Silikon metallalyuminiy qotishmasi ishlab chiqarishda: Nima uchun Si asosiy qotishma element hisoblanadi

Silikon metall - ham deyiladisanoat kremniyyokimetallurgiya{0}}navbatidagi kremniy- alyuminiyning yagona eng muhim qotishma qo'shimchasidir. Qattiq intermetalik fazalarni hosil qilish va alyuminiy{2}}kremniy evtektikasining erish nuqtasini pasaytirish orqali u yumshoq, korroziyaga-majburiy sof alyuminiyni butun dunyo bo'ylab avtomobil quvvatlari, qurilish ekstruziyalari va aerokosmik tuzilmalarda qo'llaniladigan quyiladigan, yuqori{4}} mustahkam qotishmalarga aylantiradi.

Jahon alyuminiy sanoati bir necha million tonnani iste'mol qiladisilikon metallhar yili va bu talabning aksariyati bitta dasturdan kelib chiqadi: qotishma. Qotishtiruvchi elementlar ko'p va tez-tez almashtiriladigan po'latdan farqli o'laroq, alyuminiy asosiy qotishma sherigi sifatida kremniyga tayanadi. Sabablari ham metallurgiya, ham iqtisodiy. Kremniy juda ko'p,-tejamkor va - eng muhimi - u quyish qobiliyati, mexanik mustahkamligi, korroziyaga chidamliligi va termal barqarorlikning noyob kombinatsiyasini beradi, uni boshqa hech bir element taqqoslanadigan narxda takrorlay olmaydi. Ushbu maqola kremniyning roli ortidagi metallurgiya mexanizmlarini, unga bog'liq bo'lgan o'ziga xos qotishma oilalarini va sanoat amaliyotlarini o'rganadi.silikon metallalyuminiy ishlab chiqarish uchun tanlov.

 

 

Metallurgiya mexanizmlari: kremniy alyuminiyni qanday o'zgartiradi

Alyuminiy{0}}kremniy ikkilik tizimi metallurgiyada eng ko'p o'rganilgan tizimlardan biridir va buning sababi yaxshi. Sof alyuminiy yumshoq, zaif va yomon aşınma qarshilikka ega. Silikon alyuminiy matritsada erigan yoki tarqalgan bo'lsa, bu xususiyatlarni bir nechta aniq mexanizmlar orqali tubdan o'zgartiradi.

Evtektik shakllanish va suyuqlikning kuchayishi

Alyuminiy{0}}kremniy evtektikasi og'irligi bo'yicha taxminan 12,6% kremniyda hosil bo'ladi va sof alyuminiyning erish nuqtasi 660 daraja Selsiydan sezilarli darajada pastroq, taxminan 577 daraja Selsiyda eriydi. Silikon alyuminiyga 5-12% oralig'ida qo'shilsa, hosil bo'lgan qotishma quyish paytida sezilarli darajada yaxshilangan suyuqlikni namoyish etadi. Kam eriydigan evtektik fazaning mavjudligi eritilgan metallning yupqa devorli qolip boʻlaklariga-oqishiga imkon beradi, bu qotishmagan alyuminiy bilan imkonsiz boʻladi. Bu xususiyat kremniyli qotishmalarni-avtomobil sanoatida dvigatel bloklari, transmissiya korpuslari va konstruktiv qavslarni yuqori bosimda quyish uchun ajralmas qiladi.

Intermetalik fazalar orqali mustahkamlash

Silikon butun tarkib oralig'ida alyuminiy bilan doimiy qattiq eritma hosil qilmaydi. Buning o'rniga, qotib qolganda birlamchi kremniy zarralari yoki evtektik kremniy lamellari cho'kadi. Ushbu qattiq, mo'rt kremniy fazalari yumshoq alyuminiy matritsada mustahkamlovchi tarkibiy qismlar sifatida ishlaydi, kuchlanish kuchini, qattiqligini va aşınma qarshiligini oshiradi. Ushbu kremniy zarrachalarining o'lchami, morfologiyasi va tarqalishi quyma parametrlari, natriy yoki stronsiy modifikatorlari bilan eritma bilan ishlov berish va keyingi issiqlik bilan ishlov berish orqali nazorat qilinadi. - modifikatsiyasi natijasida erishilgan nozik, tolali evtektik kremniy - qo'pol, plastinkaga o'xshash{6}}o'zgartirilmagan tuzilmalarga nisbatan yuqori mexanik xususiyatlarni beradi.

