Приготовление алюминиевых сплавов

Когда говорят про приготовление алюминиевых сплавов, часто представляют просто плавку и разливку. На деле же — это целая цепочка нюансов, где каждый этап влияет на структуру. Например, многие недооценивают важность подготовки шихты: если взять лом с остатками латуни или стали, потом в сплаве пойдут трещины по границам зёрен. У нас на производстве такое было — пришлось переплавлять всю партию.

Подбор шихты и примесей

С алюминием работать — как с живым организмом. Малейший пережог — и всё, пластичность падает. Особенно с легированием: кремний добавляешь, а он без модифицирования крупными иглами ляжет. Я как-то пробовал экономить на рафинирующих покрытиях — в итоге получил пористость в отливках. Теперь только проверенные поставки, например, через ООО ?Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии? — у них чистая шихта, без скрытых примесей.

Железо — отдельная история. Вроде бы нужен для жёсткости, но если переборщить — межметаллиды пойдут хрупкие. В сплавах типа АК12 бывает, что железо выше 0.8% уже критично. Приходится постоянно мониторить спектрометром, особенно если лом смешанный. Кстати, на сайте https://www.lianxin-metal.ru видел их методики контроля — близко к нашим практикам.

Магний — капризный элемент. Добавляешь его для упрочнения, но если в печи окислительная атмосфера — выгорит наполовину. Приходится вводить с запасом, а потом корректировать по ходу плавки. Это не как с медными сплавами, где всё стабильнее.

Плавка и температурные режимы

Температуру выше 800°C алюминий не любит — начинается активное газопоглощение. Раньше думал, что это теория, пока не увидел под микроскопом поры в литье после перегрева. Теперь строго 720-750°C для большинства сплавов. И держу термопару не в стенке печи, а прямо в ванне — иначе рискую промахнуться на 30-40 градусов.

С газовой печью сложнее: если горелки настроены неправильно, местные перегревы гарантированы. Однажды пришлось переделывать футеровку после того, как в углу печи образовался подплавленный ?карман? с окислами. С индукционной проще, но там свои нюансы с перемешиванием.

Время выдержки — тоже палка о двух концах. Слишком короткое — не успеют раствориться легирующие; слишком долгое — растёт окалина. Для сплава АМг6, например, оптимально 40-50 минут после введения магния. Но это если шихта чистая, а с ломом иногда приходится увеличивать до часа.

Легирование и модифицирование

Медь в алюминиевые сплавы — классика, но есть тонкость: если вводить её в чистом виде, образуются грубые включения CuAl2. Мы перешли на лигатуры — медь с алюминием уже в готовом сплаве. Так распределение равномернее. Кстати, у Ляньсинь в ассортименте есть медно-алюминиевые композиты — пробовали как основу для лигатур, вышло стабильнее, чем наши кустарные смеси.

С модификаторами натрия или стронцием работаем осторожно: перебор даёт обратный эффект — структура становится ещё грубее. Особенно в тонкостенном литье. Заметил, что если вводить модификатор при 730°C, а не при 700, то пережога меньше. Но это уже зависит от конкретной печи.

Кремний — отдельная тема. В эвтектических сплавах типа АК12 без модифицирования получаются крупные пластины, которые ломаются при механической обработке. Раньше использовали фосфор, но сейчас перешли на стронций — меньше угара, хоть и дороже.

Разливка и кристаллизация

Скорость разливки — это искусство. Быстро льешь — турбулентность, захват шлака; медленно — преждевременная кристаллизация в литнике. Для ответственных отливок типа корпусов приборов держим 2-3 кг/сек. Важно и охлаждение: если вода в кристаллизаторе подаётся неравномерно, возникают внутренние напряжения.

Однажды делали партию профилей для авиации — на торцах пошли трещины. Оказалось, перепад температуры между центром и краем формы был больше 100°C. Пришлось дорабатывать систему охлаждения. Сейчас используем компьютерное моделирование тепловых полей, но и опыт глазомера тоже никто не отменял.

При литье под давлением свои заморочки: если поршень движется рывками, в отливке остаются газовые раковины. Особенно критично для тонкостенных изделий. Тут уже сказывается качество самого оборудования — старые машины с изношенными гидроцилиндрами стабильного результата не дают.

Дефекты и методы контроля

Самая частая проблема — усадочные раковины. Раньше думал, что это из-за низкой температуры заливки, но оказалось — часто виновата география прибылей. Например, в массивных узлах нужно делать экзотермические вставки, иначе усадка неизбежна. У нас был случай, когда из-за неправильно расположенной прибыли брак достиг 40%.

Газовые поры — обычно от влажной шихты или плохого рафинирования. Проверяю просто: лью пробу в кокиль, смотрю на излом. Если поры видны невооружённым глазом — вся партия на переплавку. Спектральный анализ, конечно, точнее, но он не всегда показывает распределение дефектов.

Структурная неоднородность — бич литья. Особенно в сплавах с широким интервалом кристаллизации. Например, в АК7ч после термообработки бывает, что по краям зерна мелкие, а в центре — крупные. Это уже вопрос скорости охлаждения. Иногда помогает дополнительное легирование титаном — зерно мельчает.

Специфика работы со сплавами для профилей

Когда делаем нестандартные профили, главное — равномерность структуры по сечению. Если в углах скорость кристаллизации другая, там могут появиться хрупкие фазы. Особенно в сплавах типа АД31 — они склонны к ликвации. Приходится подбирать режимы протяжки индивидуально под каждый профиль.

Термообработка алюминиевых сплавов — отдельная наука. Пережог при отжиге не исправить никакой закалкой. Контролирую по цвету окалины: если синева появилась — всё, перегрев. Для точных деталей используем печи с защитной атмосферой, но это дорого, не каждый заказчик потянет.

Сейчас много экспериментируем с композитными материалами — например, медно-алюминиевыми слоями. Технология непростая: разные коэффициенты расширения, сложно подобрать режим прокатки. Но для электротехники такие решения перспективны. Кстати, на https://www.lianxin-metal.ru видел их наработки по медным композитам — думаю, стоит перенять опыт.