Influencia de la película de óxido metálico en la calidad de las piezas de fundición de aleación de aluminio

La "fundición" es un proceso de formación de metal líquido. Es bien sabido que el metal líquido a alta temperatura se oxidará en la superficie de la atmósfera y producirá una película de óxido.

Sin embargo, durante mucho tiempo, el impacto de esta película de óxido sobre la calidad de las piezas fundidas de aleación de aluminio básicamente solo ha considerado el problema de las inclusiones no metálicas en el metal fundido, y no se ha hecho más discusión.

J. Campbell de la Universidad de Birmingham, Reino Unido, basándose en años de investigación, descubrió que las películas bi-plegadas tienen un impacto muy importante en la calidad de las piezas fundidas de aleación de aluminio desde los aspectos macro y micro. Campbell y col. Creo que la comprensión de las bi-películas es el descubrimiento más emocionante. En la actualidad, nos referimos temporalmente a las conclusiones preliminares y los conocimientos obtenidos por Campbell y otros como la "teoría de las bi-películas".

 Después de la capa intermedia de la película de óxido involucrada en la aleación de aluminio líquido, su influencia en la calidad de la fundición se puede dividir aproximadamente en dos aspectos:

Uno es el aspecto macroscópico. Además de cortar la matriz metálica para reducir las propiedades mecánicas, también induce defectos de fundición como porosidad y pequeña contracción;

El otro es el aspecto microscópico, que tiene una influencia importante en el tamaño de grano, la distancia entre dendritas y el efecto de modificación del Na y Sr en la aleación de aluminio-silicio.

1. Las características de la película de óxido en la superficie del metal líquido.

Al analizar las características de la película de óxido, no se puede considerar al mismo tiempo la densidad y el punto de fusión del metal líquido madre al que se adhiere. En términos de acero y hierro, tomemos como ejemplo la producción de piezas de fundición de acero. El FeO producido por la oxidación del acero fundido tiene un punto de fusión y una densidad mucho más bajos que el del acero fundido, y es muy activo a altas temperaturas, y es básicamente imposible existir solo. FeO se puede combinar con SiO2 para formar FeO.SiO2 de bajo punto de fusión, que puede reaccionar con el silicio y el manganeso en el acero para formar MnO y SiO2 y luego combinarse para formar MnO.SiO2. También puede reaccionar con el carbono del acero para formar CO, y habrá una pequeña parte de él. Disuelto en acero fundido. Si el tratamiento de desoxidación es inadecuado, o el acero fundido se oxida dos veces después del roscado, aumentará el número de inclusiones no metálicas en el acero o provocará defectos como poros o inclusión de escoria en la superficie de la pieza fundida. Sin embargo, los óxidos producidos en la superficie del acero fundido tienen puntos de fusión más bajos que la temperatura del acero fundido y solo pueden acumularse. No se pueden doblar en una capa intermedia de película de óxido y suspender en el acero fundido, por lo que no habrá problemas causados ​​por la capa intermedia de película de óxido. .

La situación de las aleaciones de aluminio y las aleaciones de magnesio es completamente diferente. Una breve descripción de las aleaciones de aluminio es la siguiente: El aluminio es muy activo en estado líquido y la superficie del aluminio fundido puede reaccionar fácilmente con el oxígeno de la atmósfera para formar películas de Al2O3. El punto de fusión del Al2O3 es mucho más alto que el de la aleación de aluminio líquido y es muy estable. La densidad del Al2O3 es ligeramente superior a la del aluminio fundido. Por lo tanto, la película de Al2O3 es fácil de suspender en el líquido de aluminio y no se agregará ni se separará del líquido de aluminio. Cuando se altera el líquido de aleación de aluminio, la película de Al2O3 en la superficie se doblará en un sándwich y se introducirá en el metal fundido, causando muchos problemas únicos de la aleación de aluminio.

2. La formación de una capa intermedia de película de óxido y sus efectos nocivos.

El líquido de aleación de aluminio se alterará fuertemente durante el proceso de fundición, al verterlo del horno de fundición, durante el tratamiento metamórfico, al pulverizar y purificar a alta velocidad del aire y durante el proceso de vertido. La alteración de la superficie del metal líquido tirará de la película de óxido en su superficie, haciendo que se expanda, pliegue y rompa. La superficie limpia del líquido de aleación expuesta en la desconexión de la película de óxido se oxidará para producir una nueva película de óxido. El plegado de la película de óxido hará que las superficies secas del lado que mira hacia la atmósfera se adhieran entre sí, y una pequeña cantidad de aire se envolverá entre las dos superficies secas para convertirse en un "sándwich de película de óxido". La capa intermedia de película de óxido se involucra fácilmente en el metal fundido y se comprimirá en pequeños grumos bajo la acción del metal fundido alterado.

