Kakovost taline aluminija: razplinjevanje, filtriranje in oksidi
Stroj za litje pod tlakom lahko uliva le tisto, kar mu dostavi talilnica. Raztopljen vodik, oksidni sloji in druge vključke potujejo skupaj s kovino v brizgalno cev in končajo v ulitku. Čista, ustrezno obdelana talina je zato pogoj za nizko stopnjo izmetov, neprepustne dele ter zanesljivo obdelavo, toplotno obdelavo ali varjenje.
Kaj določa kakovost taline aluminija?
Odločilni so trije dejavniki: raztopljen vodik, ki lahko med strjevanjem tvori plinske pore; oksidi in vključki, ki oslabijo ulitek in motijo pretok; ter nadzor temperature, ki vpliva na oba. Odplinjevanje z inertenim plinom zniža vsebnost vodika, filtriranje zadrži okside in delce, skrbno ravnanje pa preprečuje novo onesnaženje.
Kakovost taline je treba meriti, ne pa le domnevati. Preprosti preskusi v proizvodnji omogočajo, da se spremembe opazijo, še preden se pokažejo v obliki odpadnega materiala.
Vodik: nevidna onesnaževalna snov
Vodik je edini plin, ki se v znatnih količinah raztaplja v staljenem aluminiju. Njegova topnost je v tekočini veliko višja kot v trdni kovini in se povečuje s temperaturo. Med strjevanjem se presežni vodik izloči in lahko tvori pore.
Glavni vir je vlaga. Vodna para reagira s staljenim aluminijem, pri čemer nastaja oksid in se v talino sprošča vodik. Vlaga izvira iz vlažnega zraka, vlažnega ali onesnaženega surovinskega materiala, nezadostno posušenih orodij, ljam in ognjevzdržnih oblog ter iz zgorevalnih plinov v pečeh na gorivo .
Pri visokotlačnem litju večino poroznosti povzročata ujeti zrak in krčenje pri strjevanju, ne pa vodik. Raztopljeni plin je še vedno pomemben, zlasti pri delih, ki so toplotno obdelani, varjeni ali morajo biti neprepustni za tlak, kjer lahko majhne plinske pore povzročijo mehurjenje ali uhajanje.
Oksidi, žlindra in druge vključke
Stopljeni aluminij takoj prekrije tanka oksidna plast. Dokler ostane na površini, je neškodljiva. Ko se površina pretrga zaradi burne litje, velike višine padca ali mešanja, se oksidni sloji vmešajo v talino. Ti sloji lahko delujejo kot razpoke v ulitku in kot jedra za pore.
| Nečistota | Tipični vir | Ukrep |
|---|---|---|
| Raztopljen vodik | Vlaga iz zraka, surovin, orodja, ognjevzdržnih materialov, zgorevanja | Posušite surovine in orodje, razplinjevanje z inertnim plinom, nadzorovana temperatura |
| Oksidni sloji | Turbulenten prenos, velika višina padca, oksidirani povratki | Mirni prenos, majhne višine padca, odstranjevanje s površine, filtracija |
| Ognjevzdržni delci | Obrabljene ali poškodovane obloge peči in livarskih kadi | Vzdrževanje oblog, filtracija |
| Mulj (intermetalne faze) | Visoka vsebnost železa, mangana in kroma v kombinaciji z nizko temperaturo zadrževanja | Nadzor zlitine, temperatura zadrževanja, primerna za zlitino, redno čiščenje peči |
Za mulj se kot kazalnik pogosto uporablja empirični faktor za mulj: Fe + 2 × Mn + 3 × Cr, vsak v masnih odstotkih. Kritična vrednost je odvisna od temperature zadrževanja in jo je treba dogovoriti z dobaviteljem zlitine.
Razplinjevanje: odstranjevanje vodika z inertnim plinom
Najpogostejša metoda v livarnah aluminija je rotacijsko razplinjevanje. Vrtljivo grafitno krilno kolo razprši inertni plin, običajno argon ali dušik, v drobne mehurčke. Vodik se iz taline difundira v mehurčke in skupaj z njimi odhaja na površino. Vzhajajoči mehurčki prenašajo tudi okside navzgor, kjer jih je mogoče odstraniti skupaj z žlindro.
Priprava
Predgrejte rotor in gred, preverite obrabo rotorja in nastavite talino na temperaturo obdelave.
Obdelava
Zagotovite določen pretok plina, hitrost rotorja in trajanje obdelave; izogibajte se nastanku vrtinca, ki bi v talino potegnil okside.
Odstranjevanje in preverjanje
Previdno odstranite žlindro in rezultat potrdite s preskusom kakovosti taline.
