Wasserstoffgehalt der Niederdruckguss-A356-Aluminiumlegierungsschmelze und sein Einfluss auf Gussnadellöcher

Die Aluminiumlegierung A356 zeichnet sich durch geringe Dichte, hervorragende Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit aus und hat einen wichtigen Anwendungswert im Bereich des Automobilleichtbaus. Aufgrund der Wasserstoffabsorptionseigenschaften der Aluminiumschmelze ist es während der Schmelz- und Gussproduktion leicht, sich mit dem Wasserdampf in der Luft zu vermischen. Durch die Reaktion erhöht sich der Wasserstoffgehalt der Schmelze. Die Löslichkeit von Wasserstoff in flüssigem Aluminium beträgt etwa das 19,1-fache der Löslichkeit in festem Aluminium. Während des Erstarrungsprozesses fällt überschüssiger Wasserstoff in Form von Gas aus und bildet Defekte wie Nadellöcher und Poren, was zu einer rauen Gussoberfläche führt. Mit zunehmendem Grad verschlechtern sich die Gussleistung und die Gebrauchstauglichkeit. Um qualitativ hochwertige Gussteile aus Aluminiumlegierungen zu erhalten, muss daher der Wasserstoffgehalt in der Aluminiumschmelze streng kontrolliert werden.

Derzeit konzentriert sich die Forschung zur Steuerung des Wasserstoffgehalts in Aluminiumschmelzen hauptsächlich auf den Entgasungsraffinierungsprozess, der hauptsächlich Gasspülung, Rotationsstrahlentgasung, Vakuumentgasung und Ultraschallentgasung umfasst, wobei die Rotationsstrahlentgasung am weitesten verbreitet ist. Es gibt viele neue Technologien zur Reinigung und Entgasung von Schmelzen im In- und Ausland, wie zum Beispiel die RID-Methode, die Alpur-Methode und die RDU-Methode, die die Entgasungseffizienz von Schmelzen erheblich verbessern und den Wasserstoffgehalt in Aluminiumschmelzen auf 0,10 ml/(100 gAl) reduzieren können. Allerdings wurde dem Wasserstoffabsorptionsverhalten der Aluminiumschmelze im anschließenden Entgasungs- und Raffinierungsprozess im Vergleich zum ausführlich untersuchten Entgasungsprozess weniger Aufmerksamkeit geschenkt, insbesondere aufgrund der Tatsache, dass es viele Berichte über das Wasserstoffabsorptionsverhalten von Aluminiumschmelzen unter dem Einfluss von Faktoren gibt.

Der außerordentliche Professor Zhang Huarui vom Ningbo Innovation Research Institute der Universität Beihang und andere veröffentlichten einen Artikel mit dem Titel „The Hydrogen Content of A356 Aluminium Alloy Melt in Low Pressure Casting and Its Effect on Casting Pinhole“. Der Artikel analysiert die Änderungen des Wasserstoffgehalts der A356 Aluminiumlegierungsschmelze während des Stehens, des Transfers und des Gießens und untersucht den Einfluss von Faktoren wie dem absoluten Wassergehalt der Luft und der Taupunkttemperatur von Druckluft, Sr-Gehalt und anderen Faktoren auf die Wasserstoffabsorption der Aluminiumschmelze. Beeinflusst durch die Analyse von Gussfehlern bei unterschiedlichem Wasserstoffgehalt der Schmelze. Die Ergebnisse zeigen, dass die Übertragungsverbindung einen relativ gravierenden Teil der Wasserstoffabsorption darstellt und der absolute Wassergehalt der Luft und der Sr-Gehalt die Hauptfaktoren sind, die die Wasserstoffabsorption der Schmelze beeinflussen. Bei unterschiedlichen Wasserstoffgehalten unter diesen Bedingungen enthält das Gussstück sowohl punktförmige Nadellöcher und netzartige Löcher, die zwischen Dendriten verteilt sind, und die Porosität nimmt mit zunehmendem Wasserstoffgehalt in der Schmelze zu. Unter der Prämisse, den Modifikationseffekt sicherzustellen, ist eine Reduzierung der Sr-Zugabe vorteilhaft, um den Wasserstoffgehalt der Schmelze zu reduzieren und die Entstehung von Nadellöchern in Gussteilen zu reduzieren.

【Testmaterialien und Schema】

Zu den Rohstoffen gehören hauptsächlich die Aluminiumlegierung A356 (Zusammensetzung siehe Tabelle 1), Al-5Ti-1B-Refiner, Al-10Sr-Modifikator, festes Refinermittel (hauptsächlich bestehend aus KCl und NaCl) und hochreiner Stickstoff (Reinheit ≥ 99,99 %).
Nachdem der A356-Aluminiumbarren geschmolzen ist, wird er zur Entgasungsraffinierung (Raffinationsmittel + Rotationsblasstickstoffgas) sowie zur Raffinations- und Modifizierungsbehandlung in eine Transferpfanne überführt; Der Transferbeutel wird in den Warmhalteofen der Niederdruckgießmaschine eingespritzt. Entsprechend den tatsächlichen Anforderungen des Produktionszyklus erfolgt die Übertragung alle 2 Stunden und die Einspritzzeit beträgt jedes Mal 30 Sekunden. Gleichzeitig wird Druckluft in den Warmhalteofen eingeleitet, und die Aluminiumschmelze steht unter Druck, tritt von unten nach oben in den Hohlraum ein und kühlt schließlich ab und erstarrt zu einem Gussstück. Nach Abschluss der Entgasung und Raffinierung werden der Aluminiumschmelze Proben entnommen und in den Statik-, Transfer- und Niederdruckgussverbindungen analysiert. Der absolute Wassergehalt der Luft, der Sr-Gehalt und die Durchflussrate jeder Probe werden aufgezeichnet. Parameter wie die Taupunkttemperatur der in den Warmhalteofen eintretenden Druckluft.
Der Wasserstoffgehalt der Aluminiumschmelze wird mit der Dekompressionserstarrungsmethode gemessen. Die spezifischen Schritte sind: Stellen Sie den Tiegel mit der Aluminiumschmelze zur Dekompression in die Vakuumkammer des Dekompressions-Erstarrungs-Wasserstoffdetektors. Wiegen und berechnen Sie die Dichte der Probe nach der Dekompression und Erstarrung.

