Livarski vestnik 53 / 2006 št. 2
Celal Cingi, Jukka Vainola in Juhani Orkas:
Reakcije med kovino in formo pri litju magnezijeve zlitine AZ91E v formo s staljivim modelom
F. Zupanič, T. Bončina, A. Križman, B. Šušteršič, S. Spaić, B. Markoli:
Hitro strjevanje zlitin Al-Mn-Be in tvorba kvazikristalov
Celal Cingi, Jukka Vainola in Juhani Orkas:
Reakcije med kovino in formo pri litju magnezijeve zlitine AZ91E v formo s staljivim modelom
Izvleček
Reakcije med kovino in formo srečamo pri litju magnezijevih zlitin v forme z iztaljivimi modeli. Ta študija je bila narejena, da (a) se razišče stopnja reagiranja med različnimi ognjevzdržnimi materiali in magnezijevo zlitino AZ91E; (b) da se poišče nova tehnika, ki bi zmanjšala to reagiranje.
Uporabili smo forme z iztaljivimi modeli, ki so vsebovale po več preizkušancev z dimenzijami 25 mm x 25 mm x 60 mm. Voščeni model vsakega preizkušanca je bil prekrit z drugačnim keramičnim premazom, da bi ugotovili nastale razlike glede površine kovinskih ulitkov. Podporne plasti lupine pa so bile enake pri vseh preizkušancih.
Taljena glinica, taljena silika (SiO2), molochit (v anglosaški literaturi keramični material, dobljen z žganjem kaolina z zelo malo železovih oksidov, odporen proti temperaturnim šokom, katerega glavna sestavina je mulit - opomba prevajalca), cirkon, itrijev oksid in taljen magnezijev oksid so bili uporabljeni za študij keramičnih premazov.
Posneli smo digitalne fotografi je površin ulitkov in potem z analizatorjem fotografi je kvantitativno analizirali površine, kjer so potekale reakcije. Glede na dobljene rezultate smo ugotovili, da sta se staljen magnezijev in staljen itrijev oksid najuspešneje upirala staljenemu magneziju. Staljena glinica in cirkon sta bila naslednja po odpornosti. Molochit in cirkonijev oksid sta se pokazala kot zmerno do slabo odporna pred reakcijami. Močne reakcije med formo in kovino smo opazili pri staljeni siliki. Izvrstna odpornost magnezijevega in itrijevega oksida pred reagiranjem se lahko pojasni z zelo negativno tvorbeno Gibbsovo prosto energijo teh materialov.
Analiza z EDS nakazuje, da so reakcijske plasti predvsem oksidi.
Uporabili smo programsko opremo HSC za teoretično računanje prostih energij reakcij z ognjevzdržnimi gradivi, ki smo jih preiskovali. Dobljene rezultate smo primerjali z eksperimentalnimi vrednostmi.
Pokazali smo, da tudi atmosfera, ki obdaja lupino, vpliva na reakcije. Poskusi s formami, kjer so lupine okoli preizkušancev imele običajno in zmanjšano prepustnost, so pokazali, da je bilo na površinah ulitkov pri zmanjšani prepustnosti lupin veliko manjše reagiranje. Podatki o prepustnosti form so prikazani. Predpostavljamo, da reakcije v formah z iztaljivimi modeli potekajo v dveh stopnjah: (1) med ulivanjem in zapolnjevanjem forme ter (2) pod vplivom zunanjega kisika, ko je forma zapolnjena.
Livarski vestnik, letnik 53, št. 2/2006 51
Poskusili smo vstaviti v formo inhibitor KBF4 kot štuk (štuk predstavlja v gradbeništvu sadreno malto za okraske, v prenesenem pomenu tega članka pa predstavlja keramično malto pri izdelavi lupin za ulivanje - opomba prevajalca) v prvi premaz. Dobili pa smo hrapavo površino ulitka, kar je pokazalo, da visoka temperatura sintranja, ki smo jo uporabili, ni bila primerna za ta inhibitor. Podobno majhno zmanjšanje površinskih reakcij smo dosegli tudi, ko smo predgreto formo vložili v posteljico iz KBF4.
