کنترل افزودنی های شمش منیزیم در ذوب آلومینیوم

منیزیم (Mg) یکی از عناصر آلیاژی پرکاربرد در پیرومتالورژی مدرن است که به عنوان بلوک ساختمانی پایه برای اکستروژن های فرفورژه ساختاری، صفحه نورد درجه دریایی و ریخته گری خودرو با یکپارچگی بالا عمل می کند. هنگامی که در آلومینیوم مذاب حل می شود، منیزیم محلول جامد را فراهم می کند. تقویت، کشش سطحی را تغییر می دهد و با عناصری مانند سیلیکون، روی و مس ترکیب می شود تا سخت شدن بارش را امکان پذیر کند.

با این حال، منیزیم در آلومینیوم مذاب بسیار فرار است. در دماهای مذاب معمولی (700°؛C تا 760°؛C)، منیزیم خالص فشار بخار چندین مرتبه بالاتر از آلومینیوم را نشان میدهد که منجر به تبخیر سریع، سوختن اکسیداسیون و سینتیک تفاله پیچیده میشود. به طور انتقادی تر، تعادل فاز متالورژیکی حکم می کند که افزودن منیزیم خارج از مرزهای استوکیومتری دقیق به سادگی به نقطه ای از بازده کاهش نمی رسد و mdash; نقص های ریزساختاری شدیدی را ایجاد می کند.

۱٫ شیمی فیزیک منیزیم در آلومینیوم مذاب

مدیریت افزودن منیزیم با درک رفتار پیرومتالورژیکی شمش های منیزیم خالص شارژ شده در حمام های آلومینیوم مذاب آغاز می شود.

فشار بخار بالا & amp؛ سینتیک اکسیداسیون

در 730°؛C، فشار بخار منیزیم خالص تقریبا 380 Pa است، در مقایسه با کمتر از 10^-7Pa برای آلومینیوم مذاب هنگامی که شمش منیزیم به سطح حمام بدون غوطه وری مکانیکی وارد می شود، دمای محلی به سرعت فلز را تبخیر می کند علاوه بر این، منیزیم میل ترمودینامیکی بسیار قوی تری نسبت به آلومینیوم برای اکسیژن نشان می دهد:

• اکسیداسیون مستقیم:2 میلی گرم_(ل)+ او_{2 (گرم)}→ 2MgO_(ها)
• تشکیل اسپینل:MgO_(ها)+ 2Al_(ل)+ 1.5O_{2 (گرم)}→ MgAl₂ای_{4 (ها)}

تولید تفاله و آمپر؛ پوشیدن ابزار

اسپینل آلومینات منیزیم (MgAl₂ای₄) ذرات فوق العاده سخت هستند (سختی Mohs 8) و دارای چگالی (3.58 گرم بر سانتی متر) هستند³) نزدیک به آلومینیوم مایع. به جای جدا شدن تمیز به تفاله های سطحی، اجزای اسپینل در سراسر حمام مذاب معلق می مانند.

• شامل امتیاز و فرسوده اکستروژن می میرد و نورد رول پیش از موعد.
• آنها باعث شکستن سیم در هنگام کشیدن سرد با سرعت بالا می شوند.
• به ازای هر 0.10 درصد منیزیم اضافی سوزانده شده از طریق شعله ور شدن سطح، اسکیمینگ مذاب حدود 1.5 تا 2.2 کیلوگرم تفاله اضافی در هر تن فلز مایع تولید می کند.

2 متالورژی آلیاژی & amp؛ مطالعات موردی درجه خاص

2.1 سری 6xxx (Al-Mg-Si): استوکیومتری در مقابل " سیلیکون اضافی" استراتژی

استحکام مکانیکی آلیاژهای سری 6xxx (AA6063، AA6061، AA6082) به توالی بارش فاز پیش ساز فراپایدار و بتا بستگی دارد.″-Mg₂سی.

• نسبت استوکیومتری:نسبت جرم نظری منیزیم به Si مورد نیاز برای تولید منیزیم خنثی₂سی است1.73 : 1.
• جریمه اضافی منیزیم:عملکرد بالاتر از 1.73:1 ایجاد "؛ منیزیم اضافی"؛ حالت منیزیم در محلول جامد به طور قابل توجهی بالا می برد آلیاژ'؛s تنش جریان با دمای بالا آزمایشات اکستروژن صنعتی تایید می کنند که برای هر 0.10٪ Mg اضافه شده بالاتر از تعادل استوکیومتری، سرعت رم اکستروژن باید 15٪ تا 30٪ کاهش یابد تا از پارگی سطح پروفیل جلوگیری شود.
• تعادل سیلیکون اضافی:خانه های مسکونی مدرن یکسیلیکون اضافیتمرین، هدف قرار دادن نسبت Mg:Si بین1.0: 1 و 1.3: 1(به عنوان مثال، 0.45٪ & ndash؛ 0.52٪ Mg و 0.40٪ & ndash؛ 0.52٪ Si). Si مازاد سینتیک پیری مصنوعی را بدون افزایش مقاومت اکستروژن داغ تسریع می کند.

سری 2.2 5xxx (Al-Mg): آستانه حساسیت

آلیاژهای 5xxx غیر قابل عملیات حرارتی (AA5052، AA5083، AA5456) برای تقویت محلول جامد و سخت شدن کار برای بدنه های دریایی، تانکرهای شیمیایی و ذخیره سازی برودتی متکی هستند.

