Kvaliteten på gjutning av aluminiumlegering bestäms i grunden av smältans integritet. För att uppnå en smälta med hög integritet krävs exakt kontroll över temperatur, kemisk sammansättning och gasinnehåll. Det primära målet är att producera en ren, homogen flytande metall fri från oxider, väteporositet och inneslutningar innan den kommer in i det keramiska skalet.
För gjuteriingenjörer och metallurger är det avgörande det smältberedning står för över 60 % av de slutliga gjutdefekterna . Korrekt avgasning, kornförfining och strikt temperaturhantering mellan 700°C och 760°C är icke förhandlingsbara steg. Att försumma dessa parametrar leder till minskade mekaniska egenskaper, dålig ytfinish och ökad avvisningsfrekvens i flyg- och biltillämpningar.
Val av smältugn och temperaturkontroll
Valet av smältugn påverkar avsevärt renheten hos aluminiumlegeringen. Induktionsugnar föredras för investeringsgjutning på grund av deras snabba uppvärmningsförmåga och elektromagnetiska omrörning, vilket främjar homogenitet. Däremot kan överdriven omrörning dra in luft, vilket leder till oxidbildning.
Optimala smälttemperaturer
Aluminiumlegeringar smälter vanligtvis runt 660°C, men gjuttemperaturerna för investeringsgjutning måste vara högre för att säkerställa flytbarhet i komplexa keramiska formar. Det ideala hällområdet är 700°C till 760°C . Att överskrida 800°C ökar dramatiskt vätelösligheten och oxidationshastigheten. För varje 10°C ökning över 760°C kan väteabsorptionen öka med 15-20 % , vilket leder till allvarliga porositetsproblem vid stelning.
Degelmaterialkompatibilitet
Att använda kiselkarbid (SiC) eller grafit-lerdeglar är standard. Dessa material måste beläggas med en skyddande glasyr för att förhindra reaktion med det smälta aluminiumet. En komprometterad degelfoder introducerar järn- och kiselföroreningar, vilket förändrar legeringens mekaniska egenskaper. Regelbunden inspektion och byte av deglar varje 50-100 smälter rekommenderas för att bibehålla konsistensen.
Avgasnings- och väteborttagningstekniker
Väte är den enda gasen med betydande löslighet i smält aluminium. När metallen stelnar fälls väte ut och bildar porer som försvagar gjutgodset. Effektiv avgasning är därför det mest kritiska steget vid smältberedning.
Roterande avgasning med argon/kväve
Branschstandarden för högkvalitativ investeringsgjutning är roterande pumphjulsavgasning. En grafitrotor snurrar kl 300-500 RPM samtidigt som inert gas (argon eller kväve) sprutas in i smältan. Detta skapar fina bubblor som fångar väte via diffusion. Processen varar vanligtvis 10-15 minuter och kan minska vätenivåerna från 0,30 ml/100g till under 0,10 ml/100g .
Fasta avgasningstabletter
För mindre gjuterier är hexakloretanbaserade tabletter ett alternativ. När de är nedsänkta frigör de klorgas, som reagerar med väte för att bilda HCl-gas. Även om den är effektiv, producerar denna metod giftiga ångor och lämnar saltslaggrester som måste skummas. Det är mindre konsekvent än roterande avgasning och rekommenderas i allmänhet inte för komponenter av flyg- och rymdkvalitet.
| Metod | Effektivitet | Miljöpåverkan | Konsekvens |
|---|---|---|---|
| Roterande inert gas | Hög (>90 %) | Låg (Ej giftig) | Utmärkt |
| Klortabletter | Medium (70–80 %) | Hög (giftiga ångor) | Variabel |
| Vakuumavgasning | Mycket hög (>95 %) | Inga | Utmärkt |
Kornförfining och modifiering
Mikrostrukturen hos den stelnade aluminiumlegeringen dikterar dess mekaniska prestanda. Grova korn leder till dålig duktilitet och ökad känslighet för varmrivning. Kornförfining och modifiering är väsentliga metallurgiska behandlingar som utförs under smältstadiet.
Titan-bor raffinörer
Tillsats av Al-Ti-B masterlegeringar (vanligtvis 5% Ti, 1% B) främjar heterogen kärnbildning. Detta resulterar i en fin likaxlig kornstruktur. Standardtillsatsen är 0,1-0,2 viktprocent av den totala smältan. Övertillsats kan leda till bildning av grova TiAl3-intermetaller, som fungerar som spänningskoncentratorer och minskar utmattningslivslängden.
Strontiummodifiering för kisellegeringar
För hypoeutektiska Al-Si-legeringar (t.ex. A356), omvandlar strontium (Sr) modifiering den grova plattliknande kiseleutektiken till en fin fibrös struktur. Detta förbättrar avsevärt töjning och draghållfasthet. Den optimala Sr-koncentrationen är 150-200 ppm . Det är avgörande att notera att Sr bleknar med tiden; därför bör modifiering utföras omedelbart före hällning, helst inomhus 30-45 minuter .
Inklusionsborttagning och smältfiltrering
Även vid noggrann smältning förblir icke-metalliska inneslutningar såsom oxider (Al2O3) och eldfasta partiklar suspenderade i smältan. Dessa inneslutningar fungerar som initieringsställen för sprickor och måste avlägsnas före gjutning.
Keramiska skumfilter (CFF)
Keramiska skumfilter placeras i grindsystemet eller skänken. De fungerar via djupfiltrering och fångar upp partiklar som är större än deras porstorlek. Vanliga porstorlekar är 10, 20 eller 30 PPI (porer per tum) . Ett 10 PPI-filter tar bort stora slagg, medan ett 30 PPI-filter fångar upp finare oxider. Att använda ett tvåstegsfiltreringssystem kan förbättra renheten med upp till 40 % jämfört med ofiltrerade smältor.
Skimming och Settling
Före filtrering tar manuell eller mekanisk skumning bort bulkoxidskiktet på smältytan. Låt smältan nöja sig med 10-15 minuter Efter avgasning kan tyngre inneslutningar sjunka och lättare slagg att flyta, vilket underlättar borttagningen. Att skynda på det här steget resulterar ofta i turbulent hällning, vilket återinför oxider i vätskeströmmen.
Sammanfattningsvis, att producera högkvalitativa investeringsgjutgods av aluminiumlegeringar kräver ett disciplinerat tillvägagångssätt för smälthantering. Genom att kontrollera temperaturen, effektivt avgasa, förfina kornstrukturen och filtrera inneslutningar kan tillverkare säkerställa överlägsna mekaniska egenskaper och minimala defekter.
