Das Schmelzen und Gießen von Legierungen sind Schlüsselprozesse in der Gussproduktion. Die strenge Kontrolle des gesamten Schmelz- und Gießprozesses spielt eine wichtige Rolle bei der Vermeidung von Gussfehlern wie Nadellöchern, Einschlüssen, Fehlläufen, Rissen, Porosität und Schrumpfung.
Da geschmolzenes Aluminium stark dazu neigt, Wasserstoff zu absorbieren, stark oxidierende Eigenschaften hat und Eisen leicht auflöst, müssen beim Schmelzen und Gießen einfache, aber sorgfältige Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um qualitativ hochwertige Gussteile herzustellen.
1. Kühlung von Ofenmaterialien aus Aluminiumlegierung und Qualitätskontrolle
Um qualitativ hochwertiges geschmolzenes Aluminium herzustellen, sollten zunächst qualifizierte Rohstoffe ausgewählt werden. Die Rohstoffe müssen wissenschaftlich bewirtschaftet und ordnungsgemäß behandelt werden; Andernfalls wird die Qualität der Legierung ernsthaft beeinträchtigt. Die Produktionspraxis hat gezeigt, dass bei nicht strenger Kontrolle der Rohstoffe (einschließlich Metall- und Hilfsstoffe) Gussteilchargen verschrottet werden können.
(1) Rohstoffe müssen eine qualifizierte chemische Zusammensetzung und Struktur mit den folgenden spezifischen Anforderungen aufweisen:
Neben der Analyse der Hauptbestandteile und des Verunreinigungsgehalts der in die Fabrik eingelieferten Legierungsbarren werden auch Inspektionen auf niedrig{0}legierte Strukturen und Bruchflächen durchgeführt. Die Praxis hat gezeigt, dass die Verwendung von Aluminiumschmelzen, die starke Lunker, Nadellöcher und Blasen enthalten, die Herstellung dichter Gussteile erschwert und sogar zur Verschrottung eines gesamten Ofens oder einer Charge von Gussteilen führen kann.
Bei der Untersuchung der Auswirkung von Barren aus Aluminium-Siliziumlegierungen auf die Porosität von Aluminiumlegierungen wurde festgestellt, dass bei Verwendung von Testblöcken aus geschmolzenem reinem Sand-Gussformen keine Porosität auftrat. Allerdings zeigten die Testblöcke nach Zugabe von minderwertigen und minderwertigen Aluminium--Siliziumlegierungsblöcken starke Porosität und grobe Körner. Der Grund dafür liegt in der Vererbungswirkung des Materials. Bei Aluminium-Siliziumlegierungen nimmt der Vererbungseffekt mit dem Gehalt zu und wird signifikant, wenn der Siliziumgehalt 7 % erreicht. Eine weitere Erhöhung des Siliziumgehalts auf die eutektische Zusammensetzung verringert den Vererbungseffekt geringfügig. Um Gussfehler zu beheben, die durch den Vererbungseffekt des Ofenmaterials verursacht werden, ist es notwendig, Aluminiumbarren, Zwischenlegierungen und andere Ofenmaterialien von hoher metallurgischer Qualität auszuwählen. Die spezifischen Standards sind wie folgt:
1) Die Bruchfläche sollte keine Nadel- oder Gaslöcher aufweisen
Nadellöcher sollten innerhalb der Güteklasse 3 liegen und lokal (nicht mehr als 25 % der inspizierten Fläche) die Güteklasse 3 nicht überschreiten. Wenn der Grad drei überschritten wird, muss ein erneutes Einschmelzen durchgeführt werden, um den Grad der Nadellöcher zu verringern. Die Umschmelz- und Raffinierungsmethode ist die gleiche wie beim allgemeinen Schmelzen von Aluminiumlegierungen. Die Gießtemperatur sollte 660 Grad nicht überschreiten. Bei Aluminiumbarren oder Legierungsbarren mit großen ursprünglichen Körnern sollte zunächst eine niedrigere Formtemperatur verwendet werden, damit sie schnell erstarren und die Körner verfeinern.
