ההתכה והיציקה של סגסוגות הם תהליכי מפתח בייצור היציקה. שליטה קפדנית על כל תהליך ההיתוך והיציקה ממלאת תפקיד חשוב במניעת פגמי יציקה כגון חורים, תכלילים, פעולות שגויות, סדקים, נקבוביות והתכווצות.
מאחר שלאלומיניום מותך יש נטייה חזקה לספוג מימן, תכונות חמצון חזקות וממיס ברזל בקלות, יש לנקוט באמצעי זהירות פשוטים אך זהירים במהלך תהליכי ההיתוך והיציקה כדי לייצר יציקות באיכות גבוהה-.
1. קירור חומרי תנור סגסוגת אלומיניום ובקרת איכות
על מנת לייצר אלומיניום מותך באיכות גבוהה-, יש לבחור תחילה חומרי גלם מתאימים. חומרי הגלם חייבים להיות מנוהלים מדעית ומטופלים כראוי; אחרת, איכות הסגסוגת תושפע קשות. פרקטיקת הייצור הראתה שאם חומרי גלם (כולל חומרי מתכת וחומרי עזר) אינם מבוקרים בקפדנות, קבוצות של יציקות עשויות להיגרט.
(1) חומרי גלם חייבים להיות בעלי הרכב ומבנה כימיים מוסמכים, עם הדרישות הספציפיות כדלקמן:
בנוסף לניתוח הרכיבים העיקריים ותכולת הטומאה של מטילי הסגסוגת הנכנסים למפעל, נערכות בדיקות גם למבנים-מסגסוגת נמוכים ומשטחי שבר. הפרקטיקה הוכיחה ששימוש בהמסת אלומיניום המכילה חללי התכווצות חמורים, חורים ובועות מקשה על השגת יציקות צפופות ואף עלול לגרום לגריטה של תנור שלם או אצווה של יציקות.
כאשר בחנו את ההשפעה של מטילי סגסוגת סיליקון אלומיניום-על נקבוביות סגסוגת אלומיניום, נמצא כי לא הופיעה נקבוביות בעת שימוש בלוקי בדיקה העשויים מתבניות יצוק של חול טהור-. עם זאת, לאחר הוספת מטילי סגסוגת סיליקון-באיכות-נמוכה ולא סטנדרטית, בלוקי הבדיקה הראו נקבוביות חמורה וגרגרים גסים. הסיבה לכך נובעת מהשפעת הירושה של החומר. עבור סגסוגות סיליקון אלומיניום-, השפעת הירושה גוברת עם התוכן, והופכת משמעותית כאשר תכולת הסיליקון מגיעה ל-7%. המשך הגדלת תכולת הסיליקון להרכב האוטקטי מפחית מעט את אפקט ההורשה. כדי לפתור ליקויי יציקה הנגרמים מהשפעת הירושה של מלאי כבשנים, יש צורך לבחור מטילי אלומיניום באיכות מתכתית גבוהה, סגסוגות ביניים וחומרי כבשן אחרים. התקנים הספציפיים הם כדלקמן:
1) על פני השבר לא יהיו חורים או חורי גז
חרירים צריכים להיות בגדר דרגה שלוש, ובמקום (לא יותר מ-25% מהשטח הנבדק) לא יעלה על דרגה שלוש. אם הוא עולה על דרגה שלוש, יש לבצע התכה מחדש כדי להפחית את רמת החור. שיטת ההיתוך והזיקוק זהה להיתוך כללי של סגסוגת אלומיניום. טמפרטורת היציקה לא תעלה על 660 מעלות. עבור מטילי אלומיניום או מטילי סגסוגת עם גרגירים מקוריים גדולים, יש להשתמש תחילה בטמפרטורת עובש נמוכה יותר כדי לגרום להם להתמצק במהירות ולעדן את הגרגרים.
(2) טיפול בחומרי תשלום
לפני השימוש, יש להתיז את חומרי הטעינה כדי להסיר חלודה משטח, שומן ומזהמים אחרים. מטילי סגסוגת אלומיניום וגרוטאות מתכתיות עם משטח נקי יחסית וזמן אחסון קצר עשויים שלא לדרוש התזת חול, אך יש להסיר מסנני ברזל או רכיבים משובצים המעורבבים במטען. יש לחמם את כל חומרי הטעינה לפני הכנסתם לתנור כדי להסיר לחות פני השטח ולהפחית את זמן ההיתוך ביותר מ-3 שעות.
(3) ניהול ואחסנה של חומרי תנור
אחסון וניהול נכון של חומרי התנור חשובים להבטחת איכות הסגסוגות. יש לאחסן חומרי תנור במחסנים עם שינויים קטנים בטמפרטורה ותנאי יובש.
2. הכנת כור היתוך וכלי התכה
(1) ליציקת סגסוגת אלומיניום, נעשה שימוש בכור היתוך ברזל נפוץ, וניתן להשתמש גם בכור היתוך עשוי פלדה יצוקה או לוחות פלדה מרותכים.
