ذوبان سبائك الألومنيوم. مثال على ذوبان سبيكة AL2 (AK12)

سبائك الألومنيوم هي إحدى الفئات الرئيسية للمعادن الخفيفة المستخدمة على نطاق واسع في مختلف الصناعات. أكثرها شيوعًا هي سبائك الصب AK12. من أجل الاستخدام العملي الناجح للمعادن ، يحتاج المتخصصون إلى أن يكونوا قادرين على إدارة المعلومات بشكل صحيح حول الغرض منها وتكوينها وخصائصها.

السبيكة المميزة

في مختلف مجالات الصناعة ، إلى جانب السبائك عالية القوة القائمة على المعادن الحديدية (الصلب والحديد الزهر) ، تُستخدم المركبات الخفيفة القائمة على الألومنيوم والسيليكون - السيلومين - على نطاق واسع. إنها أكثر متانة ومقاومة للتآكل من الألمنيوم النقي ، ولكنها إلى حد ما أدنى من مركبات الألومنيوم والنحاس.

تعد AK12 واحدة من أكثر سبائك الألومنيوم والسيليكون شيوعًا. إنه ينتمي إلى فئة المسبك.

حسب التصنيف القديم تم تمييزه بأحرف AL - cast aluminium.

يمكن تقسيم خصائص AK12 إلى ثلاث مجموعات:

بدني

السعة الحرارية النوعية - 838 J / (كجم * حائل) ؛
معامل المرونة - 0.7 ميجا باسكال ؛
الكثافة - 2650 كجم / م 3 ؛
معامل التمدد الحراري - 21.1 1 / درجة ؛
مقاومة كهربائية محددة - 54.8 أوم * م.

ميكانيكي

صلابة برينل - HB 10-1 = 50 ميجا باسكال ؛
قوة الشد عند الصب في قالب أو تحت الضغط - 147-157 ميجا باسكال ؛
الاستطالة النسبية أثناء صب القالب - 2-3٪ ؛
الاستطالة النسبية أثناء القولبة بالحقن - 1-2٪.

مسبك وتكنولوجي

معامل الانكماش الخطي - 0.8٪.

السيلومين محكم الإغلاق ومقاوم للغاية للتآكل. في سبيكة AK12 المستخدمة في مياه البحر ، يجب ألا تتجاوز نسبة النحاس وفقًا لمتطلبات المعيار 0.3٪. تُظهر السبيكة خصائص ممتازة مضادة للتآكل في بيئات أخرى:

تحت الحموضة.
قلوية.
في ظروف الرطوبة العالية.

تشمل الخصائص السلبية لسبائك AK12 ما يلي: - هشاشة أثناء المعالجة.

مسامية عالية
هيكل سهل الانصهار الحبيبات من المسبوكات ؛
عتبة منخفضة من النشاط البدني.

من المستحيل تحقيق زيادة في القوة عن طريق المعالجة الحرارية (التبريد) لمسبوكات السبائك.

التركيب الكيميائي

وفقًا لـ GOST 1583-93 "سبائك الألومنيوم" AK12 لديها التركيب الكيميائي التالي:

1. المعادن الأساسية

ألومنيوم - 84.3-90٪.
السيليكون - 10-13٪.

2. الشوائب

الحديد - حتى 1.5٪
النحاس - حتى 0.6٪
المنجنيز - ما يصل إلى 0.5٪
الزنك - ما يصل إلى 0.3٪
المغنيسيوم والتيتانيوم - حتى 0.1٪

حققت السبيكة أداءً ميكانيكيًا عاليًا بعد التعديل بإضافات كيميائية:

صوديوم؛
البوتاسيوم.
الليثيوم.

في بعض الحالات ، يمكن أيضًا استخدام أملاح العناصر الكيميائية المذكورة أعلاه. لا تتجاوز نسبة المعدلات في تكوين السبيكة 0.01٪. والغرض منها هو زيادة مؤشر اللدونة أثناء الصب عن طريق ربط ذرات السيليكون.

بالإضافة إلى المعدلات التقليدية ، أصبحت تقنية إضافة المركبات القائمة على السترونشيوم ، والتي تقاوم النفايات ، مستخدمة على نطاق واسع مؤخرًا. كما أن إضافته لا تؤدي إلى زيادة انكماش الغاز ومسامية الصب. يحتفظ AK12 مع إضافة السترونشيوم بهيكله الفيزيائي والكيميائي بعد إعادة الصهر المتكرر.

التطبيق العملي لسبائك AK12

نظرًا لمؤشر السيولة العالي ، تُستخدم السبيكة على نطاق واسع في إنتاج الأجزاء العاملة في بيئة ذات درجات حرارة تصل إلى 200 درجة مئوية. تصنع مصبوبات السيليكون بثلاث طرق:

تحت الضغط.
باستخدام قالب الصب المعدني (قالب البرد).
باستخدام قالب رملي.

الشكل الأكثر طلبًا للمسبوكات الجاهزة من AK12 في السوق هو سبائك يصل وزنها إلى 15 كجم.

وفقًا لمتطلبات المعيار ، يتم تطبيق المعلومات التالية على الصب عن طريق البصمة:

اسم سبيكة
عدد الذوبان
وزن.

يجب أن تكون العبوة مصحوبة بشهادة توضح التركيب الكيميائي الدقيق للسبيكة.

مجالات التطبيق وخط إنتاج AK12 واسعة للغاية:

صناعة السيارات وصناعة الطائرات - كتل الأسطوانات والمكابس وأغلفة المرافق.
الإسكان والخدمات المجتمعية - صمامات لأعمال السباكة ، ومبادلات حرارية لأجهزة التدفئة.
بعض أنواع أدوات المطبخ مصنوعة من مادة السيليكون.

مع السيليكون ونسبة قليلة من المغنيسيوم وكذلك الشوائب الأخرى. تتميز Silumins بانكماش الصب المنخفض ، والضيق ، ومقاومة التآكل والصلابة العالية مقارنة بسبائك Al الأخرى. ومع ذلك ، لا تُظهر جميع السيلومين صفاتها بنفس الطريقة وتتصرف بشكل مختلف في ظل ظروف زيادة الحمل ، وفي مياه البحر ودرجات الحرارة المرتفعة.

يمكنك الشراء منا:

سبائك AK12pch (نقاوة عالية).

التركيب الكيميائي والخصائص الميكانيكية لـ AK12

نظرًا لأن AK12 عبارة عن سبيكة من الألومنيوم المصبوب ، فإن التركيب الكيميائي ومعلومات مهمة أخرى عنها مذكورة في GOST 1583-93.

الصب والخصائص التكنولوجية

تتميز قضبان AK12 في عدد من كتل الألمنيوم الأخرى بانكماش صب منخفض بنسبة 0.8٪ وسيولة عالية في الحالة السائلة وكثافة منخفضة. بالإضافة إلى ذلك ، أثناء الصب ، لا تتكسر هذه المادة. ومع ذلك ، فإن قوة هذا السيلومين على المدى القصير أقل ، وبالتالي فإن نطاق تطبيقه يقتصر على الأجزاء التي تعمل تحت حمولة صغيرة.

يتم الحصول على المصبوبات من AK12 مع الحد الأدنى من انكماش الصب ، ولها كثافة جيدة وضيق عالٍ. لا تتقلب قوة الأجزاء كثيرًا إلى أسفل عند صب المنتجات ذات الجدران السميكة. مقاومة التآكل في الماء العادي والجو جيدة. قابلية اللحام AK12 - بدون قيود بواسطة قوس الأرجون أو اللحام النقطي ، مع المؤهلات الكافية للحام. سنصف تطبيق هذه المادة بمزيد من التفصيل أدناه.

الميزات التشغيلية AK12

وتجدر الإشارة إلى أن الأجزاء المصنوعة من هذه السبيكة غير مصممة للعمل في مياه البحر. والسبب في ذلك هو ارتفاع نسبة النحاس في تركيبته. يبلغ محتوى النحاس في AK12 حوالي 0.6٪ ، وللاستخدام في مياه البحر ، يتم استخدام سبائك الألومنيوم التي يقل محتوى النحاس فيها عن 0.3٪. لذلك ، لا يوصى باستخدام AK12 لهذه الأغراض.

