Алюминий плавится при температуре: Температура плавления алюминия — Справочник химика 21

Содержание

рекомендации по сварке в среде защитных газов

Сварка металлическим электродом в среде защитных газов (процесс GMAW)

Подготовка основы: для сварки алюминия с его поверхности необходимо полностью удалить слой оксида и углеводородных загрязнений от масла или растворов для резки. Поверхностный слой оксида алюминия плавится при температуре 2040°С, а алюминий под ним – при 650°С. Из-за этого оксид может затруднить проникновение заполняющего материала внутрь соединения. Для удаления оксида можно использовать металлическую щетку из нержавеющей стали, растворители или травильные средства. Если для чистки используется щетка из нержавеющей стали, все движения щеткой можно делать только в одном направлении. При этом к ней нельзя прикладывать слишком большое усилие, так как из-за этого оксид может быть занесен еще глубже. Более того, эту щетку можно использовать только для чистки алюминиевых поверхностей – алюминий нельзя чистить щеткой, которой до того обрабатывали нержавеющую или углеродистую сталь.

Если для удаления оксида используются химические травильные растворы, перед сваркой с поверхности обязательно нужно удалить их остатки. Чтобы свести к минимуму риск попадания в шов углеводородов из масла или растворов для резки, их нужно удалить обезжиривателем. В состав обезжиривателя не должны входить углеводороды.

Предварительный подогрев: предварительный подогрев рабочего изделия и алюминия помогает избежать растрескивания шва. Температура подогрева не должна превышать 110°С – поэтому для ее контроля нужно использовать термоиндикатор. Также для предотвращения перегрева в начале и конце свариваемой зоны можно разместить прихватки. Предварительный подогрев также необходим в случае приварки алюминиевых изделий большой толщины к более тонким. При образовании холодных натеков попробуйте использовать вводные и выводные планки.

Техника сварки: при сварке алюминия горелку нужно направлять вперед по отношению к направлению сварки, а не назад. Такая техника обеспечивает меньшее загрязнение шва благодаря более качественной очистке и газовой защите.

Скорость сварки: сварка алюминия отличается высокой температурой и скоростью.»» В отличие от стали, высокая теплопроводимость алюминия требует более высокой силы тока, напряжения и скорости сварки. При меньшей скорости значительно возрастает риск прожигания, особенно в случае тонколистового алюминия.

Защитный газ: в качестве защитного газа при сварке алюминия чаще всего используется аргон благодаря его очищающему действию и профилю проникновения. Для сварки сплавов алюминия серии 5XXX используется смешанный защитный газ из аргона и до 75% гелия, который помогает снизить образование оксида магния.

Сварочная проволока: выбирайте алюминиевую заполняющую проволоку с такой же температурой плавления, как и у материала основы. Чем больше оператор сможет сократить разницу в температуре плавления металлов, тем проще станет сварка.

Лучше всего подходит проволока диаметром 1.2 или 1.6 мм. При этом чем больше диаметр проволоки, тем проще наладить ее подачу. Для сварки тонкопрофильных материалов больше подходит проволока диаметром 0.9 мм в сочетании с процедурой импульсной сварки при низкой скорости подачи – 2.5-7.6 м/мин.

Форма шва: в случае алюминия большинство поломок сварных соединений вызывается растрескиванием кратера шва. Растрескивание возникает при быстром термическом расширении и сужении алюминия в ходе сварки и последующего остывания шва. Вероятность растрескивания больше всего в случае вогнутых сварных швов, так как в таком случае поверхность кратера по мере остывания сужается и трескается. Следовательно, сварщики должны наращивать кратеры, чтобы придать шву выпуклую форму. Во время остывания выпуклая форма шва будет компенсировать сжимающие силы.

Выбор источника питания: при выборе источника питания для сварки алюминия в защитных газах в первую очередь стоит рассмотреть метод струйного или импульсного переноса металла. Для сварки со струйным переносом металла можно использовать аппараты с поддержкой режимов падающей (CC) и жесткой (CV) вольт-амперной характеристкой. В таком режиме образуется крохотный поток расплавленного металла, который переносится через дугу в металл основы. В случае толстопрофильного алюминия, для которого требуется сварочный ток силой больше 350 A, наилучшие результаты достигаются в режиме CC.

Импульсный перенос металла обычно используется в сочетании с инвертерными источниками питания. Последние модели включают несколько встроенных процедур импульсной сварки для разных типов и диаметров заполняющей проволоки. Во время импульсной сварки заполняющий металл переносится от электрода к рабочему изделию в момент пика сварочного тока. Такой процесс переноса металла имеет меньшее разбрызгивание и более высокую скорость следования, чем процесс струйного переноса металла. Импульсный процесс сварки также позволяет лучше контролировать тепловложение, упрощает сварку в нестандартных пространственных положениях и позволяет вести сварку тонкопрофильных материалов при низкой скорости подачи проволоки и небольшой силе тока.

Механизм подачи проволоки: предпочтительным методом подачи мягкой алюминиевой проволоки на большое расстояние является пуш-пульный метод, в котором проволока размещается в герметичном отсеке, который защищает ее от воздействия окружающей среды. Расположенный в этом отсеке двигатель с постоянным крутящим моментом и переменной скоростью вращения равномерно «толкает» и направляет проволоку через горелку. В сварочной горелке находится второй двигатель с высоким крутящим моментом, который подтягивает проволоку и тем самым помогает обеспечить стабильность скорости подачи проволоки и длины дуги.

На некоторых предприятиях для подачи стальной алюминиевой проволоки используют одни и те же механизмы подачи. В таком случае для более плавной и равномерной подачи алюминиевой проволоки можно воспользоваться пластиковыми или тефлоновыми направляющими. В качестве направляющих трубок используются долотообразные исходящие и пластиковые входящие трубки, которые удерживают проволоку как можно ближе к приводным роликам и тем самым предотвращают ее спутывание.
Во время сварки горелку нужно держать как можно ровнее по отношению к проволоке, чтобы свести сопротивление к минимуму. тобы предотвратить соскабливание алюминия, нужно выровнять приводные ролики и направляющие трубки.

Используйте приводные ролики, специально предназначенные для алюминиевой проволоки. Отрегулируйте натяжение приводных роликов так, чтобы обеспечить равномерную скорость подачи проволоки. Слишком большое натяжение приведет к деформации проволоки и перебоям с подачей проволоки, слишком низкое – непостоянной скорости подачи. В обоих случаях это может привести к нестабильности дуги и пористости материала.

Сварочные горелки: для сварки алюминия нужно использовать отдельную направляющую горелки. Чтобы предотвратить перетирание проволоки, постарайтесь зафиксировать оба конца направляющей так, чтобы между направляющей и газовым диффузором горелки не было зазора. Регулярно меняйте направляющие, чтобы свести к минимуму проблемы подачи проволоки из-за абразивного оксида алюминия. Используйте контактные наконечники примерно на 0.4 мм больше, чем диаметр используемой проволоки – наконечник по мере нагревания может принять овальную форму и затруднить подачу проволоки. При использовании сварочного тока выше 200A для предотвращения перегрева и проблем с подачей проволоки часто используются горелки с жидкостным охлаждением.

пошаговая инструкция. Технология плавки алюминия в домашних условиях :: BusinessMan.ru

Алюминий часто используется для изготовления деталей. Иногда плавят кусочки алюминия, чтобы заделать дефект, делают отливки. Плавить можно обломки дюраля, ненужные радиодетали. В обзоре представлены способы, как в домашних условиях расплавить алюминий, что для этого потребуется. Специалисты поделятся опытом, расскажут, какие свойства легкого металла необходимо учитывать, чтобы плавить металл самостоятельно.

Характеристики алюминия

Все характеристики металла для домашних самоделок знать необязательно. Но есть несколько моментов, которые могут стать значительными или даже опасными в работе.

Алюминий хорошо поддается литью, плавится при относительно невысокой температуре в 660 °С. Для справки: чугун начинает плавиться при температуре 1100°С, а сталь – 1300 °С.

Поэтому плавка алюминия в домашних условиях на газовой плите трудно осуществима, так как домашние газовые приборы такую температуру обеспечить не могут. Правда, отечественные «кулибины» могут все, но об этом позже.

Снизить температуру плавления алюминия можно, растерев его в порошок или используя в качестве сырья готовый порошковый продукт. Но здесь важным становится еще одно свойство алюминия. Он достаточно активный металл, который при соединении с кислородом воздуха может воспламениться или просто окислиться. А температура плавления оксида алюминия — больше 2000 °С. При плавлении оксид все равно образуется, но в небольших количествах, именно он формирует окалину.

Та же активность может сыграть плохую шутку, если в расплавленный металл попадет вода. При этом происходит взрыв. Поэтому если в процессе плавки нужно сырье добавлять, то нужно следить, чтобы оно было сухим.

Применение

Механические свойства алюминия не столь хороши, чтобы применять его в чистом виде. Поэтому чаще всего используются сплавы на основе данного вещества. Таких много, можно назвать самые основные.

  1. Дюралюминий.
  2. Алюминиево-марганцевые.
  3. Алюминиево-магниевые.
  4. Алюминиево-медные.
  5. Силумины.
  6. Авиаль.

Основное их отличие — это, естественно, сторонние добавки. Во всех основу составляет именно алюминий. Другие же металлы делают материал более прочным, стойким к коррозии, износоустойчивым и податливым в обработке.

Можно назвать несколько основных областей применения алюминия как в чистом виде, так и в виде его соединений (сплавов).

  1. Для изготовления проволоки и фольги, используемой в быту.
  2. Изготовление посуды.
  3. Самолетостроение.
  4. Кораблестроение.
  5. Строительство и архитектура.
  6. Космическая промышленность.
  7. Создание реакторов.

Вместе с железом и его сплавами алюминий — самый важный металл. Именно эти два представителя периодической системы нашли самое обширное промышленное применение в руках человека.

Сырье для плавки

Если предстоит плавка алюминия в домашних условиях, из-за сложности работы с порошковым металлом его в качестве сырья не используют.

Можно приобрести алюминиевую чушку или использовать обычную алюминиевую же проволоку, которую нарезать ножницами на небольшие кусочки и для уменьшения площади контакта с воздухом плотно спрессовать пассатижами.

Если не предполагается особо высокое качество изделия, то можно в качестве сырья использовать любые бытовые предметы, консервные банки без нижнего шва или обрезки профиля.

Вторичное сырье может быть окрашено или испачкано, это не страшно, лишние составляющие отойдут в виде шлаков. Только нужно помнить, что вдыхать пары сгоревшей краски нельзя.

Чтобы из вторичного сырья получилась качественная плавка алюминия в домашних условиях, флюсы, задача которых состоит в том, чтобы связывать и выводить на поверхность расплавленного металла все примеси и загрязнения, лучше приобрести готовые. Но можно сделать самостоятельно из технических солей.

Покровный флюс готовится из 10 % криолита и по 45 % хлорида натрия и хлорида калия.

В рафинирующий флюс для получения алюминия без пористости добавляют еще 25 % от общей массы фтористого натрия.

Автомобильный транспорт

Одним из основных требований к материалам, применяемым в автомобильном транспорте, является малая масса и достаточно высокие показатели прочности. Принимаются во внимание также коррозионная стойкость и хорошая декоративная поверхность материала.

Рисунок 3 – Автомобиль

Высокая удельная прочность алюминиевых сплавов увеличивает грузоподъемность и уменьшает эксплуатационные расходы передвижного транспорта. Высокая коррозионная стойкость материала продляет сроки эксплуатации, расширяет ассортимент перевозимых товаров, включая жидкости и газы с высокой агрессивной концентрацией.

