40 PPI Cff üreticisi: Alüminyum alaşımlı döküm külçeleri için kusur analizi ve çözümleri
Döküm alüminyum alaşımlı külçelerin üretim sürecinde, uygun olmayan bir kontrol söz konusu olduğunda, özellikle ADC12 ve A356 gibi alüminyum-silikon alaşımlarında sıklıkla çeşitli ürün kusurları ortaya çıkar.
Külçelerde kimyasal bileşenlerin ayrışması Külçelerde kimyasal bileşenlerin dengesiz dağılımı olgusuna ayrışma denir. Deforme edilmiş alüminyum alaşımlarında ayrışma, esas olarak tanecik içi ayrışma ve ters ayrışmayı içerir.
Alüminyum Alaşımlı Döküm Kütüklerinde Tanecik İçi Ayrışma
Mikro yapıda tanelerdeki kimyasal bileşimin dengesizliği olgusuna “taneler içi ayrışma” denir.
Tanecik içi ayrışmanın mikroyapısal özelliği, aşınmış tanecik içi yapının ağaç halkası şeklindeki yapıya benzemesidir. Taneciklerdeki mikro sertlik farklıdır; tanecik sınırlarının yakınındaki mikro sertlik yüksek, taneciklerin merkezindeki mikro sertlik ise düşüktür.
Tanecik içi ayrışmanın varlığı, tanecik içindeki kimyasal bileşimi ve külçenin yapısını son derece düzensiz hale getirir; bu da külçenin performansını ciddi şekilde bozar; başlıca olarak:
1. Katı çözeltili kristallerde ayrışmanın yol açtığı kimyasal bileşim düzensizliği ve dengesiz faz fazlalığı, alaşımın elektrokimyasal korozyona karşı dayanıklılığını azaltır.
2. Dengesiz ötektik veya düşük erime noktalı bileşimlerin ortaya çıkması, alaşımın erime sıcaklığını düşürür; bu da, sonraki termal deformasyon veya suyla söndürme ısıtma işlemi sırasında yerel aşırı yanma oluşumunu kolaylaştırır.
3. Tanecik içi ayrışma, sadece denge dışı fazların ortaya çıkmasına neden olmakla ve ikinci fazların sayısını artırmakla kalmaz; aynı zamanda bu düşük erime noktalı fazlar, kristal dendritlerin çevresinde sert ve kırılgan bir dendrit ağı oluşturur ve bu da külçenin plastisitesini ve işlenebilirliğini önemli ölçüde azaltır.
4. Tanecik içi ayrışmanın yol açtığı kimyasal bileşimdeki dengesizlik, yarı mamul ürüne de aktarılır ve bu da tavlama işleminden sonra işlenmiş malzemede iri tanelerin oluşmasına neden olur.
Kristal içi ayrışma, dengesiz kristalleşmeden kaynaklanır. Bu nedenle, alüminyum alaşımı sürekli dökümünün fiili üretim sürecinde, kristal içi ayrışma kaçınılmazdır. Kristal içi ayrışmayı ortadan kaldırmanın etkili bir yöntemi, külçeyi uzun süre homojenleştirmektir.
Tanecik İçi Ayrışmaya Yönelik Çözümler
1. Soğuma hızını artırın; metamorfik işleme uygulayarak taneleri ve taneler arası yapıyı inceltin ve taneler arası ayrışmanın kapsamını daraltın.
2. Tamamen zıt bir yöntem kullanarak soğuma hızını azaltın ve ayrışma derecesini düşürmek amacıyla demir, manganez ve diğer elementlerin aşırı doygunluk derecesini azaltmak için külçe dökümüne benzer bir derin sıvı boşluk dökümü gerçekleştirin.
3. Alaşımın kristal özelliklerini uygun şekilde değiştirebilecek bazı katkı maddeleri seçin. Örneğin, 3A21 alaşımına uygun miktarda demir eklenmesi, katı hal banyosundaki manganez konsantrasyonunu azaltır ve böylece tanelerdeki manganez dağılımındaki dengesizliği giderir. Gerçek üretimde, safsızlık demiri mevcut olduğunda, titanyum ilavesi, 3A21 alaşımının katı çözeltisi tanelerindeki ayrışmayı azaltmak açısından faydalıdır; çünkü titanyum ayrışmasının yönü ile manganez ayrışmasının yönü zıttır ve dendritin merkezi titanyum içerir; bu da katı tanenin merkezindeki ve kenarındaki katı eriyik konsantrasyonu arasındaki farkı azaltır.
Alüminyum Alaşımlı Döküm Külçelerinde Ters Ayrışma Kusurlarının Analizi
Kütüğün kenarındaki çözünen madde konsantrasyonunun, kütüğün merkezindeki çözünen madde konsantrasyonundan daha yüksek olması olgusuna ters ayrışma denir.
Ters ayrışmanın yapısal özellikleri, mikroyapıdan kolayca ayırt edilemez ve yalnızca kimyasal bileşim analizi yoluyla doğrulanabilir.
