Железо в алюминии
Самая вредная примесь
Железо по праву считается одной из самых вредных примесей в алюминии. Особенно это заметно при производстве изделий из литейных алюминиевых сплавов при литье в кокиль и песчаные формы. Железо вместе с алюминием и другими легирующими элементами, такими как марганец, медь, магний и кремний образует промежуточные железосодержащие фазы, которые существенно снижают механическим свойства конечного изделия.
Железо из алюминиевого лома
Основное загрязнение алюминия железом происходит при переплавке алюминиевого лома, который смешан с железным ломом. Кроме того, алюминиевый лом сам может содержать высокую концентрацию железа. Это относится, например, к отходам литья алюминиевых сплавов под давлением. Чтобы свести к минимуму проблемы с загрязнением алюминия железным ломом, алюминиевая промышленность применяет тщательную сортировку лома перед загрузкой его в плавильную печь. Это включает ручную сортировку, магнитную сортировку, электромагнитную сортировку и так называемый «воздушный нож» для сортировки частиц измельченного лома по плотности.
Разбавлять вторичный алюминий первичным?
Простым путем снижения содержания железа в алюминии является разбавление его первичным алюминием. Однако часто это невыгодно.
Железосодержащие частицы в жидком и твердом алюминии
При затвердевании обычных алюминиево-кремниевых литейных сплавов первой обычно начинает затвердевать алюминиевая фаза. Другие составляющие сплава скапливаются в оставшихся жидкими областях между зернами первичной фазы. Загрязнение железом может приводить к изменениям в порядке затвердевания фаз: первыми появляются частицы железосодержащей промежуточной фазы, а уж затем происходит кристаллизации зерен алюминия. Когда эти частицы образуются раньше алюминия, то они имеют возможность свободного роста и поэтому вырастают в грубые кристаллы, окруженные жидкой фазой.
Влияние марганца на эффективность удаления железа
В литейных алюминиевых сплавах обычно применяют кремний для снижения вязкости алюминиевого расплава. Сплавы системы алюминий-железо-кремний имеют относительно высокую растворимость железа в жидкой фазе даже после удаления первичных кристаллов, содержащих железо.
Поэтому, для снижения содержания железа в жидкой фазе в сплав добавляют марганец, который трансформирует систему алюминий-железо-креминий в систему алюминий-железо-марганец-кремний.
Добавление марганца дает изменение механизмов затвердевания, способствуя выделению промежуточных фаз, содержащих железо, а также снижению остаточной концентрации железа в жидкой фазе до приемлемым для литейных сплавов пределов. Расплавленный алюминий поддерживается при промежуточной температуре между образованием промежуточной фазы и появлением алюминия. Отделение твердой фазы от жидкой происходит путем фильтрования расплава при этой температуре.
Процесс удаления железа из алюминия
Эффективность добавок марганца на кинетику образования первичных фаз при затвердевании алюминиевых литейных сплавов дает способ удаления железа путем осаждения промежуточных фаз с последующим фильтрованием через керамический фильтр. Однако легким и дешевым его не назовешь. Тем не менее, он дает возможность применять алюминиевый лом из любого источника, независимо от первоначального содержания в нем железа, для применений, которые требуют низкого содержания железа, таких как литье алюминия в кокили или в песчаные формы.
Каждый состав вторичного алюминиевого расплава требует определенного количества добавок марганца и кремния (до состава литейных сплавов) для достижения высокой эффективности удаления железа. Количество добавленного марганца зависит от содержания в расплаве железа.
Удаление железа из алюминия производят в четыре этапа (рисунок):
1) добавление в расплав марганца и, при необходимости, кремния;
2) контролируемое охлаждение расплава для выделения в расплаве частиц промежуточной фазы Al(FeMn)Si;
3) отстаивание расплава для осаждения железосодержащих частиц на дно печи;
4) фильтрование расплава через керамический фильтр.
Рисунок – Схема процесса удаления железа из алюминия
Materials Transactions, Vol. 47, No. 7 (2006)
Алюминий железо-кремнистый — Сталь — Алюминий железо-кремнистый « Калужский завод по обработке цветных металлов
ТУ 1881-003-55680513-2004 Ленты многослойные марки АкСтАк. Технические условия ОписаниеМногослойная биметаллическая лента марки АкСтАк, изготавливается из низкоуглеродистой стали, плакированной с двух сторон алюминиевым сплавом АЖК (АКЖ).
- Основа – низкоуглеродистая качественная сталь марки 08Ю с химическим составом по ГОСТ 9045.
- Покрытие – алюминий железо-кремнистый АЖК с химическим составом по ТУ 1-2-544-2000 или АКЖ с химическим составом по ТУ 1811-019-00195592-2000.
