Az alumínium

 

Termelés

 

Egy sokoldalúan felhasználható korszerű alapanyag

 

Az alumínium és annak különböző ötvözetei napjaink egyik közkedvelt műszaki alapanyaga.

Tetszetős megjelenése, könnyű alakíthatósága, alacsony sűrűsége, súlyához képest kiváló

szilárdsági mutatói tették széles körben felhasználhatóvá és a mindennapok termékévé.

A korrózióval szembeni nagyfokú ellenállóképessége egyik legkedvezőbb tulajdonsága. A levegő

oxigénjének hatására a felszínén szinte azonnal oxidréteg alakul ki, ami megvédi a további

korróziós hatásoktól. Ezért az erősebb védelem érdekében ezt a védő oxidréteget mesterségesen is

szokás vastagítani, ami eljárást eloxálásnak nevezünk.

Leggyakoribb alkalmazási területei többek között a gépjárműipar, a csomagolóipar, az

elektronika, a háztartási eszközök, a repüléstechnika és a sporteszközök világa.

 

Az előállítás

 

Kohóalumíniumnak, vagy elsődleges alumíniumnak nevezzük az alumíniumoxid redukációjával

nyert olyan alumíniumot, amely öntésen kívül más gyártási eljáráson ment át.

Az alumínium előállítása, vagyis az alumíniumoxid /Al2O3/ redukációja úgynevezett

elektrolizáló kádakban történik, mintegy 1000 C-os hőmérsékleten. A kádakban a kriolitban

oldott timföldet /Al2O3/ bontják szét, az alumínium leválik az elektrolizáló kád katódján, az

oxigén pedig egyesül az anód szénkatódján az anód szén /C-/ tartalmával és CO, valamint CO2

gáz képződik.

Az elektrolízishez felhasznált alapanyagok, valamint segédanyagok szennyezőanyag tartalmának

igen nagy hányada a leválasztott folyékony alumíniumba kerül és ötvözi, vagyis szennyezi azt. Az

illető elektrolizáló kádban tartott technológiai jellemzőktől a felhasznált alap- és segédanyagoktól

függően az egyes kádakban termelt alumínium tisztasága és minősége más és más lehet. A

minőség jellemzésére a folyékony fém Al-tartalmát szokás megadni amit kémiai elemzés után

úgy kapunk meg, hogy 100-ból levonják mindazon szennyező elem százalékos mennyiségét,

amely mért koncentrációja 0,01 %-nál nagyobb.

Vannak olyan alumíniumkohók, ahol többszörösen "átelektrolizálják" az alumíniumot, így annak

tisztaságát fokozzák úgynevezett "nagytisztaságú" és "különleges tisztaságú" fémet állítanak elő.

A leggyakrabban, a kohó alumíniumot tovább feldolgozó gyártási eljárásoknál a normál

elektrolízissel előállítható úgynevezett műszaki tisztaságú alumíniumot használják fel.

 

Öntészet

 

Az aluminium és ötvözetei öntészete kifejezés alatt egyrészt értjük a különböző formaöntési

eljárásokat és az ettol jól elkülönülo módszereket, úgy mint a tömbök öntését, a félig folyamatos

tuskó öntést, a folyamatos keskenyszalag öntve-hengerlést, valamint a folyamatos huzal

öntvehengerlést és a hozzájuk tartozó technológiai folyamatokat, vagyis az olvasztást,

ötvözetgyártást, fémtisztítást, hokezelést, stb.

Ötvözött alumínium öntvények gyártásához általában szilíciummal, vagy szilíciummal és

magnéziummal ötvözött öntészeti ötvözeteket használnak.

Ötvözött öntészeti tömbök gyártásánál is alapfémként elsődleges alumínium szolgál, amelybe

általában 9 ...13,5 % Si-t, és 0 ... 0,6 % Mg-t ötvöznek.

Az öntödékben az öntött termékek öntéshez felhasznált ötvözetlen és ötvözött Al olvadékok

előállítását a következő alapanyagokból végzik.

  • kohó alumínium
  • ötvöző fémek
  • alumínium alapú előötvözetek
  • alumínium hulladékok

Alumínium hulladékból átolvasztott tömbök.