Termal kengayish va o'lchov barqarorligi

Alyuminiy qotishmalaridagi kremniyning-ko'pincha e'tibordan chetda qoladigan yana bir afzalligi issiqlik kengayish koeffitsientini kamaytirishdir. Avtomobil pistonlari va silindr boshlari qattiq termal tsikl ostida ishlaydi va haddan tashqari kengayish bo'shliqning yo'qolishiga, ishqalanishga va muddatidan oldin ishdan chiqishiga olib kelishi mumkin. Kremniy-bo'lgan alyuminiy qotishmalari sof alyuminiyga qaraganda pastroq issiqlik kengayishiga ega bo'lib, o'lchov barqarorligini yaxshilaydi va yuqori haroratli ilovalarda qattiqroq dizayn bardoshliklarini ta'minlaydi.

Dengiz va atmosfera ta'sirida korroziyaga qarshilik

Kremniyning o'zi kislotali muhitda korroziyaga- qarshilik ko'rsatmasa-da, alyuminiy qotishmalarida mavjudligi neytral va engil ishqoriy sharoitlarda umumiy korroziya ko'rsatkichlarini yaxshilashi mumkin. Tabiiy oksidlanish jarayonida hosil bo'ladigan kremniy{2}}bo'y sirt plyonkalari keyingi atmosfera hujumiga to'siq bo'lib xizmat qilishi mumkin. Dengiz va qirg'oq qurilishida, kremniyni magniy bilan - birlashtirgan 6xxx seriyali - qotishmalari tuz purkash va atmosfera korroziyasiga mukammal qarshilik ko'rsatadi, bu ularni deraza romlari, parda devorlari va agressiv muhitda strukturaviy ekstruziyalar uchun tanlangan materialga aylantiradi.

Alyuminiy qotishma oilalari va kremniy tarkibi

Alyuminiy assotsiatsiyasini belgilash tizimi ishlangan va quyma qotishmalarni asosiy qotishma elementlariga qarab oilalarga ajratadi. Silikon 4xxx va 6xxx ishlangan seriyalarda, shuningdek, ko'plab quyma qotishma belgilarida ko'zga tashlanadi.

4xxx seriyasi: kremniy yagona asosiy qotishma element sifatida

Dovlangan 4xxx qotishmalarida kremniy asosiy qotishma qo'shimchasi hisoblanadi. Taxminan 5% kremniyni o'z ichiga olgan qotishma 4043 eng ko'p ishlatiladigan alyuminiy payvandlash plomba simidir. Kremniy tarkibi payvandlash jarayonida mukammal suyuqlikni ta'minlaydi, issiq yorilish sezuvchanligini pasaytiradi va silliq, estetik jihatdan yoqimli payvand choklarini hosil qiladi. 7–13% kremniyli 4343 va 4045 kabi yuqori{6}}kremniy qotishmalari issiqlik almashtirgichlarda lehimli qatlam va qoplamali material sifatida qo'llaniladi, bunda past erituvchi kremniyga-boyi sirt qatlami qo'shimcha to'ldiruvchi metallsiz o'choqqa lehimlash imkonini beradi.

6xxx seriyasi: magniy-silitsid cho‘kmasining qattiqlashishi

6xxx seriyasi dunyodagi ekstrude alyuminiy mahsulotlarining eng katta tonnajini ifodalaydi. 6061, 6063 va 6082 kabi qotishmalar silikonni magniy bilan nisbatda birlashtiradi, ular sun'iy qarish paytida metastabil Mg2Si (magniy silisidi) cho'kmasini hosil qiladi. Ushbu yog'ingarchilikni qotib qolish mexanizmi-240–310 MPa diapazonida - konstruktiv ilovalar uchun mos keladigan - oqish quvvatini ta'minlaydi, shu bilan birga mukammal ekstrudativlik, korroziyaga chidamlilik va payvandlanish qobiliyatini saqlaydi. 6xxx qotishmalari tarkibidagi kremniy miqdori atayin alyuminiyning-kremniy evtektik tarkibidan pastroqda saqlanadi, bu esa bir fazali qotib qolishni ta'minlaydi va sirt qoplamasi va anodlash reaktsiyasini yomonlashtiradigan qo'pol birlamchi kremniy zarralari paydo bo'lishining oldini oladi.