Zur Messung des Sr-Gehalts in der Aluminiumschmelze wurde die hochfrequente induktiv gekoppelte Plasmaspektrometrie des direkt ablesbaren Spektrometers (ARLeasySpark1160) verwendet. Zur Beobachtung der Mikrostruktur von Gussstücken wurde ein metallografisches Mikroskop verwendet, und die Proben wurden mit standardmäßigen metallografischen Techniken hergestellt. Die Oberfläche der Probe wird mit Schleifpapier auf einen Spiegel poliert und die metallografische Struktur wird im nicht korrodierten Zustand beobachtet. Die Lochlochrate und der durchschnittliche Lochlochdurchmesser werden mithilfe der ImageJ-Software berechnet, und für statistische Zwecke werden von jeder Probe nach dem Zufallsprinzip nicht weniger als 10 metallografische Fotos aufgenommen.

【Grafische Ergebnisse】
Abb.1 Änderungen des Wasserstoffgehalts in der Aluminiumschmelze bei unterschiedlichen absoluten Wassergehalten der Luft im statischen Stadium

Abb.2 Änderungen des Wasserstoffgehalts in der Aluminiumschmelze unter verschiedenen Sr-Gehaltsbedingungen im statischen Prozess


Abb.3 Änderungen des Wasserstoffgehalts in der Aluminiumschmelze bei unterschiedlichem absoluten Feuchtigkeitsgehalt der Luft im Transferprozess
Abb.4 Änderungen des Wasserstoffgehalts in der Aluminiumschmelze unter verschiedenen Sr-Gehaltsbedingungen in der Übertragungsstrecke

(a) Zeitraum 12:00–24:00 Uhr

(b) Zeitraum 0:00–12:00 Uhr

Abb.5 Einfluss der Taupunkttemperatur der Druckluft auf den Wasserstoffgehalt der Schmelze im Gießprozess
(a) 0,15 ml/(100 gAl), geringe Leistung

(b) 0,15 ml/(100 gAl), hohe Leistung

(c) 0,26 ml/(100 gAl), geringer Stromverbrauch

(d) 0,26 ml/(100 gAl), hohe Leistung

(e) 0,52 ml/(100 gAl), geringer Stromverbrauch

(f) 0,52 ml/(100 gAl), hohe Leistung

(g)0,70 ml/(100 gAl), geringer Stromverbrauch

(h) 0,70 ml/(100 gAl), hohe Leistung

(i) 0,76 ml/(100 gAl), geringer Stromverbrauch

(j) 0,76 ml/(100 gAl), hohe Leistung


Wenn der absolute Wassergehalt der Luft (17,21 ± 2,26) g/m3 und der Sr-Gehalt 0,01 % betrug, stieg der Wasserstoffgehalt der Aluminiumschmelze im Transferprozess von 0,15 ml/(100 gAl) auf 0,76 ml/(100 gAl), was einer Steigerung um das 4,07-fache entspricht. Während des Transfervorgangs kann die Aluminiumschmelze vollständig mit der Luft in Kontakt kommen, was die Voraussetzung für die Wasserstoffaufnahme ist. Der hohe absolute Wassergehalt der Luft und der Sr-Gehalt der Schmelze sind die Hauptgründe für die große Wasserstoffaufnahme der Schmelze. Die Voraussetzung, den metamorphen Effekt sicherzustellen. Unter diesen Bedingungen ist eine entsprechende Reduzierung der zugesetzten Sr-Menge vorteilhaft für die Reduzierung des Wasserstoffgehalts der Aluminiumschmelze.

Es gibt hauptsächlich zwei Arten von Nadellöchern in Gussteilen: punktförmige und netzwerkförmige Löcher. Mit zunehmendem Wasserstoffgehalt der gesamten Schmelze nehmen die Lochbildungsrate und die durchschnittliche Porengröße zu. Wenn der Wasserstoffgehalt der Schmelze von 0,15 ml/(100 gAl) auf 0,76 ml/(100 gAl) ansteigt, stieg die Porenrate von 0,68 % auf 2,48 % und der durchschnittliche Porendurchmesser stieg von 60 μm auf etwa 100 μm.

Zitierformat für diesen Artikel:

Zhang Huarui, Ma Hanyu, Du Ming et al. Wasserstoffgehalt der Niederdruckgussschmelze der A356-Aluminiumlegierung und sein Einfluss auf Gussnadellöcher[J]. Special Casting and Nonferrous Alloys, 2022,42(11):1 321-1 325 .

ZHANG HR,MA HY,DU M,et al.Wasserstoffgehalt der Niederdruckguss-A356-Aluminiumlegierungsschmelze und ihr Einfluss auf Lochsündergussteile[J].Spezialguss und Nichteisenlegierungen,2022,42(11):1 321-1 325.