بالنسبة لنظام درجة حرارة التشغيل ، فإن العديد من السيلومين عبارة عن سبائك مطورة ومقاومة للحرارة ، لكن AK12 تحتل مكانة خاصة بين السيلومين الأخرى. يمكن استخدامه أيضًا للتزوير ، ولكن لا يمكن استخدام الأجزاء المصنوعة منه في درجات حرارة أعلى من 200 درجة مئوية. بعد درجة الحرارة هذه ، ستبدأ السبيكة في فقدان مقاومة التآكل والقوة. هذه التغييرات لا رجعة فيها.

منتجات من AK12 silumin

نظرًا للسيولة الجيدة ، عدم النفاذية ، مقاومة التآكل ، يوصى باستخدام هذه المادة لصب أجزاء من الآلات والمعدات والأجهزة ذات الشكل المعقد. ومع ذلك ، فإن هشاشة هذه السبيكة لا تسمح باستخدامها في صب الأجزاء المهمة التي تعمل تحت الحمل.

يستخدم AK12 في صب الأجزاء في قالب البرد ، قوالب الرمل ، تحت الضغط ، وفقًا للنماذج ، في قوالب على شكل قذائف. تصنع منه أغطية المضخات وأجزاء المحرك والمعدات والأجهزة المنزلية. في أمور أخرى ، يتم إنتاج المنتجات الغذائية أيضًا من السيلومين من هذه العلامة التجارية عالية النقاء ، ولكن فقط بإذن خاص: المراجل ، الأواني ، إلخ. من الممكن أيضًا استخدامه في تجارة الأسلحة.

الملفات: 1 ملف

تستخدم المعادن النقية والمرتجعات والنفايات من نفس تركيبة السبيكة المحضرة كمواد شحن أثناء الصهر ، و

وكذلك نفايات السبائك الأخرى. يتم تحديد اختيار مواد الشحن ،

بالإضافة إلى إمكانية الحصول على سبيكة من تركيبة معينة منها ، فضلاً عن البيانات الفنية والاقتصادية: مدى توفر المادة ، وسعرها ، وإمكانية المعالجة في وحدة الصهر المحددة.

العائدات والنفايات لها أقل سعر. ومع ذلك ، فهي ، كقاعدة عامة ، ملوثة بالشوائب ، لذلك من المستحيل تعويض الشحنة الكاملة منها ، لأن إزالة الشوائب أثناء الانصهار بعيدة كل البعد عن كونها ممكنة وملائمة. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما تحتوي النفايات والمرتجعات على شوائب لا يمكن اكتشافها تؤدي إلى تدهور خصائص المعدن. في هذا الصدد ، غالبًا ما يتم تحديد حصة النفايات والعوائد في الرسوم من شرط المحتوى المسموح به لشوائب محددة.

يتم تحديد كمية المواد المشحونة عن طريق حساب الشحنة. يأخذ الحساب في الاعتبار الخسارة المتوقعة للمعادن. لحساب الشحنة ، من الضروري ، ربما ، إجراء تحليل كيميائي أكثر اكتمالا لجميع المواد المشحونة. يوجد أدناه الحساب الحسابي للتهمة.

تقنية الصهر: اعتمادًا على حجم وخصائص الإنتاج ، يتم صهر سبائك الألومنيوم المصبوبة في أفران ذات بوتقة وانعكاسية تعمل بالكهرباء أو الوقود السائل أو الغازي. أفران الحث الكهربائية المستخدمة على نطاق واسع بشكل خاص.

يجب أن يتوافق التركيب الكيميائي للمعادن الأولية والسبائك الثانوية والأربطة مع متطلبات GOST أو TU. عادة ما يتم استخدام ما يلي كرسوم:

ماركة Silumin SIL1 (12٪ Si ، بقية Al) (GOST2685-89) ؛
رباط النحاس (57.5٪ Al).

يجب ألا تكون شحنة صهر سبائك الألومنيوم مبللة وملوثة بالزيت أو المستحلب أو التراب. يجب تسخين جميع مكونات الشحنة التي يتم إدخالها في المعدن السائل إلى 150 ... 200 درجة مئوية لتجنب انبعاثات المعادن. يشمل تكوين الشحنة سبائك الألومنيوم الأولية والسبائك الثانوية والعودة والنفايات. يتم إدخال العناصر المؤكسدة بسهولة في شكل أربطة من أجل تسهيل انحلالها وتقليل النفايات. من الأفضل أن يتم صهر الأربطة في أفران بوتقة الحث.

للراحة والوضوح ، نحسب 100 كجم من السبائك.

حساب الشحنة باستخدام السبيكة الرئيسية دون مراعاة محتوى الشوائب: تُعطى لتحضير 1000 كجم من سبيكة AK12M2 ، متوسط التركيب الكيميائي للسبيكة هو Si = 11-13٪ ؛ النحاس = 1.5-3٪ ؛ Fe = 1٪ شوائب 1٪ ؛ سورة - البقية.

سبائك جواز السفر العلامة التجارية A0 (GOST 11069-01) ؛
ماركة Silumin SIL00 (13٪ Si ، بقية Al) (GOST2685-89) ؛
ضمد Al-Cu (57.5Cu) ؛

4) سيتم إجراء الصهر في فرن البوتقة. فقدان المكونات: 1٪ Al ؛ 1٪ سي ؛ 1٪ حديد 1.5٪ نحاس ؛

أ) الألومنيوم (84 × 100) / (100-1) = 84.8 كجم ؛

ب) السيليكون (12 × 100) / (100-1) = 12.12 كجم ؛

ج) النحاس (2 × 100) / (100-1.5) = 2.03 كجم ؛

د) الحديد (1 × 100) / (100-1) = 1.01 كجم ؛

2. حدد المبلغ المطلوب من AO:

82.06 / (99/100) = 82.88 كجم ؛

ب) ماركة silumin SIL1. يتم الحساب للسيليكون:

(13 × 93.23) / 100 = 12.12 كجم

ج) رباط النحاس:

(42.5 × 4.77) / 100 = 2.02 كجم

3. تحديد كمية الألمنيوم التي يجب إدخالها بشكلها النقي:

يتم تقديم كل حرف Al في شكل حروف مركبة. يمكن استخدام سبيكة الألومنيوم لضبط تكوين السبيكة.

5. نحدد كتلة كل مكون من مكونات شحنة ذوبان واحد من السبيكة (10000 كجم):

سبائك جواز السفر ماركة A0 8288kg

Silumin ماركة SIL00 93 23 كجم

رباط النحاس 477 كجم

5. حساب كمية الحرارة المطلوبة لتسخين 1 طن من السبيكة والذوبان والتسخين الزائد لدرجة حرارة الصب.

مقدار الحرارة المفيدة التي يتم إنفاقها على التسخين ، والذوبان ، والسخونة الزائدة للذوبان إلى درجة حرارة معينة ، kJ

Qtot = Qraz + Qpl + Qper

حيث Q أضعاف كمية الحرارة المطلوبة لتسخين السبيكة إلى درجة حرارة ، kJ ؛

Qpl هو مقدار الحرارة التي يتم إنفاقها على صهر المعدن ، kJ ؛

Qper هو مقدار الحرارة التي يتم إنفاقها لتسخين الذوبان بدرجة حرارة معينة ، kJ.

أ) تحديد كمية الحرارة المطلوبة لتسخين السبيكة لدرجة حرارة:

حيث M هي كتلة المعدن ،

Ctv - متوسط السعة الحرارية للسبائك الصلبة ،

من قانون Dulong-Petit

213.125 كيلو كالوري / (كغم C)

Stv = 213.125 × 4.18 = 890.9 جول / (كجم × ج)

تسول - نقطة الانصهار ، تسول = 560 درجة مئوية ؛

درجة حرارة السبيكة الأولية ، t0 = 20 درجة مئوية

Qtime \ u003d Ctv M (tsol - t0) = 890.9 × 1000 (560-20) = 481086 كيلو جول

ب) تحديد مقدار الحرارة المصروفة على صهر المعدن:

أين هو متوسط الحرارة الكامنة لانصهار السبيكة ، kJ / kg

Qpl \ u003d q M \ u003d \ u003d 550.82 × 1000 \ u003d 550820 كيلو جول

ج) تحديد كمية الحرارة التي يتم إنفاقها على التسخين الزائد للذوبان لدرجة حرارة معينة:

أين هو متوسط السعة الحرارية للسبائك السائلة ،

من قانون Dulong-Petit للحالة السائلة:

= (0.22 + 0.03 + 0.002) * 1000 = 252 كيلو كالوري / (كجم × ج)

Ctv = 252 kcal / (kg × C) = 4.18 × 252 = 1053.36 J / (kg C)

درجة حرارة الانهاك ، C ؛

Qtrans \ u003d Czh M (tli - tlik) = 1053.36 × 1000 (720-640) = 84269 كيلو جول.