Quyma qotishmalari: Evtektikadan Gipereutektikagacha

Alyuminiy{0}}kremniy quyma qotishmalari gipo-evtektikadan giperevtektikagacha bo'lgan to'liq tarkibni qamrab oladi. Keng qo'llaniladigan A356 qotishmasi, 7% kremniy va 0,35% magniy bo'lib, T6 issiqlik bilan ishlov berishdan so'ng quyma, mustahkamlik va egiluvchanlikning ajoyib muvozanatini ta'minlaydi. Boshqa ekstremal holatda, 390.0 kabi gipereutektik qotishmalar 16-18% kremniyni o'z ichiga oladi va avtomobil pistonlari va kompressor korpuslarida ajoyib aşınma qarshiligi uchun qadrlanadi. Bu qotishmalarda evtektik reaksiya - oldidan kristallanadigan birlamchi kremniy zarralari - zarrachalar oʻlchamlari 50 mikrometrdan past boʻlishi uchun fosfor qoʻshilishi orqali ataylab tozalanadi, bu esa ishlovga yaroqlilik va maqbul pishiqlikni taʼminlaydi.

Sanoat amaliyoti: tanlashSilikon metallAlyuminiy qotishmalari uchun navlar

Hammasi emassilikon metallalyuminiy qotishma maqsadlari uchun tengdir. Sinfni tanlash maqsadli qotishma tarkibiga, eritish usuliga va yakuniy dastur talablariga bog'liq.

Umumiy baholar: 553, 441 va 3303

Xitoylik va xalqaro ishlab chiqaruvchilar kremniy metallni to'rtta raqamli kod bilan tasniflaydilar, bu esa temir va alyuminiyning ruxsat etilgan maksimal miqdorini mingta qismda ifodalaydi. Masalan, 553-sinf 0,5% gacha temir va 0,5% alyuminiyga ruxsat beradi. 441-sinf 0,4% temir va 0,4% alyuminiyga ruxsat beradi. 3303-sinf 0,3% temir, 0,3% alyuminiy va 0,03% kaltsiyga ruxsat beradi. Umumiy maqsadli alyuminiy qotishmalari uchun{{15}553 va 441 tejamkor va keng qoʻllaniladi. Aerokosmik quyma va yuqori{20}}tozalikdagi lehimli qotishmalar kabi yuqori darajali ilovalar uchun barqaror mexanik xususiyatlarni taʼminlash va qoʻshilishlarni minimallashtirish uchun 3303 yoki 2202 toifali -, undan ham past ifloslik darajasi - belgilanishi mumkin.

Erish usullari va kremniyni qayta tiklash

Silikon metall alyuminiy eritmalariga bir necha yo'llar orqali kiritiladi. Katta birlamchi alyuminiy eritish zavodlarida kremniy eritilgan alyuminiyga to'g'ridan-to'g'ri quyma pechlarda qo'shiladi, bu erda eritish va gomogenizatsiya nazorat ostida harorat va aralashtirishda sodir bo'ladi. Ikkilamchi (qayta ishlangan) alyuminiy operatsiyalarida, kremniy{2}}po'choq qoldiqlari asosiy metall va bokira kremniy qo'shimchalari bilan aralashtirib, maqsadli tarkibga erishiladi. Qo'shilgan kremniyning tiklanish tezligi -, aslida eriydigan va oxirgi qotishmada qoladigan fraktsiya - odatda eritma harorati, oksidlanish sharoitlari va shlak hosil bo'lishiga qarab 92% dan 98% gacha o'zgarib turadi.

Nopoklikni nazorat qilish va uning oqibatlari

Kremniy metallidagi iz aralashmalari alyuminiy qotishmasining xususiyatlariga katta ta'sir ko'rsatishi mumkin. Temir, hatto 0,5% dan past bo'lsa ham, alyuminiy va kremniy bilan mo'rt intermetalik birikmalar hosil qiladi, ular egiluvchanlik va sinish chidamliligini kamaytiradi. Ba'zi kremniy navlarida 0,03-0,10% miqdorida mavjud bo'lgan kaltsiy evtektik kremniyning beixtiyor modifikatori bo'lib, nazorat ostida natriy yoki stronsiyni o'zgartirish amaliyotiga xalaqit berishi mumkin. Fosfor - ba'zan fosfatga boy xomashyodan - ishlab chiqarilgan kremniy tarkibida mavjud bo'lib, modifikatsiyani zaharlashi va qo'pol kremniy tuzilmalarini rag'batlantirishi mumkin. Shu sabablarga ko'ra, alyuminiy quyish zavodlari nafaqat kremniy tarkibini, balki kremniy metall xaridlarining to'liq nopoklik spektrini ham ko'proq aniqlaydi.