Толщина плакирующего слоя h2 и h3 является одинаковой для обеих сторон и составляет от 6 до 8% от толщины готовой ленты. По требованию Потребителя толщина плакирующего слоя может быть до 10% на сторону.
Классификация и сортаментПо состоянию материала:
- мягкое (отожженное) и дрессированное
По виду кромок:
- с обрезной кромкой
Сорт | Толщина H, мм | Допуск по толщине, мм | Ширина B, мм | Допуск по ширине, мм | Длина, мм |
| Масса рулона, кг |
Лента | 0,20 | (±0,02) | 20 – 170 | (±0,5) | немерная | 95 / 100 / 150 / | 5 – 100 |
0,25 | (±0,02) | ||||||
0,30 | (±0,03) | ||||||
0,35 | (±0,03) | ||||||
0,40 | (±0,04) |
, ммВозможно изготовление других типоразмеров по согласованному допуску.
Механические свойстваНоминальная толщина, мм | Глубина выдавливания сферической лунки по Эриксену (при радиусе пуансона 10 мм), мм |
0,20 | ≥7,0 |
0,25 | ≥6,7 |
0,30 | ≥7,0 |
0,35 | ≥7,2 |
0,40 | ≥7,5 |
Для производства изделий в автомобильной промышленности.
ТУ 6365-004-46594163-2000 Ленты многослойные марок АкЖАк.П и АкЖН.П. Технические условия Описание
Многослойная биметаллическая лента марки АкЖАк, изготавливается из низкоуглеродистой стали, плакированной с двух сторон алюминиевым сплавом АКЖ или 8011.
Состав- Основа – низкоуглеродистая качественная сталь марки 08Ю с химическим составом по ГОСТ 9045.
- Покрытие – алюминиевый сплав АКЖ с химическим составом по ТУ 1811-019-00195592-2000 или алюминиевый сплав марки 8011 с химическим составом по ГОСТ 618.
Толщина плакирующего слоя h2 и h3 является одинаковой для обеих сторон и составляет от 5 до 8% от толщины готовой ленты. По требованию Потребителя толщина плакирующего слоя может быть до 10% на сторону.
Классификация и сортамент
По состоянию материала:
- мягкое (отожженное) и дрессированное
По виду кромок:
- с обрезной кромкой
Сорт | Толщина H, мм | Допуск по толщине, мм | Ширина B, мм | Допуск по ширине, мм | Длина, мм | Внутренний диаметр рулона Øвнутр. | Масса рулона, кг |
Лента | 0,10 | (-0,01) | 80 – 130 | (±0,5) | немерная | 95 / 150 | 5 – 35 |
0,15 | (-0,02) | ||||||
0,20 | (-0,02) | ||||||
0,25 | (-0,02) | ||||||
0,30 | (-0,03) | ||||||
0,35 | (-0,03) | ||||||
0,40 | (-0,04) |
, ммВозможно изготовление других типоразмеров по согласованному допуску.
Механические свойстваНоминальная толщина, мм | Глубина выдавливания сферической лунки по Эриксену (при радиусе пуансона 10 мм), мм |
0,10 | ≥4,8 |
0,15 | ≥5,2 |
0,20 | ≥7,0 |
0,25 | ≥5,7 |
0,30 | ≥6,0 |
0,35 | ≥6,2 |
0,40 | ≥6,5 |
Для производства изделий в электровакуумной промышленности.
Преимущества добавления железа в алюминиевые сплавы
Алюминиевые металлы будут обрабатываться, формоваться и экструдироваться в различных формах и для различных применений. Часто, когда алюминий переходит в разные фазы, примеси могут вызывать несовершенства и дефекты, которые потенциально могут испортить применение. Одной из примесей, которая часто встречается в алюминии, является железо.
Железо часто проявляет коррозионные свойства, когда оно подвергается воздействию факторов окружающей среды, таких как вода и кислород. С другой стороны, алюминий обладает более высокой коррозионной стойкостью к факторам окружающей среды. Он может подвергаться коррозии, так как алюминий имеет сродство к кислороду. Однако, когда железо присутствует в алюминии, оно может повлиять на прочность и пластичность алюминия.
Пластичность относится к тому, насколько металл может быть согнут и деформирован.
Однако имейте в виду, что иногда железо намеренно добавляется в алюминий для придания ему определенных свойств. В результате получается сплав ферроалюминиевых лигатур.
Преимущества железа в алюминиевых сплавах
Чистый алюминий часто слишком пластичен, чтобы его можно было использовать в конструкциях. У него нет необходимой прочности. Тем не менее, когда железо превращается в чистый алюминий, оно может добавить достаточно прочности, чтобы обеспечить положительные преимущества. Прочность железа может предотвратить горячие разрывы, когда алюминию отливают желаемую форму. Эти горячие разрывы возникают, когда металл начинает остывать и затвердевать.