د) إجمالي كمية الحرارة المطلوبة للتسخين والذوبان والسخونة الزائدة لـ 1000 كجم من السبائك:

Qgen = Qraz + Qpl + Qper = 481086 + 550850 + 84269 = 1116205 كيلوجول

6. اختيار وحدة الصهر وتطوير تقنية تحضير السبيكة.

6.1 اختيار وحدة الصهر وخصائصها.

لإنتاج سبائك الألومنيوم ، يتم استخدام أفران مختلفة. يتم اختيار الفرن اعتمادًا على حجم الإنتاج ومتطلبات جودة المعدن المصهور وعدد من العوامل الأخرى.

وفقًا لنوع الطاقة المستخدمة لصهر السبائك ، يتم تقسيم جميع أفران الصهر إلى وقود وكهرباء. تنقسم أفران الوقود إلى حمام بوتقة وعاكس وعمودي. تصنف الأفران الكهربائية حسب طريقة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية. في المسابك ، يتم استخدام أفران المقاومة والحث والقوس الكهربائي وشعاع الإلكترون وأفران البلازما.

في أفران المقاومة الكهربائية ، يتم تسخين الشحنة وصهرها بسبب الطاقة الحرارية القادمة من عناصر التسخين الكهربائية المثبتة في سقف أو جدران فرن الصهر. تستخدم هذه الأفران لصهر سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والزنك والقصدير والرصاص.

وفقًا لمبدأ التشغيل والتصميم ، يتم تقسيم أفران الحث إلى بوتقة وقناة ، وتصنف أفران البوتقة ، اعتمادًا على تردد تيار الإمداد ، إلى أفران ذات تردد متزايد وصناعي (50 لكل / ثانية).

بغض النظر عن تردد تيار الإمداد ، يعتمد مبدأ تشغيل جميع أفران بوتقة الحث على تحريض الطاقة الكهرومغناطيسية في المعدن المسخن (تيارات فوكو) و

تحويلها إلى حرارة. عند الصهر في المعدن أو البوتقات الأخرى المصنوعة من مواد موصلة للكهرباء ، يتم نقل الطاقة الحرارية إلى المعدن المسخن أيضًا عن طريق جدران البوتقة. تستخدم أفران بوتقة الحث لصهر الألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس وسبائك النيكل ، وكذلك الفولاذ والحديد المصبوب.

لتحضير سبيكة AK12M2 ، نختار فرن البوتقة التعريفي من العلامة التجارية IAT-1.

تتراوح قدرة أفران البوتقة من كسور الكيلوغرام (أفران المختبر) إلى عدة عشرات من الأطنان.

مزايا أفران الحث ذات البوتقة:

1) تم تحقيق الأداء العالي بسبب القيم العالية لكثافة الطاقة ؛

2) الدوران المكثف للذوبان في البوتقة ، مما يضمن معادلة درجة الحرارة فوق حجم الحمام والحصول على التركيب الكيميائي المتجانس للسبائك ؛

3) إمكانية الانتقال السريع من صهر سبيكة من درجة إلى أخرى ؛

4) الاستخدام الواسع (حتى 100٪) للمواد منخفضة الجودة في الشحن - الرقائق والنفايات ؛

5) إمكانية الصهر عند أي ضغط (أفران مفرغة) وفي أي جو (مؤكسد ، مختزل ، متعادل) ؛

6) بساطة وراحة صيانة الفرن والتحكم فيه وتنظيم عملية الصهر ؛ فرص كثيرة لميكنة وأتمتة تحميل الشحنة وصب المعادن ، وظروف صحية وصحية جيدة.

تشمل عيوب أفران البوتقة المتانة المنخفضة لبطانة البوتقة ودرجة حرارة المعدن المنخفضة نسبيًا على سطح الحمام السائل ، مما لا يسمح بالاستخدام الفعال للتدفقات للمعالجة المعدنية للسبائك. ومع ذلك ، فإن مزايا أفران البوتقة مهمة جدًا لدرجة أنها أصبحت أكثر انتشارًا. توجد أفران مفتوحة (تذوب في الهواء) وفراغ (صهر في الفراغ).

لصهر سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم والنحاس ، يتم استخدام أفران بوتقة الحث المكشوفة ذات التردد الصناعي بسعة تتراوح من 0.4-1.0 إلى 25-60 طنًا وبسعة 0.5-6.0 طن من المعدن السائل في الساعة. بغض النظر عن درجة السبيكة التي يتم صهرها والقدرة ، فإن أفران بوتقة الحث لها نفس الوحدات الهيكلية وتختلف بشكل أساسي في أداء وقوة المعدات الكهربائية.

تصنع بوتقات أفران صهر الألومنيوم وسبائك النحاس عن طريق ختم وتلبيد الكتل المقاومة للصهر ، كما تم تجهيز أفران صهر سبائك المغنيسيوم ببوتقة فولاذية من البناء الملحوم أو المصبوب.

تستخدم أفران الحث عالية التردد لصهر السبائك على قواعد النيكل والنحاس ، وكذلك الفولاذ وعدد من السبائك الأخرى. سعة الفرن - من عشرات الكيلوجرامات إلى 1-3 طن من المعدن السائل. مصدر الطاقة هو محولات التيار الثايرستور.

الخصائص الرئيسية لفرن الحث IAT-1

الجدول 5

6.2 تطوير التكنولوجيا للحصول على سبيكة AK12M2

صهر معظم سبائك الألومنيوم ليس بالأمر الصعب. يتم إدخال مكونات السبائك ، باستثناء المغنيسيوم والزنك وأحيانًا النحاس ، في شكل سبائك رئيسية. يتم إدخال Ligature A1-Si في المصهور عند 700-740 درجة مئوية ؛ يتم تحميل الزنك قبل المغنيسيوم ، والذي يتم إدخاله عادة قبل تصريف المعدن. تحميل مواد الشحن في التسلسل التالي ؛ سبائك الألومنيوم أو النفايات الضخمة أو إعادة الصهر أو السبائك الرئيسية أو المعادن النقية. الحد الأقصى للسخونة الزائدة المسموح بها لسبائك الصب هو 800-830 درجة مئوية. عندما يذوب في الهواء ، يتأكسد الألمنيوم. العوامل المؤكسدة الرئيسية هي الأكسجين وبخار الماء. محتوى الرطوبة في الهواء في الشتاء هو 2-4.5 جم / م 3 ، في الصيف 18.5-23 جم / م 3 ؛ قد تحتوي منتجات الاحتراق للوقود السائل أو الغازي من 35 إلى 70 جم / م 3 من بخار الماء. اعتمادًا على درجة حرارة وضغط الأكسجين وبخار الماء ، وكذلك على الظروف الحركية للتفاعل ، يتشكل أكسيد الألومنيوم (A1 2 O 3) وأكسيدات فرعية (A1 2 O و A1O) أثناء الأكسدة. تزداد احتمالية تكوين الأكاسيد الفرعية مع زيادة درجة الحرارة وانخفاض الضغط الجزئي للأكسجين فوق الذوبان. في ظل ظروف الانصهار العادية ، تكون المرحلة المستقرة من الناحية الديناميكية الحرارية هي أكسيد الألومنيوم الصلب - A1 2 O 3 ، والذي لا يذوب في الألومنيوم ولا يشكل معه مركبات منخفضة الانصهار. عند التسخين إلى 1200 درجة مئوية - يتبلور A1 2 O 3 في a-Al2O3. عندما تحدث الأكسدة على سطح الألمنيوم الصلب والسائل ، يتشكل فيلم أكسيد كثيف ودائم بسماكة 0.1-0.3 ميكرومتر. عندما يتم الوصول إلى هذه السماكة ، تتوقف الأكسدة عمليًا ، حيث يتباطأ معدل انتشار الأكسجين عبر الفيلم بشكل حاد. يزداد معدل الأكسدة بشدة مع زيادة درجة حرارة الذوبان.