При изготовлении элементов каркаса, обшивки кузова полуприцепа автофургона, рефрижератора, скотовоза и т. п. перспективным материалом являются алюминиевые сплавы АД31, 1915 (прессованные профили) и сплавы АМг2, АМг5 (лист).

Находят применение алюминиевые сплавы АМц, АМгЗ и 1915 при изготовлении отдельных узлов легкового автомобиля (навесные детали, бамперы, радиаторы охлаждения, отопители).

В автомобилестроении США широко используются алюминиевые свариваемые сплавы серии Зххх, 5ххх и 6ххх.

Из прессованных полуфабрикатов сплавов 2014 и 6061 изготовляют балки, рамы тяжелых грузовых автомобилей. Панели и отдельные элементы из сплава 5052 поступают на изготовление кабины. В качестве обшивочного материала кузова грузовика используют лист из сплавов 5052, 6061, 2024, 3003 и 5154. Стойки кузова выполняются из прессованных полуфабрикатов сплавов 6061 и 6063. Магналиевые сплавы серии 5ххх (5052, 5086, 5154 и 5454) являются основным материалом при изготовлении автоцистерн.

Средства индивидуальной защиты при плавке

Плавка алюминия в домашних условиях – процесс небезопасный. Поэтому нужно пользоваться средствами индивидуальной защиты (СИЗ). Даже если такая плавка нужна один раз на минимальном оборудовании, то по меньшей мере нужно защитить руки, например специальными перчатками сварщика, отлично предохраняющими от ожогов, ведь температура жидкого алюминия — больше 600 °С.

Глаза тоже желательно защищать, особенно если плавка происходит достаточно часто, очками или маской. И совсем в идеале работать нужно в специальном костюме металлурга с повышенной стойкостью к огню и высоким температурам.

Если нужен очень чистый алюминий с использованием рафинирующего флюса, то работать следует в химическом респираторе.

Авиация

На современном этапе развития дозвуковой и сверхзвуковой авиации алюминиевые сплавы являются основными конструкционными материалами в самолетостроении.

В авиации США широко применяются сплавы серии 2ххх, Зххх, 5ххх, 6ххх и 7ххх. Серия 2ххх рекомендована для работы при высоких рабочих температурах и с повышенными значениями коэффициента вязкости разрушения. Сплавы серии 7ххх — для работы при более низких температурах значительно нагруженных деталей и для деталей с высокой сопротивляемостью к коррозии под напряжением. Для малонагруженных узлов применяются сплавы серии Зххх, 5ххх и 6xxx. Они же используются в гидро-, масло-и топливных системах.

В России при изготовлении авиационной техники успешно используются упрочняемые термической обработкой высокопрочные алюминиевые сплавы Al-Zn-Mg-Cu и сплавы средней и повышенной прочности Al-Mg-Cu. Они являются конструкционным материалом для обшивки и внутреннего сплавного набора элементов планера самолета (фюзеляж, крыло, киль и др.). Сплав 1420, принадлежащий системе Al-Zn-Mg, используют при конструировании сварного фюзеляжа пассажирского самолета. При изготовлении гидросамолетов предусмотрено применение свариваемых коррозионностойких магнолиевых сплавов (AМг5, АМг6) и сплавов Al-Zn-Mg (1915, В92, 1420).

Рисунок 1 – Гражданский самолет

Бесспорное преимущество имеется у свариваемых алюминиевых сплавов при создании объектов космической техники. Высокие значения удельной прочности, удельной жесткости материала позволили обеспечить изготовление баков, межбаковых и носовых частей ракеты с высокой про-дольной устойчивостью. К достоинствам алюминиевых сплавов (2219 и др.) следует отнести их работоспособность при криогенных температурах в контакте с жидким кислородом, водородом и гелием. У этих сплавов происходит так называемое криогенное упрочнение, т.е. прочность и пластичность параллельно растут с понижением температуры.

Сплав 1460 принадлежит системе Al-Cu-Li и является более перспективным для проектирования и изготовления баковых конструкций применительно к криогенному типу топлива – сжатому кислороду, водороду или природному газу.

Литейная форма

Если требуется только отлить чистый алюминий для припоя, то литейная форма не нужна. Достаточно использовать стальной лист, на котором расплавленный металл остынет. Но если нужно отлить хотя бы простенькую деталь, то понадобится литейная форма.

Литейную форму можно сделать из скульптурного гипса, именно гипса, а не алебастра. Жидкий гипс заливается в смазанную маслом форму, ему дают немного застыть, периодически встряхивая, чтобы вышли пузырьки воздуха, вставляют в него модель и накрывают второй емкостью с гипсом. В удобном месте нужно в гипс вставить цилиндрический предмет, чтобы в итоге в форме появилось отверстие, так называемый канал, в который будет заливаться расплавленный алюминий. Когда гипс окончательно застынет, две части формы разъединяются, вынимается модель, и форма с готовым слепком соединяется опять.

Изготовить литейную форму можно и из смеси 75 % формовочного песка, 20 % глины и 5 % каменноугольного песка, которая засыпается в специальный ящик из досок и трамбуется. В утрамбованную землю отжимается модель, получившийся отпечаток присыпается тальком и графитом (угольной пылью), чтобы остывшую алюминиевую деталь можно было легко отделить от формы.

Тигель для плавки

Плавка алюминия в домашних условиях требует наличия специальной емкости с носиком из тугоплавкого материала. Это так называемый тигель. Тигли могут быть фарфоровые, кварцевые, стальные, чугунные, изготовленные из корунда или графита. В домашних условиях можно использовать покупной тигель или изготовить его, например, из отрезка стальной трубы достаточно большого диаметра. Правда, для этого нужна болгарка, сварочный аппарат и навыки владения этими инструментами.

Размеры тигля зависят от необходимого количества алюминия, который нужно расплавить. Этот ковш должен равномерно прогреваться, а его тепло — передаваться к сырью.

Печи для плавки

Технология плавки алюминия в домашних условиях достаточно проста. В специальном ковше нагревается лом алюминия до температуры, превышающей температуру плавления этого металла, расплав некоторое время выдерживается в разогретом состоянии, с его поверхности снимается шлак, затем чистый металл разливается в форму для остывания. Время плавки зависит от конструкции печи, то есть той температуры, которую она способна обеспечить.

Если используется паяльная лампа или газовая горелка, то они нагревают алюминий сверху. Правда, печь при этом все равно складывается из кирпичей колодцем без связующего раствора, внутри которого будут прогорать угли для нагревания емкости снизу и поддержания ее в нагретом состоянии.

Примерно так же выглядит конструкция печи, если тигель прогревается снизу с помощью обычных дров и фена для сушки волос. Только в этом случае дрова укладываются в кирпичном колодце не на дно, а на решетку, расположенную на первом ряду кирпичей, а в этом ряду оставляется отверстие для металлической трубы, надетой на горловину фена и закрепленной на ней изолентой. Тиглем в этом случае служит консервная банка, естественно, не алюминиевая, в которой на небольшом расстоянии от верха проделываются диаметрально противоположные сквозные отверстия. В эти отверстия продевается стальной прут, за который банка должна подвешиваться в печи. Фен нужен для нагнетания горячего воздуха в пространство между кирпичами и тиглем. Иногда вместо кирпичей используют металлическую бочку.

Если плавка должна происходить достаточно часто, то можно своими руками изготовить муфельную печь с вертикальной загрузкой тигля или купить готовую.

Физические свойства

  • Плотность — 2712 кг/м3.
  • Температура плавления — от 658°C до 660°C.
  • Удельная теплота плавления — 390 кДж/кг.
  • Температура кипения — 2500 °C.
  • Удельная теплота испарения — 10,53 МДж/кг.
  • Удельная теплоемкость — 897 Дж/кг·K.
  • Электропроводность — 37·106 См/м.
  • Теплопроводность — 203,5 Вт/(м·К).

Плавка с помощью паяльной лампы

Плавка алюминия в домашних условиях паяльной лампой должна происходить не в помещении. Кроме сырья, паяльной лампы, тиглей и кирпичей, нужно подготовить дрова, пассатижи и стальной прут.

Итак, из кирпичей изготовлен небольшой колодец так, чтобы сверху можно было установить ковш с алюминием и стальной небольшой лист. В колодце разжигается костер, который должен немного прогореть, чтобы образовались угли.


Дальше и происходит, собственно, плавка алюминия в домашних условиях. Пошаговая инструкция процесса:

— На кирпичи устанавливается емкость с сырьем. Ее нужно греть примерно 15 минут.

— После этого на полную мощность включается горелка паяльной лампы и алюминий прогревается сверху.

— В течение нескольких секунд начинается процесс, но для того чтобы прогрев был равномерным, металл в емкости нужно аккуратно перемешивать стальным прутом, придерживая ее пассатижами (не забыв при этом надеть рукавицы). Можно обойтись и без прута, периодически встряхивая ковш с помощью тех же плоскогубцев, но очень осторожно.

— Когда жидкость становится однородной, нужно пассатижами взять емкость и вылить содержимое на прокаленный стальной лист таким образом, чтобы вся образовавшаяся окалина осталась в ковше, а на лист для застывания попал только чистый металл.

Так обычно из вторичного сырья получают чистый алюминий, если с его помощью нужно запаять алюминиевые детали.

Строительство

Перспективность применения алюминиевых сплавов в строительных конструкциях подтверждается технико-экономическими расчетами и многолетней мировой практикой в области сооружения различных строительных объектов.

Внедрение алюминиевых сплавов в строительстве уменьшает металлоемкость, повышает долговечность и надежность конструкций при эксплуатации их в экстремальных условиях (низкая температура, землетрясение и т.п.). В зависимости от назначения строительных алюминиевых конструкций рекомендуются различные марки сплавов: АД1, АМц, АМг2, АД31, 1915 и др.

Рисунок 4 – Здание со светопрозрачными конструкциями из алюминия

Опыт, накопленный в США, подтверждает целесообразность использования алюминиевых сплавов в строительных конструкциях. На них расходуется больше алюминия, чем в любой другой отрасли промышленности. При этом предпочтение отдается внедрению свариваемых сплавов серии Зххх, 5ххх и 6ххх.

Плавка на дровах или газе

Плавка алюминия в домашних условиях на дровах происходит в легких разборных печах. Минусом такого способа является неконтролируемость процесса. Увеличить или уменьшить температуру нагрева невозможно. Вмешаться в процесс возможно, только сняв емкость с алюминием с огня.

Плавка алюминия в домашних условиях на газу — это единственно возможный вариант для квартиры. Греть емкость нужно долго, периодически сливая расплавленный металл. В таком случае отливка выполняется слоями. Для работы понадобятся две металлические емкости таких диаметров, чтобы одна надевалась на другую. Меньшая служит тиглем. Она с ломом, например нарезанной алюминиевой проволокой, ставится на конфорку, с которой нужно снять рассекатель пламени, бытовой газовой плиты. Над большей емкостью придется предварительно поработать. В ее днище выполняются около десятка небольших отверстий. В два или три из них вкручиваются болты, которые исполняют роль рукояток, за которые пассатижами раскаленную емкость можно поднять.

Эта емкость кверху дном надевается на тигель. Такая конструкция и позволяет прогревать алюминий. Периодически верхнюю емкость нужно снимать и металлическим прутом или ножом перемешивать лом. Перед тем как слить расплавленный металл, с его поверхности нужно снять шлак.