יש להתפיח בחול לפני השימוש ולחמם ל-700-800 מעלות, גם כור היתוך חדש וגם כור היתוך ישן שלא היה בשימוש זמן רב, תוך שמירה על טמפרטורה זו במשך 2-4 שעות כדי לשרוף לחות וחומרים דליקים הנצמדים לדופן הפנימית של כור ההיתוך. לאחר קירור מתחת ל-300 מעלות, נקו בזהירות את הדופן הפנימית של כור ההיתוך, ומרחו את הציפוי כאשר הטמפרטורה אינה נמוכה מ-200 מעלות.
יש לחמם את כור ההיתוך לצבע אדום כהה (500-600 מעלות) לפני השימוש ולשמור בטמפרטורה זו במשך יותר משעתיים. עבור כור היתוך חדש, עדיף להמיס תחילה אצווה של חומר ממוחזר מאותה כיתה לפני ההתכה של החומר בפועל.
(2) הכנת כלי התכה
מכסה פעמון, מכסה ניפוץ, כף ערבוב, שקית מזיגה
לפני השימוש, יש לחמם מראש תבניות וציוד אחר, לצפות בשכבת הגנה בטמפרטורה של 150-200 מעלות ולייבש היטב. טמפרטורת הייבוש צריכה להיות 200-400 מעלות, עם זמן החזקה של יותר משעתיים. לאחר השימוש, יש להסיר לחלוטין את כל התחמוצות והפלואורידים הנדבקים למשטח (מומלץ להתזז בחול).
3. בקרת טמפרטורת התכה
אם טמפרטורת ההיתוך נמוכה מדי, היא אינה תורמת להתמוססות של יסודות סגסוגת ולהסרת גזים ותכלילים, מה שמגביר את הנטייה להפרדה, סגירות קרות והפרעות שגויות. זה יכול גם לגרום לאי חום מספיק במעלה, ולמנוע הזנה נכונה של היציקה. על פי כמה התייחסויות, טמפרטורת ההיתוך של כל סגסוגות האלומיניום צריכה להגיע לפחות ל-705 מעלות ויש לבצע ערבוב. מצד שני, טמפרטורת התכה גבוהה מדי לא רק מבזבזת אנרגיה אלא, חשוב מכך, מובילה לספיגת מימן מוגברת, גרגירים גסים יותר, חמצון חמור יותר של אלומיניום, ואובדן גדול יותר של כמה אלמנטים מתגזרים. כתוצאה מכך, המאפיינים המכניים של הסגסוגת מתדרדרים, ביצועי היציקה והעיבוד מחמירים, יעילות הטיפול בחום מופחתת, ואטימות הגז של היציקה פוחתת.
פרקטיקת הייצור הוכיחה כי חימום מהיר של נמס הסגסוגת לטמפרטורה גבוהה יותר וביצוע ערבוב נכון מסייעים להמיס את כל מרכיבי הסגסוגת (במיוחד יסודות מתכת עקשן). לאחר הסרת הסיגים הצפים, הורדת הטמפרטורה לנקודת היציקה ממזערת את ההפרדה, מפחיתה מימן מומס ומסייעת בהשגת סגסוגת אחידה וצפופה עם תכונות מכניות גבוהות. מכיוון שקשה לשפוט את הטמפרטורה של התכת האלומיניום בעין בלתי מזוינת, לא משנה באיזה סוג של תנור התכה משתמשים, יש לשלוט בטמפרטורה באמצעות מכשיר מדידה. יש לכייל ולתחזק את מכשירי המדידה באופן קבוע. שרוולים תרמיים יש לנקות מעת לעת עם מברשת מתכת ולצפות בצבע מגן כדי להבטיח מדידות טמפרטורה מדויקות וחיי שירות ארוכים.
4. שליטה על זמן ההתכה
כדי להפחית את החמצון של התכת האלומיניום, ספיגת הגזים והתמוססות הברזל, יש למזער את זמן השהייה של התכת האלומיניום בכבשן, ולהתבצע במהירות. מתחילת ההיתוך ועד לסיום היציקה, משך הזמן לא יעלה על 4 שעות ליציקת חול, 6 שעות ליציקת תבניות מתכת ו-8 שעות ליציקה.
כדי להאיץ את תהליך ההיתוך, יש להוסיף תחילה גרוטאות בגודל-בינוני עם נקודת התכה נמוכה יותר וסגסוגות ביניים של אלומיניום-סיליקון, כך שתיווצר בריכת התכה במהירות בתחתית כור ההיתוך. לאחר מכן, מתווספות חתיכות גדולות יותר של גרוטאות ומטילי אלומיניום טהורים, המאפשרים להם לטבול בהדרגה לתוך בריכת ההיתוך המתרחבת ולהימס במהירות. לאחר שהחלק העיקרי של המטען נמס, מוסיפים כמות קטנה של סגסוגות ביניים נמסות יותר-, והטמפרטורה מועלת ומערבבים כדי להאיץ את ההיתוך. לבסוף, הטמפרטורה יורדת ואלמנטים סגסוגים מחומצנים בקלות נלחצים פנימה כדי למזער הפסדים.