تشكل سبائك الألومنيوم مع المغنيسيوم طبقة أكسيد ذات تكوين متغير. مع محتوى منخفض من المغنيسيوم (حتى 0.005٪) ، يكون لفيلم الأكسيد البنية -A1 2 O 3 وهو عبارة عن محلول صلب من MgO في -A1 2 0 3 ؛ بمحتوى 0.01-1٪ Mg ، يتكون فيلم الأكسيد من الإسبنيل (MgO-A1 2 O) من تركيبة متغيرة وأكسيد المغنيسيوم ؛ يحتوي الفيلم على أكثر من 1.0٪ Mg ، ويتكون الفيلم بشكل كامل تقريبًا من أكسيد المغنيسيوم. يقلل البريليوم واللانثانم (حتى 0.01٪) من معدل أكسدة هذه السبائك إلى مستوى معدل أكسدة الألومنيوم. يرجع تأثيرها الوقائي إلى انضغاط طبقة أكسيد السبائك بسبب ملء المسام المتكونة فيه.

يترافق خلط الذوبان أثناء عملية الصهر بانتهاك لسلامة طبقة الأكسيد وخلط شظاياها في الذوبان. يحدث إثراء المواد المنصهرة مع شوائب الأكسيد أيضًا نتيجة تفاعلات التبادل مع بطانة أجهزة الصهر. التأثير الأكثر أهمية على درجة تلوث المواد المنصهرة بالأغشية هو تأكسد السطح لمواد الشحن الأولية والثانوية. يزداد الدور السلبي لهذا العامل مع انخفاض الانضغاط وزيادة مساحة السطح المحددة للمادة.

وصف العمل

يحتوي الألمنيوم على شبكة بلورية مكعبة محورها الوجه ولا تخضع لتحولات متآصلة. تتميز بكثافة منخفضة (2.7 جم / سم 3) ، ونقطة انصهار منخفضة (660 درجة مئوية) ، واستطالة شد عالية (تصل إلى 60٪) ، وموصلية كهربائية جيدة ، وقوة نوعية عالية. يحتوي الألمنيوم على انكماش حجمي كبير من التبلور (6.5 ٪) وانكماش خطي كبير (1.7 ٪) ؛ يتأكسد بسهولة بتكوين طبقة أكسيد واقية كثيفة من Al2O3. يستخدم الألمنيوم على نطاق واسع في الهندسة الكهربائية والطيران وصناعة الأغذية وصناعة السيارات والبناء.

1. الخصائص العامة والتطبيقات للسبيكة .....................3
2. الخواص الفيزيائية والمسبك والميكانيكية وغيرها من الخواص للسبائك …… ... 6
3. حساب الكثافة النظرية للسبيكة ………………………………… ... 7
4. خصائص الشحن والمواد المساعدة للحصول على سبيكة. حساب المصاريف …………………………………………… ..… ... 9
5. حساب كمية الحرارة المطلوبة للتسخين ، والصهر ، والتسخين الزائد لطن واحد من السبائك لدرجة حرارة الصب ... 11
6. اختيار وحدة الصهر وتطوير تكنولوجيا تحضير السبيكة ………………………………………………………………………………… .. 13
6.1 اختيار وحدة الصهر وخصائصها ........................... 13
6.2 تطوير التكنولوجيا للحصول على سبيكة AK12M ........................... 16
قائمة الأدب المستعمل ……………………………………………… ... 19

يتم تنظيم سبائك الألومنيوم المصبوب بواسطة GOST 1583-93 ، والذي ينطبق على السبائك في السبائك المستخدمة كشحنة معدنية ، والسبائك في المسبوكات النهائية (إجمالي 39 درجة). وفقًا لـ GOST1583-93 ، عند وضع علامة على سبيكة ، يتم استخدام تسمية مجمعة (مزدوجة): أولاً ، يشار إلى درجة السبائك في السبائك ، ثم بين قوسين - درجة السبائك للمسبوكات النهائية ، على سبيل المثال: AK12 (AL2) ، AK13 (AL13) ، AK5M (AL5).

يتم تمييز السبائك في السبائك على النحو التالي. في البداية ، يشار إلى الحرف "A" ، مما يدل على أن السبيكة من الألومنيوم. ثم تشير الأحرف إلى اسم العنصر الرئيسي أو عناصر السبائك ، متبوعًا برقم يشير إلى متوسط النسبة المئوية لهذه المكونات. يتم قبول التسمية التالية للمكونات التي تتكون منها سبائك الألومنيوم المصبوبة: K - السيليكون ؛ سو - الأنتيمون Mts - المنغنيز م - النحاس ملغ - مغنيسيوم ح - نيكل ج - الزنك. على سبيل المثال: AK12 عبارة عن سبيكة ألومنيوم بمتوسط محتوى Si = 12٪ ؛ AK10Su - يحتوي على 10 ٪ من السيليكون والأنتيمون كعنصر صناعة السبائك ، والباقي هو A1 ؛ AMg4K1، 5M - سبيكة تحتوي على مغنيسيوم - 40٪ ، سيليكون - 1.5 ، نحاس حوالي 1.0٪ ، الباقي - A1.

يشار إلى درجة السبيكة في المسبوكات بطريقتين:

الأول - مع الأحرف AL (A - ألمنيوم ، L - مسبك) ، متبوعًا بأرقام توضح رقم السبيكة. هذه الأرقام مشروطة ، ولا علاقة لها بالتركيب الكيميائي أو الخواص الميكانيكية. مثال التعيين - AL2 ، AL4 ، AL19 ؛

والثاني يشبه سبائك السبائك.

في وثائق التصميم ، عند وضع علامات على المسبوكات الشكلية ، تسمح المواصفة القياسية بالإشارة إلى درجة السبيكة دون تعيين درجة إضافية بين قوسين أو الدرجة الموضحة بين قوسين فقط.

في العملية التعليمية ، عند الإشارة إلى التركيب الكيميائي لمعدن الصب النهائي ، يُسمح باستخدام التسمية وفقًا للطريقة الأولى (AL ...) ، عندما يتعلق الأمر بالشحنة (السبائك) المستخدمة في الصهر ، ثم يمكن الإشارة إلى ماركة السبائك وفقًا للطريقة الثانية (AK ...).

3.2.1. تصنيف وخصائص سبائك الألومنيوم

حسب الغرض ، يمكن تقسيم سبائك الألومنيوم المصبوبة الهيكلية إلى المجموعات التالية:

سبائك تتميز بإحكام شديد: AK12 (AL2) ، AK9ch (AL4) ، AK7ch (AL9) ، AK8MZch (VAL8) ، AK7pch (AL9-1) ، AK8l (AL34) ، AK8M (AL32) ؛

سبائك عالية القوة ومقاومة للحرارة: AM5 (AL 19) ، AK5M (AL5) ، AK5Mch (AL5-1) ، AM4.5 Kd (VAL10) ؛

سبائك مقاومة للتآكل: AMch11 (AL22) ، ATs4Mg (AL24) ، AMg10 (AL27) ، AMg10ch (AL27-1).

تشير الأحرف الموجودة في نهاية العلامة التجارية إلى: ح - نظيف ؛ pch - نقاوة عالية ؛ och - نقاء خاص ؛ ل - سبائك الصب. ج - انتقائي.

يشار إلى السبائك المكررة في السبائك بالحرف "r" ، الذي يوضع بعد تعيين درجة السبيكة. يتم تحديد السبائك المخصصة لتصنيع المنتجات الغذائية بالحرف "P" ، والذي يتم وضعه أيضًا بعد تسمية العلامة التجارية للسبائك.

سبائك الألومنيوم المسبوكة في سبائك (شحنة معدنية) وفي المسبوكات يتم إنتاجها لتلبية احتياجات الاقتصاد الوطني وللتصدير وفقًا لـ GOST 1583-93.