Плавка алюминия в муфельной печи

Муфельная печь – это уже достаточно серьезное оборудование для получения качественного расплавленного металла. Поэтому при плавке используют флюс для очистки алюминия от примесей. И это уже почти производственный процесс, а не плавка алюминия в домашних условиях.


Пошаговая инструкция включает еще и несколько пунктов по подготовке сырья:

  • Сначала в тигле расплавляется флюс, которого нужно взять в количестве от 2 до 5 % от веса алюминия, а затем в него добавляется лом.
  • Насколько флюс активен, можно определить по поверхности расплава – она должна быть зеркальной. Если это не так, в расплав добавляется еще немного флюса, затем нужно будет добавить его перед окончанием плавки, чтобы шлак было легче удалять с поверхности металла стальной ложкой.
  • Плавку нужно вести примерно при 700-750 °С. Это температура красного свечения.
  • В процессе плавки может потребоваться добавлять сырье в тигель, так как расплавленный металл сильно уменьшается в объеме.
  • Рафинирующий флюс добавляют при необходимости в конце плавки в количестве 0,25 % от веса расплавленного металла. Выдерживание такой пропорции в домашних условиях – задача непростая. После добавления флюса расплав нужно перемешать ложкой, дать постоять около 5 минут, затем снять шлак.
  • Когда в результате нагрева алюминий превратился в однородную блестящую каплю, тигель нужно еще некоторое время подержать в печи, чтобы металл стал более текучим.
  • Затем алюминий из тигля через носик (в этот момент становится понятно, зачем нужен именно такой ковш) заливается тонкой непрерывной струйкой в форму.
  • После полного остывания форма аккуратно разделяется на половинки, из нее извлекается готовая деталь, которую еще нужно окончательно обработать: просверлить отверстия, если нужно, зачистить и наждачной бумагой отшлифовать поверхность. Вот и все. Процесс завершен.

Так что не стоит заранее пугаться, если предстоит в домашних условиях расплавить алюминиевый лом, чтобы получить чистый металл или изготовить деталь взамен поломавшейся. Серьезные профессиональные навыки для организации такого литейного производства совсем не нужны. Желание и умелые руки обычного мастера-любителя способны творить чудеса.

Химический состав алюминиевых сплавов

Алюминиевые сплавы
МаркаМассовая доля элементов, %Плотность, кг/дм³
ГОСТISO209-1-89Кремний (Si)Железо (Fe)Медь (Cu)Марганец (Mn)Магний (Mg)Хром (Cr)Цинк (Zn)Титан (Ti)ДругиеАлюминийне менее
КаждыйСумма
АД000A199,8 1080A0,150,150,030,020,020,060,020,0299,82,7
АД00 1010A199,7 1070A0,20,250,030,030,030,070,030,0399,72,7
АД00Е 1010ЕЕА199,7 13700,10,250,020,010,020,010,04Бор:0,02 Ванадий+титан:0,020,199,72,7

Производство алюминия, основные составляющие » SpecAvto — Спецавто — Бетононасосы

Главным сырьем для создания алюминия служат бокситы и глинозема. К важнейшим рудам относятся алунит и нефелин. Производство алюминия в России находиться на высоком уровне, она располагает большими запасами алюминиевых руд. Кроме так называемых бокситов, высокодоходные месторождения которых есть на Урале и Башкирии, источником алюминия считается нефелин, который добывается на Кольском полуострове. Много алюминия есть и в месторождениях Юга Сибири.

Производство алюминия происходит из оксида алюминия электролитическим методом. Используемый оксид алюминия должен быть чистым, поскольку из алюминия примеси убираются с большим трудом. Очищенный алюминий получают переработкой боксита.

Основное вещество для производства — это оксид алюминия. Он не проводит ток и имеет высокую температуру плавления, это около 2040 градусов, поэтому для этого требуется много энергии.

Необходимо уменьшить температуру плавления алюминия до 1050 градусов. Такой способ нашли француз П. Эруо и американец Ч. Хол. Они выяснили, что глинозем очень хорошо растворяется в расплавленном криолите.

Данный расплав и подвергают электролизу при температуре около 960 градусов на производствах. Запасы криолита на земле незначительны, поэтому изобретен синтетический криолит, и существенно удешевилось производство технологического алюминия.

Гидролизу подвержена смесь криолита и химический оксид алюминия. Смесь плавится при температуре 965 градусов и обладает хорошей электропроводностью, вязкостью. Для улучшения данных характеристик в состав новой смеси вводят специальные добавки CaF2, MgF2. Благодаря этому электролиз оказывается возможным при температуре 940 градусов.

Алюминий является одним из наиболее широко представленных металлов на Земле, в том числе, большие запасы алюминиевых руд находятся в России. Его производят из бокситов и глинозема. Самой распространенной технологией производства алюминия является получение его из оксида электролитическим методом. Однако сам по себе оксид алюминия обладает высокой температурой плавления, что делает процесс производства энергозатратным. Для снижения температуры плавления и улучшения электропроводности оксида алюминия используют глинозем, синтетический криолит и специальные добавки.

 

Метки: Производство алюминия

Сварка алюминия полуавтоматом: особенности и технология новичкам

Алюминий — это относительно дешевый и легкий металл, поэтому он активно используется в машиностроении, пищевой промышленности, авиастроении и в быту. Он отлично принимает форму матрицы при отливе, легко обрабатывается, а вот сваривается плохо. Рассмотрим технологию сварки алюминия при помощи метода MIG с рекомендацией по выбору полуавтомата, настроек, расходных материалов.

В этой статье:

Сложность сварки алюминия

Не каждый полуавтомат подойдет для сварки алюминия. Этот металл довольно капризный в плане сварки, поскольку имеет оксидную пленку. Температура плавления оксида составляет 2044 градуса. Поэтому, чтобы его пробить электрической дугой, необходима высокая сила тока. Но сам алюминий под оксидом плавится уже после 600 градусов. Получается, при высоком сварочном токе:

  • жидкая ванна разбрасывается по сторонам;
  • сложно контролировать дугу;
  • увеличивается количество подрезов, прожогов.
  • Если ток снизить, то не получится прожечь оксидную пленку — весь присадочный металл будет оставаться на поверхности, а не сплавляться с основным. Это сделает стык слабым, не герметичным. Поэтому нужны MIG аппараты, способные автоматически менять величину ампер в процессе сварки. На высоком токе прожигать оксид, а на низком сваривать основной металл. Такой режим называется импульсный или Pulse.

    Суть полуавтоматической сварки алюминия

    Для сварки алюминия полуавтоматом необходима алюминиевая проволока и инертный газ аргон. Процесс ведется горелкой, управляемой сварщиком вручную. Присадочная проволока подается автоматически. Поскольку алюминий жидкотекучий металл в расплавленном виде, соединение лучше выполнять в нижнем положении, угловые стыки — в лодочку.

    Алюминиевая проволока необходима для равномерного перемешивания основного и присадочного металла, чтобы шов получился одинаковым по составу. Допускается использование порошковой алюминиевой проволоки для полуавтоматической сварки без газа. Тогда защитные функции сварочной ванны на себя берет порошок (флюс), расположенный в трубчатом канале проволоки. Он плавится, и его газы изолируют расплавленный металл от воздействия внешней среды. После сварки поверх шва образуется шлаковая корочка.

    Сварка порошковой проволокой алюминия без газа обходится дешевле по себестоимости, но проигрывает по качеству. Швы могут быть сильно пористыми, а часть присадочного металла разбрызгивается. Такой метод сварки алюминия допустим только в полевых условиях для стыковки мест, не требующих высокой прочности и герметичности.

    Отличия сварки алюминия полуавтоматом от аргонодугового метода

    Сварка алюминия аргоном доступна с аппаратами Pulse при помощи электрической дуги между электродом и изделием, но отличие заключается в исполнении процесса. В TIG сварке используется неплавящийся вольфрамовый электрод. Он плавит кромки металла, а для заполнения стыка применяется дополнительная присадочная проволока, подающаяся свободной рукой сварщика. В MIG сварке движущаяся проволока из катушки в горелку выполняет сразу обе роли — поддерживает горение электрической дуги и плавясь, заполняет собой стык.

    Полуавтоматическая сварка алюминия более производительна, по сравнению с аргоновой, и дешевле по себестоимости. Но по качеству соединения проигрывает методу ТИГ, поэтому для особо ответственных стыков используется аргонодуговой метод (сварка блоков ДВС, наплавка ГБЦ под проточку). МИГ сварка подойдет для:

  • ремонта легкосплавных дисков;
  • сборки конструкций;
  • кузовного ремонта (некоторые элементы кузова иномарок выполнены из алюминия для облегчения веса и противостояния коррозии).

  • Кроме производительности, МИГ метод выигрывает по простоте. Все действия выполняются одной рукой. Подача проволоки осуществляется автоматически по выставленным настройкам. Если они верные, шов получится качественным (при правильных движениях горелкой), что облегчает задачу для новичка.

    Подготовка свариваемого материала

    Если полуавтомат не обладает импульсным режимом, потребуется механическое удаление оксидной пленки по всей зоне стыковки. Для это применяют щетку по металлу или шабер, можно воспользоваться шлифовальной машинкой, болгаркой. При толщине сторон более 5 мм нужна V разделка кромок под углом 45 градусов. Это обеспечит достаточное проплавление и крепость будущего стыка.

    Новая оксидная пленка образуется на поверхности спустя 1-2 часа, поэтому зачищать свариваемые стороны нужно непосредственно перед сваркой. Если в аппарате есть импульсный режим, достаточно только разделки кромок — удаление оксида произойдет катодным методом под действием высокого тока электрической дуги.

    Если сечение свариваемых деталей менее 3 мм, необходима подложка. Это может быть медная пластина, которая впоследствии легко отделится от алюминия (даже если соединение проплавится полностью и жидкий металл вытечет с обратной стороны). Без подложки увеличивается вероятность прожогов, прилипания деталей к сварочному столу.

    Алюминий обладает высокой теплопроводностью. При длинных сварочных швах на большой площади возможны серьезные коробления конструкции. Чтобы этого избежать, заготовки предварительно нагревают. В промышленных условиях это делают индукционными токами, в домашних — горелкой бензореза, паяльной лампой, на угольной печи и т. д.

    Требования к оборудованию

    Учитывая особые свойства алюминия (тугоплавкий оксид, повышенную текучесть металла, плавление основной структуры при температуре 600 градусов), необходимо правильно выбирать полуавтомат. Купите MIG аппарат с импульсным режимом или двойным импульсом.

    Аврора PRO SKYWAY 350

    У них должна быть возможность смены полярности на постоянном токе. Сварка алюминия полуавтоматом ведется на обратной полярности. Это означает, что к горелке подается плюс, а к изделию минус. При таком подключении тепло сварочной дуги концентрируется на конце сварочной проволоки. Она плавится быстрее, легче переходит в зону шва, а сам алюминий при этом нагревается меньше. Уменьшенное тепловложение позволяет формировать аккуратные швы, не перегревать изделие.

    Альтернатива импульсному оборудованию — использовать полуавтоматы AC/DC. Например, cварочный полуавтомат EWM PICOMIG 185 D3 Synergic TKG — это модель, способная работать на переменном токе. Тогда полярность будет меняться автоматически, с частотой колебания переменного тока (50 Гц). Это содействует разрушению оксида (когда тепло концентрируется на изделии) и быстрому переносу капли (когда тепло концентрируется на электроде).