Az újraolvasztott fémmel dolgozó öntödék néhány szempontból kedvezőbb helyzetben vannak,

mint a kohó mellé telepítettek.

Ezek a szempontok a következők:

  • az egyszer már öntött, megszilárdult fém egyes szennyezőinek mennyisége kisebb, mint a

közvetlenül az elektrolízis üzemből származó folyékony alumíniumé;

  • nem hat rájuk kényszerítő erővel a kohómű csapolási üteme;
  • az elektrolízis változó üzemmenetéből eredő fémminőség ingadozás nem jellemző az

alapanyagaikra.

A főleg folyékony - elektrolízisből származó - alumíniummal dolgozó öntödéknél a fentiekből

eredően a következő gondok adódnak:

  • hosszabb fémkezelési idő szükséges a megfelelően alacsony szennyező tartalom

eléréséhez;

  • az igényesebb termékek gyártása bonyolultabb fémkezelési eljárást kíván;
  • a szükséges fémkezelési - pihentetési idő biztosítására megfelelően nagy gyűjtő kemencekapacitást,

illetve kemenceparkot kell létrehozni. Az adagidő rövidítését eredményező

fémtisztítási módszereket kell alkalmazni, ezzel is növelve a gyűjtő kemence-kapacitást

 

Fémtisztítás

 

A fémtisztítási módszerek és a fémtisztító anyagok fizikai és kémiai úton távolítják el a

szennyezőket. A fémtisztító anyagok miközben átvezetjük a fémfürdőn, vagy a fürdő alá keverjük

őket, kapcsolatba kerülnek a szennyezőkkel. Fizikailag kapcsolódnak az oxidokhoz, diffúzióval

magukhoz kötik a H2 -t, vegyülnek a Na-al és a Ca-al és így magukkal viszik azokat a fémfürdő

felületére. A fémfürdő felületén salakként gyűlnek össze és salakozással eltávolíthatók.

A következőkben ismertetett fémtisztítási módszerek közül a legmegfelelőbb megválasztása

műszaki és gazdaságossági szempontoktól függ. A választásnál természetesen figyelembe kell

venni az öntöde berendezés állományát, a feldolgozásra kerülő alapanyagokat, az öntött termék

további feldolgozásának módját és a késztermék megkívánt tulajdonságait. A célt kielégítő

fémtisztítási módszernél jobb eredményt adó fémtisztítás költségei felesleges, tehát veszteséget

okozó költségek.

Pl. a kohók mellé telepített - folyékony betétanyaggal dolgozó - öntödéknél, ahol a folyékony

fém fogadása, a fém kezelése, pihentetése és öntése csak egalizáló kemencékkel történik, nagyon

hatékony fémtisztítási módszereket kell választani. Ez azért fontos, hogy a kemencék

befogadóképessége összhangban legyen a kohómű termelési ütemével, a túlzottan hosszú

fémtisztítási idő ne okozhasson elhangolódást. Ugyanakkor az elektromos fűtésű egalizáló

kemencék esetében a kemencében nincs mód a vegyileg aktív fémtisztítási módok alkalmazására,

mert a fémtisztítás agresszív termékei a még gazdaságosnál rövidebb idő alatt tönkreteszik a

drága fűtőelemeket. Ellentétes példának hozható viszont egy olyan öntöde, amelynek termelési

feladatában nagy volumenként szerepel a vékony fólia gyártásához használt hengerlési tuskó.

Talán nyugodtan mondhatjuk, hogy a termék gyártásánál nem lehet olyan drága fémtisztítási

módot választani, amely gazdaságtalan lenne.

Fémtisztítás hexaklóretán /C2 Cl6 / pogácsákkal

A hexaklóretán szénnek és a klórnak olyan vegyülete, amely oxigéntől elzárt körülmények között

- pl. a fémfürdő alatt - hő hatására elemi klórt ad le, tehát klórgázra és szénre, vagy kevesebb

klórt tartalmazó szénvegyületre bomlik.

Az Al fémfürdőben felszabaduló klórgáz reakcióba lép az Al-lal, a Mg-al a Na-al és a Ca-al is.