يجب أن تتوافق العلامات التجارية والتركيب الكيميائي لسبائك الألومنيوم المصبوبة مع تلك الواردة في الجدول. 3.14.

يتم إنتاج السيلومين في السبائك بالتركيب الكيميائي التالي:

AK12ch (SIL-1): السيليكون 10-13٪ ، الألومنيوم - القاعدة ؛ شوائب ،٪ ، لا يزيد عن: حديد 0.50 ، منغنيز 0.40 ، كالسيوم 0.08 ، تيتانيوم 0.13 ، نحاس 0.02 ، زنك 0.06 ؛

AK12pch (SIL-0): السيليكون 10-13٪ ، الألومنيوم - القاعدة ؛ شوائب ،٪ ، لا يزيد عن: حديد 0.35 ، منجنيز 0.08 ، كالسيوم 0.08 ، تيتانيوم 0.08 ، نحاس 0.02 ، زنك 0.06 ؛

AK12och (SIL-00): سيليكون 10-13٪ ، ألومنيوم - قاعدة ؛ شوائب ،٪ ، لا تزيد عن: حديد 0.20 ، منجنيز 0.03 ، كالسيوم 0.04 ، تيتانيوم 0.03 ، نحاس 0.02 ، زنك 0.04 ؛

AK12zh (SIL-2): السيليكون 10-13٪ ، الألومنيوم - القاعدة ؛ شوائب ،٪ ، لا تزيد عن: حديد 0.7 ، منجنيز 0.5 ، كالسيوم 0.2 ، تيتانيوم 0.2 ، نحاس 0.03 ، زنك 0.08.

بالاتفاق بين الشركة المصنعة والمستهلك ، يمكن أن يحتوي السيليكون AK12zh (SIL-2) على ما يصل إلى 0.9٪ حديد ، وما يصل إلى 0.8٪ منجنيز ، وما يصل إلى 0.25٪ تيتانيوم.

تستخدم السبائك AK7 و AK5M2 و AK9 و AK12 لتصنيع المنتجات الغذائية. يجب أن يكون استخدام الدرجات الأخرى من السبائك لتصنيع المنتجات والمعدات المخصصة للتلامس مع المواد الغذائية والوسائط ، في كل حالة على حدة ، مصرحًا به من قبل السلطات الصحية.

في سبائك الألومنيوم المخصصة لإنتاج المنتجات الغذائية ، يجب ألا يزيد الجزء الكتلي للرصاص عن 0.15٪ ، والزرنيخ لا يزيد عن 0.015٪ ، والزنك لا يزيد عن 0.3٪ ، والبريليوم لا يزيد عن 0.0005٪.

في السبائك المكررة ، يجب ألا يزيد محتوى الهيدروجين عن 0.25 سم 3/100 جم من المعدن للسيلومينات منخفضة التوتر ، 0.35 سم هـ / 100 جم للسيلومين مفرط التوتر ، 0.5 سم 3/100 جم لسبائك الألومنيوم والمغنيسيوم ؛ يجب ألا تزيد المسامية عن ثلاث نقاط.

اعتمادًا على التركيب الكيميائي ، يتم تقسيم سبائك الألومنيوم إلى خمس مجموعات (الجدول 3.14).

المجموعة الأولى - السبائك القائمة على Al-Si-Mg ؛ للحصول على بنية دقيقة الحبيبات ، من الضروري إجراء تعديل.

المجموعة الثانية - السبائك القائمة على نظام A1-Si-Cu ؛ يتم شرح خصائص الصب الجيدة من خلال الجمع الأمثل لمحتوى السيليكون والنحاس ؛ يسمح هذا المحتوى من عناصر صناعة السبائك باستخدام المعالجة الحرارية لتحسين الخواص الميكانيكية للسبائك.

المجموعة الثالثة - السبائك القائمة على نظام A1-Cu ؛ لديها القدرة على المعالجة الحرارية ، وبعد ذلك تتحسن خواصها الميكانيكية ، وخصائص الصب أسوأ من تلك الموجودة في silumins.

المجموعة الرابعة - السبائك القائمة على نظام A1-Mg ؛ لديهم خصائص ميكانيكية متزايدة بسبب صناعة السبائك مع التيتانيوم والبريليوم والزركونيوم ؛ تتحمل سبائك هذه المجموعة الأحمال العالية الساكنة والصدمية.

المجموعة الخامسة - السبائك القائمة على نظام العناصر الأخرى A1 (Ni-Ti ، إلخ) ؛ تمتلك خصائص مقاومة للحرارة ، أي أنها تعمل بشكل جيد في درجات حرارة مرتفعة ؛ يمكن قول الشيء نفسه عن الضغوط.

عند تحليل GOST 1583-93 ، يمكن ملاحظة أن بعض السبائك من نفس العلامة التجارية المستخدمة في شحن المعادن والمسبوكات المصبوبة لها اختلافات في التركيب الكيميائي: في سبائك المسبوكات ، وانخفاض طفيف في محتوى المغنيسيوم وزيادة في محتوى المواد الضارة الشوائب مسموح بها.

* تعتمد كمية الشوائب المأخوذة في الاعتبار على نوع الصب.

ملحوظات:

يوجد بين قوسين تسميات درجات السبائك وفقًا لـ GOST 1583-89 ، OST 48-178 ووفقًا للمواصفات.
في الكسور ، يُظهر البسط بيانات السبائك ، والمقام - للمسبوكات.
يُسمح بعدم تحديد الكسر الكتلي للشوائب في السبائك في إنتاج المسبوكات من شحنة ذات تركيبة كيميائية معروفة (باستثناء شوائب الحديد).
عند استخدام سبائك من الدرجات AK12 (AL2) و AMg3Mts (AL28) للأجزاء العاملة في مياه البحر ، يجب ألا يتجاوز الكسر الكتلي للنحاس: في سبيكة من الدرجة AK12 (AL2) - 0.30٪ ، في سبيكة من الدرجة AMg5Mts ( AL28) - 0 ، واحد٪.
عند استخدام السبائك لقولبة الحقن ، يُسمح بغياب المغنيسيوم في سبيكة ماركة AK7Ts9 (AL 11) ؛ في سبائك العلامة التجارية AMg11 (AL22) محتوى المغنيسيوم هو 8.0-13.0٪ ، السيليكون 0.8-1.6٪ ، المنغنيز حتى 0.5٪ وغياب التيتانيوم.
لا يُنصح باستخدام درجات سبيكة AK5M7 (A5M7) و AMg5K (AL13) و AMg10ch (AL27) و AMg10ch (AL27-1) في التصميمات الجديدة.
يُسمح بغياب البورون في سبيكة AK8M3ch (VAL8) ، بشرط ضمان مستوى الخصائص الميكانيكية المنصوص عليها في هذه المواصفة القياسية. في تصنيع الأجزاء من سبيكة AK8M3ch (VAL8) عن طريق الختم السائل ، يجب ألا تتجاوز نسبة كتلة الحديد 0.4٪.
عند الصب تحت الضغط في سبيكة AK8 (AL34) ، يُسمح بتقليل حد الكسر الكتلي للبريليوم إلى 0.06٪ ، وزيادة الكسر الكتلي المسموح به من الحديد إلى 0.1٪ مع كسر إجمالي كتلة الشوائب لا يزيد عن 1.2 ٪ وغياب التيتانيوم.
لتعديل الهيكل في السبائك AK9ch (AL4) ، AK9pch (AL4-1) ، AK7ch (AL9) ، AK7pch (AL9-1) ، يُسمح بإدخال السترونشيوم حتى 0.08٪.
تؤخذ الشوائب المميزة بشرطة في الاعتبار في إجمالي كمية الشوائب ، بينما لا يتجاوز محتوى كل عنصر 0.020٪.
بالاتفاق مع المستهلك ، يُسمح بإنتاج سبائك يختلف تكوينها من حيث الكسور الكتلية للعناصر الفردية (المكونات الرئيسية والشوائب) عن تلك المشار إليها في الجدول. 3.14.
عند استخدام السبائك لقولبة الحقن ، يُسمح بمحتوى شوائب البريليوم حتى 0.03٪ والسيليكون حتى 1.5٪ في سبيكة AMg7 (AL29).
في سبيكة الصف AMg11 (AL22) ، يُسمح بغياب التيتانيوم.