    Для подачи алюминиевой проволоки нужны 4-х роликовые подающие устройства. Это обеспечит равномерную скорость без пробуксовки, проволока не будет «гулять», дергаться. Ролики должны быть с U-образной канавкой без насечек. Насечки, призванные лучше цеплять проволоку, будут сминать мягкий алюминий.

    Рекомендуем использовать горелку с длиной не более 3-х метров. Подойдет горелка БАРСВЕЛД MIG-15 или Mig ERGOPLUS 25. Алюминий не такой упругий, как нержавейка или стальная проволока, поэтому при длинном рукаве и загибах движение будет затрудняться. Обычный канал из спирали меняют в горелке на тефлоновый — он обеспечивает лучшее скольжение присадки. Поскольку алюминий при нагреве расширяется, мундштук в горелке требуется с увеличенным отверстием, иначе проволока застрянет.

    При выборе полуавтомата для сварки алюминия важно учитывать:

  • Входящее напряжение. Для гаража и периодических работ достаточно 220 V. В полупрофессиональной деятельности пригодится аппарат работающий от сети 380 V.
  • Максимальную силу тока. Если будете варить только тонкие металлы до 5 мм, достаточно полуавтомата на 200 А. В работе с толстыми стенками алюминия до 10 мм выбирайте MIG аппарат на 300 А.
  • Режим 4Т. Длинные швы удобнее прокладывать с режимом 4Т. Тогда не требуется постоянно держать кнопку на горелке нажатой.
  • Регулировка индуктивности. Позволяет управлять еще лучше процессом отделения расплавленной капли от проволоки, что обеспечивает прекрасную проплавляемость и снижает разбрызгивание.
  • Вес аппарата. Если будете часто перемещаться с аппаратом, его вес должен быть до 20-25 кг. В противном случае понадобится тележка под баллон и полуавтомат. Как альтернативу, купите MIG инвертор с раздельным исполнением источника сварочного тока и подающего механизма (двухкорпусные модели), чтобы переносить только подающий механизм вокруг крупной свариваемой конструкции.
  • Транзисторы. Чтобы лучше контролировать сварочный ток, выбирайте полуавтоматы с транзисторами IGBT (это последнее поколение). Но их цена выше.
  • ПВ. Для долгой сварки с длинными швами важна продолжительность включения аппарата под нагрузкой. Выбирайте модели с ПВ 60, 80 или 100%. ПВ 40% — это для бытовых задач.
  • Охлаждение. Длительная сварка на повышенных токах 300-400 А потребует меньше перерывов, если у инвертора будет водяное охлаждение.
  • Расходные материалы

    В полуавтомат заряжается алюминиевая проволока, обеспечивающая сохранение однородности металла шва с основным материалом. Диаметр и вес катушки подбирается в согласии с возможностями аппарата. Покупайте проволоку для сварки алюминия с содержанием кремния, который дает:

  • защиту шва от коррозии;
  • плавный переход наплавленного металла;
  • легкую связываемость материалов.
  • Хороший выбор проволоки для алюминия в нашем каталоге.


    Настройки аппарата

    Перейдем к правильным настройкам полуавтомата для сварки алюминия. К аппарату подключается баллон с чистым аргоном. Расход выставляется в пределах 6-11 л/мин, в зависимости от толщины металла. Сила тока, при котором происходит капельный перенос присадочного металла, выставляется так.

    Толщина металла, мм Диаметр проволоки, мм Сила тока, А
    2-3 0.8 95-110
    4-5 1.0 130-160
    6-7 1.2 200-250

    Если у вас полуавтомат с импульсом, задайте базовый ток на 40% ниже от импульсного. Базовый ток будет поддерживать горение дуги, а импульсный — пробивать оксид и передавать каплю. Частота импульса для сварки алюминия желательна 1-3 Гц в секунду. Это уменьшит тепловложение, обеспечит прожог оксида, качественное соединение основного металла.

    Еще проще настроить полуавтомат для сварки алюминия новичку будет с синергетикой. Синергетическое управление требует указать в меню только:

  • толщину установленной в подающий механизм проволоки;
  • тип свариваемого материала;
  • тип подключенного газа.

  • Все выбирается на дисплее. Крутилкой сварщик только задает силу тока. На основании этих вводных программа сама подберет оптимальный режим, выставит базовый ток, напряжение. Хороший выбор полуавтоматов с синергетическим управлением вы можете подобрать в разделе электросварочное оборудование.

    Процесс сварки алюминия полуавтоматом

    Установите алюминиевую проволоку в полуавтомат, заправьте конец между роликами, направьте его в канал. Включите протяжку и дождитесь выхода проволоки из горелки. Чтобы она не застряла, временно открутите мундштук.

    Установите силу тока и импульс в согласии с толщиной металла (см таблицу выше), откройте баллон с аргоном. Присоедините кабель массы к изделию. Наденьте защитную маску, краги.

    Источник видео: Рутектор


    Сварка полуавтоматом алюминия ведется так:

    1. Поднесите горелку к месту стыка и удерживайте на расстоянии 3-5 мм от конца проволоки. Само сопло может быть удалено от поверхности до 6-10 мм.
    2. Нажмите на кнопку горелки.
    3. После зажигания электрической дуги введите горелку справа налево или от себя, чтобы наложенный шов оставался позади.
    4. Наклон горелки при сварке алюминия должен быть почти вертикальным — удерживайте отклонение от прямого угла на 10-15 градусов.
    5. Если алюминий сечением до 3 мм и нет зазора между сторонами, просто ведите горелку ровно по линии стыковки. В случае толщины пластин 5-7 мм и щели 1-2 мм потребуется колебательные движения полумесяцем или по спирали.

    Когда была предварительная подготовка с разделкой кромок, нужна сварка в несколько проходов. Корневой шов тонкий и ведется без поперечных колебаний, а последующий шов нужен для заплавления ширины стыка и образования валика. Используя правильно подобранное сварочное оборудование у Вас получится сваривать алюминий полуавтоматом даже без значительной практики.

    Ответы на вопросы: как правильно производить сварку алюминия полуавтоматом

    Алюминиевая проволока застревает в канале, что делать? СкрытьПодробнее

    Алюминий более мягкий, чем сталь или нержавейка, поэтому легко поддается изгибам и деформируется. Постарайтесь максимально выровнять сварочный рукав горелки, а так-же под сварку алюминиевой проволоки должны быть ролики с U образной канавкой, тефлоновый кабель канал, токосъемник под алюминиевую проволоку.

    Сколько роликов должно быть в подающем механизме для сварки алюминия? СкрытьПодробнее

    Лучше использовать модели с четырьмя роликами. Они увереннее толкают присадочный материал. На двух роликах возможна пробуксовка, а если их затянуть сильнее, проволока начнет заминаться.

    Можно ли варить алюминий с углекислотой? СкрытьПодробнее

    Нет. Алюминий является активным металлом и при контакте с окислителем сразу защищается, вырабатывая пленку. Углекислота состоит из углерода и кислорода, поэтому будет вступать в реакцию со сварочной ванной. Для работы нужен инертный газ, который бы «успокаивал» расплавленный металл, не вступая с ним в реакцию.

    Можно ли полуавтоматом заварить силумин? СкрытьПодробнее

    Силумин — это сплав алюминия с кремнием. Присадка придает металлу прочности и улучшает его литейные свойства. Для сварки силумина полуавтоматом необходима алюминиевая проволока с кремнием, но лучше все же использовать TIG сварку.

    Подойдет ли полуавтомат для сварки алюминиевых труб? СкрытьПодробнее

    Если это не герметичная конструкция (теплица, беседка, раскладушка и пр.), то полуавтомат подойдет. Для герметичных стыков лучше использовать аргонодуговую сварку.

    Остались вопросы

    Оставьте Ваши контактные данные и мы свяжемся с Вами в ближайшее время

    Обратная связь


    Понимание точек плавления металлов

    Поскольку они могут выдерживать чрезвычайно высокие и низкие температуры, металлические материалы обычно используются для широкого спектра промышленных применений по всему миру. Будь то двигатели внутреннего сгорания, печи, выхлопные системы или любые другие конструкции, подверженные экстремальным температурам, важно выбрать металл, который может выдержать температурный диапазон применения.

    Что такое точка плавления?

    Точка плавления металла может быть описана как момент перехода металла из твердой фазы в жидкую фазу.Когда металл достигает своей точной температуры плавления, твердая и жидкая фазы металла находятся в равновесии. Как только металл достигает точки плавления, он становится жидким, пока не остынет, снова затвердевая.

    Важность понимания температуры плавления металла

    Полное понимание температуры плавления металла чрезвычайно важно при принятии решения о том, какой металлический сплав подходит для вашего проекта. Наиболее важным соображением при выборе подходящего металла для вашего приложения является отказ компонента.Если конкретный металл расплавится ниже максимального диапазона температур его применения, деталь выйдет из строя, что приведет к дорогостоящему ремонту и проблемам безопасности.

    Помимо полного расплавления, при приближении к температуре плавления металла могут возникнуть и другие виды разрушения металла. Разрушения металла, такие как разрушение при ползучести, могут произойти задолго до того, как будет достигнута температура плавления. Перед началом проекта следует провести исследование влияния различных температур, которым будет подвергаться металл.

    Производственные процессы и температуры плавления металлов

    При выполнении производственного процесса, требующего расплавления металла, важно знать температуру, при которой начнется плавление, чтобы можно было выбрать соответствующие материалы для используемого оборудования. Поскольку металлы лучше всего поддаются формованию, когда они находятся в жидком состоянии, чрезвычайно важно понимать температуру плавления вашего металла или металлического сплава. Производственные процессы, требующие, чтобы металл находился в жидкой форме, включают:
    • Литье
    • Сварка плавлением
    • Плавка

    Температура плавления металлов и металлических сплавов

    Это может быть неприятно, когда металл выбирается из-за его полезных свойств только для того, чтобы узнать, что он не может выдержать максимальную выходную температуру приложения. По этой причине жизненно важно понять температуру плавления металлов, используемых в проекте, до его начала. Важно помнить, что сплавы, содержащие более одного элемента, имеют диапазон температур плавления, который зависит от общего состава сплава. Следующий список включает в себя различные распространенные металлы и их соответствующие температуры плавления.
    Металл Точка плавления
    Углеродистая сталь 1425-1540°C (2597-2800°F)
    Нержавеющая сталь 1375 – 1530°C (2500-2785°F)
    Алюминий 660°C (1220°F)
    Медь 1084°C (1983°F)
    Латунь 930°C (1710°F)
    Инконель 1390-1425°C (2540-2600°F)
    Никель 1453°C (2647°F)
    Молибден 2620°C (4748°F)
    Серебро 961°C (1762°F)
    Титан 1670°C (3038°F)
    Вольфрам 3400°C (6152°F)
    Цинк 420°C (787°F)

    Какие металлы обеспечивают самую высокую и самую низкую температуру плавления

    Некоторые из наиболее распространенных металлов с самой высокой температурой плавления включают никель и вольфрам, оба из которых плавятся при очень высоких температурах. никель плавится при температуре около 1452°C (2646°F), а вольфрам плавится при температуре около 3399°C (6150°F). К металлам с самой низкой температурой плавления относятся свинец 327°C (621°F) и цинк 420°C (787°F).

    Предоставление стальных сплавов высочайшего качества в Южной Калифорнии и Аризоне

    Industrial Metal Supply является крупнейшим поставщиком всех типов стальных сплавов, металлов и металлообрабатывающих принадлежностей в Южных землях, включая продукты для защиты от ржавчины. Свяжитесь с нашим отделом продаж, чтобы получить продукты и услуги из металлов мирового класса уже сегодня.