5. העברה ומזיגת ההמסה
למרות שהצפיפות של אלומיניום מוצק שווה בערך לזו של אלומיניום מותך, ברגע שהוא נכנס להמסת האלומיניום, לוקח מספיק זמן להתיישב בתחתית כור ההיתוך. לעומת זאת, לסרט האלומינה הנוצר על פני האלומיניום לאחר חמצון יש צד צפוף במגע עם נמס האלומיניום, בעוד שהצד החשוף לאוויר רופף ומכיל נקבוביות רבות בקטרים של 60-100 Å. לסרט זה שטח פנים גדול ותכונות ספיחה חזקות, מה שגורם לו לספוג בקלות אדי מים ואף נוטה לצוף. לכן, היות והפרש הצפיפות בין סרט תחמוצת זה לבין התכת האלומיניום הוא קטן, ערבוב שלו לתוך ההמסה מביא לשקיעה וציפה איטית מאוד, מקשה על הסרה מההמסה ומוביל להיווצרות נקבוביות גז ותכלילים ביציקות. כתוצאה מכך, בעת העברת נמסי אלומיניום, חיוני למזער את ערבוב המתכת המותכת ולהפחית ככל האפשר את חשיפת הנמס לאוויר.
בעת שימוש בכור הטיה ליציקת מתכת מותכת, על מנת למנוע ערבוב של המתכת המותכת עם אוויר, יש למקם את המצקת קרוב ככל האפשר לפיה של התנור ולהטות אותה כך שהמתכת המותכת תזרום לאורך הדופן הצדדית של המצקת, ומונעת ממנה לפגוע ישירות בתחתית המצקת, דבר שעלול לגרום לתסיסה או התזה.
שימוש בשיטת היציקה הנכונה והסבירה הוא אחד התנאים החשובים להשגת יציקות באיכות גבוהה-. פרקטיקת הייצור מלמדת כי שימת לב לנקודות הבאות יעילה מאוד במניעה והפחתת ליקויי יציקה.
(1) לפני המזיגה, בדוק היטב את טמפרטורת ההיתוך של התנור, את קיבולת מצקת המזיגה ואת היובש של שכבת הציפוי על פני השטח שלו, וכן האם כלים אחרים מוכנים כראוי. את כוס יציקת המתכת יש להניח על תבנית החול 3-5 דקות לפני המזיגה. בשלב זה, הטמפרטורה של מצקת המזיגה לא תעלה על 150 מעלות. אם מניחים אותו מוקדם מדי או אם הטמפרטורה גבוהה מדי, כמות גדולה של גז עלולה להצטבר בתעלת המזיגה, מה שגורם לסכנת פיצוץ במהלך המזיגה.
(2) אין לבצע יציקה במקומות עם טיוטות, בהם המתכת המותכת עלולה להתחמצן או להישרף בחוזקה, מה שעלול לגרום לתכלילי חמצון ולפגמים אחרים ביציקה.
(3) כאשר משיגים מתכת מותכת מכור ההיתוך, תחילה הסר בעדינות את סרט התחמוצת או שכבת השטף על פני ההיתוך עם תחתית המצקת, ולאחר מכן לטבול את המצקת באיטיות לתוך המתכת המותכת, ספוג את ההמסה עם הפה הרחב של המצקת, והרם את המצקת בהתמדה.
(4) בעת נשיאת המצקת, הימנע מהטייתה בכף היד; ללכת בהתמדה. אין להרים את המצקת גבוה מדי, ומפלס המתכת בפנים חייב להישאר יציב וללא הפרעות.
(5) ממש לפני המזיגה, הסר כל סיגים מהמצקת כדי למנוע הכנסת סיגים, סרטי תחמוצת וזיהומים אחרים לתוך התבנית במהלך המזיגה.
(6) במהלך היציקה, ודא שזרימת המתכת המותכת נשארת יציבה; אין להפריע לו או להפנות אותו ישירות לתחתית השפיץ. יש למלא את השפיץ מלמעלה למטה, ומשטח הנוזל חייב להישאר יציב. שלטו על מהירות המזיגה כראוי. בדרך כלל, התחל למזוג מעט יותר לאט כדי לאפשר להמסה להתמלא באופן שווה, ולאחר מכן הגבר מעט את המהירות ושמור על קצב מזיגה עקבי יחסית.
(7) במהלך תהליך היציקה, יש לשמור על המרחק בין פיית המצקת לזרבובית קרוב ככל האפשר, לא יעלה על 50 מ"מ, כדי למנוע חמצון יתר של המתכת המותכת.
(8) עבור שפך עם פקק, אין להסיר את הפקק מוקדם מדי. לאחר מילוי הזרבובית במתכת מותכת, הסר בהדרגה את הפקק בזווית כדי למנוע היווצרות מערבולת בתעלות העובש.
(9) אין להשתמש במתכת מותכת בגובה של פחות מ-60 מ"מ מעל תחתית כור ההיתוך ליציקה.