يتم الحصول على سبائك صب السبائك الثانوية عن طريق معالجة الرقائق والنفايات والخردة المعدنية المستوردة. يجب أن يتوافق التركيب الكيميائي لسبائك الألومنيوم المصبوبة الثانوية في السبائك المستخدمة كمواد شحن مع متطلبات GOST 1583-93.

يتم تحديد إمكانية استخدام سبيكة أو أخرى من خلال خصائصها الميكانيكية والفيزيائية والتكنولوجية ، بالإضافة إلى مراعاة الخصائص الاقتصادية للسبيكة ، والتي تكون في كثير من الحالات حاسمة.

يجب أن تتوافق الخواص الميكانيكية لسبائك صب الألمنيوم وفقًا لـ GOST 153-93 مع تلك الواردة في الجدول. 3.17.

ملحوظات:

رموز طرق الصب: 3 - الصب في قوالب الرمل. ب - صب الاستثمار. ك - صب القالب د - صب الحقن. PD - الصب مع التبلور تحت الضغط (ختم السائل) ؛ يا - صب في قالب قذيفة. م - السبيكة تخضع للتعديل.

رموز لأنواع المعالجة الحرارية: T1 - الشيخوخة الاصطناعية دون تصلب أولي ؛ T2 - التلدين T4 - تصلب T5 - تصلب والتقدم في العمر قصير الأجل (غير مكتمل) ؛ T6 - تصلب وشيخوخة اصطناعية كاملة ؛ T7 - تصلب وتثبيت ؛ T8 - تصلب وتليين.

يتم تحديد الخواص الميكانيكية للسبائك AK7Ts9 و AK9Ts6 بعد يوم واحد على الأقل من التقادم الطبيعي.

تنطبق الخصائص الميكانيكية المحددة لطريقة الصب B أيضًا على الصب في قوالب الغلاف.

تؤثر الخصائص التكنولوجية لسبائك الألومنيوم (الجدول 3.24) على جودة المسبوكات. تشمل خصائص السبيكة هذه: السيولة ، والانكماش (الحجمي والخطي) ، والميل إلى تكوين المسامية والأصداف ، والميل لتشكيل ضغوط وتشققات مسبك ، وامتصاص الغاز وتشكيل شوائب غير معدنية ، وتشكيل غشاء ، والميل إلى تكوين حبيبات خشنة والهيكل العمودي.

3.2.2. تأثير العناصر الكيميائية على خواص سبائك الألومنيوم

يوضح الجدول تأثير العناصر الكيميائية الفردية على خصائص سبائك الألومنيوم المصبوب. 3.25.

3.2.3. ميزات سبائك الألومنيوم ومجالات تطبيقها

تتميز سبائك الألومنيوم المصبوب بعدد من الميزات: زيادة السيولة ، مما يضمن إنتاج مصبوبات رقيقة الجدران ومعقدة ؛ انكماش خطي منخفض نسبيًا ؛ انخفاض التعرض للتشقق الساخن. بالإضافة إلى ذلك ، فإن سبائك الألومنيوم معرضة بدرجة كبيرة للأكسدة ، والتشبع بالهيدروجين ، مما يؤدي إلى أنواع من عيوب الصب مثل مسامية الغاز ، وشوائب الخبث وشوائب الأكسيد. لذلك ، عند تطوير تقنية الصهر وتصنيع المسبوكات بأية طريقة من طرق الصب ، من الضروري مراعاة ميزات المجموعات الفردية لسبائك الألومنيوم.

الأكثر انتشارًا في الصناعة هي سبائك A1-Si-Mg ، والتي تتميز بخصائص تكنولوجية جيدة ، يحددها نوع مخطط الحالة. هيكلها عبارة عن محلول α-صلب من السيليكون في الألومنيوم وسهل الانصهار يتكون من محلول α-Solid وحبيبات السيليكون. يتم ضمان خصائص الصب من خلال التواجد في السبائك بكمية كبيرة من سهل الانصهار α + Si (40-75٪) من نوع مصفوفة الإطار ، وأساسها عبارة عن محلول α-صلب ، مما يؤدي إلى سيولة عالية من السبائك ، فضلا عن انكماش الصب المنخفض والميل المنخفض لتشكيل الشقوق الساخنة.

مع زيادة كمية الانصهار في السبائك ، يتناقص الميل لتشكيل حلقات متناهية الصغر من الانكماش ، مما يزيد من إحكام المصبوبات.

تستمر عملية تبلور هذه السبائك في نطاق درجة حرارة ضيق وتستمر كواجهة مستمرة من المنطقة المحيطية (جدران القالب) إلى المناطق الداخلية للمسبوكات ، مما يؤدي إلى تكوين طبقة مستمرة من سهل الانصهار ناعم الحبيبات بين بلورات أولية. هذا يمنع تكوين قنوات الانكماش بين حبيبات المحلول الصلب.

مع زيادة محتوى السيليكون في السبائك ، ينخفض معامل التمدد الحراري ويتم الحصول على هيكل أكثر خشونة ، مما يؤدي إلى تقصف السبيكة وتدهور قابلية التشغيل الآلي. لطحن شوائب السيليكون في سهل الانصهار ، يتم استخدام تعديل Na ، Li ، Ka ، Sr ، مما يزيد من خصائص البلاستيك (δ = 5-8٪).

لتعديل السيلومين ، يتم استخدام مخاليط من الصوديوم وكلوريد البوتاسيوم وأملاح الفلوريد ذات التركيبات المختلفة ، بينما يتم امتصاص حوالي 0.01٪ Na بواسطة السبيكة. أثناء تعديل Na ، يتم تبريد سهل الانصهار بمقدار 15-30 درجة مئوية ، وتتحول نقطة الانصهار إلى 13-15٪ Si. يكون تأثير التعديل أكبر ، وكلما زاد محتوى السليكون في السبيكة ، لأن المعدل يؤثر فقط على هذه المرحلة. بالنسبة إلى السيلومينات التي تحتوي على أقل من 5-7٪ Si ، لا يؤثر التعديل على الخواص الميكانيكية.

يشكل الحديد في سبائك A1-Si مركب β (A1-Fe-Si) على شكل ألواح هشة ، مما يقلل بشكل حاد من الليونة. يتم تقليل التأثير السلبي للحديد بشكل فعال بإضافة 0.2-0.5٪ Mn ، بينما يتم تشكيل المرحلة الجديدة a (A1-Fe-Si-Mn) على شكل متعدد السطوح مضغوط متساوي الزوايا ، مما يؤثر على اللدونة بدرجة أقل.

سبيكة AL2 (سهل الانصهار) - السبائك المزدوجة الوحيدة من المجموعة الأولى ، تنتمي إلى silumins بسيط. توفر التركيبة سهلة الانصهار للسبيكة (10-13٪ Si) سيولة عالية ، ولا يوجد ميل للمسامية والتشقق. من السبائك ، يتم الحصول على مصبوبات كثيفة ومحكمة مع تجويف انكماش مركّز. يتم استخدام السبيكة في حالة معدلة ، بشكل أساسي بدون معالجة حرارية. يتم إنتاج الأجزاء المحملة بشكل خفيف عن طريق طرق صب مختلفة. يتم الحصول على أقل الخصائص عند الصب في قوالب الرمل ، وعند الصب في قالب البرد أو تحت الضغط ، تزداد خصائص القوة والبلاستيك بشكل ملحوظ.

السيلومينات الخاصة منخفضة الضغط (AL4، AL9، AL4-1، AL9-1) لها خواص ميكانيكية أعلى ، ولكنها أدنى من حيث الخصائص التكنولوجية للسبائك سهل الانصهار AL2. يتم تحقيق التصلب عن طريق تكوين مركب Mg 2 Si. يسمح محتوى السيليكون المنخفض باستخدام السبائك في الضغط وصب القوالب دون تعديل. عند الصب في قوالب الرمل ونماذج الاستثمار ، يوصى بتعديل السبائك.

سبائك AK7 و AK9 تختلف عن السبائك AL4 و AL9 بمحتوى أعلى من الشوائب ، ولكن أقل ليونة.