    Ознакомьтесь с разделами нашего блога по стали, чтобы узнать больше о стальных сплавах сегодня.

    Температура плавления металлов | Инженерный справочник и онлайн-инструменты

    Связанные ресурсы: материалы

    Температура плавления металла

    Инженерные материалы

    Точка плавления (или, реже, точка разжижения) твердого вещества — это температура, при которой вещество переходит из твердого состояния в жидкое при атмосферном давлении. При температуре плавления твердая и жидкая фазы находятся в равновесии. Температура плавления вещества зависит от давления и обычно указывается при стандартном давлении. Когда ее рассматривают как температуру обратного перехода из жидкого состояния в твердое, ее называют точкой замерзания или точкой кристаллизации.

     

    Температура плавления металла

    Символ

    °С

    градусов по Фаренгейту

    Алюминий

    Ал

    659

    1218

    Алюминиевый сплав

     

    463 — 671

    865 — 1240

    Алюминий Бронза

     

    600 — 655

    1190 — 1215

    Сурьма

     

    630

    1170

    Бериллий

     

    1280

    2350

    Бериллиевая медь

     

    865 — 955

    1587 — 1750

    Висмут

     

    271. 0

    520,0

    Латунь (85 Cu 15 Zn)

    Cu+Zn

    900-940

    1652-1724

    Латунь, красный

     

    1000

    1832

    Латунь, желтая

     

    930

    1710

    Бронза (90 Cu 10 Sn)

    Cu+Sn

    850-1000

    1562-832

    Кадмий

     

    321

    610

    Чугун

    С+Si+Mn+Fe

    1260

    2300

    Углерод

    С

    3600

    6512

    Хром

    Кр

    1615 — 1860

    3034 -3380

    Кобальт

     

    1495

    2723

    Медь

    Медь

    1083

    1981

    Мельхиор (медно-никелевый сплав)

     

    1170 — 1240

    2140 — 2260

    Золото

    Золото

    1063

    1946

    Хастеллой С

     

    1320 — 1350

    2410 — 2460

    Водород

    Х

    -259

    -434. 2

    Инколой

     

    1390 — 1425

    2540 — 2600

    Инконель

    Ni+Cr+Fe

    1393 — 1430

    2540 — 2620

    Иридиум

     

    2450

    4440

    Железо

    Фе

    1530

    2786

    Чугун, ковкий

     

    1149

    2100

    Железо, серое литье

     

    1127 — 1204

    2060 — 2200

    Железо, кованое

     

    1482 — 1593

    2700 — 2900

    Иридиум

     

    2450

    4440

    Свинец

    Пб

    327

    621

    Магниевый сплав

     

    349 — 649

    660 — 1200

    Магний

    мг

    650 — 670

    1200 — 1240

    Марганец

     

    1244 — 1260

    2271 — 2300

    Марганцевая бронза

     

    865 — 890

    1590 — 1630

    Меркурий

     

    -38. 86

    -37,95

    Молибден

     

    2620

    4750

    Монель

     

    1300 — 1350

    2370 — 2460

    Никель

    Ni

    1452

    2646

    Ниобий (Колумбий)

     

    2470

    4473

    Осмий

     

    3025

    5477

    Палладий

     

    1555

    2831

    Фосфор

    Р

    44

    111

    Платина

     

    1770

    3220

    Плутоний

     

    640

    1180

    Калий

     

    63. 3

    146

    Рений

     

    3186

    5767

    Родий

     

    1965

    3569

    Рутений

     

    2482

    4500

    Селен

     

    217

    423

    Кремний

    Си

    1420

    2588

    Серебро

    Аг

    961

    1762

    Серебро, Стерлинг

     

    893

    1640

    Натрий

     

    97. 83

    208

    Нержавеющая сталь

    Cr+Ni+Mn+C

    1363

    2550

    Сталь, высокоуглеродистая

    Cr+Ni+Mn+C

    1353

    2500

    Сталь, среднеуглеродистая

    Cr+Ni+Mn+C

    1427

    2600

    Сталь, низкоуглеродистая

    Cr+Ni+Mn+C

    1464

    2700

    Тантал

     

    2980

    5400

    Олово

    Сн

    232

    448 — 450

    Торий

     

    1750

    3180

    Титан

    Ти

    1795

    3263

    Вольфрам

    Вт

    3000

    5432

    Уран

     

    1132

    2070

    Ванадий

     

    1900

    3450

    Цинк

    Цин

    419

    786

    Цирконий

     

    1854

    3369

    Оптимальная температура литья алюминия: условия плавления и заливки

    Температура алюминиевого литья оказывает большое влияние на механические свойства алюминиевого сплава, а также определяет качество алюминиевых отливок. В статье анализируются два его основных параметра, включая температуру плавления и температуру заливки алюминия в процессе литья в песчаные формы, и указывается оптимальная температура для изготовления деталей из алюминиевого литья наилучшего качества.

    Являясь одним из трех самых распространенных элементов на Земле, алюминиевое литье имеет широкий спектр применений как в промышленных, так и в непромышленных областях, от автомобилестроения, транспорта, строительства, садовой мебели, авиации до кухонных принадлежностей.

    Поскольку мир требует высокой точности деталей и меньшего количества дефектов литья, необходимо, чтобы алюминиевые литейные заводы тщательно контролировали и просчитывали технические вопросы, связанные с производством качественных литейных изделий, соответствующих требованиям клиентов.

    Литье алюминия определяется как процесс плавления алюминиевых сплавов, заливки расплавленного алюминия в формы и охлаждения. В котором конкретная температура алюминиевого литья, включая температуру плавления и температуру заливки, является одним из важнейших факторов, которые прямо или косвенно влияют на конечное качество алюминиевого литья.

    Следовательно, очень важно хорошо знать температуру плавления и заливки алюминиевых сплавов, которые вы хотите плавить и отливать.

    В этой статье мы поможем вам прояснить эти соображения.

    Температура плавления алюминия

    Влияние температуры плавления алюминия на качество отливки

    Как один из двух параметров температуры алюминиевого литья, температура плавления оказывает большое влияние на качество алюминиевых отливок.

    Температура плавления, обеспечиваемая для разжижения металла, должна быть достаточной, не слишком низкой и не слишком высокой, чтобы получить наилучшее качество отливки.

    Если температура плавления алюминия недостаточна (низкая температура плавления), это может привести к дефектам литья, таким как усадка алюминиевого литья, поскольку жидкость затвердевает до того, как заполняется полость формы.

    Наоборот, при избыточной температуре плавления алюминия (высокая температура плавления) возможно появление горячих трещин в формах и позднее образование пористости в отливках.

    Таким образом, литейщики должны рассчитать точный диапазон температур плавления алюминия, который используется не только для обеспечения качества исходного материала, но и для последующего расчета надлежащей температуры заливки.

    Температура плавления чистого алюминия

    Температура плавления металла зависит от его чистоты. Он также применяется для определения температуры плавления алюминия.

    Согласно многочисленным исследованиям, чистый алюминий бывает нескольких видов в зависимости от содержания алюминия.

    В частности, температура плавления трех типов чистого алюминия представлена ​​в таблице 1:

    Таблица 1: Температура плавления некоторых видов чистого алюминия

    СТТ Тип
      5
    % содержания алюминия Температура плавления ( ° С)
    1 Ультрачистая алюминий 99996 % 660,37 ° C
    2 высокий чистый алюминий 99,5% 99,5 ° C 657 ° C
    1
    Чистый алюминий 99,0% 643 ° C

    температура плавления Ассортимент алюминиевых сплавов

    Поскольку механические характеристики чистого алюминия низкие, алюминиевый материал, используемый для литья, сплавляется с другими элементами, такими как кремний, медь и магний, для повышения его литейных свойств, коррозионной стойкости, прочности и механических характеристик для вышеуказанных целей.

    Алюминиевые сплавы

    входят в серию типов , соответствующих диапазонам сплавов.

    Алюминиевые сплавы

    не разжижаются при определенной температуре плавления, но находятся в диапазоне температур, который зависит от состава сплава.

    Как правило, добавление сплавов снижает температуру плавления алюминия. Температура плавления алюминиевого сплава находится в диапазоне от 463 до 671°C (865-1240°F).

    См. диапазоны температур плавления некоторых распространенных литейных алюминиевых сплавов, разработанных по системе Алюминиевой ассоциации (АА) в таблице 2.

    Таблица 2: Диапазон температур плавления некоторых распространенных литейных алюминиевых сплавов (обозначение AA)

    9002
    типа СТТ Алюминиевые Диапазон температуры плавления
    1 150 657 ° С
    2 A356 557,2 — 612,8 ° С
    3 380027 A380 566 ° C-580 ° C
    4 A413 649 — 760 ° C
    5
    A360 577 ° C-612 ° C
    6 3 319 516 — 604 ° C
    70032
    7 390 507 — 649 ° C

    Температура выливания алюминия

    В процессе литья алюминия расплавленный алюминий должен быть в конечном итоге вылит в полость литейной формы через литниковую систему и течь, чтобы полностью заполнить все полости и края литейной формы до того, как металл замерзнет.

    Одним из жизненно важных параметров, влияющих на этот процесс, является температура заливки (анализируется здесь), а другой — скорость заливки (будет обсуждаться в следующем разделе).

    Влияние температуры заливки алюминия на качество отливки

    Температура заливки алюминия вместе с температурой плавления являются параметрами температуры литья алюминия, которые сильно влияют на механические свойства и литейные способности алюминиевых сплавов.

    Подобно температуре плавления, температура заливки алюминия должна быть достаточной, не слишком высокой и не слишком низкой, чтобы обеспечить качество отливки.

    Добавление слишком высокой температуры заливки может привести к усадке, заворачиванию формы и снижению точности размеров изделий из алюминиевого литья.

    С другой стороны, слишком низкая температура заливки алюминия может привести к неполному заполнению полости формы из-за быстрого затвердевания алюминиевых сплавов, вызывая дефекты литья и неточность.

    Кроме того, было замечено, что отверстия в алюминиевых литейных деталях образуются из-за поглощенного водорода. Обеспечивая адекватную температуру заливки алюминиевых сплавов, он помогает уменьшить пористость, возникающую в процессе литья.

    Расчет температуры заливки алюминиевого сплава

    Заливка алюминия в песчаную форму

    Температура заливки алюминиевого сплава должна быть выше температуры плавления.

    Добавление дополнительной температуры (перегрева) во время процесса плавления алюминиевого сплава помогает увеличить текучесть, компенсировать потери тепла до того, как они попадут в форму полости формы, и снизить скорость отвода тепла формой.

    Установлено, что оптимальный диапазон температур заливки алюминиевых сплавов составляет от 680°C до 750°C .

    В этом диапазоне алюминиевые литые детали производятся с хорошими механическими свойствами и качеством литья.

    И наилучшая температура заливки алюминиевых сплавов для получения наилучшей чистоты поверхности изделий из алюминиевого литья должна быть испытана в диапазоне 680°C – 700°C.

    При более высокой температуре разливки поверхность отливки становится очень шероховатой, прочность отливки снижается, а газы задерживаются, вызывая дефекты отливки, такие как пузыри.

    Влияние конструкции пресс-формы на температуру разливки алюминия

    Кроме того, на температуру разливки алюминиевых сплавов также частично влияют различные размеры формы и емкости, связанные с толщиной стенки отливки.

