, но зато гарантирует отсутствие скрытых раковин.

Особенности литья под давлением

При литье под давлением главная беда – это захват воздуха и быстрое окисление. Если температура пресс-остатка не контролируется, в следующий цикл идёт уже окисленный металл. Мы обычно ставим датчики прямо в камеру прессования, особенно когда работаем с системами Al-Cu или Al-Zn.

Ещё важно, как подготовлены пресс-формы. Перегрев формы ведёт к тому, что алюминиевые сплавы застывают неравномерно, появляются усадочные раковины. Особенно капризны тонкостенные отливки – там и температура, и скорость впрыска должны быть выверены до секунды.

Из практики: однажды пришлось полностью пересмотреть систему охлаждения пресс-форм после серии брака в изделиях из алюминиевого сплава 7075. Оказалось, локальный перегрев в зоне литниковой системы вызывал трещины уже на стадии выпрессовки.

Взаимодействие с другими материалами

Когда речь заходит о медно-алюминиевых композитах – а это одно из направлений ООО ?Сучжоу Ляньсинь? – плавление усложняется. Алюминий и медь склонны к образованию интерметаллидов, которые хрупкие и плохо обрабатываются. Пришлось разрабатывать режимы, где контакт жидкого алюминия с медью минимизируется по времени.

То же самое с покрытиями. Если на алюминиевый сплав наносится никелевое покрытие – а мы такие услуги тоже предоставляем – важно, чтобы поверхность отливки была без окислов и пор. Иначе адгезия будет слабой, покрытие отслоится при термоциклировании.

Кстати, про титановые вставки. Пробовали литьё с закладными элементами – но из-за разницы ТКЛР появлялись трещины. Пришлось отказаться в пользу механического соединения. Вот так, казалось бы, смежная технология, а не пошла.

Контроль качества и частые дефекты

Никогда не доверяю только визуальному контролю. Всегда вырезаем технологические пробы – на растяжение, на твёрдость. Особенно после термообработки алюминиевых сплавов. Бывает, что из-за неравномерного охлаждения в печи свойства плавают от партии к партии.

Часто сталкиваюсь с тем, что вроде бы химия сплава в норме, а ликвация есть. Оказалось, причина в скорости кристаллизации. Теперь для критичных деталей используем изложницы с регулируемым охлаждением – дорого, но стабильно.

И последнее – никогда не экономьте на анализе шлаков. Состав шлака многое говорит о том, что происходило в процессе плавления. Например, если в шлаке много оксидов магния – значит, горел не только магний в сплаве, но и футеровка скоро выйдет из строя.