• محدودیت حساسیت 3.0%– 3.5%:در حالی که حلالیت جامد منیزیم در دمای یوتکتیک به بیش از 15٪ می رسد، در دمای اتاق به زیر 1.5٪ می رسد. هنگامی که محتوای منیزیم از 3.0٪ تا 3.5٪ بیشتر شود، آلیاژ در معرض حساسیت حرارتی در معرض دمای سرویس بین 50°C و 150°C قرار می گیرد.
• شکست IGSCC:منیزیم فوق اشباع به مرزهای دانه با زاویه بالا منتشر می شود و شبکه ای پیوسته از آندی و بتا را تشکیل می دهد. - فاز (Al₃میلی گرم₂). در محیط های کلرید دریایی، این فیلم مرزی به سرعت حل می شود و فاجعه بار را تحریک می کندترک خوردگی خوردگی استرس بین دانه ای (IGSCC).
• پنجره هدف ذوب:برای صفحات دریایی ساختاری مانند AA5083 (مشخصات: 4.0٪ & ndash؛ 4.9٪ Mg)، خانه های کاست اضافه کردن به آن را محدود می کنند4.20%–4.45% منیزیمدر حالی که منگنز (&ge؛ 0.40٪) و کروم را برای مختل کردن تداوم مرز دانه حفظ می کند.

2.3 آلیاژهای ریخته گری (A356 / AlSi7Mg): شکل پذیری و آمپر. تله آهنی

در آلیاژهای ریخته گری هیپوتکتیک (A356/A357)، سیلیکون سیالیت مذاب را فراهم می کند در حالی که منیزیم در طول عملیات حرارتی T6 سخت شدن رسوب را ارائه می دهد.

• افزایش قدرت:هر افزایش 0.05٪ Mg قدرت تسلیم را تقریبا 12 تا 15 مگاپاسکال پس از پیری مصنوعی افزایش می دهد.
• π-تجسم فاز:هنگامی که منیزیم بیش از 0.38٪ تا 0.40٪ در مذاب های حاوی آهن پس زمینه (Fe &ge؛ 0.12٪)، منیزیم با آهن و سیلیکون ترکیب می شود و &pi شکننده را تشکیل می دهد. -فازهای بین فلزی (Al₈FeMg₃سی₆).این ذرات اسکریپت چینی در طول محلول سازی استاندارد حل نمی شوند (535°؛C&ndash؛540°؛C)، باعث افزایش طول به شدت از &ge؛ 8٪ به زیر 3٪.
• پنجره هدف:چرخ های حیاتی خودرو و ریخته گری ساختاری هوافضا منیزیم هدف را محدود می کند0.32٪ تا 0.37٪.

3 نسبت منیزیم درجه خاص & amp؛ محدودیت های عملیاتی

4. تمرین پیرومتالورژیکی: به حداکثر رساندن بازیابی منیزیم

از آنجایی که منیزیم به راحتی اکسید می شود، تکنیک های افزودن محفظه تعیین می کند که آیا شیمی هدف به طور موثر به دست می آید یا خیر:

• شارژ دستی سطح (70%–80% Recovery):شارژ شمش های خالص به طور مستقیم بر روی حمام باز باعث شناور شدن، شعله ور شدن شدید و تولید تفاله های سنگین و دود MgO می شود.
• فرو رفتن زنگ غوطه ور (88%&ndash؛ 92% بازیابی):شمش های از پیش گرم شده در یک زنگ نسوز قفل شده و در کوره غوطه ور می شوند و از فشار متالواستاتیک حمام برای سرکوب تبخیر استفاده می کنند.
• شارژ آلیاژ اصلی (94% و ndash؛ 97% بازیابی):معرفی منیزیم از طریق آلیاژ اصلی Al-Mg (50/50) به دلیل چگالی آلیاژ بالاتر و فعالیت موضعی کمتر از شعله ور شدن جلوگیری می کند.
• تزریق خودکار سیم هسته ای (96٪ و ndash؛ 98٪ بازیابی):تغذیه سیم منیزیم با روکش آلومینیومی به طور مستقیم به لباسشویی انتقالی، پیرایش ترکیبی دقیقی را قبل از گاز زدایی درون خطی فراهم می کند.

5 ذوب پالایش & amp؛ استانداردهای کیفیت شمش

منیزیم جذب هیدروژن را در آلومینیوم مذاب از طریق برداشت رطوبت محیط افزایش می دهد: منیزیم_(ل)+ ح₂ای_(ز)→ MgO_(ها)+ 2[H]_{حل شد}.

• گاز زدایی چرخشی:کاست هاوس ها دارای آرگون مخلوط با 0.5٪ تا 1.5٪ کلر هستند₂گاز برای شناور کردن اجزای اسپینل معلق و کاهش سطح هیدروژن زیر 0.12 سانتی متر³/100 گرم آل.
• فیلتراسیون قبل از ریختن:مذاب از 30 تا 50 فیلتر فوم سرامیکی PPI (CFF) عبور می کند تا ریز اجزاء را قبل از ریخته گری مستقیم سرد به دام بیندازد.
• ایمنی پیش گرمایش شمش:شمش منیزیم باید قبل از شارژ به مدت حداقل 2 ساعت قبل از 150°؛C&ndash؛200°؛C پیش گرم شود تا رطوبت سطح (Mg (OH از بین برود₂) و جلوگیری از انفجار فلز مذاب.