    Соответственно, более высокая температура заливки применяется для тонкостенных алюминиевых отливок, тогда как более низкая температура заливки обычно используется для толстостенных отливок или цельных деталей.

    См. Справочник по литейной практике , Fachverlag Schiele & Schön, Berlin, в нем рекомендуется отливать толстостенные отливки при температуре до 620°C, а тонкостенные конструкции следует отливать при температуре до 730°C. .

    Скорость заливки алюминия

    Помимо температуры заливки и плавления, необходимо учитывать скорость заливки алюминиевых сплавов для получения лучших отливок.

    При разной скорости заливки результаты литья отличаются совершенством.

    Скорость заливки алюминия прямо или косвенно влияет на качество отливки

    Влияние скорости заливки алюминия на качество отливки

    Скорость заливки алюминия оказывает большое влияние на качество конечного литья. Для достижения наилучших результатов литья требуется разливка с соответствующей скоростью.

    Соответственно, если расплавленный алюминий заливать со слишком медленной скоростью, жидкость не заполнит все полости и углы формы из-за отсутствия давления и затвердевания.

    Наоборот, если скорость заливки слишком высока, это создаст возможность турбулентности, которая приведет к дефектам литья в изделиях из алюминиевого литья, таким как включения, окалина, газовые отверстия.

    Расчет скорости заливки алюминия

    Скорость разливки определяется как расход металла в единицу времени.

    Скорость разливки алюминия V рассчитывается по расстоянию ковша над разливочной воронкой за единицу времени разливки металла.

    Его формула выражается так: V = H / T

    В котором:

    • V — скорость разливки (см/с)
    • H — высота ковша над разливочной воронкой (см)
    • T — время разливки расплава (сек)

    Оптимальная скорость разливки до алюминиевые сплавы должны соблюдаться в диапазоне 2.2 – 2,8 см/с.

    В этом диапазоне скоростей разливки твердость, прочность на растяжение и деформация алюминия достигаются с наилучшими характеристиками.

    В частности, в диапазоне 2,0 см/с – 2,7 см/ с окончательные отливки собираются с наилучшей чистотой поверхности. Кроме того, идеальная степень чистоты поверхности алюминиевого литья снижается по мере увеличения скорости.

    Влияние формы отливки на скорость разливки алюминия

    Плотность алюминиевой отливки является жизненно важным фактором в процессе заливки, который определяет скорость заливки.

    Соответственно, в отношении тонкостенных отливок скорость заливки требуется осуществлять быстрее, чем для более толстых отливок, чтобы алюминиевая жидкость не застывала.

    Заключение

    Было продемонстрировано, что условия плавления и заливки алюминия оказывают прямое или косвенное влияние на механические характеристики и качество конечной отливки.

    Таким образом, процесс литья алюминиевых деталей требует больших навыков и опыта литейщиков для правильного расчета адекватной температуры литья алюминия, чтобы производить высокоточные и точные литейные изделия, отвечающие требованиям заказчика.

    В приведенном выше содержании мы представили краткое обсуждение влияния температуры плавления, температуры заливки и скорости заливки на исходный алюминий, а также оптимальные значения этих параметров. Надеюсь, это будет полезным справочником для вашей литейной практики.

    Не стесняйтесь оставлять комментарии, чтобы поделиться своими знаниями в нашем обсуждении. Мы приветствуем любой вклад доброй воли и обмен.

    Артикул

    Агер П., Иорцор А., Оботу Г.М.Поведение отливок из алюминиевых сплавов при различных температурах и скоростях заливки. Дискавери , 2014, 22 (74), 62-71.

    Подробнее о Сравнение различных методов литья алюминия

    Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


    Настройка браузера на прием файлов cookie

    Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

    • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
    • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
    • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
    • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
    • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

    Почему этому сайту требуются файлы cookie?

    Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


    Что сохраняется в файле cookie?

    Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

    Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

    Контроль температуры при плавке алюминиевого сплава

    Контроль температуры при плавке алюминиевого сплава

    Процесс плавки должен иметь достаточно высокую температуру, чтобы обеспечить полное расплавление и растворение металла и легирующих элементов.
    Когда температура нагрева слишком высока, скорость плавления увеличивается, а время, в течение которого металл и печной газ, футеровка и т.п. взаимно вредны, сокращается.
    Производственная практика показала, что быстрый нагрев для ускорения расплавления шихты и сокращения времени плавления способствует повышению производительности и качества.

    С другой стороны, слишком высокая температура имеет тенденцию вызывать перегрев, и особенно при нагреве в пламенной отражательной печи пламя непосредственно контактирует с шихтой и сильно нагревается до расплавленного или полурасплавленного металла, что легко заставляет газ вторгнуться в расплав.
    При этом, чем выше температура, тем быстрее происходит взаимодействие металла с печным газом, футеровкой и т.п., потери металла и снижение качества расплава.
    Перегрев не только легко поглощает большое количество газа, но также имеет тенденцию к укрупнению зернистой структуры слитка после затвердевания, увеличивая склонность слитка к растрескиванию и влияя на свойства сплава.
    Поэтому во время операции плавки следует контролировать температуру плавки, чтобы предотвратить перегрев расплава.

    Слишком низкая температура плавления не имеет смысла в производственной практике.
    Поэтому в реальном производстве необходимо не допускать перегрева расплава, ускорять плавку и сокращать время плавки.

    Контроль температуры при плавке алюминиевого сплава чрезвычайно важен.
    В настоящее время большинство заводов используют высокотемпературную быструю плавку после быстрой подачи, чтобы подвергать металл в полутвердом и полужидком состоянии сильному печному газу и пламени в течение короткого периода времени, уменьшая окисление, потери при горении и плавление металла.Ингаляционное, при появлении слоя жидкого металла после расплющивания печи, для уменьшения местного перегрева расплава следует соответствующим образом снизить температуру плавления, а в процессе плавки усилить перемешивание для облегчения теплоотдачи расплава.
    В частности, необходимо контролировать температуру плавления, при которой шихта полностью расплавляется.
    Из-за скрытой теплоты металла или сплава температура повышается при полном расплавлении шихты.В это время, если температура плавления будет слишком высокой, металл во всей расплавленной ванне будет перегрет.
    В производственной практике большая часть возникающего перегрева расплава в этом случае вызвана плохим контролем температуры.
    Выбор фактической температуры плавления теоретически должен определяться на основе температуры плавления различных сплавов.
    Различные сплавы имеют разные температуры плавления, т. е. сплавы разного состава, температуры, при которой твердое тело начинает плавиться (называемой температурой солидуса), и температуры, при которой твердое тело полностью плавится (называется температурой ликвидуса). температура) также различаются.
    В обоих диапазонах температур металл находится в полужидком полутвердом состоянии.

    Для точного контроля контроля температуры во время плавки алюминиевого сплава необходимо измерять температуру расплава. Наиболее точным методом определения температуры расплава по-прежнему является метод термопарного измерителя.
    Однако рабочие, имеющие практический опыт, могут судить о температуре расплава, наблюдая многие физические и химические явления в процессе работы.
    Например, цвет поверхности ванны, степень горения шлака и алюминий или размягчение рабочего инструмента в расплаве, но это не совсем достоверно, т.к. точность.

    Диапазон температур плавления большинства сплавов достаточно велик. Когда металл находится в полутвердом, полужидком состоянии, например, при длительном воздействии горячего печного газа или пламени, его легче всего вдыхать.
    Поэтому в реальном производстве в качестве температуры плавления выбирается температура выше температуры ликвидуса от 50 до 60 °C, чтобы быстро избежать температурного диапазона полурасплавленного состояния.

    11–29 сентября 2018 г.

    Насколько жарко для алюминия?

    Алюминий

    — удивительный металл с выдающимися механическими свойствами, которые делают его идеальным выбором для различных применений. Одним из качеств, которое отличает его от других материалов, является его теплопроводность. Из всех широко используемых металлов медь и алюминий обладают наибольшей теплопроводностью, что делает алюминий отличным вариантом для задач, связанных с регулированием или перемещением тепла.

    В то время как некоторые аспекты алюминия, как правило, привлекают все внимание, такие как его высокое соотношение прочности к весу, отличная коррозионная стойкость и исключительная формуемость, теплопроводность часто упускается из виду. Обладая способностью проводить гораздо больше тепла, чем нержавеющая сталь и другие металлы, алюминий стал отличным вариантом для производителей во многих отраслях, включая электронику, производство пластмасс и аэрокосмическую промышленность.

    Один из вопросов, который нам часто задают, заключается в том, насколько горячим может быть алюминий, прежде чем он станет проблемой. Люди хотят знать, сколько тепла можно приложить к алюминиевым деталям и машинам, прежде чем материал выйдет из строя. Все эти вопросы сводятся к двум основным принципам: теплопроводность и температура плавления; это то, что мы сегодня обсудим.

    Как мы измеряем теплопроводность?

    Говоря о теплопроводности материала, мы имеем в виду его способность проводить тепло.С научной точки зрения, это определяется как число, основанное на так называемом законе Фурье, который гласит, что скорость теплопередачи через материал пропорциональна отрицательному градиенту температуры и площади под прямым углом к ​​этому градиенту. , по которому течет тепло. Это сложный способ сказать, что теплопроводность говорит нам, насколько быстро тепло передается через материал. Как правило, чем выше число, тем быстрее теплообмен.

    Также важно отметить, что даже для чистого алюминия фактическое число варьируется в зависимости от количества тепла; расчет проводимости может быть еще более сложным для различных сплавов.Вы никогда не должны предполагать, что номер лаборатории для теплопроводности верен, так как вам нужно будет протестировать ваше приложение в различных сценариях, чтобы быть уверенным в том, как оно справляется с различными температурами.

    Давайте рассмотрим несколько примеров из реальной жизни. Пенополистирол, который часто используется в качестве изоляционного материала, имеет очень плохую теплопроводность. Чашка из пенопласта хороша для хранения горячего кофе, потому что она не позволяет теплу жидкости передаваться руке, держащей чашку. С другой стороны, такой металл, как алюминий, обладает отличной теплопроводностью.Это означает, что если бы у вас была алюминиевая чашка, наполненная очень горячим кофе, сама чашка была бы горячей на ощупь и ее было бы трудно удержать.

    Радиатор относится к пассивному теплообменнику, в котором тепло, выделяемое электронным или механическим устройством, передается либо воздуху, либо жидкому хладагенту, тем самым предотвращая перегрев устройства. Обычно радиаторы используются в процессорах и графических процессорах, которые имеют тенденцию нагреваться и могут быть повреждены избыточным теплом. Алюминий обычно используется в таких устройствах благодаря его теплопроводности и легкому весу.

    Другим промышленным применением, в котором выгода от высокой теплопроводности алюминия является обработка пластмасс. Когда расплавленный пластик затвердевает в готовую деталь в процессе литья под давлением или выдувного формования, время отверждения в форме зависит от теплопроводности его материала. Использование алюминия вместо стали сокращает время цикла изготовления детали, повышая производительность и сокращая ценное время на пресс/машину.

    Какова температура плавления алюминия?

    Конечно, такая теплопроводность хороша только до определенного момента.Если металл нагреть слишком сильно, он начнет деформироваться, поэтому очень важно знать температуру плавления вашего материала и то, сколько тепла он должен выдержать, прежде чем использовать его в приложении. Существуют и другие ситуации, когда важно знать температуру плавления алюминия, например, при сварке или термообработке алюминиевого сплава.

