محتوای هیدروژن ذوب آلیاژ آلومینیوم ریخته گری کم فشار A356 و تأثیر آن بر سوراخ های ریخته گری

آلیاژ آلومینیوم A356 دارای ویژگی های چگالی کم، شکل پذیری عالی و مقاومت در برابر خوردگی است و دارای ارزش کاربردی مهم در زمینه سبک وزن خودرو است. با توجه به ویژگی های جذب هیدروژن مذاب آلومینیوم، به راحتی با بخار آب موجود در هوا در هنگام ذوب و تولید ریخته گری مخلوط می شود. واکنش باعث افزایش محتوای هیدروژن مذاب می شود. حلالیت هیدروژن در آلومینیوم مایع حدود 19.1 برابر آلومینیوم جامد است. در طول فرآیند انجماد، هیدروژن اضافی به شکل گاز رسوب می‌کند تا نقص‌هایی مانند سوراخ‌ها و منافذ ایجاد کند که در نتیجه سطح ریخته‌گری ناهموار با افزایش درجه، عملکرد ریخته‌گری و قابلیت سرویس دهی بدتر می‌شود. بنابراین، برای به دست آوردن ریخته گری آلیاژ آلومینیوم با کیفیت بالا، محتوای هیدروژن در مذاب آلومینیوم باید به شدت کنترل شود.

در حال حاضر، تحقیقات در مورد کنترل محتوای هیدروژن در مذاب آلومینیوم عمدتاً بر روی فرآیند تصفیه گاز زدایی متمرکز شده است که عمدتاً شامل تصفیه گاز، گاززدایی با جت چرخشی، گاززدایی خلاء و گاز زدایی اولتراسونیک است که در میان آنها بیشترین کاربرد گاززدایی با جت چرخشی است. فناوری‌های جدید زیادی در تصفیه و گاززدایی مذاب‌ها در داخل و خارج از کشور وجود دارد، مانند روش RID، روش Alpur و روش RDU که راندمان گاززدایی مذاب‌ها را تا حد زیادی بهبود می‌بخشد و می‌تواند محتوای هیدروژن در مذاب‌های آلومینیوم را به 0.10mL/(100gAl) کاهش دهد. با این حال، در مقایسه با فرآیند گاززدایی که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است، توجه کمتری به رفتار جذب هیدروژن مذاب آلومینیوم در فرآیند بعدی گاززدایی و پالایش شده است، به ویژه به دلیل این واقعیت که گزارش های کمی در مورد رفتار جذب هیدروژن مذاب آلومینیوم تحت تأثیر عوامل وجود دارد.

پروفسور Zhang Huarui از موسسه تحقیقات نوآوری Ningbo از دانشگاه Beihang و دیگران مقاله ای با عنوان "محتوای هیدروژن مذاب آلیاژ آلومینیوم A356 در ریخته گری کم فشار و تاثیر آن بر سوراخ سوزنی ریخته گری را منتشر کردند. از هوا، دمای نقطه شبنم از هوای فشرده، محتوای Sr و سایر عوامل بر جذب هیدروژن مذاب آلومینیوم تحت تأثیر تجزیه و تحلیل نقص سوراخ سوزنی ریخته گری تحت محتوای هیدروژن مختلف مذاب. نتایج نشان می‌دهد که پیوند انتقال بخش نسبتاً جدی جذب هیدروژن است و محتوای مطلق آب هوا و محتوای Sr عوامل اصلی مؤثر بر جذب هیدروژن مذاب هستند. در محتویات مختلف هیدروژن در این شرایط، ریخته‌گری شامل سوراخ‌های نقطه مانند و سوراخ‌های مشبک بین دندریت‌ها توزیع می‌شوند و تخلخل با افزایش محتوای هیدروژن در مذاب افزایش می‌یابد. با فرض اطمینان از اثر اصلاح، کاهش افزودن Sr برای کاهش محتوای هیدروژن مذاب و کاهش تولید سوراخ‌های سوزنی در ریخته‌گری مفید است.

【مواد و طرح تست】

مواد خام عمدتاً شامل آلیاژ آلومینیوم A356 (برای ترکیب به جدول 1 مراجعه کنید)، تصفیه کننده Al-5Ti-1B، اصلاح کننده Al-10Sr، عامل تصفیه جامد (عمدتاً از KCl و NaCl تشکیل شده است) و نیتروژن با خلوص بالا (خلوص 99.99 ≥).
پس از ذوب شدن شمش آلومینیوم A356، برای تصفیه گاز زدایی (عامل تصفیه + گاز نیتروژن دوار) و همچنین تصفیه و اصلاح به یک ملاقه انتقال منتقل می شود. کیسه انتقال به کوره نگهدارنده دستگاه ریخته گری کم فشار تزریق می شود. با توجه به الزامات چرخه تولید واقعی، هر 2 ساعت یک بار منتقل می شود و زمان تزریق هر بار 30 ثانیه است. همزمان هوای فشرده به کوره نگهدارنده وارد می شود و مذاب آلومینیوم از پایین به بالا تحت فشار قرار می گیرد و وارد حفره می شود و در نهایت سرد و جامد می شود تا یک قالب ریخته گری تشکیل شود. مذاب آلومینیوم پس از اتمام گاززدایی و تصفیه در پیوندهای استاتیکی، انتقالی و ریخته گری کم فشار نمونه برداری و تجزیه و تحلیل می شود و محتوای مطلق آب هوا، محتوای Sr و سرعت جریان هر نمونه ثبت می شود. پارامترهایی مانند دمای نقطه شبنم هوای فشرده وارد شده به کوره نگهدارنده.
مقدار هیدروژن مذاب آلومینیوم با روش انجماد رفع فشار اندازه گیری می شود. مراحل خاص عبارتند از: بوته حاوی مذاب آلومینیوم را در محفظه خلاء آشکارساز هیدروژن انجماد رفع فشار قرار دهید تا فشرده سازی شود. پس از فشرده سازی و انجماد، دانسیته نمونه را وزن کرده و محاسبه کنید.