NaBF4 je dal kot inhibitor boljše rezultate. Najprej smo ga raztopili v vodi in potem smo sintrane forme potopili v to raztopino. Opazili smo veliko zmanjšanje reakcij. Inhibitorski učinek te kemikalije lahko pripišemo sproščanju plina BF3, ki nastaja med predgrevanjem forme.
Uporabili smo forme z iztaljivimi modeli, ki so vsebovale po več preizkušancev z dimenzijami 25 mm x 25 mm x 60 mm. Voščeni model vsakega preizkušanca je bil prekrit z drugačnim keramičnim premazom, da bi ugotovili nastale razlike glede površine kovinskih ulitkov. Podporne plasti lupine pa so bile enake pri vseh preizkušancih.
Taljena glinica, taljena silika (SiO2), molochit (v anglosaški literaturi keramični material, dobljen z žganjem kaolina z zelo malo železovih oksidov, odporen proti temperaturnim šokom, katerega glavna sestavina je mulit - opomba prevajalca), cirkon, itrijev oksid in taljen magnezijev oksid so bili uporabljeni za študij keramičnih premazov.
Posneli smo digitalne fotografi je površin ulitkov in potem z analizatorjem fotografi je kvantitativno analizirali površine, kjer so potekale reakcije. Glede na dobljene rezultate smo ugotovili, da sta se staljen magnezijev in staljen itrijev oksid najuspešneje upirala staljenemu magneziju. Staljena glinica in cirkon sta bila naslednja po odpornosti. Molochit in cirkonijev oksid sta se pokazala kot zmerno do slabo odporna pred reakcijami. Močne reakcije med formo in kovino smo opazili pri staljeni siliki. Izvrstna odpornost magnezijevega in itrijevega oksida pred reagiranjem se lahko pojasni z zelo negativno tvorbeno Gibbsovo prosto energijo teh materialov.
Analiza z EDS nakazuje, da so reakcijske plasti predvsem oksidi.
Uporabili smo programsko opremo HSC za teoretično računanje prostih energij reakcij z ognjevzdržnimi gradivi, ki smo jih preiskovali. Dobljene rezultate smo primerjali z eksperimentalnimi vrednostmi.
Pokazali smo, da tudi atmosfera, ki obdaja lupino, vpliva na reakcije. Poskusi s formami, kjer so lupine okoli preizkušancev imele običajno in zmanjšano prepustnost, so pokazali, da je bilo na površinah ulitkov pri zmanjšani prepustnosti lupin veliko manjše reagiranje. Podatki o prepustnosti form so prikazani. Predpostavljamo, da reakcije v formah z iztaljivimi modeli potekajo v dveh stopnjah: (1) med ulivanjem in zapolnjevanjem forme ter (2) pod vplivom zunanjega kisika, ko je forma zapolnjena.
Livarski vestnik, letnik 53, št. 2/2006 51
Poskusili smo vstaviti v formo inhibitor KBF4 kot štuk (štuk predstavlja v gradbeništvu sadreno malto za okraske, v prenesenem pomenu tega članka pa predstavlja keramično malto pri izdelavi lupin za ulivanje - opomba prevajalca) v prvi premaz. Dobili pa smo hrapavo površino ulitka, kar je pokazalo, da visoka temperatura sintranja, ki smo jo uporabili, ni bila primerna za ta inhibitor. Podobno majhno zmanjšanje površinskih reakcij smo dosegli tudi, ko smo predgreto formo vložili v posteljico iz KBF4.
NaBF4 je dal kot inhibitor boljše rezultate. Najprej smo ga raztopili v vodi in potem smo sintrane forme potopili v to raztopino. Opazili smo veliko zmanjšanje reakcij. Inhibitorski učinek te kemikalije lahko pripišemo sproščanju plina BF3, ki nastaja med predgrevanjem forme.