    Какова температура плавления алюминия? Если вы посмотрите в учебнике, ответ будет 1221 ° F (660,3 ° C), но производители почти никогда не работают с чистым алюминием. У каждого сплава своя температура плавления, а некоторые созданы специально для работы в условиях высоких температур. Существуют высокопрочные алюминиевые сплавы с Zn, Mg, Cu и Sc в качестве легирующих элементов, температура плавления которых достигает 1275°F.

    С другой стороны, необходимо понимать, что температура плавления — не единственный фактор, который необходимо учитывать при попытке понять, как металл будет работать при высоких температурах. Например, если вы сварите алюминиевую заготовку, используя алюминиевый сплав 5356 в качестве сварочного стержня, то готовая деталь будет очень восприимчива к коррозионному растрескиванию под напряжением уже при 150 градусах.То же самое относится к алюминиевым сплавам 5183 и 5556. Хотя точка плавления может никогда не быть достигнута, вы должны знать, что другие проблемы могут возникнуть, когда некоторые сплавы подвергаются воздействию даже умеренно высоких температур.

    Еще одной серьезной проблемой, связанной с применением алюминия при высоких температурах, является точка, в которой будут затронуты механические свойства металла. Высоколегированные марки, которые были упрочнены процессами термообработки, теряют эти более высокие механические свойства при воздействии повышенных температур.Воздействие чрезмерного тепла приведет к отпуску и ослаблению термообработанного металла.

    Если у вас есть приложение, которое будет подвергаться сильному нагреву, важно тщательно протестировать его на этапе прототипирования, особенно если важным фактором является долговечность. Выбор правильного сплава, который будет правильно работать в ваших конкретных условиях, крайне важен для обеспечения вашей прибыли. Вот почему работа с опытным поставщиком материалов может помочь вам сэкономить время и деньги.

    Ваш поставщик технических ресурсов

    Различить множество различных алюминиевых сплавов, доступных сегодня на рынке, непросто. В Clinton Aluminium мы гордимся тем, что тесно сотрудничаем с нашими клиентами, чтобы подобрать правильный материал для каждого применения. Наша цель — быть не просто поставщиком, а полноправным партнером по техническим ресурсам. Мы стремимся помочь каждому из наших клиентов извлечь максимальную пользу из своих решений о покупке.

    Это стало возможным благодаря тому, что средний стаж наших сотрудников составляет почти 13 лет.По этой и другим причинам Клинтон стал ведущим поставщиком изделий из алюминия и нержавеющей стали на Среднем Западе. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о том, какой алюминиевый сплав подходит именно вам; мы поможем вам ответить на вопрос, сколько тепла — это слишком много тепла.

     

    Расчет температуры ликвидуса для алюминиевых и магниевых сплавов с применением метода эквивалентности

    Целью данной статьи является разработка математического уравнения, которое позволит точно предсказать температуру ликвидуса различных алюминиевых и магниевых литейных сплавов на основе их известные химические составы.Точное знание температуры ликвидуса позволяет исследователю прогнозировать множество физических параметров, относящихся к данному сплаву. Представленные в статье аналитические выражения основаны на «методе эквивалентности». В соответствии с этой концепцией влияние любого легирующего элемента на температуру ликвидуса алюминиевого и/или магниевого сплава можно перевести в эквивалентное влияние эталонного элемента. Кремний в качестве эталонного элемента был выбран для алюминиевых сплавов, а алюминий – для магниевых сплавов.Сумма эквивалентных концентраций других элементов, добавленная к влиянию фактического эталонного элемента, используется для расчета температуры ликвидуса сплава. Рассчитанные температуры ликвидуса для широкого диапазона химических составов сплавов показывают хорошую корреляцию с соответствующими измеренными температурами ликвидуса.

    1. Введение

    Для прогнозирования различных физических параметров затвердевающих алюминиевых и магниевых сплавов (например, доли твердого вещества) температуры ликвидуса этих сплавов должны быть известны с максимально возможной степенью точности.К сожалению, в литературе имеется лишь несколько уравнений, связывающих составы многих коммерчески важных цветных [1, 2] и черных [3] сплавов с их температурами ликвидуса. Более того, некоторые из этих уравнений недостаточно проверены экспериментальными данными. Для бинарных алюминиевых и магниевых сплавов соотношение температуры и состава ликвидуса можно легко вывести из высокоточных бинарных диаграмм. Они основаны на экспериментальных данных, полученных в условиях равновесного затвердевания [4, 5].

    Фазовая диаграмма Al-Si является базовой системой компонентов для серии сплавов Al-Si. Как показано на рисунке 1, это бинарная фазовая диаграмма эвтектического типа с ограниченной растворимостью алюминия и кремния. Температура плавления чистого алюминия 660°С. Растворимость кремния в расплаве алюминия достигает максимума 1,6 мас.% при температуре эвтектики 577°С. Максимальная растворимость алюминия в кремнии при температуре эвтектики остается под вопросом и, по некоторым литературным данным, составляет примерно 0.015 мас.% [6]. Концентрация кремния, соответствующая эвтектической реакции, до сих пор точно не определена и не принята исследователями, несмотря на то, что эта диаграмма исследовалась часто. В доступной литературе были найдены следующие значения эвтектической концентрации кремния: 11,9 мас.% [7], 12,2 мас.% [6], 12,3 мас.% [8] и 12,6 мас.% [9]. значение 12,3 мас.%. Si будет использоваться как эвтектическая концентрация кремния, а 577°C – как температура, при которой происходит эвтектическая реакция.


    Литые алюминиево-кремниевые сплавы широко используются во многих автомобильных компонентах. Эти сплавы характеризуются низкой плотностью, легким весом, относительно низкими температурами плавления, незначительной растворимостью в газах (за исключением водорода), отличной литейностью, хорошей коррозионной стойкостью, электро- и теплопроводностью, хорошей обрабатываемостью. Основные легирующие элементы, Si, Cu и Mg, в первую очередь отвечают за определение микроструктуры алюминиевого сплава.

    Сплавы Mg-Al представляют собой легкие металлические конструкционные материалы с уникальным сочетанием свойств, которые очень привлекательны для таких применений, как автомобильная, аэрокосмическая и электронная промышленность. Использование магниевых сплавов стало значительным благодаря на треть меньшей плотности магния по сравнению с алюминием, улучшенной демпфирующей способности, более высокой коррозионной стойкости и лучшим механическим свойствам. В легких магниевых сплавах алюминий является основным легирующим элементом, главным образом из-за его низкой цены, доступности, малой плотности и благоприятного воздействия на коррозию и прочностных свойств.На рис. 2 показана бинарная фазовая диаграмма Mg-Al с ограниченной растворимостью Al и Mg [10]. Температура плавления чистого магния составляет 650°С. Растворимость магния в алюминиевом расплаве достигает максимума 18,9 ат.% при температуре эвтектики 450°С. Максимальная растворимость алюминия в магнии при температуре эвтектики составляет 11,8 ат.% [11]. В данной работе в качестве эвтектической концентрации алюминия будет использоваться значение 32,0 мас. % Al, а также 473°C в качестве температуры, при которой протекает эвтектическая реакция.


    Моделирование и управление процессами литья остаются предметом активного интереса в течение нескольких десятилетий, и доступность многочисленных программных пакетов (MAGMA [12], Thermo-Calc [13], Pandat [14], FactSage [ 15], Pro-Cast [16], Calphad [17], WinCast [18] и т. д.) на рынке является хорошим показателем интереса литейной промышленности и исследователей к этой области. Большинство данных, используемых в перечисленных выше программных пакетах, основаны на бинарных или многокомпонентных фазовых диаграммах, но, к сожалению, за исключением бинарных диаграмм, многие из троичных или более высоких фазовых диаграмм все еще недостаточно точны для этой цели.Принимая во внимание, что большинство бинарных систем алюминия и магния хорошо зарекомендовали себя, перевод многокомпонентной системы в хорошо известную Al-квазибинарную систему имеет большой промышленный и исследовательский потенциал. Этот тип системы может быть использован для расчета нескольких теплофизических параметров и параметров процесса затвердевания многокомпонентных алюминиевых сплавов в условиях литья или обработки в расплаве. Для расчета различных теплофизических и металлургических параметров затвердевания алюминиевых литейных сплавов необходимо знать характерные температуры затвердевания сплавов с максимально возможной степенью точности.

    Целью данной работы является разработка общей методики расчета характеристических температур ликвидуса многокомпонентных алюминиево-кремниевых и магниево-алюминиевых сплавов на основе их известного химического состава. Точность разработанных алгоритмов будет определяться путем сравнения расчетных значений температур ликвидуса с измеренными значениями, полученными с использованием методики термического анализа, а также с расчетными значениями, полученными с помощью программы Thermo-Calc.

    2. Моделирование температуры ликвидуса многокомпонентных сплавов Al и Mg
    2.1. Разработка алгоритма эквивалентности

    На рисунках 3 и 4 показаны несколько фазовых диаграмм выбранных бинарных сплавов алюминия и магния. Из большинства из них видно, что их температуры ликвидуса равномерно снижаются с увеличением количества добавляемого легирующего элемента и достигают минимума при соответствующем эвтектическом составе. Математически линия ликвидуса любой эвтектической бинарной диаграммы Al- и/или Mg-фазы на рисунках 3 и 4 может быть точно выражена полиномом второго порядка следующим образом:

    где и – температуры ликвидуса наблюдаемой бинарной системы в °С, – количество легирующего элемента в мас. %, – температура плавления чистого алюминия/магния, 660°С и 650°С соответственно, , и – полиномиальные коэффициенты.

    Таким образом, линия ликвидуса для бинарной системы Al-Si может быть выражена соответственно следующим образом: написано как

    Визуальный анализ двух линий ликвидуса бинарных систем, эталонного элемента Al и Al-, как показано на рисунке 5, показывает, что «эквивалентный эффект» на температуру ликвидуса алюминиевого сплава может быть получен с использованием «эквивалентного» концентрации эталонного элемента и легирующих элементов.


    Это означает, что влияние любого легирующего элемента в расплаве алюминия или магния на его температуру ликвидуса может быть выражено как влияние «эквивалентного количества» эталонного элемента, выраженного в мас.%. В качестве эталонного элемента был выбран кремний как основной легирующий элемент для сплавов серии Al-Si. Также известно, что он оказывает наиболее значительное влияние на литейные свойства сплавов семейства Al-Si (например, текучесть, скрытая теплота и усадка).

    В легких магниевых сплавах алюминий является основным легирующим элементом, в основном из-за его низкой цены, доступности, низкой плотности и благоприятного воздействия на коррозионные и прочностные свойства.Сплав AZ91 (содержит около 9% по массе Al и 1% по массе Zn) является наиболее широко используемым магниевым сплавом, демонстрирующим хорошее сочетание высокой прочности при комнатной температуре, хорошей литейной способности и отличной коррозионной стойкости. Поэтому для магниевых сплавов в качестве эталонного элемента был выбран алюминий.

    Разность изотермических концентраций между эталонным элементом (Si или Al) и легирующими элементами может быть математически выражена следующим образом:

    Принимая во внимание весь диапазон температур между температурой плавления чистого эталонного элемента (Si или Al) и соответствующей температуре эвтектики наблюдаемого бинарного сплава (Al-Si или Mg-Al), между , и концентрацией легирующего элемента можно установить следующую зависимость:

    где эквивалент кремния для любого легирующего элемента, выраженный в мас. %, — алюминиевый эквивалент любого легирующего элемента, выраженный в мас. легирующих элементов в мас.%.

    Коэффициенты для конкретных легирующих элементов (, и) из (4a) и (4b) находятся в таблице 1.