Avtomobil va qurilishda qo'llanilishi

Kremniyli alyuminiy qotishmalari - avtomobilsozlik va qurilish - uchun-eng katta ikki{0}}foydalanish sektori kremniyning funktsional hissasining kengligini ko‘rsatadi.

Avtomobil yengilligi

Avtomobil ishlab chiqaruvchilari emissiya qoidalariga rioya qilish va elektr transport vositalari oralig'ini kengaytirish uchun avtomobil og'irligini kamaytirish uchun tinimsiz bosimga duch kelishmoqda. Alyuminiy qotishmalarining zichligi po'latning-uchdan bir qismiga teng, kremniyli quyma qotishmalar esa dvigatel bloklari, silindr boshlari, transmissiya qutilari va suspenziya qismlarida quyma temir va po'latni almashtirgan. Oddiy alyuminiy dvigatel blokida 7–10% kremniy mavjud, zamonaviy avtomobilda esa 80–150 kilogramm kremniy{8}}alyuminiy quyma bo‘lishi mumkin. 6xxx seriyali ekstruziyalar esa alyuminiy{11}}intensiv avtomobil arxitekturasining strukturaviy asosini tashkil etadi, masalan, elektromobillar uchun kosmik ramka dizayni va akkumulyator korpusi-.

Qurilish ekstruziyalari va arxitektura tizimlari

Qurilish sohasida 6xxx seriyali ekstruziyalar deraza romlari, parda devori tizimlari, eshik romlari va strukturaviy oynali tayanchlar bozorida ustunlik qiladi. Taxminan 0,4% kremniy va 0,7% magniyga ega bo'lgan 6063 qotishmasi o'zining ajoyib ekstrudativligi - bo'shliqli murakkab profillarni - yaratish va dekorativ anodlangan va bo'yalgan qoplamalarni qabul qilish qobiliyati tufayli me'moriy ekstruziyaning asosiy kuchi hisoblanadi. Kremniy tarkibi kimyoviy oqartirish va anodlashdan keyin sirtning bir xil ko'rinishini ta'minlash uchun ehtiyotkorlik bilan nazorat qilinadi, chunki kremniyga boy fazalar haddan tashqari yoki bir xil bo'lmagan-kontsentratsiyalarda bo'yash yoki rang o'zgarishiga olib kelishi mumkin.

Barqarorlik va qayta ishlash masalalari

Alyuminiy sanoatda qayta ishlanadigan eng koʻp ishlatiladigan metallar qatoriga kiradi va kremniyli qotishmalar ham bundan mustasno emas. Qayta ishlangan alyuminiy qoldiqlari - iste'mol qilinadigan ichimliklar qutilari, buzilgan bino jabhalari yoki avtomobil maydalagich qoldiqlari - ko'p qayta eritish davrlarida kremniy tarkibini saqlab qoladi. Qayta eritish jarayonida oksidlanadigan yoki ajralib chiqadigan ba'zi qotishma elementlardan farqli o'laroq, kremniy ikkilamchi eritmalarda yuqori ushlab turish va oldindan aytib bo'ladigan xatti-harakatlarni namoyish etadi. Bu aylanma iqtisodiy ahamiyatga ega: qayta ishlangan chiqindilardan alyuminiy ishlab chiqarish boksitdan birlamchi ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan energiyaning taxminan 5% ni talab qiladi va ko'milgan kremniy qiymati saqlanib qoladi. Shu bilan birga, qayta ishlangan oqimlarda temir, mis va rux kabi tramp elementlarining to'planishi yuqori{9}}kremniy qotishmalari uchun ikkilamchi materialning yaroqliligini cheklab qo'yishi mumkin, bu esa ehtiyotkorlik bilan parchalanish va asosiy metall bilan suyultirishni talab qiladi.