Alüminyum alaşımlı külçelerde görülen ters ayrışma, külçelerin ve basınçla işlenmiş ürünlerinin mekanik ve fiziksel özelliklerindeki büyük farklılıkların önemli bir nedenidir.
Ters ayrışmanın şiddetli olduğu bölgelerde, kimyasal bileşim standardın sınırlarını aşarken, mekanik özellikler de standardın üzerinde olduğu için bu malzemeler hurdaya ayrılır.
Ters ayrışma, alüminyum alaşımlı sürekli kütüklerin katılaşma sürecinde ortaya çıkan bir karışma olgusudur; bu olgu tamamen önlenemez ve yüksek sıcaklıkta homojenleştirme yoluyla da ortadan kaldırılamaz.
Ters Ayrımcılığa Yönelik Çözümler
Bununla birlikte, ters ayrışmanın oluşum kuralları ve etkileyen faktörlere göre, elementlerin ayrışması izin verilen sınırlar içinde kontrol edilebilir. Çözüm şudur:
1. Kütüğün soğuma mukavemetini artırmak.
2. Açığa çıkan sıvı yüzeyine geçiş bölgesinin eğim açısının çok büyük olmaması için uygun bir döküm hızı seçin; bu açı genellikle 60°'yi geçmemelidir.
3. Döküm sıcaklığını uygun şekilde artırın.
4. Akışı düzgün bir şekilde yönlendirmek ve kütüğün kenarına doğru akmasını sağlamak için uygun bir döküm hunisi kullanın.
Alüminyum Alaşımlı Döküm Kütüklerinde Gaz ve Metal Olmayan Kapanmalar
Metal olmayan kalıntılar (cüruf kalıntıları)
Külçenin içine karışan cüruf veya külçeye karışan diğer metal olmayan kirliliklere metal olmayan kalıntılar denir.
Kırılma özellikleri siyah şeritler veya pullar şeklinde olup, mikroyapı özellikleri ise çoğunlukla siyah, doğrusal, blok şeklinde ve topak topak dağınık dokulardan oluşur; bu dokular, alt tabakadan belirgin bir renk farkı gösterir.
Metal olmayan kalıntılar, alüminyumdan işlenmiş ürünlerde tabakaların ayrılması ve birçok yüzey kusurunun önemli bir nedenidir.
Isıl işlem ve ısıtma sırasında, metal olmayan kalıntıların varlığı ikincil gözenekliliği ve kabarcık oluşumunu tetikleyebilir.
Mekanik özellikler açısından, metal olmayan kalıntılar gerilimin yoğunlaştığı yerlerdir ve bu da alaşımın mukavemet sınırını ve uzama oranını düşürür.
Özellikle, enine uzama ve dinamik mekanik özelliklerdeki (darbe dayanımı, yorulma mukavemeti ve kırılma dayanımı) azalma daha ciddi boyuttadır.
Buna ek olarak, metalik olmayan kalıntılar da alaşımın gerilme korozyonuna karşı direncini azaltacaktır.
Külçe üzerinde yapılan düşük büyütme oranlı numune incelemelerinde genellikle metalik olmayan kalıntılar (cüruf kalıntıları) tespit edilebilir.
YS67-1993 standardına göre, tüm alaşımlı ürünlerde külçe test parçasında en fazla iki adet cüruf noktası bulunabilir ve tek bir alanın büyüklüğü 0,5 mm²’den az olmalıdır; aksi takdirde ürün reddedilir.
Metal olmayan kalıntılar (cüruf kalıntıları), alüminyum alaşımlı külçelerde en sık rastlanan atık ürünlerdir.
İstatistiklere göre, kalite açısından cüruf kalıntıları nedeniyle hurdaya ayrılan külçeler, toplam atığın 10% ila 25%’sini oluşturmaktadır. Cüruf kalıntıları genellikle döküm işlemi sırasında sıvı metal ile birlikte külçeye karışan cüruf, astar parçaları ve büyük boyutlu oksitlerden kaynaklanır.
Cüruf Katkısını Önlemenin Yolu
AdTech, aşağıdakiler gibi çevrimiçi erimiş alüminyum arıtma üniteleri sunmaktadır: hat içi gaz giderme ekipmanı, plaka tipi filtre ekipmanı. Çevrimiçi gaz giderme ünitesi iki işleve sahiptir: işleme ve ısıtma. Erimiş alüminyumdan hidrojen (H) ve cürufu giderebilir. CFF filtre ekipmanı, erimiş alüminyumdaki kalıntıları ve küçük parçacıkları filtrelemek için uygundur.
1. Bekletme süresini sağlamak için dikkatli bir şekilde arıtma yapmak ve, CFF filtresi CFF filtre ekipmanında.
2. Aktarım mesafesini mümkün olduğunca kısaltın, uygun aktarım koşulları sağlayın; metal seviyesindeki dalgalanmaları önlemek için akış kanalındaki, akış plakasındaki ve hunideki tüm açık uçları kapatın. Mümkünse aynı seviyede döküm kullanmak en iyisidir.