    + + Fe 0,0

    Элементы Коэффициенты для коэффициентов для

    SI 10 0,0 0,0 0,0 0,5111 -0,1458
    Аль 1,0 0,0 0,0
    Cu 0,0 0,35 -0,027 0,0 -0,4161 0,0069
    Mg 0,0 0,0258 0,0088
    Zn 0. 0 0,1227 -0,0002 0,0 -0,4983 0,0047
    Ni 0,0 0,5644 -0,0285
    Mn 0,0 0,8221 -0,0349
    0,6495 0,0003
    Да 0.0 -0.5695 0,0040

    SI EQ и / или для легирующих элементов, а также для некоторых примесных элементов можно определить как сумма отдельных участников () плюс влияние самого кремния/алюминия и может быть выражено следующим образом:

    Характеристические температуры ликвидуса для многокомпонентных сплавов серий Al-Si и Mg-Al могут быть рассчитаны с использованием следующих уравнений:

    Уравнения (6a) и (6б) справедливы для следующих концентраций ключевых элементов (выраженных в мас. %):

    Для алюминиевых сплавов,

    Для магниевых сплавов,

    3. Результаты и обсуждение

    Правомерность представленной выше методики расчета была определена путем сравнения рассчитанных температур ликвидуса с экспериментально определенными и рассчитанными (с помощью пакета программ Thermo-Calc) температурами ликвидуса алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сравнения представлены в таблицах 2 и 3.

    + + + 91 858 10 91 858 15 + + + 21 91 858

    Номер Химический состав, мас.% / ° C / ° C
    SI CU MG ZN Fe MN Ti Уравнение (6A) Thermo-Calc Измеренный [Ссылка]

    1 7,03 0,01 0,30 0,019 0,08 0,12 614,2 616 614,2 [19]
    2 6. 80 0,04 0,35 0,01 0,08 0,15 615,8 618 615,8 [9]
    3 7,80 609.3 611 611 609.4 [7]
    4 5.80 0,05 623.1 624 623,1 [20]
    5 7,00 0,05 0,51 0,02 0,05 0,01 0,05 614,5 615 614,5 [21]
    6 5,75 3,01 0,30 0,04 0,31 0,05 0,07 616,2 614 616,2 [22]
    7 5. 10 2,93 0,23 0,04 0,31 0,05 0,17 620,7 621 620,7 [23]
    8 7,02 0,24 0,37 0,17 0.18 0.03 0,14 0.14 613.1 615 613.1 [24]
    9 6.91 0.24 0.39 0.15 0.18 0,03 0,14 613,8 616 613,8 [25]
    4,85 1,03 0,14 0,01 0,09 0,01 0,06 626,6 628 626,8 [25]
    11 5,01 2,06 0,14 0,01 0,09 0,01 0,06 622,8 623 623. 8 [25]
    12 4,94 2,98 0,21 0,01 0,07 0,01 0,06 620,0 621 622,9 [25]
    13 4,89 3,85 0,16 0,01 0,09 0,01 0,09 618,3 619 622,4 [25]
    14 5,90 1.07 0,14 0,01 0,07 0,01 0,06 622,4 620 619,7 [25]
    5,91 1,83 0,15 0,01 0,11 0. 01 0.06 618.9 618 618 618.1 [25]
    16 5.82 3,03 0,15 0,15 0,01 0,06 0.01 0,06 614,8 615 617,1 [25]
    17 7,13 0,96 0,28 0,01 0,12 0,01 0,06 613,3 612 611,2 [25]
    18 7.05 7.05 0. 28 0.28 0.0.28 0,01 0,01 0,01 0,08 610.00 609 609.8 [25]
    19 6,95 3,05 0,26 0,01 0,14 0,01 0,08 607,4 607 608,8 [25]
    20 6,75 4,38 0,29 0,01 0,12 0,01 0,09 604,6 603 608,9 [25]
    8,03 1. 09 0,28 0,01 0,14 0,01 0,09 600,7 605 604,5 [25]
    22 8,14 1,93 0,27 0,01 0,12 0.01 0.08 601.7 602 602 602.2 [25]
    23 8.03 296 0.29 0.29 0.01 0,14 0.01 0,09 600,5 599 601,3 [25]
    24 7,84 4,31 0,31 0,01 0,14 0,01 0,09 596,8 595 601. 2 [25]

      6
      8- 4 91 858 5 91 858 девяносто одна тысяча восемьсот пятьдесят восемь 6 + 91 858 11

      Номер Сплав Химический состав, мас.% /°C
      Al Zn Ca Mn Cu Уравнение (6b) 7 Calc Измеренный [Ссылка]

      1 AZC911 603,1 592 600,0 [26]
      2 AMC502 5. 11 1.63 0,32 623,1 615 625,0 [26]
      3 AMC503 5,37 2,89 0,30 621,7 610 615,0 [26 ]
      AZ62 6,61 1,32 0,24 618,2 610 608,0 [27]
      AZ91 8.67 0,63 0,21 604,0 601 598,0 [27]
      АМ60 6,50 0,22 0,13 616,1 615 615. 0 [28]
      7 AZ91 9.70 9.70 0.13 0.10 598.3 596 595.0 [28]
      8 АМ50 5,25 0,01 0,37 622,5 622 625,1 [29]
      9 AZ91D 9,71 0,35 0,15 0,03 598,2 596 598,0 [18]
      10 AM60B 6,51 0,20 0. 24 0,01 616,0 615 615,0 [18]
      AM50A 5,41 0,21 0,26 0,01 622,1 621 620,0 [18]
      12 AM20 2,50 0,20 0,33 0,08 638,0 636 638,0 [18]
      13 сплав АЕ42 4.51 0,20 0,15 0,01 627,0 626 626,0 [18]
      91 691

      Небольшое расхождения между измеренными и вычисленными значениями температуры ликвидуса (таблицы 2 3) для доэвтектических литейных сплавов алюминия и магния связаны с тем, что в (6а) и (6б) не учтено взаимодействие легирующих элементов из расплавов алюминия и магния. Аналитический подход в этой работе основан на бинарных системах сплавления (рис. 3 и 4), и никакие другие взаимодействия между тремя или более элементами не учитывались для методов Si EQ и Al EQ . Учет этих параметров взаимодействия хотя бы трех элементов (взятых из тройных систем) из расплавов алюминия и магния может приблизить расчетные значения к измеренным.

      На рис. 6 представлен график предсказанной температуры ликвидуса для каждого из алюминиевых и магниевых сплавов, представленных в таблицах 2 и 3, по сравнению с их экспериментально определенными аналогами.Измеренные температуры ликвидуса были определены экспериментально с использованием метода термического анализа. По имеющимся литературным данным точность применяемого метода термического анализа составляла от ±0,5 до 1°С. Все расчетные температуры ликвидуса были рассчитаны с использованием метода эквивалентности, выраженного в этой работе через (6a) и (6b).

      Рисунок 6 вместе с таблицей 4 демонстрируют довольно достаточную точность прогнозов, сделанных с помощью процедуры, разработанной в этом исследовании, по сравнению с измеренными температурами ликвидуса, взятыми из литературы и рассчитанными с помощью программного обеспечения Thermo-Calc.

      Среднее значение 0,563

      Статистические данные Al-сплавы Mg-сплавы
      Уравнение (6а) Термо-Calc Уравнение (6b) Термо-Calc

      0.946 0.928 0.925 0.925 0.914 0.914
      Стандартные отклонения 1.901 2.309 -2.451 1,777
      0,821 3,736 3,879
      Минимальное -2,700 -2,200 -10,501 -3,000
      Максимальная 4. 400 6.20027 6.200 2.665 10.000


      Таблица 4 Отображает, что оба подхода (метод эквивалентности и программное обеспечение Thermo-Calc) используются для расчета температур ликвидации Al и Сплавы Mg по критериям, которые показывают довольно справедливые прогнозы.Статистический анализ показывает, что применение (6а) для расчета температур ликвидуса приводит к меньшим стандартным отклонениям и меньшему разбросу (минимальные и максимальные значения) в прогнозах по сравнению с результатами, полученными с использованием программного пакета Thermo-Calc. Что касается сплавов Mg, то статистический анализ с применением либо программы (6b), либо программы Thermal-Calc показывает почти те же результаты, то есть ту же точность по сравнению с измеренной температурой ликвидуса независимо от применяемых процедур.

      Основное преимущество метода эквивалентности было признано в его простоте и простоте применения. Используя химические составы соответствующих алюминиевых и/или магниевых сплавов, можно рассчитать их температуры ликвидуса, используя известные полиномиальные коэффициенты для Si EQ и Al EQ . Этот метод можно будет в будущем просто применять для любой многокомпонентной металлической системы, удовлетворяющей следующим предположениям. (1) Температура плавления эталонного элемента известна и постоянна.(2) Рассматриваемые бинарные системы (эталонный элемент-) являются эвтектическими или перитектическими. (3) Любое добавление легирующих элементов к эталонному элементу снижает температуру ликвидуса до его эвтектической температуры (перитектический тип реакции необходимо поставить знак минус перед соответствующих полиномиальных коэффициентов из (4a) и (4b)). (4) Для многокомпонентных сплавов эквивалентную концентрацию эталонного элемента следует рассматривать как добавку.

      Точность расчетной температуры ликвидуса в предлагаемой модели (6a) и (6b) зависит исключительно от точности коэффициентов, с помощью которых соответствующее содержание сплава преобразуется в эквивалентный весовой процент кремния/алюминия.Однако эти коэффициенты получены из линий ликвидуса в соответствующих двойных системах, и их надежность тесно связана с точностью, с которой кривые ликвидуса определяются экспериментально и численно подгоняются. Поэтому при применении этого метода также наблюдается некоторая неточность. Чтобы исключить этот источник ошибки, необходимо повторное исследование линий ликвидуса на сторонах, богатых кремнием/алюминием, соответствующих бинарных систем или, что еще лучше, на тройных системах Al-Si-/Mg-Al-.

      Модель разработана с использованием бинарных фазовых диаграмм сплавов Al и Mg. Для всех рассмотренных бинарных фазовых диаграмм линии ликвидуса математически описаны до соответствующих им эвтектических концентраций. Пределы концентрации для ключевых элементов были установлены либо с использованием максимальной концентрации ключевого элемента при температуре эвтектики (для основных легирующих элементов, таких как Si в сплавах Al-Si и Al в сплавах Mg-Al), либо путем установления максимальных концентраций других второстепенные легирующие элементы, которые можно найти в типичных доэвтектических сплавах Al и Mg [30]. Это означает, что теоретически установленные уравнения ликвидуса для сплавов Al и Mg применимы вплоть до эвтектических концентраций любых элементов, присутствующих в этих сплавах. В таблицах 2 и 3 приведены только те сплавы, которые встречаются в доступной литературе, с измеренными температурами ликвидуса. Кроме того, более высокие скорости охлаждения, примененные в экспериментальных данных, представленных в таблицах 2 и 3, являются потенциальным источником неточности, которым нельзя пренебрегать.

      Еще одно преимущество нового метода эквивалентности заключается в его общем применении для расчета температур ликвидуса других сплавов.Потенциально аналогичный подход мог бы быть использован для разработки алгоритма расчета температуры солидуса других легких сплавов.

      4. Заключение

      В этой статье был разработан новый метод эквивалентности, который позволяет прогнозировать температуры ликвидуса многокомпонентных сплавов алюминия и магния на основе известных бинарных фазовых диаграмм алюминия и магния.

    Вам может понравится

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.