Kaip pagaminti aliuminio ir vario lydinius
Pendahuluanas
Lydinys – tai medžiaga, pagaminta sujungiant du ar daugiau metalinių elementų (arba metalus su kitais elementais), siekiant gauti geresnes savybes nei grynas metalas. Vienas iš pramonėje plačiai naudojamų lydinių yra aliuminio (Al) ir vario (Cu) lydinys. Šis lydinys žinomas dėl patrauklaus savybių derinio: aliuminis yra lengvas ir atsparus korozijai, o varis – didesnis stiprumas, kietumas ir atsparumas dilimui. Pramoninėje praktikoje Al-Cu lydiniai labai dažnai naudojami orlaivių komponentuose, automobilių komponentuose, inžinerinėje įrangoje ir konstrukcijose, kurioms reikalingas didelis stiprumo ir svorio santykis.
Šiame straipsnyje aptariamas bendras aliuminio ir vario lydinių gamybos procesas, pradedant medžiagų paruošimu, lydymu, maišymu, liejimu ir baigiant terminiu apdorojimu, siekiant optimalių mechaninių savybių.
-
1. Pagrindiniai aliuminio ir vario lydinių principai
Aliuminis ir varis gali sudaryti lydinius su labai įvairia sudėtimi. Al-Cu sistemoje vario paprastai pridedama tam tikru diapazonu (pvz., apie 2–10 % Cu daugelyje inžinerinių lydinių), nes kontroliuojamas Cu pridėjimas gali padidinti stiprumą per kietėjimo kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant kietėjant nusodinimo būdu.
Tačiau Al-Cu lydiniai taip pat kelia iššūkių: varis gali sumažinti aliuminio atsparumą korozijai, jei jis nėra tinkamai apsaugotas arba apdorojamas, o lydymo procesas turi būti kontroliuojamas, siekiant užtikrinti homogeninį mišinį ir sumažinti tokius defektus kaip poringumas ir oksidų intarpai.
-
2. Reikalingos medžiagos ir įranga
a. Medžiagos
1. Grynas aliuminis arba aliuminio luitas (pvz., 99 % aliuminio arba bazinis aliuminio lydinys, jei reikia).
2. Grynas varis (vario strypas / milteliai / luitas).
3. Fliusas (valymo priemonė), padedanti surišti oksidus ir nešvarumus išlydytame metale.
4. Inertinės dujos (nebūtina), pvz., argonas arba azotas, oksidacijai sumažinti lydymo ir degazavimo metu.
b. Įranga
1. Lydymo krosnis: gali būti elektrinė, indukcinė arba dujinė krosnis.
2. Tiglis (lydymosi indas), pagamintas iš grafito arba karščiui atsparios medžiagos.
3. Termoelementas / temperatūros matavimo prietaisas temperatūros kontrolei.
4. Metalinis maišiklis arba grafito strypas homogenizavimui.
5. Forma: smėlis, ilgalaikis metalas arba investicinė forma, priklausomai nuo paskirties.
6. Apsaugos priemonės: karščiui atsparios pirštinės, veido skydelis, prijuostė, apsauginiai batai.
-
3. Paruošimo etapas prieš lydymą
a. Nustatykite lydinio sudėtį
Pirmasis žingsnis – nustatyti Al-Cu sudėtį pagal reikiamas galutines savybes. Pavyzdžiui, jei norima žymiai padidinti stiprumą, Cu procentą galima padidinti, tačiau atsižvelgiant į šalutinį poveikį, pvz., sumažėjusį atsparumą korozijai ir galimą padidėjusį trapumą tam tikromis sąlygomis.
b. Žaliavų valymas
Aliuminį ir varį reikia valyti nuo alyvos, dulkių, tirštų oksidų ar kitų teršalų. Užterštumas gali sukelti liejimo defektus, tokius kaip poringumą, įtrūkimus ar intarpus.
c. Paruoškite formą
Forma turi būti sausa ir, jei reikia, pašildyta, kad sumažėtų terminis šokas ir būtų lengviau tekėti išlydytam metalui. Drėgna forma gali sukelti kenksmingų vandens garų susidarymą ir padidinti porų atsiradimą liejinyje.
-
4. Lydymo ir maišymo procesas
a. Aliuminio lydymas
Paprastai aliuminis pirmiausia išlydomas, nes jo lydymosi temperatūra yra žemesnė (apie 660 °C) nei vario (apie 1085 °C). Praktiškai aliuminis kaitinamas virš lydymosi temperatūros ir pasiekia tam tikrą darbo temperatūrą (paprastai nuo kelių dešimčių iki šimtų laipsnių virš 660 °C, priklausomai nuo masto ir liejimo technikos), kad jis taptų pakankamai skystas ir lengvai maišomas.
b. Vario pridėjimas
Varį galima pridėti po to, kai aliuminis visiškai išsilydo. Kadangi varį sunkiau tirpinti per žemoje temperatūroje, lydymosi temperatūra paprastai palaikoma pakankamai aukšta, kad varis greitai ištirptų ir lydinys taptų homogeniškas. Įpilama lėtai, kad būtų išvengta staigaus temperatūros kritimo ir sumažintas oksidavimas.