Debido a que el punto de fusión del Al2O3 es más de mil grados Celsius más alto que la temperatura del líquido de aleación de aluminio, y tiene un alto grado de estabilidad química, los pequeños grupos no se fusionarán y no se disolverán en la aleación de aluminio. Aunque la densidad del Al2O3 es ligeramente superior a la del líquido de aleación de aluminio, la densidad de la capa intermedia de película de óxido envuelta en aire es relativamente cercana a la del líquido de aleación de aluminio. Por lo tanto, además de la posibilidad de que se hunda la capa intermedia de película de óxido durante el reposo a largo plazo en un horno de mantenimiento grande, estará suspendida de manera más estable en el líquido de aleación de aluminio en condiciones generales de producción de fundición. El líquido de aleación de aluminio que tiene capas intermedias de película de óxido en suspensión producirá más capas intermedias de película de óxido cuando se altere nuevamente. Durante el proceso de producción de piezas fundidas, la fundición de la aleación, el vertido del horno, el tratamiento de modificación, el tratamiento de purificación, el vertido y otras operaciones provocarán fuertes alteraciones en el líquido de aleación de aluminio. Además de retener la capa intermedia de película de óxido original, el líquido de aleación de aluminio también hará que se altere nuevamente y se agreguen continuamente nuevas capas intermedias de película de óxido. Por lo tanto, el metal fundido que entra en la cavidad contiene una gran cantidad de diminutas capas intermedias de película de óxido. Una vez que el metal fundido llena la cavidad, está en un estado estático y la capa intermedia de la película de óxido que se aprieta en un grupo se estirará gradualmente en una pequeña pieza. Después de que el metal fundido se enfría por debajo de la línea de líquido, la nucleación y el crecimiento de las dendritas también son factores que promueven el estiramiento de la capa intermedia de película de óxido que se comprime en aglomerados.

Una vez solidificada la pieza fundida, una gran cantidad de pequeñas capas intermedias de película de óxido escamoso son en sí mismas pequeñas grietas, que desempeñan la función de cortar la matriz metálica. Por supuesto, las propiedades mecánicas de la aleación se reducirán, pero más dañina es la inducción de poros y pequeños orificios de contracción. A medida que la temperatura del metal líquido disminuye gradualmente, la solubilidad del hidrógeno en el metal fundido continúa disminuyendo, pero es muy difícil que el hidrógeno precipite del metal líquido en forma de poros. Cuando se produce otra nueva fase (fase gaseosa) en una fase líquida homogénea, siempre se forma por la agregación de unos pocos átomos o moléculas primero, y su volumen es pequeño. Esta pequeña nueva fase tiene un área de superficie específica muy grande (es decir, el área de superficie por unidad de volumen). Para producir una nueva interfaz, es necesario trabajar en ella. Esta es la energía de interfaz de la nueva fase, es decir, su área superficial y tensión superficial. El producto de. Es prácticamente imposible obtener una cantidad tan grande de energía durante el proceso de enfriamiento del líquido de aleación de aluminio. Incluso si se produce el núcleo de la nueva fase, necesita mucha energía para crecer, y es posible crecer solo cuando el tamaño de la nueva fase supera un cierto valor crítico. El núcleo de la nueva fase con un tamaño menor que el valor crítico no puede crecer y solo desaparecerá por sí solo. En teoría, es muy difícil que la fase gaseosa nuclee y crezca en la fase líquida. Realmente. Si no hay otros factores inductores, bajo la condición de que el contenido de hidrógeno sea básicamente normal, es imposible producir poros en una aleación de aluminio homogénea debido a la precipitación de hidrógeno.

Cuando el metal fundido contiene una gran cantidad de capas intermedias de película de óxido en suspensión, la situación es bastante diferente. La mayor parte de la capa intermedia de película de óxido está cubierta con una pequeña cantidad de aire. Cuando la temperatura del metal fundido disminuye y la solubilidad del hidrógeno en él disminuye, las pequeñas burbujas de aire en la capa intermedia de la película de óxido se convierten en vacío para el hidrógeno, y el hidrógeno disuelto en el metal fundido se moverá hacia las burbujas de aire. La difusión media es muy conveniente. El hidrógeno se difunde en las pequeñas burbujas de aire, lo que expande la capa intermedia de la película de óxido y crea poros en la fundición. Si el tratamiento de purificación del líquido de aleación de aluminio es bueno y el contenido de hidrógeno en el metal fundido es muy bajo, habrá pocos poros en la fundición. Sin embargo, si no hay una capa intermedia de película de óxido en el metal fundido, incluso si el contenido de hidrógeno en el metal fundido es alto, el hidrógeno solo se puede disolver en la aleación en un estado sobresaturado durante la solidificación y es imposible producir poros. Si la condición de alimentación de la pieza fundida no es buena, se producirán cavidades de contracción en el proceso de solidificación y contracción. Dado que la capa intermedia de la película de óxido es hueca, es fácil de separar y las cavidades de contracción se forman principalmente en la capa intermedia de la película de óxido. En este caso, el hidrógeno disuelto en el metal fundido también se difundirá en él, haciendo que los poros se expandan.

En resumen, se puede considerar que para las piezas de fundición de aleación de aluminio, la capa intermedia de película de óxido es la razón principal del deterioro de las propiedades mecánicas del material y los defectos de poros y poros de la pieza de fundición. Para mejorar las propiedades mecánicas del material y aumentar la densidad de la pieza fundida, es más importante tomar medidas para eliminar la capa intermedia de película de óxido que para fortalecer la operación de desgasificación y purificación.

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