アルミニウム合金インベストメント鋳造溶解物: プロセスと品質管理

の品質 アルミニウム合金インベストメント鋳造 基本的には溶融物の完全性によって決まります。完全性の高い溶融物を実現するには、温度、化学組成、ガス含有量を正確に制御する必要があります。主な目的は、セラミックシェルに入る前に、酸化物、水素多孔性、介在物のない、きれいで均質な液体金属を生成することです。

鋳造エンジニアと冶金学者にとって重要な点は次のとおりです。 溶解準備が最終鋳造欠陥の 60% 以上を占める 。適切な脱ガス、粒子の微細化、および製品間の厳密な温度管理。 700℃および760℃ 交渉の余地のないステップです。これらのパラメータを無視すると、航空宇宙および自動車用途における機械的特性の低下、表面仕上げの低下、不合格率の増加につながります。

溶解炉の選択と温度管理

溶解炉の選択は、アルミニウム合金の清浄度に大きく影響します。誘導炉は、急速加熱機能と均一性を促進する電磁撹拌機能により、インベストメント鋳造に適しています。ただし、過度の撹拌は空気を巻き込み、酸化物の形成につながる可能性があります。

最適な溶解温度

アルミニウム合金は通常約 660°C で溶けますが、複雑なセラミック鋳型への流動性を確保するには、インベストメント鋳造の注入温度をより高くする必要があります。理想的な注出範囲は 700℃～760℃ 。 800℃を超えると、水素の溶解度と酸化速度が劇的に増加します。 760°C を超えると 10°C 上昇するごとに、水素吸収は次のように増加します。 15～20% 凝固時に重大な気孔率の問題が発生します。

るつぼの材質の適合性

炭化ケイ素 (SiC) または黒鉛粘土るつぼの使用が標準です。これらの材料は、溶融アルミニウムとの反応を防ぐために保護釉薬でコーティングする必要があります。るつぼのライニングが損傷すると、鉄やシリコンの汚染物質が混入し、合金の機械的特性が変化します。るつぼの定期的な検査と交換 50-100メルト 一貫性を維持するために推奨されます。

脱気および水素除去技術

水素は、溶融アルミニウム中で顕著な溶解度を持つ唯一のガスです。金属が凝固すると水素が析出し、鋳造品を弱める気孔が形成されます。したがって、効果的な脱気は溶融物の調製において最も重要なステップです。

アルゴン/窒素によるロータリー脱気

高品質のインベストメント鋳造の業界標準は、ロータリーインペラによるガス抜きです。グラファイトローターは次のように回転します。 300-500 RPM 不活性ガス（アルゴンまたは窒素）を溶融物に注入しながら。これにより微細な気泡が生成され、拡散によって水素を捕捉します。通常、プロセスは継続します 10～15分 からの水素レベルを減らすことができます。 0.30ml/100g以上0.10ml/100g未満 .

固体脱気錠剤

小規模な鋳造工場の場合は、ヘキサクロロエタンベースのタブレットが代替品となります。浸すと塩素ガスが放出され、水素と反応して HCl ガスが生成されます。この方法は効果的ではありますが、有毒なフュームが発生し、塩スラグの残留物が残りますので、それをすくい取る必要があります。これは回転式脱気よりも一貫性が低く、一般に航空宇宙グレードのコンポーネントには推奨されません。

粒子の微細化と改質

凝固したアルミニウム合金の微細構造は、その機械的性能を決定します。粒子が粗大であると、延性が低下し、熱間引裂に対する感受性が増大します。結晶粒の微細化と改質は、溶融段階で行われる重要な冶金処理です。

チタン・ボロン精製装置

Al-Ti-B 母合金 (通常 5% Ti、1% B) を添加すると、不均一核生成が促進されます。これにより、微細な等軸結晶粒構造が得られます。標準加算率は 0.1～0.2重量％ 総溶解量の。過剰な添加は、粗大な TiAl3 金属間化合物を形成する可能性があり、これが応力集中体として機能し、疲労寿命を短縮します。

シリコン合金のストロンチウム改質

亜共晶 Al-Si 合金 (A356 など) の場合、ストロンチウム (Sr) の修飾により、粗い板状のシリコン共晶が微細な繊維状構造に変化します。これにより、伸びと引張強度が大幅に向上します。最適な Sr 濃度は次のとおりです。 150-200ppm 。 Sr は時間の経過とともに薄れることに注意することが重要です。したがって、修正は注入の直前に、理想的には 1 時間以内に実行する必要があります。 30～45分 .

介在物の除去と溶融濾過

慎重に溶解しても、酸化物 (Al2O3) や耐火性粒子などの非金属介在物が溶解物中に浮遊したままになります。これらの介在物は亀裂の開始点として機能するため、鋳造前に除去する必要があります。

セラミックフォームフィルター (CFF)

セラミックフォームフィルターはゲートシステムまたは取鍋に設置されます。これらは深層ろ過によって機能し、細孔サイズよりも大きな粒子を捕捉します。一般的な細孔サイズは、 10、20、または 30 PPI (インチあたりの孔数) 。 10 PPI フィルターは大きなドロスを除去し、30 PPI フィルターはより微細な酸化物を捕捉します。二段階濾過システムを使用すると、清浄度を最大で向上させることができます。 40% 濾過されていないメルトと比較。

スキミングとセトリング

濾過の前に、手動または機械によるスキミングにより、溶融物表面のバルク酸化物層を除去します。溶けたものを落ち着かせる 10～15分 脱ガス後は、重い介在物は沈み、軽いドロスは浮遊するため、除去が容易になります。このステップを急ぐと、多くの場合、注入が乱流になり、酸化物が液体の流れに再同伴されます。

結論として、高品質のアルミニウム合金インベストメント鋳造の製造には、溶解管理に対する規律あるアプローチが必要です。温度を制御し、効果的に脱ガスし、粒子構造を精製し、介在物を濾過することにより、メーカーは優れた機械的特性と最小限の欠陥率を確保できます。