A reakciók termékei átáramolnak a fémfürdőn és tisztító hatást fejtenek ki.

Az alumínium és a klór reakciójából keletkező alumínium-klorid (Al + 3 Cl = AlCl3) az olvadék

hőmérsékletén gőzállapotú (184 C-on szublimál), így buborékok formájában áramlik át a fürdőn

és a következők szerint végzi el a fémtisztítást:

- a buborékok fizikailag kapcsolódnak a lebegő, szilárd oxidokhoz és magukkal ragadva viszik

azokat a fémfürdő felületére

- az olvadékban lévő H2 gáz behatol a gőzbuborékba és azzal együtt a fémfürdő felszínére

emelkedik.

A magnézium és a klór reakciójából keletkező olvadt állapotú magnézium-klorid (Mg + 2 Cl =

MgCl2) a felfelé áramlása közben találkozik a lebegő szilárd oxidokkal és a hozzájuk kapcsolódó

hidrogénnel. A magnézium-klorid nedvesíti az oxidcsomókat, körülveszi azokat és a fürdő

felületére emelkedik velük, miközben az oxidhoz kapcsolt hidrogént is eltávolítja.

A nátrium-klorid és a kalcium-klorid felúsznak a fémfürdő tetejére és ezzel végbemegy a

fémfürdő Na- és Ca- tartalmának csökkentése is.

Fémtisztítás gázokkal

Ez a fémtisztítási mód vegyileg aktív, vagy közömbös gázok, vagy ezek keverékének a

fémdürdőn történő keresztüláramoltatását jelenti. Az aktív gázok közül a Cl2 -t míg a közömbös

gázok közül a N2-t és az Ar-t alkalmazzák a legelterjedtebben. A Cl2 a tisztító hatását a

hexaklóretán bomlásánál felszabaduló fejti ki.

Az N2 és az Ar nem lépnek reakcióba, hatásukat kizárólag a szennyezőkkel létrejövő fizikai

kapcsolatokkal fejtik ki. A gázbuborékok a lebegő szennyezőkkel érintkezve magukkal viszik

azokat a fémfürdő felületére. A H2 beáramlik a felszálló buborékokba. A közömbös gázokkal

történő fémtisztítás általában csak a hidrogén eltávolítást végzi el elfogadhatóan. Az oxidok és az

alkáliák eltávolításában kevésbé eredményes.

A Cl2 gáz kiváló fémtisztító hatású. Alkalmazásánál azonban nehézséget okoz az erősen mérgező

hatása. A tiszta klórral történő fémtisztítás veszélyeinek csökkentése érdekében gyakran

választják a klórgáz és valamely közömbös gáz keverékével végzett fémtisztítást. A keverék

klórtartalma 1-20% között változik. A keverékkel végzett fémtisztítás eredményét illetően

megközelíti a tiszta klórgázzal elérhető eredményeket, veszélyességét illetően pedig jóval

veszélytelenebb. A gázkeverékkel történő fémtisztítást az öntőkemencében szondákkal vagy az

öntőkemence és az öntőgép közötti öntő csatornaszakaszban épített, úgynevezett folyamatos

tisztító berendezésekkel végzik el.

A folyamatos fémtisztító berendezések

A folyamatos fémtisztító berendezések a gázkeverékkel történő fémtisztítást valósítják meg.

 A fémtisztítási folyamatot a folyékony fém berendezésen történő átáramlása közben végzik el, az öntés közvetlen közelében.

A berendezés kialakítása jó feltételeket teremt a tisztító gázok és a folyékony fém érintkezéséhez.

Az alumínium olvadékban levő hidrogén és a zárványok eltávolítása attól függ, hogy a tisztító gáz

buborékai mennyi ideig tartózkosnak a fémben, mennyi az olvadékba bevitt tisztítógáz

mennyisége és milyenek a gázbuborék és a fém határfelületén az érintkezési viszonyok.

