Kualiti pemutus pelaburan aloi aluminium pada asasnya ditentukan oleh integriti leburan. Mencapai leburan berintegriti tinggi memerlukan kawalan yang tepat ke atas suhu, komposisi kimia dan kandungan gas. Objektif utama adalah untuk menghasilkan logam cecair yang bersih dan homogen bebas daripada oksida, keliangan hidrogen, dan kemasukan sebelum ia memasuki cangkerang seramik.
Bagi jurutera faundri dan ahli metalurgi, perkara penting ialah perkara itu penyediaan cair menyumbang lebih 60% daripada kecacatan tuangan akhir . Penyahgasan yang betul, penghalusan bijirin, dan pengurusan suhu yang ketat antara 700°C dan 760°C adalah langkah yang tidak boleh dirunding. Mengabaikan parameter ini membawa kepada pengurangan sifat mekanikal, kemasan permukaan yang lemah, dan peningkatan kadar penolakan dalam aplikasi aeroangkasa dan automotif.
Pemilihan Relau Lebur dan Kawalan Suhu
Pilihan relau lebur memberi kesan ketara kepada kebersihan aloi aluminium. Relau aruhan lebih disukai untuk tuangan pelaburan kerana keupayaan pemanasan yang cepat dan kacau elektromagnet, yang menggalakkan kehomogenan. Walau bagaimanapun, kacau yang berlebihan boleh menyerap udara, yang membawa kepada pembentukan oksida.
Suhu Lebur Optimum
Aloi aluminium biasanya mencairkan sekitar 660°C, tetapi suhu penuangan untuk tuangan pelaburan mestilah lebih tinggi untuk memastikan kecairan ke dalam acuan seramik yang kompleks. Julat tuang yang ideal ialah 700°C hingga 760°C . Melebihi 800°C secara mendadak meningkatkan keterlarutan hidrogen dan kadar pengoksidaan. Untuk setiap kenaikan 10°C melebihi 760°C, penyerapan hidrogen boleh meningkat sebanyak 15-20% , membawa kepada isu keliangan yang teruk apabila pemejalan.
Keserasian Bahan Crucible
Menggunakan silikon karbida (SiC) atau mangkuk pijar grafit-tanah liat adalah standard. Bahan-bahan ini mesti disalut dengan sayu pelindung untuk mengelakkan tindak balas dengan aluminium cair. Lapisan pijar yang terjejas memperkenalkan bahan cemar besi dan silikon, mengubah sifat mekanikal aloi. Pemeriksaan berkala dan penggantian pijar setiap 50-100 cair disyorkan untuk mengekalkan konsistensi.
Teknik Penyahgas dan Penyingkiran Hidrogen
Hidrogen adalah satu-satunya gas yang mempunyai keterlarutan ketara dalam aluminium cair. Apabila logam mengeras, hidrogen memendakan keluar, membentuk liang-liang yang melemahkan tuangan. Oleh itu, penyahgasan yang berkesan adalah langkah paling kritikal dalam penyediaan cair.
Rotary Degassing dengan Argon/Nitrogen
Piawaian industri untuk tuangan pelaburan berkualiti tinggi ialah penyahgasan pendesak berputar. Pemutar grafit berputar pada 300-500 RPM sambil menyuntik gas lengai (Argon atau Nitrogen) ke dalam leburan. Ini menghasilkan buih halus yang menangkap hidrogen melalui resapan. Proses ini biasanya berlangsung 10-15 minit dan boleh mengurangkan tahap hidrogen daripada 0.30 ml/100g hingga ke bawah 0.10 ml/100g .