(2) Ladungsmaterialhandhabung
Vor der Verwendung sollten die Ladungsmaterialien sandgestrahlt werden, um Oberflächenrost, Fett und andere Verunreinigungen zu entfernen. Aluminiumlegierungsbarren und Metallschrott mit relativ sauberer Oberfläche und kurzer Lagerzeit erfordern möglicherweise kein Sandstrahlen, jedoch müssen alle Eisenfilter oder eingebetteten Komponenten, die in die Ladung eingemischt sind, entfernt werden. Alle Einsatzmaterialien sollten vor dem Einlegen in den Ofen vorgewärmt werden, um Oberflächenfeuchtigkeit zu entfernen und die Schmelzzeit um mehr als 3 Stunden zu verkürzen.
(3) Verwaltung und Lagerung von Ofenmaterialien
Die ordnungsgemäße Lagerung und Verwaltung der Ofenmaterialien ist wichtig, um die Qualität der Legierungen sicherzustellen. Ofenmaterialien sollten in Lagerhäusern mit geringen Temperaturschwankungen und trockenen Bedingungen gelagert werden.
2. Vorbereitung von Tiegeln und Schmelzwerkzeugen
(1) Zum Gießen von Aluminiumlegierungen werden gewöhnliche Eisentiegel verwendet, es können aber auch Tiegel aus Stahlguss oder geschweißten Stahlplatten verwendet werden.
Sowohl neue Tiegel als auch alte Tiegel, die längere Zeit nicht verwendet wurden, sollten vor der Verwendung sandgestrahlt und auf 700–800 Grad erhitzt werden. Diese Temperatur sollte 2–4 Stunden lang aufrechterhalten werden, um Feuchtigkeit und brennbare Substanzen, die an der Innenwand des Tiegels haften, zu verbrennen. Wenn er auf unter 300 Grad abgekühlt ist, reinigen Sie sorgfältig die Innenwand des Tiegels und tragen Sie die Beschichtung auf, wenn die Temperatur nicht unter 200 Grad liegt.
Der Tiegel sollte vor der Verwendung auf eine dunkelrote Farbe (500–600 Grad) vorgeheizt und länger als 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten werden. Bei einem neuen Tiegel ist es am besten, zunächst eine Charge recycelten Materials der gleichen Qualität zu schmelzen, bevor das eigentliche Material geschmolzen wird.
(2) Vorbereitung von Schmelzwerkzeugen
Glockendeckel, Schlagdeckel, Rührlöffel, Ausgießbeutel
Vor dem Gebrauch sollten Formen und andere Geräte vorgewärmt, bei einer Temperatur von 150–200 Grad mit einer Schutzschicht überzogen und gründlich getrocknet werden. Die Trocknungstemperatur sollte 200–400 Grad betragen, mit einer Haltezeit von mehr als 2 Stunden. Nach der Anwendung sollten an der Oberfläche anhaftende Oxide und Fluoride vollständig entfernt werden (Sandstrahlen wird empfohlen).
3. Kontrolle der Schmelztemperatur
Wenn die Schmelztemperatur zu niedrig ist, begünstigt sie nicht die Auflösung von Legierungselementen und die Entfernung von Gasen und Einschlüssen, was die Tendenz zu Entmischungen, Kaltabschlüssen und Fehlläufen erhöht. Dies kann auch zu einer unzureichenden Hitze im Steigrohr führen, wodurch eine ordnungsgemäße Zufuhr des Gussstücks verhindert wird. Einigen Quellen zufolge sollte die Schmelztemperatur aller Aluminiumlegierungen mindestens 705 Grad erreichen und es sollte gerührt werden. Andererseits verschwendet eine zu hohe Schmelztemperatur nicht nur Energie, sondern führt, was noch wichtiger ist, zu einer erhöhten Wasserstoffaufnahme, gröberen Körnern, einer stärkeren Aluminiumoxidation und einem größeren Verlust einiger Legierungselemente. Infolgedessen verschlechtern sich die mechanischen Eigenschaften der Legierung, die Guss- und Bearbeitungsleistung verschlechtert sich, die Wirksamkeit der Wärmebehandlung wird verringert und die Gas{5}}dichtigkeit des Gussteils nimmt ab.