Az eljárás nagy előnye, hogy a klórt az alkáli-fémek mennyiségének éppen megfelelő kis

mennyiségben lehet alkalmazni, mert a berendezés munkaterében egyenletesen elosztó apró

buborékok kedvező hatása lehetővé teszi, hogy kis klór-koncentráció mellett is hatékony legyen a

folyékony fém nátrium mentesítése. Ez azt jelenti, hogy klórgáz nem távozik a berendezésből,

tehát nincs szükség külön gáztisztító rendszerre.

Fémtisztítás hexaklóretán por és közömbös gáz keverékével

A hexaklóretán por és a közömbös gáz keverékével végzett fémtisztítási módszer lényege, hogy a

tisztítandó fémfürdő magasságával egyező, illetőleg attól nagyobb nyomással áramoltatott gáz

magával ragadja és lebegő állapotban a fémfürdő alá juttatja a hozzá adagolt hexaklóretán port.

Ez a módszer egyrészt kiküszöböli a hexaklóretán pasztillával végzett fémtisztítás gyenge pontjait

- melyeket az alábbiakban részletezünk - másrészt összegzi az aktív fémtisztító anyagok

/hexaklóretán; Cl2 / és az inert gázok /N2 ; Ar/ fémtisztító hatását, mindkét hatás-mechanizmus

érvényesül.

A hexaklóretán pasztillákkal végzett fémtisztítás szakszerű elvégzése ugyan elfogadható

eredményt biztosít, azonban magában hord néhány bizonytalansági tényezőt. A kezelő

figyelmetlensége esetén a fémfürdő egyes részei tisztítatlanok maradhatnak és ez a további

feldolgozás során selejtképződéshez vezethet. Viszonylag nagy mennyiségű hexaklóretánnal lehet

elérni a megfelelő fémtisztítási eredményt, a pasztilla nagy tömege miatt. A fémfürdő alá

süllyesztett pasztillából ugyanis rövid idő alatt nagy tömegben szabadulnak fel a bomlástermékek

és csak részben kerülnek kapcsolatba a fémolvadékkal, nagy részük hasznosulatlanul távozik.

Fémtisztítás nem bomló sókeverékkel

A nem bomló sókeverékekkel végzett fémtisztítás a legkevésbé hatásos fémtisztítási módszer. A

fémtisztításhoz felhasznált sókészítmények rendszerint különböző fémkloridok keverékei. A

keverési arányokat úgy állapítják meg, hogy a keverékek olvadáspontja jelentősen alacsonyabb

legyen, mint a fémfürdő hőmérséklete. Az alacsony olvadáspont elérése érdekében a sókeverékbe

a fémkloridok mellé rendszerint nátriumfluoridot /NaF/ és kriolitot /Na3AlF6/ kevernek.

Nagyon kell ügyelni arra, hogy a Na-re érzékeny ötvözeteknél ne használjunk Na-ot tartalmazó

sókeverékeket.

A Na probléma miatt kétféle, Na-mentes és Na-ot tartalmazó sókeverékeket használnak.

Na mentes sókészítmény például a 20 % KCl és 80 % Mg Cl2 keveréke.

A Na-os sókészítmény készülhet 40 % NaCl, 40 % KCl, 10 % MgCl2 és 10 % Na3 AlF6

összeolvasztásából.

A nem bomló sókeverékekkel dolgozó fémtisztítást általában az olvasztó és az öntő kemencékben

végzik el.

 

Vegyi összetétel elemzése

 

A fémfürdő vegyi összetételének elemzésével, illetve megismerésével ellenőrizhetjük a

fémolvadék összetételének helyességét, és ebből következtethetünk a hulladékkezelés

színvonalára, a beolvasztandó adag összeállításának és előkészítésének milyenségére, az ötvöző

anyagok beoldódásának megtörténtére, vagy befejezetlenségére és a fürdőkeverés elégséges, vagy

elégtelen voltára.

Az olvadék összetételének elemzése különböző módszerekkel történik, mint például nedves

analitikai, színkép analitikai eljárások. Az elemzéshez olyan formájú és annyi próbát kell kivenni

a fémfürdőből, mely alkalmas a rendelkezésre álló analitikai módszerrel történő elemzés

elvégzéséhez és elégséges az elemzési eredmények biztonságos megítéléséhez. Függetlenül az

analitikai módszertől, az elemzésre szánt próbáknak, salakmentesnek és egyenletesen

finomszemcsésnek kell lenniük. Különösen a színkép analitikai módszereknél, amelyek kis

fémtömegek elemzését végzik. A színkép analitikai módszer ugyanis csak kis fémtömegeket

érintő elektromos ív segítségével végzi az ötvöző és szennyező elemek gerjesztését.

