有色金属铸造中熔炼控制的挑战

在检验熔体以达到牌号所要求的规格方面,有色金属铸造面临许多独特的挑战。由于铝和镁等轻质有色合金在汽车和航空航天行业的减重与减排方面发挥着至关重要的作用,随着时间的推移,这一问题可能会变得更加普遍。与黑色金属铸造的情形相同,OES方法常用于验证铝、铜、锌以及镁合金的熔体成分。然而,获得恰到好处的规格往往耗资成本大且操作复杂,在达到正确的牌号规定之前需要进行多次尝试。

在本文中,我们将密切关注上述有色合金带来的独特挑战,以及为何需要仔细进行OES分析以获得最佳结果。

 

部分元素难以测量

对于部分熔炼控制用元素,通过OES对其进行测量可能充满挑战性,但在低检出限的情况下检测此类元素的存在极为重要。例如,过共晶铝硅合金使用锶和钠改性剂。此类改性剂会受到锑、磷和铋等元素的不利影响,此等杂质元素加上钙的总含量不得超过120ppm。如超过这一含量限值,所添加改性剂的效果将会大打折扣,导致最终合金不具备正确的物理性能。

然而,一些OES仪器很难在所需的低检出限下测量上述元素。此种情况有时是由于校准和测量技术所致。而在其他情况下,其通常由于仪器的检测技术不具备分辨此类元素发出的密集谱线所需的灵敏度所致。

有色合金的固有性能

铝合金及其他有色金属材料会在凝固时出现偏析倾向。偏析是指痕量元素随熔体冷却向表面或晶界扩散的过程,可导致关键元素的浓度不均匀。在成品中,过度偏析可能对铸造部件的物理性能产生不利影响,但对于取样而言,其问题在于如何从取样验证过程中获得有代表性的结果。

由于偏析可向样品内各个方向延伸,因此很难获得有代表性的分析结果。解决该问题的方法可包括采集众多样品,并确保样品尺寸允许发生自然变化,随后取一个平均值作为结果。然而,完全避免偏析问题的最好方法是确保取样过程遵循正确程序。绝对清洁且正确的样品制备和冷却速率控制是减少偏析的良好实践示例。

是否想了解更多与此相关的信息?

已在日立的新指南《OES 用于优化有色金属熔体控制》中讨论上述问题,并详细说明须采取哪些措施减少取样过程中的偏析,确保在最开始就获得可靠结果。


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日期: 24 February 2021

作者: Wilhelm Sanders, OES expert

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