Verunreinigungen in Aluminium: Qualitätskriterien

Reinheitsgrad von Primär- und Sekundäraluminium

Verunreinigungen in flüssigem Aluminium

Aluminiumcharge kann aus zwei völlig unterschiedlichen Quellen in die Gießerei gelangen:
• Primäraluminium
• Aluminium, aus Schrott (Schrott) eingeschmolzen – sekundäres Aluminium.

Verschmutzung, in flüssigem Metall aus diesen Quellen vorhanden, variieren erheblich und können die Methoden zur Verarbeitung von geschmolzenem Metall beeinflussen [1]:

• Recyceltes Aluminium hat normalerweise einen höheren Anteil an Einschlüssen, Wasserstoff, Kalzium und harte Oxide, die bei Hochtemperatur-Schrottschmelzprozessen entstehen.
• Andererseits, Primärmetall ist mit höheren Gehalten an Natriumeinschlüssen verbunden, Aluminiumkarbid, sowie nichtmetallische Einschlüsse, durch die Zugabe großer Mengen an Legierungselementen.

In der Tabelle 1 Verunreinigungsgrade sind angegeben, im Metall vorhanden, für beide Aluminiumkategorien.

Tisch 1 – Typische Verunreinigungsgrade in Metall aus Hütten- und Umschmelzquellen [1]*

*PodDFA – Filtervorrichtung mit poröser Scheibe.

Der Grad der Verunreinigung in fertigen Aluminiumprodukten

Bewertung der Gesamtleistung der Verarbeitung von geschmolzenem Metall, die derzeit in der Gießerei benötigt wird, auf Reis. 1 Verunreinigungsgrade angezeigt, für verschiedene Aluminiumprodukte zu erreichen. Vergleich dieser Niveaus mit Verunreinigungsniveaus, im Lieferumfang enthalten (Tabelle. 1), ermöglicht es, die Methoden und Geräte zur Entfernung von Verunreinigungen und Verunreinigungen aus flüssigem Metall bei der Herstellung bestimmter Aluminiumprodukte zu bestimmen.

Feige. 1 – Typische Verunreinigungskonzentrationen in einigen Aluminiumprodukten [1]

• Vom Zeichnen 1, insbesondere, daraus lässt sich schließen, dass in der Praxis die meisten extrudierten Aluminiumprodukte keine Filtration der Aluminiumschmelze erfordern.

Sekundäre Gießereilegierungen

Einschlüsse in Sekundäraluminium

Einschlüsse sind meist feste Partikel, Feinstaub. Die Anzahl und Größe dieser Partikel hängt von vielen Faktoren ab., insbesondere von der Ausgangsqualität des umgeschmolzenen Schrotts und Verunreinigungen, in diesem Schrott enthalten. Einschlüsse sind nichtmetallische Partikel, normalerweise kleiner als 100 Mikron. Sie sind meistens Oxide., obwohl auch mehrere andere Arten von Verbindungen vorgestellt werden. Es gibt zwei Hauptklassen von Einschlüssen: exogen und einheimisch.

Exogene Einschlüsse sind Partikel, bereits vor dem Schmelzen als separate Phase vorhanden. Die bekanntesten Beispiele sind kleine Feuerfestteile für Hochöfen, in die Schmelze abgebrochen; Oxid- oder Schmutzpartikel, an Schrott gebunden, – das ist anders. Exogene Einschlüsse bestehen fast ausschließlich aus Oxid und sind viel größer als die meisten einheimisch inbegriffen. Aus diesem Grund ist ihr Vorhandensein in Aluminium schädlicher., als einheimisch inbegriffen. Gleichzeitig, ihre größere Größe macht sie leichter zu entfernen.

Indigene Einschlüsse oder In-situ-Einschlüsse entstehen durch chemische Reaktionen, in der Schmelze fließen. Ein Beispiel ist die Reaktion von gelöstem Sauerstoff mit geschmolzenem Aluminium zu Aluminiumoxid Al2O3.

Wie Sie der Tabelle entnehmen können 1, Einschlüsse in umgeschmolzenem Aluminiumschrott unterscheiden sich von Einschlüssen in Primärmetall. Schrott enthält von Natur aus mehr Schmutz und Oxide, Einschlüsse in Sekundäraluminium unterscheiden sich davon, und Oxidfilme, beim Schmelzen entstanden, die Anzahl der Einschlüsse weiter erhöhen. Daher kommt der Entfernung von Einschlüssen bei der Herstellung von Recycling-Aluminium eine weitaus größere Bedeutung zu..