3. Transfer aletini iyice fırınlayın, döküm sıcaklığını uygun şekilde yükseltin, döküm işlemi sırasında cürufu dikkatlice temizleyin ve dökümden sonra fırını, akış plakasını ve diğer aletleri özenle temizleyin.
4. Temiz bir şarj kullanın.
Alüminyum Alaşımlı Döküm Kütüklerinde Oksit Tabakası Kusurlarının Analizi
YS/T417.1-1999 standardındaki tanıma göre, oksit tabakası, külçede esas olarak alüminyum oksitten oluşan metalik olmayan kalıntılar ve dışarı atılamamış gazdır (çoğunlukla hidrojen).
Bu nedenle, oksit tabakası, külçe içindeki metal olmayan kalıntıların oluşturduğu kendine özgü bir kusur türüdür; ancak cüruf kalıntısından farklıdır. Kütüğün düşük büyütme oranlı test parçası ve kırılma yapısı incelendiğinde tespit edilemez; yalnızca özel işlenmiş numuneler kullanılarak (kütük numunelerinin damgalama işlemiyle işlenmesi) tespit edilebilir.
Külçe işleme numunesinin kırık yüzeyinde bulunan oksit tabakası, kabaca üç türe ayrılabilir
Bunlardan biri, açık sarı, kahverengi veya koyu kahverengi bir tabaka halindeki oksit filmdir.
İlk tür, tabaka halindeki oksit filmine benzeyen beyaz ve parlak bir yüzeye sahip “sparkle” türüdür.
Diğer tür ise gümüş-beyaz bir parlaklığa sahip, yuvarlak veya oval şekilli “küçük parlak noktalar”dır.
Erimiş metal kristalleştiğinde, kristalleşme sonrasında dendritte oluşan mikro gözenekler, matrisin dendritleri arasında sıvı metalin yetersiz bir şekilde dolması veya dışarı atılmamış gazın (başlıca hidrojen) varlığı nedeniyle gevşek bir yapıya sahiptir.
Yetersiz dolum nedeniyle oluşan gözeneklere “büzülme boşluğu” denir; gazın neden olduğu boşluğa ise “gaz boşluğu” denir.
Gevşek makroskobik yapı, siyah iğne deliği benzeri deliklerle karakterize edilir; kırık yapısı ise pürüzlü ve yoğun olmayan bir doku ile karakterize edilir. Gevşeklik ciddi boyutta olduğunda, kırık yüzeyinde küçük, beyaz ve parlak noktalar görülür.
Mikro yapı, köşeli siyah deliklerle karakterize edilir; gevşeklik ne kadar şiddetli olursa, siyah deliklerin sayısı o kadar artar ve boyutları da o kadar büyür.
Gevşeklik, külçenin yoğunluğunu ve yüksek mukavemetli alüminyum alaşımının yoğunluğunu, özellikle de darbe dayanımını ve yanal uzama oranını düşürür.
Buna ek olarak, gevşek külçeler sıcak haddeleme ve dövme işlemleri sırasında çatlaklara neden olur ve yarı mamullerde sferoidleştirme tavlaması sırasında kabarcıklar oluşur.
Bu nedenle, külçelerin önemli bir yapısal kusuru olan gevşeklik önlenmelidir. Külçede meydana gelen gevşeklik sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. Standartta izin verilen seviyeyi aştığı takdirde, külçe reddedilecektir.
Alüminyum alaşımlı külçedeki gevşeklik derecesi, genellikle numunenin yoğunluğunun ölçülmesi ve bunun alaşımın teorik yoğunluğuyla karşılaştırılması yoluyla belirlenebilir.
Oksit Filminin Çözünmesi
Gevşemenin oluşum süreci ve etkileyen faktörlere göre, külçenin gevşemesini önlemeye yönelik yöntem şöyledir:
1. Eriyikteki gaz miktarını azaltın. Bunun için temel olarak aşağıdakileri yapmalısınız:
1. Fırın büyüktür ve orta düzeyde bir onarımdan sonra fırın iyice temizlenmelidir.
2. Rafinaj maddesinin ve döküm kalıplarının ön ısıtması ve fırınlanması eksiksiz bir şekilde yapılmalıdır.
3. Arıtma işlemi titizlikle yapılmalıdır; (4) Erimiş malzemenin fırında çok uzun süre kalmasını önlemek için.
Külçedeki geçiş bölgesinin boyutunu azaltın. Başlıca önlemler şunlardır:
Alüminyum alaşımlı sürekli kütükteki gevşeklik, her zaman geniş bir geçiş bölgesi ile birlikte eşeksenli kristal alanda dağılır ve her zaman gazla doludur. Normal koşullar altında, düz kütüğün en geniş gevşeklik alanı, geniş yüzey kabuk tabakasının 30 mm içinde görülür. Külçenin en geniş gevşeklik alanı külçenin merkezinde bulunur ve kristalleştirici yüksekliği arttıkça yanlara doğru genişler. Su besleme koşulları gevşekliğin dağılımı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir ve yukarıdaki kuralları bozarak yerel alanlarda maksimum gevşekliğe neden olabilir.