تتمثل ميزة السبائك القائمة على نظام A1-Si-Mg في زيادة مقاومة التآكل في الأجواء الرطبة والبحرية - AK12 (AL2) ، AK9ch (AL4) ، AK7ch (AL9).

تتمثل عيوب هذه السبائك في زيادة مسامية الغاز وتقليل مقاومة الحرارة. تعد تقنية صب هذه السبائك أكثر تعقيدًا وتتطلب استخدام عمليات التعديل والتبلور تحت الضغط في الأوتوكلاف. هذا ينطبق بشكل خاص على سبيكة AK9ch (AL4).

السبائك القائمة على نظام A1-Si-Cu ، والتي تتميز بمقاومة عالية للحرارة (درجات حرارة التشغيل 250-270 درجة مئوية) ، ولكنها أدنى من سبائك Al-Si-Mg من حيث خصائص الصب ومقاومة التآكل والشد ؛ لا تتطلب التعديل والتبلور تحت الضغط.

يتم ضمان المقاومة الحرارية للسبائك من خلال محتوى الأطوار المقاومة للحرارة المستقرة ، والتي تتبلور في شكل متفرعة رقيقة وتحجب جيدًا حدود حبيبات المحلول الصلب ، مما يعيق تطور عمليات الانتشار.

تتميز السبائك القائمة على نظام A1-Cu بخصائص ميكانيكية عالية. تكوين الطور في حالة الصب: محلول α-صلب من النحاس في الألومنيوم + CuА1 2. في ظل وجود شوائب من السيليكون والحديد في السبيكة ، يمكن تشكيل المراحل А1 7 Сu 2 Fe ، و AlCuFeSi ، و α + Si + А1Сu 2 سهل الانصهار مع نقطة انصهار 525 درجة مئوية. تؤدي الزيادة في محتوى السيليكون في السبائك بنسبة تصل إلى 3٪ إلى زيادة في كمية الانصهار وتحسين خصائص الصب ، ولكن إلى انخفاض كبير في القوة. إن وجود 0.05٪ Mg يقلل بشكل كبير من قابلية اللحام للسبائك وليونتها.

تزداد قوة السبائك القائمة على نظام A1-Mg مع زيادة تركيز المغنيسيوم إلى 13٪ ، لكن الليونة تبدأ في الانخفاض عند محتوى يزيد عن 11٪ Mg ؛ مرحلة التقوية الرئيسية هي المركب الكيميائي β (A1 3 Mg 2).

بالنسبة لسبائك الصب ، تُستخدم السبائك التي تحتوي على نسبة مغنيسيوم ،٪ (جزء بالوزن):

4.5-7 - السبائك ذات القوة المتوسطة المستخدمة بدون المعالجة الحرارية AKMg5K (AL13) ، AMg6l (AL23) ؛

9.5-13 - السبائك عالية القوة المستخدمة في الحالة الصلبة AMg10 (AL27) ، AMg11 (AL22).

لتحسين الخصائص التكنولوجية ، يتم إدخال ما يصل إلى 0.15-0.2٪ من التيتانيوم والزركونيوم في معظم السبائك. تكون المركبات المعدنية TiA1 3 و ZrA1 3 المتكونة على أساسها أكثر مقاومة للحرارة من قاعدة السبيكة وهي معدِّلات من النوع الأول. زيادة الخواص الميكانيكية بنسبة 20-30٪.

تميل السبائك القائمة على نظام A1-Mg بشكل متزايد إلى تكوين مسامية انكماش الغاز والغاز ، وعند التفاعل مع النيتروجين وبخار الماء ، يتم تكوين شوائب غير معدنية وأغشية أكسيد. يجب أن يتم صهر السبائك تحت طبقة من التدفق ، وإذا تم تضمين Be في تكوينها ، بدون تدفق.

السبائك القائمة على نظام A1 والمكونات الأخرى (السبائك المعقدة) تشمل السبائك: مكونات متعددة مقاومة للحرارة وذاتية التصلب مقاومة للتآكل ATs4Mg (AL24) ، مكبس AK12M2MgN (AL25) ، بالإضافة إلى سيلومين الزنك AK7Ts9 (AL11).

تنتمي سبيكة AC4Mg (AL24) إلى نظام Al-Zn-Mg ، ومرحلة التقوية الرئيسية هي تي(A1 2 Mg 3 Zn 3). يوفر الثبات العالي للمحاليل الصلبة للزنك والمغنيسيوم في الألومنيوم "تصلبًا ذاتيًا" للسبيكة أثناء تبريد الصب. يمكن استخدام السبيكة بدون تصلب خاص ، في حالة تقادم طبيعية أو صناعية. السبيكة لها خصائص مرضية ، والتي تم تحسينها بإضافة التيتانيوم (0.1-0.2٪). يوصى باستخدامه في صب الرمل ، وقوالب الغلاف الاستثمارية ، والأجزاء الملحومة ، والأجزاء ذات الثبات البعدي المتزايد ومقاومة التآكل.

تتميز السيلومينات الخاصة سهلة الانصهار AK12M2MgN (AL25) ، التي تتمتع بخصائص صب جيدة ، بمقاومة أعلى للحرارة ، حيث تحتوي على 0.8-1.3 ٪ نيكل ، والتي تشكل مراحل معقدة في شكل إطار صلب ؛ إضافة التيتانيوم يحسن الخصائص التكنولوجية. تميل السبائك إلى حدوث تغيرات حجمية منخفضة أثناء التشغيل في درجات حرارة مرتفعة ؛ تستخدم لتصنيع المكابس. في هذه الحالة تستخدم المصبوبات دون تصلب. لتخفيف الضغوط الداخلية ، تتم معالجة المكابس حرارياً وفقًا لوضع T1.

الزنك سيلومين AK7Ts9 (AL11) ، الذي يحتوي على 7-12٪ Zn ، وهو قابل للذوبان بدرجة عالية في الألومنيوم الصلب ، يخلق تصليب المحلول ، والذي يسمح باستخدام السبيكة في حالة الصب (بدون المعالجة الحرارية). لها خصائص تكنولوجية جيدة ، والقدرة على الحفاظ على القوة والصلابة والمقاومة لتأثير الأحمال المتناوبة بعد التسخين على المدى القصير والطويل إلى درجات حرارة 300-500 درجة مئوية. يتم استخدام السبائك لأجزاء الصب في بناء المحرك والصناعات الأخرى ، وتستخدم للصب في قوالب الطين الرملي وقوالب التبريد وتحت الضغط. تتميز بمقاومة منخفضة للتآكل وكثافة عالية نسبيًا.

يمثل ذوبان سبائك الألومنيوم عددًا من الصعوبات. تساهم الكثافة المنخفضة لسبائك الألومنيوم في تكوين جيوب الغاز والمسامية ، حيث تتغلغل الغازات بسهولة في الوسط المعدني وتشبعه. يتأكسد الألمنيوم بسهولة. من الصعب تنظيف الذوبان من الخبث والأكاسيد. يبقى الخبث والأكاسيد في المصهور في شكل مقسم بدقة في التعليق ، مما يؤثر بشكل كبير على جودة السبيكة.

لا يسمح استخدام التدفقات (كلوريد الزنك ، الكريوليت) أو المعدلات أيضًا بتنظيف المصهور تمامًا ، حيث يصعب فصلها عن الذوبان.

في تحضير سبائك الألومنيوم ، نقاوة مواد البداية ودقة تركيبة الشحنة لهما أهمية خاصة. في كثير من الأحيان ، تؤدي كميات ضئيلة من الشوائب الضارة إلى إضعاف الخصائص الميكانيكية للسبائك بشكل كبير. كل هذا يتطلب فرزًا دقيقًا للنفايات بشكل خاص. بدون إعادة تذويب ، لا يمكن استخدامها إلا إذا كان تركيبها الكيميائي معروفًا. يجب صهر الخردة مجهولة المنشأ أو سيئة الفرز وإعادة الصهر (السبائك الثانوية) التي تحتوي على العديد من الأكاسيد والشوائب الضارة في سبائك. أثناء إعادة الصهر ، يتم تنظيف المصهور من الشوائب ويتم إجراء التحليل الكيميائي.