Tablet Penyahgas Pepejal
Untuk faundri yang lebih kecil, tablet berasaskan heksachloroethane adalah alternatif. Apabila tenggelam, mereka membebaskan gas klorin, yang bertindak balas dengan hidrogen untuk membentuk gas HCl. Walaupun berkesan, kaedah ini menghasilkan asap toksik dan meninggalkan sisa sanga garam yang mesti disapu. Ia kurang konsisten daripada penyahgasan berputar dan secara amnya tidak disyorkan untuk komponen gred aeroangkasa.
| Kaedah | Kecekapan | Kesan Alam Sekitar | Konsisten |
|---|---|---|---|
| Gas Lengai Putar | Tinggi (>90%) | Rendah (Tidak toksik) | Cemerlang |
| Tablet Klorin | Sederhana (70-80%) | Tinggi (Wasap Toksik) | Pembolehubah |
| Penyahgasan Vakum | Sangat Tinggi (>95%) | tiada | Cemerlang |
Penapisan dan Pengubahsuaian Bijian
Struktur mikro aloi aluminium pepejal menentukan prestasi mekanikalnya. Butiran kasar membawa kepada kemuluran yang lemah dan peningkatan kerentanan kepada koyakan panas. Penapisan dan pengubahsuaian bijirin adalah rawatan metalurgi penting yang dilakukan semasa peringkat cair.
Penapis Titanium-Boron
Menambah aloi induk Al-Ti-B (biasanya 5% Ti, 1% B) menggalakkan nukleasi heterogen. Ini menghasilkan struktur butiran equiaxed yang halus. Kadar tambahan standard ialah 0.1-0.2% mengikut berat daripada jumlah cair. Penambahan berlebihan boleh menyebabkan pembentukan intermetalik TiAl3 kasar, yang bertindak sebagai penumpu tekanan dan mengurangkan hayat keletihan.
Pengubahsuaian Strontium untuk Aloi Silikon
Untuk aloi Al-Si hypoeutectic (cth., A356), pengubahsuaian strontium (Sr) mengubah eutektik silikon seperti plat kasar menjadi struktur gentian halus. Ini meningkatkan pemanjangan dan kekuatan tegangan dengan ketara. Kepekatan Sr optimum ialah 150-200 ppm . Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa Sr pudar dari semasa ke semasa; oleh itu, pengubahsuaian hendaklah dilakukan sejurus sebelum menuang, sebaik-baiknya di dalam 30-45 minit .
Penyingkiran Kemasukan dan Penapisan Leburan
Walaupun dengan pencairan yang teliti, kemasukan bukan logam seperti oksida (Al2O3) dan zarah refraktori kekal terampai dalam cair. Kemasukan ini bertindak sebagai tapak permulaan retakan dan mesti dialih keluar sebelum penuangan.
Penapis Buih Seramik (CFF)
Penapis buih seramik diletakkan di dalam sistem gating atau senduk. Mereka beroperasi melalui penapisan kedalaman, memerangkap zarah yang lebih besar daripada saiz liangnya. Saiz liang biasa ialah 10, 20, atau 30 PPI (liang per inci) . Penapis 10 PPI mengeluarkan kotoran yang besar, manakala penapis 30 PPI menangkap oksida yang lebih halus. Menggunakan sistem penapisan dwi peringkat boleh meningkatkan kebersihan sehingga 40% berbanding leburan yang tidak ditapis.
Skimming dan Menetap
Sebelum penapisan, skimming manual atau mekanikal membuang lapisan oksida pukal pada permukaan cair. Membenarkan cair mendap 10-15 minit selepas penyahgasan membolehkan kemasukan yang lebih berat tenggelam dan kotoran yang lebih ringan terapung, memudahkan penyingkiran lebih mudah. Tergesa-gesa langkah ini selalunya mengakibatkan penuangan bergelora, yang memasukkan semula oksida ke dalam aliran cecair.
Kesimpulannya, menghasilkan tuangan pelaburan aloi aluminium berkualiti tinggi memerlukan pendekatan yang berdisiplin untuk pengurusan cair. Dengan mengawal suhu, penyahgasan dengan berkesan, menapis struktur butiran dan penapisan kemasukan, pengeluar boleh memastikan sifat mekanikal yang unggul dan kadar kecacatan yang minimum.