طیف‌سنج خواندن مستقیم (ARLeasySpark1160) از طیف‌سنجی پلاسمای جفت شده القایی فرکانس بالا برای اندازه‌گیری محتوای Sr در مذاب آلومینیوم استفاده شد. برای مشاهده ریزساختار ریخته گری از میکروسکوپ متالوگرافیک استفاده شد و نمونه ها با تکنیک های متالوگرافی استاندارد تهیه شدند. سطح نمونه با کاغذ سنباده تا سطح آینه صیقل داده می شود و ساختار متالوگرافی در حالت خورده نشده مشاهده می شود. نرخ سوراخ سوزنی و میانگین قطر سوراخ سوزنی با استفاده از نرم افزار ImageJ محاسبه می شود و از هر نمونه کمتر از 10 عکس متالوگرافی به صورت تصادفی برای آمار گرفته می شود.

【نتایج گرافیکی】
شکل 1 تغییرات محتوای هیدروژن در مذاب آلومینیوم تحت محتویات مختلف آب مطلق هوا در مرحله استاتیک

شکل 2 تغییرات محتوای هیدروژن در مذاب آلومینیوم تحت شرایط مختلف محتوای Sr در فرآیند استاتیکی


شکل 3 تغییرات محتوای هیدروژن در مذاب آلومینیوم تحت رطوبت مطلق هوا در فرآیند انتقال
شکل 4 تغییرات محتوای هیدروژن در مذاب آلومینیوم تحت شرایط مختلف محتوای Sr در پیوند انتقال

(الف) دوره زمانی 12:00 تا 24:00

(ب) دوره زمانی 0:00 تا 12:00

شکل 5 اثر دمای نقطه شبنم هوای فشرده بر میزان هیدروژن مذاب در فرآیند ریخته‌گری
(الف) 0.15mL/(100gAl)، توان کم

(ب) 0.15mL/(100gAl)، قدرت بالا

(ج) 0.26mL/(100gAl)، کم توان

(د) 0.26mL/(100gAl)، قدرت بالا

(ه) 0.52mL/(100gAl)، قدرت کم

(f) 0.52mL/(100gAl)، قدرت بالا

(گرم) 0.70 میلی‌لیتر/ (100 گرم آل)، توان کم

(h) 0.70mL/(100gAl)، قدرت بالا

(i) 0.76mL/(100gAl)، قدرت کم

(j) 0.76mL/(100gAl)، قدرت بالا


هنگامی که محتوای مطلق آب هوا (2.26±17.21) گرم بر متر مکعب و محتوای Sr 0.01٪ بود، محتوای هیدروژن مذاب آلومینیوم در فرآیند انتقال از 0.15 میلی لیتر / (100 gAl) به 0.76 میلی لیتر / (100 gAl) افزایش یافت که افزایش 4.07 برابری داشت. در طول فرآیند انتقال، مذاب آلومینیوم می تواند به طور کامل با هوا در تماس باشد، فرض جذب هیدروژن است. محتوای مطلق آب مطلق هوا و محتوای Sr مذاب از دلایل اصلی جذب هیدروژن زیاد مذاب است. پیش فرض اطمینان از اثر دگرگونی در این شرایط، کاهش مناسب مقدار Sr اضافه شده برای کاهش محتوای هیدروژن مذاب آلومینیوم مفید است.

عمدتاً دو نوع سوراخ سوزنی در ریخته گری وجود دارد: شکل نقطه ای و شکل شبکه. سرعت سوراخ سوزنی و اندازه متوسط ​​منافذ با افزایش محتوای هیدروژن مذاب به عنوان یک کل افزایش می یابد. هنگامی که محتوای هیدروژن مذاب از 0.15mL/(100gAl) به 0.76mL/(100gAl) افزایش می‌یابد، نرخ سوراخ سوزنی از 0.68% به 2.48% افزایش می‌یابد و میانگین قطر منافذ از 60μm به حدود 100μm افزایش می‌یابد.

فرمت استناد برای این مقاله:

ژانگ هواروی، ما هانیو، دو مینگ و همکاران. محتوای هیدروژن مذاب آلیاژ آلومینیوم ریخته گری کم فشار A356 و تأثیر آن بر سوراخ های ریخته گری [J]. ریخته گری ویژه و آلیاژهای غیر آهنی، 2022،42 (11): 1 321-1 325.

ZHANG HR، MA HY، DU M، و همکاران. محتوای هیدروژن مذاب آلیاژ آلومینیوم A356 ریخته‌گری کم فشار و تأثیر آن بر ریخته‌گری‌های سوراخ سوزنی [J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2022,42 (11): 1 321-1 325.