Контроль слитков вторичного алюминиевого сплава для литья под давлением

Контроль слитков вторичного алюминиевого сплава для литья под давлением

Введение
Использование вторичного алюминия при производстве слитков для литья под давлением (ЛПД) является экономически и экологически оправданной практикой. Однако специфика сырьевой базы – разнородность лома, наличие примесей и повышенное содержание газов – предъявляет повышенные требования к контролю качества слитков. От их свойств напрямую зависит стабильность самого процесса ЛПД и качество получаемых отливок. Настоящая статья рассматривает ключевые аспекты испытаний слитков вторичных алюминиевых сплавов, предназначенных для литья под давлением.

1. Объекты испытаний

Объектом испытаний являются слитки (чушки, катанка, T-образные слитки) из вторичных алюминиевых сплавов, преимущественно систем Al-Si (например, аналогов ADC12, A380, AK12MMg, AK5M2 и др.), специально предназначенных для загрузки в печи литейных машин ЛПД. Основные параметры, подлежащие контролю:

• Химический состав: Содержание основных легирующих элементов (кремний, медь, магний, цинк, марганец, никель), а также критически важных примесей (железо, олово, свинец, кадмий, хром, титан – в зависимости от требований к сплаву).
• Структура: Однородность распределения фаз (особенно кремния и интерметаллидов), размер зерна, наличие крупных включений или нерастворимых интерметаллидов.
• Газонасыщенность: Содержание водорода в расплаве, из которого отлит слиток.
• Плотность и пористость: Наличие макропор, усадочных раковин.
• Геометрические параметры и состояние поверхности: Габаритные размеры, форма, наличие заусенцев, трещин, расслоений, ржавчины, масляных пятен или других значительных загрязнений.
• Маркировка: Соответствие обозначения сплава, номера плавки/партии, массы.

2. Область испытаний

Контроль слитков проводится на различных этапах:

• Входной контроль: Приемка партии слитков от поставщика. Основная цель – гарантировать соответствие слитков требованиям технических условий или договора перед запуском в производство.
• Периодический контроль: Плановые испытания в процессе производства слитков (если контроль ведется на литейном участке) или выборочный контроль стабильности качества поставок от внешних поставщиков.
• Инспекционный контроль: Проверка по запросу при возникновении проблем с качеством отливок (например, повышенная пористость, трещины, несоответствие механических свойств), источником которых могут быть слитки.
• Контроль хранения: Проверка состояния слитков и их упаковки при длительном хранении для предотвращения коррозии и загрязнения.

3. Методы испытаний

Для оценки параметров слитков применяются следующие методы:

• Оптико-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-ОЭС): Основной метод для точного и быстрого определения химического состава (основных компонентов и примесей). Требует подготовки образца путем фрезерования или шлифовки поверхности слитка.
• Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА): Используется для оперативного экспресс-контроля химического состава, особенно на участке приемки или при сортировке лома. Может быть менее точен на легкие элементы (например, кремний).
• Газовый анализ (Тест Канарецкого / Straube-Pfeiffer, анализаторы водорода): Определение содержания растворенного водорода в расплаве, отлитом в виде слитка. Важнейший тест для прогноза газовой пористости в отливках.
• Металлография: Подготовка микрошлифов (шлифовка, полировка, травление) и исследование структуры под оптическим или электронным микроскопом. Позволяет оценить распределение фаз, размер зерна, наличие неметаллических включений, микропористости.
• Макроструктурный анализ (Макротравление): Травление поперечного спила слитка специальными реактивами для выявления макродефектов: крупных пор, усадочных раковин, ликвации, неоднородности структуры.
• Визуальный и измерительный контроль: Проверка геометрии (штангенциркуль, шаблоны), массы, состояния поверхности (визуально, иногда с использованием лупы), соответствия маркировки.
• Ультразвуковая дефектоскопия (УЗД): Применяется для контроля крупных слитков на наличие внутренних дефектов типа расслоений, крупных пор, неметаллических включений.
• Плотность (Пикнометрический метод / Архимедов метод): Определение средней плотности образца для косвенной оценки пористости (особенно сравнительный анализ).
• Тест на текучесть/растекаемость: Чаще применяется к расплаву, но может быть адаптирован для слитков путем плавки образца и проведения стандартного теста (например, в спиральной форме). Косвенно характеризует качество сплава и влияние примесей.

4. Испытательное оборудование

Контроль слитков требует использования специализированного оборудования:

• Спектрометры: Оптико-эмиссионные спектрометры с искровым или дуговым возбуждением спектра, ИСП-спектрометры, рентгенофлуоресцентные спектрометры (стационарные и портативные).
• Оборудование для газового анализа: Установки для вакуумной плавки или экстракции водорода по методу Канарецкого, электрохимические или термические кондуктометрические анализаторы водорода в расплаве.
• Металлографическое оборудование: Режущие станки, шлифовально-полировальные станки, наборы абразивных материалов и суспензий, оптические микроскопы (светлые/темные поля, DIC), растровые электронные микроскопы (СЭМ) с микрозондом (EDS) для фазового анализа.
• Оборудование для макроанализа: Пилы для резки образцов, прессы для горячей или холодной заливки (если требуется), ванны для травления с реактивами.
• Средства неразрушающего контроля: Ультразвуковые дефектоскопы с соответствующими преобразователями для слитков.
• Измерительный инструмент: Прецизионные весы, штангенциркули, микрометры, шаблоны.
• Оборудование для тестов на текучесть: Лабораторные печи сопротивления или тигельные печи, наборы литейных форм (например, спиральные), измерительные приборы.

Заключение
Эффективный контроль слитков вторичного алюминиевого сплава для литья под давлением является критическим звеном в обеспечении стабильного и качественного процесса производства отливок. Он требует комплексного подхода, сочетающего химический анализ, оценку структуры, газонасыщенности и внешних дефектов. Использование современных методов и оборудования позволяет вовремя выявить отклонения в качестве слитков – повышенное содержание вредных примесей, газов, неоднородность структуры, наличие дефектов – которые могут привести к резкому росту брака при литье (поры, трещины, недоливы, низкие механические свойства). Систематический и всесторонний контроль слитков – это инвестиция в надежность технологического процесса и качество конечной продукции. Особое внимание следует уделять выбору методов, наиболее чувствительных к типичным проблемам вторичных сплавов: определение микропримесей и газонасыщенности.