In der Produktionspraxis hat sich gezeigt, dass schnelles Erhitzen der Legierungsschmelze auf eine höhere Temperatur und richtiges Rühren zur Auflösung aller Legierungselemente (insbesondere feuerfester Metallelemente) beitragen. Nach dem Entfernen der schwimmenden Schlacke minimiert das Absenken der Temperatur auf den Gießpunkt die Entmischung, reduziert den gelösten Wasserstoff und trägt dazu bei, eine gleichmäßige, dichte Legierung mit hohen mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Da die Temperatur der Aluminiumschmelze mit bloßem Auge schwer zu beurteilen ist, sollte die Temperatur unabhängig vom verwendeten Schmelzofentyp mit einem Messgerät kontrolliert werden. Die Messgeräte sollten regelmäßig kalibriert und gewartet werden. Thermoelementhülsen sollten regelmäßig mit einer Metallbürste gereinigt und mit Schutzfarbe beschichtet werden, um genaue Temperaturmessungen und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.
4. Kontrolle der Schmelzzeit
Um die Oxidation der Aluminiumschmelze, die Gasaufnahme und die Auflösung von Eisen zu reduzieren, sollte die Verweilzeit der Aluminiumschmelze im Ofen minimiert und das Schmelzen schnell erfolgen. Vom Beginn des Schmelzens bis zum Abschluss des Gießens sollte die Dauer beim Sandguss 4 Stunden, beim Metallformguss 6 Stunden und beim Druckguss 8 Stunden nicht überschreiten.
Um den Schmelzprozess zu beschleunigen, sollten zunächst mittelgroße Schrotte mit niedrigerem Schmelzpunkt und Aluminium--Silizium-Zwischenlegierungen zugegeben werden, damit sich schnell ein Schmelzbad am Boden des Tiegels bildet. Dann werden größere Schrottstücke und reine Aluminiumbarren hinzugefügt, sodass diese nach und nach in das sich ausdehnende Schmelzbad eintauchen und schnell schmelzen. Nachdem der Hauptteil der Charge geschmolzen ist, wird eine kleine Menge höher schmelzender Zwischenlegierungen hinzugefügt und die Temperatur wird erhöht und gerührt, um das Schmelzen zu beschleunigen. Abschließend wird die Temperatur abgesenkt und leicht oxidierende Legierungselemente eingepresst, um Verluste zu minimieren.
5. Übertragen und Gießen der Schmelze
Obwohl die Dichte von festem Aluminiumoxid ungefähr der von geschmolzenem Aluminium entspricht, dauert es nach dem Eintritt in die Aluminiumschmelze ausreichend lange, bis es sich am Boden des Tiegels absetzt. Im Gegensatz dazu hat der Aluminiumoxidfilm, der sich nach der Oxidation auf der Oberfläche von Aluminium bildet, eine dichte Seite, die mit der Aluminiumschmelze in Kontakt steht, während die der Luft ausgesetzte Seite locker ist und zahlreiche Poren mit Durchmessern von 60–100 Å enthält. Dieser Film verfügt über eine große Oberfläche und starke Adsorptionseigenschaften, wodurch er leicht Wasserdampf absorbiert und sogar zum Aufschwimmen neigt. Da der Dichteunterschied zwischen diesem Oxidfilm und der Aluminiumschmelze gering ist, führt das Einmischen in die Schmelze daher zu einem sehr langsamen Absinken und Aufschwimmen, was die Entfernung aus der Schmelze erschwert und zur Bildung von Gasporen und Einschlüssen in den Gussstücken führt. Daher ist es beim Umfüllen von Aluminiumschmelzen wichtig, das Rühren der Metallschmelze so gering wie möglich zu halten und die Lufteinwirkung der Schmelze so gering wie möglich zu halten.