Kai kuriais atvejais varis gali būti pridėtas šiomis formomis:
– Maži luitai, skirti greitai ištirpti, arba
– Pagrindinis lydinys (lydinys tarp aliuminio ir didelio Cu kiekio), skirtas palengvinti tirpimą ir pagreitinti homogenizaciją.
c. Maišymas ir homogenizavimas
Įpylus varį, išlydytas metalas maišomas grafito lazdele arba specialiu maišytuvu. Tai užtikrina tolygų vario pasiskirstymą ir apsaugo nuo segregacijos (sudėtinio atsiskyrimo), kuris gali atsirasti lydiniui vėstant.
d. Fliusavimas ir degazavimas
Oksidacija yra dažna aliuminio lydymo problema, nes aliuminis lengvai sudaro oksido sluoksnį. Fliusas naudojamas oksidui ir priemaišoms surišti, kad jas būtų galima atskirti kaip šlaką. Be to, išlydytas aliuminis lengvai sugeria vandenilį, kuris sukietėjęs gali sukelti poringumą. Todėl degazavimo procesas (ištirpusių dujų pašalinimas) kartais atliekamas naudojant inertines dujas, tokias kaip argonas, barbotuojamas per išlydytą metalą.
-
5. Liejimas (liejimas) į formą
a. Nugriebimas (šlako pašalinimas)
Prieš pilant, nuo išlydyto metalo paviršiaus nuvalomos (nugriebiamos) nuosėdos/šlakas, kad liejinyje būtų mažiau intarpų.
b. Kontroliuojamas pilstymas
Išlydytas metalas pilamas į formą pastoviu greičiu. Per greitas pilant gali sukelti turbulenciją, įstrigti oras ir padidėti poringumas. Per lėtas pilant kyla pavojus užsikimšti (metalas sukietėja, kol formos ertmė visiškai neužsipildo).
c. Aušinimas ir užšaldymas
Išliejus, metalas sukietėja. Aušinimo greitis turi įtakos grūdelių dydžiui ir mechaninėms savybėms. Greitas aušinimas paprastai lemia smulkesnius grūdelius, kurie dažnai koreliuoja su padidėjusiu stiprumu, tačiau jį reikia kontroliuoti, kad būtų išvengta liekamųjų įtempių ir įtrūkimų.
-
6. Liejimo procesas
a. Pelėsio šalinimas ir valymas
Liejimas išimamas iš formos ir nuvalomas nuo bet kokio likusio smėlio ar formavimo medžiagos. Nupjaunami sklendės ir klojinys.
b. Terminis apdorojimas (terminis apdorojimas)
Daugeliui Al-Cu lydinių stiprumui padidinti naudojamas terminis apdorojimas, daugiausia taikant grūdinimą krituliais. Įprasti etapai:
1. Tirpalo terminis apdorojimas: lydinio kaitinimas taip, kad Cu ištirptų aliuminio matricoje.
2. Grūdinimas: greitas aušinimas, siekiant „užrakinti“ persotintą kietą tirpalą.
3. Sendinimas: kaitinimas tam tikroje temperatūroje (arba palikimas kambario temperatūroje natūraliam senėjimui), kad susidarytų smulkios nuosėdos, kurios sustiprina medžiagą.
Temperatūros ir laiko parametrai labai priklauso nuo lydinio sudėties ir tikslinių savybių (stiprio, tąsumo, tvirtumo).
c. Apdailos procesas
Priklausomai nuo poreikių, lydinys gali būti apdorojamas:
– Mechaninis apdirbimas
– Poliravimas
– Dengimas / anodavimas, siekiant pagerinti atsparumą korozijai (nors Al-Cu lydiniai ne visada idealiai tinka anodavimui kaip kiti Al lydiniai, priklausomai nuo Cu kiekio).
-
7. Dažniausios problemos ir kaip jas įveikti
1. Vandenilio sukeltas poringumas: įveikiamas degazuojant ir palaikant išlydyto metalo švarą.
2. Oksidų intarpai: sumažinami srautu, nugriebimu ir neturbulentiniu pilant.
3. Sudėties segregacija: išvengiama tinkamai maišant ir kontroliuojant aušinimą.
4. Karštas krekingas: kontroliuojamas geru liejimo būdu, tinkama sudėtimi ir aušinimo greičio valdymu.
-
Išvada
Aliuminio ir vario lydinių gamyba iš esmės apima medžiagų paruošimą, aliuminio lydymą, vario pridėjimą, homogenizavimą, dujų šalinimą, liejimą ir terminį apdorojimą, siekiant optimizuoti mechanines savybes. Sėkmingo proceso raktas yra temperatūros kontrolė, išlydyto metalo švara, tinkami liejimo būdai ir tinkamo terminio apdorojimo pasirinkimas. Taikant tinkamas procedūras, Al-Cu lydiniai gali būti naudojami tvirtoms, santykinai lengvoms ir didelės vertės medžiagoms, skirtoms įvairioms inžinerinėms ir pramoninėms reikmėms.
Jei pageidaujate, galiu pritaikyti šį straipsnį į techninę versiją (su konkrečių lydinių sudėčių ir jų terminio apdorojimo parametrų pavyzdžiais) arba paprastesnę versiją mokykliniam pranešimui.