Еще одно преимущество железа в алюминии заключается в том, что оно обеспечивает прочность при воздействии более высоких температур. Когда алюминий подвергается термической обработке для придания ему формы, железо помогает алюминию сохранять свою стабильность при повышении температуры во время плавления.
Ферроалюминиевые лигатуры
Ферроалюминий относится к сплаву, который образуется при добавлении определенного процента железа и алюминия вместе. Этот тип лигатуры предлагает несколько различных применений. Ферроалюминий можно использовать для раскисления при добавлении в другие сплавы, такие как сталь. Он также может действовать как восстановитель.
При сварке флюсов и проволок этот тип лигатуры можно использовать в качестве добавки к сплаву. Еще одним важным применением является наплавка. Наплавка относится к нанесению более твердого металла на внешнюю сторону основного металла для повышения его износостойкости, коррозионной стойкости, ударопрочности или термостойкости.
Компания Belmont Metals предлагает ферроалюминиевые лигатуры различных составов. У нас есть 10% ферроалюминий, а также 30% ферроалюминий, доступный для клиентов. Чтобы узнать больше о свойствах ферроалюминия и о том, как железо влияет на свойства алюминия при его изготовлении для конкретных применений, обратитесь в нашу компанию.
Альтернатива алюминию | Чугун и алюминий
Обзор
Основная проблема с алюминием заключается в том, что обычно он не выдерживает давления более 3000 фунтов на квадратный дюйм. Например, трещины могут начать появляться в коллекторах в местах соединения портов и/или в стенках между отверстиями портов.
Номинальное давление коллектора из Dura-Bar может быть более чем в три раза выше, чем у алюминиевого коллектора той же конструкции. Чтобы компенсировать меньшую усталостную прочность алюминия, инженерам-конструкторам часто приходится создавать системы с коллекторами большего размера, что может создавать трудности при проектировании и сводить на нет любое преимущество алюминия по сравнению с ковким чугуном.
Наиболее часто для изготовления гидравлических коллекторов используются алюминиевые сплавы 2024-T3 и 6061-T6. И 2024, и 6061 являются дисперсионно-твердеющими (состаренными) сплавами, что означает, что их прочность достигается за счет нагревания материала и выдержки при высокой температуре в течение длительного времени. Этот процесс отпуска изменяет молекулярную структуру алюминия и увеличивает его прочность на растяжение.
Как видно из механических свойств, перечисленных в таблице, усталостная прочность ковкого чугуна Dura-Bar 65-45-12 более чем в два раза выше, чем у алюминия. Еще одним важным преимуществом Dura-Bar является модуль упругости, который значительно выше, чем у алюминия. Это означает, что при одинаковой нагрузке алюминий будет прогибаться или деформироваться более чем в два раза больше, чем 65-45-12. Прогиб и деформация могут привести к ослаблению фитингов и повлиять на общее выравнивание важных компонентов.
Учитывая превосходство Dura-Bar над алюминием, возможности перехода на Dura-Bar будут по-прежнему изобиловать, особенно в ситуациях, когда заказчики вынуждают инженеров-проектировщиков разрабатывать более компактные системы, работающие с более высокой степенью эффективности.
Вырез коллектора из Dura-Bar после механической обработки, удаление заусенцев не требуется.
Свойства материалов алюминия по сравнению с Dura-Bar 65-45-12 Ковкий чугун
| Material Property | 6061-T6 | 2024-T3 | 65-45-12 |
|---|---|---|---|
| Hardness (BHN) | 95 | 120 | 180 |
| Tensile Strength (psi) | 45,000 | 70,000 | 65,000 |
| Yield Strength (psi) | 40,000 | 50,000 | 45,000 |
| Elongation (%) | 12 | 19 | 12 |
| Elastic Modulus (psi) | 10,000,000 | 10,600,000 | 25,000,000 |
| Fatigue Strength (psi) | 14,000 | 20,000 | 40,000 |
Density (lbs. /in 3 ) | 0.098 | 0.1 | 0.255 |
| Thermal Expansion (micro-in/in/F) | 13.1 | 12.9 | 5.5 |
Example Application: Manifold
Aluminum’s Problems
- Material not capable of withstanding high pressure
- Deburring
Solutions and Benefits
- Dura-Bar is pressure rated 6,500psi
- Little or no deburring
- Номинальное давление
Ковкий чугун Dura-Bar 65-45-12 рассчитан на давление до 6500 фунтов на квадратный дюйм, а алюминий — на 3000 фунтов на квадратный дюйм. Dura-Bar может превосходить алюминий для гидравлических деталей и систем, требующих более высокого давления, включая гидравлические коллекторы, уплотнения и клапаны. Узнайте больше об испытаниях, в результате которых Dura-Bar был рассчитан на давление до 6500 фунтов на квадратный дюйм и, следовательно, соответствует стандарту NFPA T2.