Wenn Sie zum Gießen von geschmolzenem Metall einen Kipptiegel verwenden, sollte die Pfanne so nah wie möglich am Ofenauslauf platziert und geneigt werden, damit das geschmolzene Metall nicht direkt auf den Boden der Pfanne trifft, was zu Bewegung oder Spritzern führen könnte, um eine Vermischung des geschmolzenen Metalls mit Luft zu vermeiden.
Die Verwendung der richtigen und sinnvollen Gießmethode ist eine der wichtigen Voraussetzungen für die Erzielung qualitativ hochwertiger Gussteile. Die Produktionspraxis zeigt, dass die Beachtung der folgenden Punkte sehr wirksam ist, um Gussfehler zu verhindern und zu reduzieren.
(1) Überprüfen Sie vor dem Gießen sorgfältig die Schmelztemperatur des Ofens, das Fassungsvermögen der Gießpfanne und die Trockenheit der Beschichtungsschicht auf der Oberfläche sowie, ob andere Werkzeuge ausreichend vorbereitet sind. Der Gießbecher aus Metall sollte 3–5 Minuten vor dem Gießen auf die Sandform gestellt werden. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Temperatur der Gießpfanne 150 Grad nicht überschreiten. Bei zu frühem Einbringen oder zu hoher Temperatur kann sich im Gießkanal eine große Menge Gas ansammeln, wodurch beim Ausgießen Explosionsgefahr besteht.
(2) Das Gießen sollte nicht an Orten mit Zugluft erfolgen, an denen die Metallschmelze stark oxidieren oder verbrennen kann, was zu Oxidationseinschlüssen und anderen Defekten im Gussstück führen kann.
(3) Wenn Sie geschmolzenes Metall aus dem Tiegel entnehmen, entfernen Sie zuerst vorsichtig den Oxidfilm oder die Flussmittelschicht auf der Oberfläche der Schmelze mit dem Boden der Pfanne, tauchen Sie dann die Pfanne langsam in das geschmolzene Metall ein, schöpfen Sie die Schmelze mit der breiten Öffnung der Pfanne ab und heben Sie die Pfanne gleichmäßig an.
(4) Vermeiden Sie es, den Schöpflöffel beim Tragen mit der Handfläche zu kippen; Gehen Sie ruhig. Die Pfanne darf nicht zu hoch angehoben werden und der Metallspiegel im Inneren muss stabil und ungestört bleiben.
(5) Entfernen Sie unmittelbar vor dem Gießen jegliche Schlacke aus der Pfanne, um zu verhindern, dass beim Gießen Schlacke, Oxidfilme und andere Verunreinigungen in die Form gelangen.
(6) Stellen Sie beim Gießen sicher, dass der Fluss der Metallschmelze stabil bleibt. es sollte nicht unterbrochen werden oder direkt auf den Boden des Angusses gerichtet sein. Der Anguss sollte von oben nach unten gefüllt sein und die Flüssigkeitsoberfläche muss stabil bleiben. Kontrollieren Sie die Gießgeschwindigkeit entsprechend. Beginnen Sie in der Regel etwas langsamer mit dem Gießen, damit sich die Schmelze gleichmäßig füllen kann, erhöhen Sie dann die Geschwindigkeit leicht und halten Sie eine relativ konstante Gießgeschwindigkeit aufrecht.
(7) Halten Sie während des Gießvorgangs den Abstand zwischen Pfannenausguss und Einguss so gering wie möglich und darf 50 mm nicht überschreiten, um eine übermäßige Oxidation des geschmolzenen Metalls zu vermeiden.
(8) Bei einem Anguss mit Stopfen sollte der Stopfen nicht zu früh entfernt werden. Nachdem der Anguss mit geschmolzenem Metall gefüllt ist, entfernen Sie den Stopfen nach und nach schräg, um Wirbelbildung in den Formkanälen zu verhindern.
(9) Geschmolzenes Metall, das sich weniger als 60 mm über dem Boden des Tiegels befindet, sollte nicht zum Gießen verwendet werden.