Emiatt, ha a próbában a szikráztatás helyén nem fémes szennyezők, vagy durva nagykristályok

vannak rossz - a próbára nem jellemző - elemzési eredményeket kapunk.

 

Hőkezelés

 

A tuskók hőkezelésének céljai következőkben foglalható össze:

  • az öntési feszültségek feloldása,
  • az alakíthatóság javítása /pl. sajtolási sebesség növelés /,
  • az újrakristályosodás körülményeinek és eredményének javítása,
  • az öntéskor kialakult irányított szövetszerkezet módosítása,
  • az eloxálhatóság javítása /egyenletes eloxált réteg /,
  • a késztermék külső, esztétikai megjelenésének javítása.

Az öntött tuskók hőkezelésének két változatát használjuk, az úgynevezett feszültségmentesítést és

a homogenizálást.

A feszültségmentesítő hőkezelés célja az öntési feszültségek feloldása. Megakadályozható vele a

hidegrepedésre hajlamos öntött tuskók tárolás, vagy darabolás közbeni szétrepedése. A

feszültségmentesítő hőkezelést az öntést követően minél előbb célszerű elvégezni. Általában a

hidegrepedésre hajlamos ötvözeteknél, a nagy szélesség, vastagság méretarányú hengerlési, és a

400 mm-nél nagyobb átmérőjű sajtolási tuskóknál fontos alkalmazni. A művelet az általános

gyakorlatban minimum 380 C-os, 2 órás hőn tartást jelent.

A homogenizáló hőkezelés céljául kitűzött eredmények a hőkezelés közben lejátszódó diffúziós

folyamatokkal jönnek létre. Az ötvözőfém atomok diffúziója következtében az összetételi

különbségek kiegyenlítődnek. A diffúziós folyamatok két csoportba sorolhatók:

  • alacsonyabb hőmérséklettartományban, 450 - 550 C-on jól oldódó elemek diffúziója, a

szegregált fázisok oldódása és a szilárd oldaton belüli homogenizálódás megy végbe;

  • magasabb hőmérsékleten, 570 - 630 C-on, a nehezen oldódó elemek diffúziója is és

azoknak a szegregált fázisoknak az oldódása is végbemegy, melyeknek egyféle finomabb

szerkezetű kiválása lehűlés közben bekövetkezett.

Amíg az alacsonyabb hőmérséklettartományú homogenizálás a képlékeny alakíthatóságot növeli,

addig a magasabb hőmérséklettartományú a finomabb, átkristályosodott szemcseszerkezet

kialakulását, a késztermék jobb külső megjelenését, és az öntéskor kialakult irányított

szemcseszerkezet módosulását eredményezi.

A homogenizálás eredménye - diffúziós folyamatokról lévén szó - a hőmérséklet mellett a

hőkezelés időtartamától is függ.

A homogenizálás paramétereit - a hőmérséklet, a felfűtési és a hőn tartási idő - a következő

tényezők határozzák meg:

  • az ötvözet összetétele
  • a képlékeny alakítás módja
  • a félkész termékkel szemben támasztott követelmények: külső megjelenés, eloxálhatóság,

szilárdsági jellemzők

  • a hőkezelő kemence hőátadási viszonyai

a homogenizálandó tétel súlya és rakatszerkezete

 

Alakítási technológiák

 

A legfontosabb képlékeny alakítási technológiák a következik: meleg hengerlés, hideghengerlés,

sajtolás, kovácsolás, húzás, mángorlás.

A felsorolt képlékeny alakítási módszerekkel különböző felhasználói igényeket kielégítő félkész

termékeket gyártanak. Ilyenek: szerkezeti lemezek, mélyhúzási tárcsák, tubus tárcsák, fólia

szalagok, keskeny és széles szalagok, lakkozott szalagok, hegesztett csövek, öntve hengerelt

szalagok és durvahuzalok, sajtolt rudak, profilok és csövek, húzott rudak és csövek, eloxált sajtolt

profilok, süllyeszt ékben kovácsolt termékek, stb.