يتم صهر وصب الألومنيوم مع مراعاة صارمة لنظام درجة الحرارة والتحكم المستمر والدقيق في تسخين السبيكة. حتى ارتفاع درجة الحرارة الطفيف والإمساك المفرط للسبائك في درجات حرارة عالية يؤدي إلى تشبعها المفرط بالغازات والأكاسيد وظهور تجاويف الانكماش.

لإزالة الأكاسيد والخبث ، من الضروري استخدام التدفقات التي تعمل كيميائيًا وميكانيكيًا. بعد تنظيف الذوبان من الأكاسيد ، لا ينبغي تقليبها.

يجب أن يتم الصب بعناية ، مع تيار قصير.

عند تحضير سبائك الألومنيوم ، يجب اتباع الترتيب التالي:

صهر حوالي 2/3 من سبائك الألومنيوم ؛

مضافة وذوبان من ضمد.

مضافة لبقية سبائك الألومنيوم ؛

إضافة النفايات والعصائر ؛

تنقية المصهور من الأكاسيد بعد ذوبانه بإضافة تدفقات التنظيف والخلط الجيد ؛

إزالة البوتقة وإزالة الخبث والأكاسيد (لا ينبغي إزالة الخبث أثناء الصهر ، لأن طبقة الأكاسيد السطحية تحمي الذوبان من المزيد من الأكسدة) ؛

الإمساك بالذوبان قبل سكبه لدرجة الحرارة المطلوبة.

مثال على ذوبان سبائك الألومنيوم AK12 (AL2).

يمكن تصنيع سبيكة AK12 (AL2) من سيلومين الخنازير. في حالة عدم وجود السيلومين ، يمكن استخدام سبائك الألومنيوم والسيليكون كمواد شحن.

يتم تحضير السبيكة على النحو التالي: يتم صهر سبيكة الألومنيوم وتسخينها إلى درجة حرارة 850 درجة مئوية.يُضاف السيليكون في أجزاء صغيرة إلى الألومنيوم المسخن ، والذي يتم لفه بورق الألمنيوم قبل إدخاله في الألومنيوم بحيث لا يتم تغطيته. أكسيد الألومنيوم ، مما يجعل من الصعب إذابة السيليكون. بعد الذوبان الكامل لجميع السيليكون ، يتم صقل السبيكة وتعديلها.

يتم صهر سبائك الألومنيوم في أفران بوتقة وأفران ثابتة اللهب وأفران دوارة وأفران مائلة وأفران مقاومة كهربائية وأفران الحث. يكون صهر سبائك الألومنيوم في أفران المقاومة الكهربائية على النحو التالي.

يتم تحميل مواد الشحن ، وهي سبائك مسخنة من السبائك الأولية والثانوية ، ومنتجات نفايات من الإنتاج الخاص والأربطة المقابلة ، في غرف مبطنة بطوب النار. توجد في الغرف الموجودة في الحراريات الشكل حلزونات كهربائية ، يمر من خلالها تيار كهربائي لتسخينها.

يتدفق الذوبان من الغرف إلى المجموعة. في المجمع ، يتم تنقية المصهور بكلوريد الزنك ، وخلطه جيدًا ، ويتم إزالة الطبقة والخبث من السطح ، ثم يتم إضافة المواد المضافة. قبل صب المغارف ، يتم خلط المصهور مرة أخرى ، ويتم إزالة الخبث من سطح المصهور ، وتقاس درجة الحرارة بمزدوجة حرارية مغمورة ، ويتم سكب العينات للتحكم في التحليل الكيميائي والصفات الميكانيكية.

تخضع السبائك - السيلومين قبل إطلاقها في المغرفة للتعديل بأملاح الصوديوم المعدنية للحصول على بنية دقيقة الحبيبات. في بعض الحالات ، يتم نفخ سبائك التفريغ بالكلور عند درجة حرارة 680-720 درجة. عندما يكون الفرن مائلاً ، يُسكب المصهور من خلال المزلق في مغارف الصب باستخدام آلية الدوران والبكرات. تبلغ سعة أفران المقاومة 0.3-3.0 طن ، وعدد درجات الحرارة في اليوم هو 4-5.

مواد الشحن

للحصول على سبائك الألومنيوم وسبائك الألومنيوم وخردة الماكينة ونفايات المسابك والسبائك الرئيسية المختلفة (على سبيل المثال ، 90٪ Al و 10٪ Mn ، نقطة الانصهار 770-830 °).

يتم إدخال 40-60٪ من المعادن المتداولة (الخردة ، المرفوضات ، الراتنجات ، العنب ، الأرباح ، إلخ) و 60-40٪ من المعادن النقية في تكوين الشحنة المعدنية. لحماية المعدن من الأكسدة ، يتم استخدام تدفقات من تركيبات مختلفة ، على سبيل المثال ، 50٪ NaCl + 50٪ CaCl2 ؛ أو 50٪ كلوريد الصوديوم + 35٪ بوكل + 15٪ Na3AlF6.

كل هذه التدفقات قابلة للانصهار (نقطة انصهار في حدود 500-600 درجة مئوية). للحصول على معدن كثيف بهيكل أدق ، يتم إضافة المعدلات إليه. بالنسبة لسبائك الألومنيوم ، يتم استخدام الصوديوم النقي وأملاحه كمعدل: 67٪ NaF + 33٪ NaCl ، أو 25٪ NaF + 62.5٪ NaCl + 12.5٪ KCl. سبائك من Al2 ، Al4 ، إلخ.

أفران صهر سبائك الألومنيوم. يتم صهر سبائك الألومنيوم في الأفران التالية: أفران بوتقة دوارة ذات بوتقة معدنية (الشكل 83 ، أ) ؛ في أفران مقاومة البوتقة الكهربائية ، الثابتة والدوارة (لتحضير ما يصل إلى 0.25 طن من السبائك) ؛ أفران مقاومة الغرفة الثابتة والدوارة (الشكل 83 ، ب) بسعة تصل إلى 1.5 طن ؛ أفران الحث ذات القناتين مع قلب معدني.

أرز. 83- أفران صهر سبائك الألومنيوم: أ - موقد بوتقة. ب - فرن كهربائي المقاومة: 1 - نافذة التحميل ؛ 2 - حمام لصهر المعادن ؛ 3 - المقاومة

تمثل عملية صهر سبائك الألومنيوم عددًا من الصعوبات بسبب الأكسدة القوية والتشبع بالغازات عند تسخينها فوق 800 درجة. هناك عدة طرق للصهر توفر مصبوبات عالية الجودة ؛ تطبيقات الصهر المغمور وتكرير الغاز وتكرير الملح والتجميد والتعديل.

يحدث ذوبان سبائك الألومنيوم تحت طبقة من التدفق في التسلسل التالي ؛ يتم وضع مواد الشحن بإحكام في بوتقة أو فرن وتغطيتها بتدفقات من الأعلى ؛ يتم تحميل المعدن وصهره في أجزاء: أولاً ، يتم إذابة حوالي ثلث الشحنة ، ثم يتم تسخين بقية المواد المشحونة إلى 100-120 درجة لإزالة الرطوبة من السطح وغمرها في المعدن المنصهر تحت طبقة من تدفقات.

في تكرير الغاز ، يتم الصهر بالتسلسل التالي: يتم تحميل ثلث الشحنة وصهرها ، ويتم إضافة الأربطة (Al + Cu ، Al + Si ، إلخ) ويتم إضافة باقي الشحنة. بعد الصهر ، يتم تقليب السبيكة وتسخينها إلى درجة 660-680 درجة وتنقيتها بالكلور. يتم التكرير عن طريق نفخ الكلور في السبيكة لمدة 5-15 دقيقة. في هذه الحالة ، يدخل الكلور في تفاعل كيميائي مع الألومنيوم وعناصر أخرى.

تتم إزالة المنتجات الغازية الناتجة AlCl3 و HCl وجزء من Cl2 من المعدن وإضافة Al2O3 و SiO2 والغازات لأنفسهم. بعد تكرير الغاز ، يكتسب المعدن خصائص ميكانيكية عالية. يمكن استخدام النيتروجين في تكرير الغاز.