1. Wstęp teoretyczny

Stopy aluminium-krzem należą do najbardziej rozpowszechnionych stopów w przemyśle odlewniczym metali nieżelaznych. Ta duża popularność stopów Al.-Si i ich duże znaczenie techniczne wynikają przede wszystkim z ich dobrych własności odlewniczych a zwłaszcza wysokiej lejności, małego skurczu oraz dużej szczelności odlewów, wykonanych z tych stopów.

Krzem oprócz dodatniego wpływu na własności odlewnicze powoduje wzrost wytrzymałości na rozciąganie, natomiast obniża wydłużenie aluminium.

Rys1. Układ równowagi Al.-Si

Podczas zajęć zajmowaliśmy się procesem rafinacji stopów Al.-Si. Spośród najczęściej stosowanych stopów tego typu możemy wyróżnić dla nich trzy podstawowe grupy.

2. Przebieg ćwiczenia

Podczas wykonywania ćwiczenia wykorzystywaliśmy stop 023A, czyli o własnościach zbliżonych do stopu AK 7.

Stop został stopiony w piecu oporowym o pojemności ok. 30 kg, temperatura osiągana w piecu oporowym wynosi 730-740°C. Piec oporowy powoli osiąga wysoką temperaturę, jednak również po odłączeniu zasilania długo pozostaje nagrzany, co jest bardzo korzystnym zjawiskiem, gdyż podtrzymuje nam temperaturę w której zalewamy.

Podczas zajęć zaobserwowaliśmy tworzenie się warstwy tlenkowej na powierzchni stopionego metalu będącej w kontakcie z atmosferą, co jest zjawiskiem niekorzystnym. Warto zauważyć iż tlenek powstaje tylko na powierzchni ciekłego metalu zapobiegając dalszemu utlenianiu się stopu.

Rafinacja stopów aluminium jest jednym z najistotniejszych zabiegów w zakresie uszlachetniania ciekłego metalu. Związane jest to z rozpuszczalnością wodoru, która w stałym aluminium jest niewielka, lecz rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Wodór zawarty w aluminium podczas odlewania tworzyłby porowatość w zakrzepłych odlewach, dlatego powinien byd usunięty jeszcze przed odlaniem stopu do formy.

Wyróżniamy następujące metody rafinacji aluminium:

1. Rafinację gazami oczyszczającymi;

2. Rafinację substancjami rozkładającymi się w temperaturach ciekłego metalu;

3. Rafinację żużlami;

4. Filtrację;

5. Rafinację próżniową;

6. Oddziaływanie ultradźwiękami;

7. Przetrzymywanie ciekłego metalu w temperaturach nieco wyższych od ich temperatury topnienia.

Stopień zagazowania metalu możemy sprawdzić, wykonując oznaczenie następującymi metodami:

• Próba miseczkowa (metoda pęcherzykowa) w której, do wcześniej nagrzanej foremki w kształcie miseczki wlewamy ciekły metal i obserwujemy powierzchnię krzepnącego metalu. Staje się ona coraz bardziej matowa, a gdy stop jest zagazowany to na brzegach będą pojawiały się wżery i nakłucia. Jest to metoda jakościowa, a nie ilościowa.

• Próba podciśnieniowa (próżniowa) w której stop wlany do małego tygielka umieszczamy w próżni rzędu 0,6-0,8 mm/kg, która wymusza dyfuzję gazów zawartych w stopie do komory w której znajduje się próbka. Jeżeli stop jest zagazowany dyfundujące gazy tworzą nacisk od środka na powierzchnię ciekłego metalu, co skutkuje wypchnięciem górnej powierzchni metalu na zewnątrz.

Głównymi źródłami powstawania gazów w stopach aluminium mogą być:

• Zanieczyszczenia tygla;

• Zanieczyszczenia wsadu;

• Kontakt metalu z atmosferą.

3. Wnioski

Wśród wymienionych wcześniej metod największe zastosowanie znalazły metody rafinacji gazami oczyszczającymi oraz substancjami rozkładającymi się w temperaturze rafinacji.

Z grupy gazów oczyszczających najczęściej stosuje się chlor, mieszaninę chloru z azotem oraz azot, z tym że do rafinacji stopów aluminium z magnezem nie stosuje się azotu, gdyż występuje możliwość tworzenia się azotków magnezu, które obniżają własności plastyczne tych stopów.

Azot w przeciwieństwie do chloru nie tworzy trujących gazów porafinacyjnych, dlatego też jest dość często stosowany w technice, ponieważ jest traktowany jako gaz obojętny w stosunku do stopów aluminium (za wyjątkiem stopów z magnezem).

Z drugiej grupy metod, tj. rafinacji stopów aluminium substancjami rozkładającymi, parującymi lub sublimującymi w temperaturach rafinacji stosuje się preparaty zawierające C2Cl6, a w przypadku rafinacji stopów aluminium-krzem stosuje się również preparaty zawierające Na2SiF6, rzadziej natomiast stosuje się ZnCl2, MnCl2, AlCl3 i inne.

Po rafinacji gazami oczyszczającymi, czy też substancjami rozkładającymi się w temperaturach rafinacji, należy odczekać 5-10 min na wypłynięcie gazów porafinacyjnych i żużla.

Stopy Al.-Si

Podeutektyczne

<10% Si:

AK7

AK5

Eutektyczne

10-13% Si:

AK11

AK12

Nadeutektyczne

13-25% Si:

AK20