Takojšnja uporaba
Obdelana talina lahko sčasoma ponovno absorbira vodik, zlasti v vlažnih razmerah.
Kje poteka razplinjevanje, je odvisno od razporeditve talilnice: v prenosni kadi, na ločeni obdelovalni postaji ali v peči. Vloge različnih tipov peči so pojasnjene v našem članku Peč za doziranje, taljenje ali vzdrževanje temperature?
Filtracija: zadrževanje oksidov in delcev
Filtri mehansko zadržujejo oksidne plasti in trdne delce. Keramični penasti filtri, razvrščeni po velikosti por, se pogosto uporabljajo v žlebih, na izhodih peči ali v dozirnih pečeh. Fini filter zadržuje manjše vključke, vendar povzroča večji pretok in se hitreje zamaši, zato mora biti izbira filtra usklajena s pretokom in intervali menjave.
Filtriranje ne odstrani raztopljenega vodika, prav tako pa samo razplinjevanje ne odstrani vseh vključkov. Ti dve obdelavi se medsebojno dopolnjujeta. Obe sta učinkoviti le, če se kovina kasneje ne onesnaži ponovno, na primer zaradi turbulentnega nalivanja v livarsko rokavico. Vpliv pogojev polnjenja na poroznost je obravnavan v našem članku o polnjenju kalupov in vakuumu.
Kako se preverja kakovost taline
Preskus pri zmanjšanem tlaku
En vzorec se strdi pri atmosferskem tlaku, drugi pa v določenem vakuumu. Plini in oksidi povzročijo, da vzorec v vakuumu tvori več por in ima zato manjšo gostoto. Indeks gostote primerja obe vrednosti.
Preskusi vključkov
Preskusi loma na preprostih vzorcih omogočajo vidnost oksidnih plasti na površini loma. Za podrobnejšo analizo laboratorijske metode količinsko opredelijo vključke v filtriranem kovinskem vzorcu.
Indeks gostote [%] = (ρatm −ρvac) /ρatm × 100
ρatm = gostota vzorca, strjenega pri atmosferskem tlak,ρvac = gostota vzorca, strjenega pri zmanjšanem tlak, obe v g/cm³. Rezultati so primerljivi le ob enaki velikosti vzorca, tlaku in postopku.
Seznam za preverjanje kakovosti taline za vsakodnevno delovanje
- Surovine in vrnjene surovine morajo biti suhe, čiste in shranjene pod streho
- Lonci, orodje in penilniki morajo biti pred stikom s talino premazani in predogreti
- Preverite obloge peči in livarskih loncev glede poškodb in nabiranja ostankov
- Temperatura taline mora biti v okviru določenega razpona za zlitino in proces
- Parametri razplinjevanja morajo biti dokumentirani, stanje rotorja pa preverjeno
- Žlindra se previdno odstrani, ne da bi se oksidi ponovno vmešali v talino
- Filtri so izbrani glede na zmogljivost in se menjajo v določenih časovnih presledkih
- Prenos in nalivanje z majhnimi turbulencami in kratkimi višinami padca
- Redno se izvaja in beleži indeks gostote ali primerljiv preskus
Pogosta vprašanja
Ali je pri visokotlačnem litju potrebno razplinjevanje?
To je odvisno od zahtev za posamezni del. Pri delih, ki so toplotno obdelani, varjeni ali morajo biti neprepustni za tlak, sta na splošno pomembna nadzorovana vsebnost vodika in čista talina. Zahtevana raven mora biti določena za vsak izdelek posebej.
Ali filtriranje nadomešča razplinjevanje?
Ne. Filtri zadržujejo trdne vključke in oksidne plasti, vendar ne odstranjujejo raztopljenega vodika. Razplinjevanje in filtriranje rešujeta različne težave.
Zakaj se kakovost taline spreminja glede na vremenske razmere?
Vlaga je vir vodika. V vlažnih dneh lahko talina sprejme več vodika prek stika z zrakom, orodji in materiali, zato je koristno redno testiranje.
Ali višja temperatura taline izboljša kakovost?
Ne nujno. Višje temperature povečajo topnost vodika in oksidacijo. Temperatura naj bo tako visoka, kot to zahteva proces, vendar ne višja.
FISS ponuja rabljene peči za taljenje, vzdrževanje temperature in doziranje.
Enotna kakovost taline se začne z ustrezno tehnologijo peči. FISS ponuja rabljene peči za livarne in brizganje kovin ter vam lahko pomaga oceniti, katera oprema ustreza vaši zlitini, zmogljivosti in razporeditvi celic.