F. Zupanič, T. Bončina, A. Križman, B. Šušteršič, S. Spaić, B. Markoli:
Hitro strjevanje zlitin Al-Mn-Be in tvorba kvazikristalov
Povzetek
Raziskali smo vpliv parametrov pri hitrem strjevanju s postopkom litja na vrteče kolo (melt spinning) na mikrostrukturo zlitin AlMn5Be4 (M5) in AlMn10Be4 (M10). Glavni cilj je bil ustvariti razmere za nastanek enakomerne disperzije kvazikristalnih delcev v aluminijevi osnovi.
V začetnem stanju (vakuumskem taljenju in litju) sta bili preiskovani zlitini sestavljeni iz trdne raztopine na osnovi aluminija ‹Al ter dveh intermetalnih spojin Be4AlMn in Al10Mn3. Ker imata obe zlitini zelo širok temperaturni interval (~300 °C) se je pri premeru odprtine lončka 1,8 mm začelo litje na vrteče kolo (melt spinning), preden je temperatura taline presegla temperaturo likvidus. Posledično je bilo v traku veliko neraztopljenih delcev intermetalnih faz. Zmanjšanje velikosti premera odprtine lončka na 1 mm je omogočilo segretje taline nad temperaturo likvidus pred začetkom litja. Nastala mikrostruktura je bila sestavljena iz osnove ‹Al, v kateri so bili porazdeljeni kvazikristalni delci. Debelino traku smo uravnavali s hitrostjo vrtenja kolesa; večja kot je bila hitrost, tanjši je bil trak. Pri debelejšem traku (debelina okoli 150 ?m) je bila mikrostruktura normalno sestavljena iz treh plasti. Tik ob spodnji ploskvi je bilo področje usmerjenega strjevanja z ravno fronto, ki mu je sledila usmerjena celično/dendritna rast. V zgornji plasti so bila enakoosna dendritna zrna. Pri tanjšem traku (40-60 ?m) je bila le plast z ravno strjevalno fronto. Kvazikristalni delci so bili v področju rasti s celično in dendritno fronto neenakomerno razporejeni - pretežno v medceličnem oziroma meddendritnem prostoru, medtem ko so bili enakomerno porazdeljeni v osnovi ‹Al le v področju rasti z ravno fronto.
Ključne besede: hitro strjevanje, kvazikristal, aluminijeve zlitine, metalografska
analiza
V začetnem stanju (vakuumskem taljenju in litju) sta bili preiskovani zlitini sestavljeni iz trdne raztopine na osnovi aluminija ‹Al ter dveh intermetalnih spojin Be4AlMn in Al10Mn3. Ker imata obe zlitini zelo širok temperaturni interval (~300 °C) se je pri premeru odprtine lončka 1,8 mm začelo litje na vrteče kolo (melt spinning), preden je temperatura taline presegla temperaturo likvidus. Posledično je bilo v traku veliko neraztopljenih delcev intermetalnih faz. Zmanjšanje velikosti premera odprtine lončka na 1 mm je omogočilo segretje taline nad temperaturo likvidus pred začetkom litja. Nastala mikrostruktura je bila sestavljena iz osnove ‹Al, v kateri so bili porazdeljeni kvazikristalni delci. Debelino traku smo uravnavali s hitrostjo vrtenja kolesa; večja kot je bila hitrost, tanjši je bil trak. Pri debelejšem traku (debelina okoli 150 ?m) je bila mikrostruktura normalno sestavljena iz treh plasti. Tik ob spodnji ploskvi je bilo področje usmerjenega strjevanja z ravno fronto, ki mu je sledila usmerjena celično/dendritna rast. V zgornji plasti so bila enakoosna dendritna zrna. Pri tanjšem traku (40-60 ?m) je bila le plast z ravno strjevalno fronto. Kvazikristalni delci so bili v področju rasti s celično in dendritno fronto neenakomerno razporejeni - pretežno v medceličnem oziroma meddendritnem prostoru, medtem ko so bili enakomerno porazdeljeni v osnovi ‹Al le v področju rasti z ravno fronto.
Ključne besede: hitro strjevanje, kvazikristal, aluminijeve zlitine, metalografska
analiza