Auf dem Bild 2 zeigt die Bedeutung verschiedener Arten von Einschlüssen in geschmolzenem Aluminium (Altenpohl, 1998) [2]. Der schraffierte Bereich ist eine inoffizielle Qualitätsgrenze für die Konzentration von Einschlüssen unterschiedlicher Größe in Aluminiumguss.. Aus geschmiedetem Aluminium (extrudiert, wenn eine komplexe Formteilform einen deutlichen Gewichtsvorteil gegenüber einem einfachen Formteil bietet, Walzprodukte) sind diese Grenzwerte niedriger [2]. Kurve C steht für Einschlüsse, beim Gießen gebildet, das heißt Oxidfilme und Schlackeneinschlüsse; exogene Einschlüsse fallen ebenfalls auf diese Kurve. Kurve B ist für einheimische Einschlüsse, entsteht beim Schmelzen und Verarbeiten der Schmelze.

Abbildung 2 – Konzentrationen verschiedener Arten von Einschlüssen in geschmolzenem Aluminium nach Partikelgröße [2]

Eisen

Eisen ist das häufigste Verunreinigungselement in Aluminiumlegierungen., aus Bauxit und Stahlwerkzeugen, verwendet wie in der primären, sowie Sekundärproduktion. Eisen bildet in der Regel Sekundärphasen in Aluminiumlegierungen, wie Al3Fe, α-AlFeSi und β-AlFeSi. Dies liegt an der geringen Gleichgewichtslöslichkeit von Eisen in massivem Aluminium (max.. 0,05%). Diese eisenreichen Phasen verschlechtern die mechanischen Eigenschaften der Legierung deutlich.. Duktilität und Zugfestigkeit nehmen mit zunehmendem Fe-Gehalt progressiv ab.

Knetlegierungen aus Aluminium

Die Herstellung der meisten Aluminiumknetlegierungen erfordert eine strenge Kontrolle der Eisenzusammensetzung.. Zum Beispiel [3]:

• Höhere Eisenwerte 0,15% nach Gewicht in Luft- und Raumfahrtlegierungen nicht akzeptabel, solche wie 7050, 7055 und 7475.
• Hochleistungslegierungen für die Automobilindustrie, sowie 5474 und 6111, begrenzen Sie auch den Gehalt an Eisen, und Silikon auf 0,40 Gew.%.

Aluminiumgusslegierungen

• Die Verschlechterung der viskosen Eigenschaften von Aluminiumgusslegierungen mit einem übermäßigen Eisengehalt in ihnen ist mit der Bildung von eisenreichen nadelartigen intermetallischen Einschlüssen verbunden., wie in der Abbildung gezeigt 3.

Abbildung 3 – Nadeln aus eisenhaltigen Einschlüssen FeSiAl₅ in AlSi12-Legierung (Silumin) zum Gießen in Mehrfachformen [4]

• Dennoch, Eisen ist in den meisten herkömmlichen Druckgusslegierungen als nützliche Verunreinigung vorhanden. Für Druckgusslegierungen (wie z, z.B, 380, A380, C380, Metallurgie des Abschreckens von Aluminiumlegierungen, A384, 360, A360), es ist wünschenswert, mindestens zu haben 0,8% Fe, um ein Anhaften der Legierung an der Stahlmatrix zu verhindern [3].
• Normen erlauben im Allgemeinen deutlich mehr Fe in Druckgusslegierungen als in Legierungen, Sandguss [3].
• Wenn das Gießmaterial für den Hochdruckguss Anforderungen an die Viskosität stellt, Daher können diese Aluminiumlegierungen durchaus sekundär sein 1 zu 1,3 % [4].

Quellen:

1. Eine technische Perspektive auf die Verarbeitung von geschmolzenem Aluminium / Peter Warte // Grundlegende Lektüre in Leichtmetallen – Vol. 3 – eds. J. F. Grandfield und D.G. Das nennt man Gießen mit direkter Kühlung (Abb. – 1986
2. Aluminiumrecycling / Mark E. Schlesinger – 2014
3. Eisen: Entfernung von Aluminium / L. Zhang, J. Gao, L. n. W. Damoa und D. G. Robertson // Enzyklopädie von Aluminium und seinen Legierungen – Hrsg. G.E. Totten, M. Tiryakioglu, Ö. Keßler – 2019
4. Gusslegierungen und Produkte // Handbuch für Aluminium-Automobile – Europäischer Aluminiumverband, 2002