Öntve hengerlés

Vékonyszalag, valamint zárt és lyukas hidegfolyatási tárcsák kiinduló anyagaként elterjedten

használnak öntve hengerelt keskenyszalagokat. A 100-250 mm széles és kb. 25 mm vastag,

folyamatosan öntött és azonnal melegen tovább hengerelt úgynevezett "öntve hengerelt" szalagot

hideghengersorokon több lépésben hengerlik a szükséges 4-5 mm /vékonyszalagnál kb. 1 mm/

vastagságúra. Nyilvánvalók hogy az öntve hengerlés technológiai körülményei és a gyártott

szalag vegyi összetétele jelentősen kihatnak a végtermék minőségére.

Az úgynevezett öntve hengerlési módszerrel további feldolgozás (huzalhúzás) céljából különféle

átmérőjű ötvözetlen és ötvözött, körszelvényű vezeték huzal elő-termékeket, durvahuzalokat

gyártanak.

 img_6571.jpg

A sajtolási előtermék

 

A sajtolási tuskó az esetek zömében kör keresztmetszetű, tehát henger alakú tömör, vagy lyukas

ritkábban más pl. körívekkel lezárt hasáb alakú öntvény.

Ezeket az öntvényeket a sajtoláshoz felmelegítik. Meleg alakítás előtt az öntött sajtolási tuskók a

szóban forgó ötvözet összetételétől, a sajtolt termék minőségi elvárásaitól, a további feldolgozás

módjától, a sajtolási technikától, az öntés minőségétől függően áteshetnek a következő

műveleteken: homogenizálás, darabolás, felülethántolás.

 

A sajtolás a fémek megmunkálásának egyik legjelentősebb eljárása.

 

Az alumínium és ötvözeteinek sajtolása olyan képlékenyalakító művelet, amelynél rudakat,

csöveket és profilokat általában előmelegített tuskóból nagy nyomással állítanak elő

présgépeken.

A gyáregységűnk hét présgépről kínálja profiljait, amelyek hat és tizenegy coll közötti méretű

tuskók sajtolására alkalmasak, 100g - 20kg folyóméter súlyig. Az alkatrészgyártó üzemben a

profilok további megmunkálása (darabolás, kivágás, marás, lyukasztás stb.), és a különféle

komponensek előszerelése történik, hogy felhasználásra kész állapotban adhassák át a vevőknek.

 

Porfestés

 

A sajtolt alumínium festésének alapvető eljárása a porbevonat készítése. Ennek elsőrangú

minőségét a következő jellemzők biztosítják.

- a túlfutás és a hólyagosodás kockázata kizárható.

- Magas szintű megismételhetőség

- Sokkal jobban ellenáll az ütésnek és horzsolásnak, mint a nedvesen felvitt rétegek

- Jó alakíthatóság (például felvitele után is formázható)

- Kültéri használatra alkalmas (megfelelő védelem UV-fénnyel és korrózióval szemben)

 

Eloxálás

 

Ez az oxidréteg - szemben a természetes oxidréteggel - egyenletes és tömör, ezért a jó

korrózióállóságot és kopásállóságot biztosít. Az oxidréteg a jó korrózióállóságon kívül még

esztétikus megjelenést is biztosít. Az eloxálás leggyakrabban alkalmazott típusa a natúr eloxálás,

ez azt jelenti, hogy az alumínium megtartja eredeti fémes színét. Leggyakrabban használt színek a

barna különféle árnyalatai és a fekete. Ezeken kívül még arany színezésre is van lehetőség. Ezek

olyan színezőanyagok és eljárások, amelyek az igen jó időjárás- és fényállóság alapján a profilok

kültéri használatát is lehetővé teszik. Az eloxált réteg vastagsága a vevői követelmények szerint változik.

 

Bejelentkezés

Kosaram

Az Ön kosara üres.

Hírlevél feliratkozás

Legnépszerűbb termék