187809. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumínium és alumíniumötvözetek optimális paraméterekkel történő öntésére
1 187.809 2- A találmány tárgya eljárás alumínium és alumínium ötvözetek optimális paraméterekkel történő félfolyamatos vagy folyamatos öntésére, amelynek során fémolvadékot krisztallizátorba öntünk és a megdermedt anyagot a krisztallizátorból kihúzzuk, miközben mind a krisztallizátort, mind a tüsköt hűtjük. Ismeretes, hogy a tuskóöntés technológiai paraméterei alapvetően meghatározzák a tuskó szerkezetét: a szemcsék méretét, alakját és szubszerkezetét, a kiválások homogenitását, milyenségét és a szövetelemek arányát. Az öntési paraméterektől függ a tuskó hibaszerkezete is, beleértve a feszültségi repedéseket, gáz zárványokat, valamint a tuskó felületi minőségét. Az öntési paraméterek: az öntés hőmérséklete, a süllyesztés sebessége, és a hűtési viszonyok, valamint a kristályosodás paraméterei, mint pl. a kétfázisú zónában töltött idő, a kristálynövekedési sebesség stb. egymással szoros összefüggésben állnak, kapcsolatuk részletes feltárása és az egyes tényezők egyedi, valamint együttes hatásának vizsgálata azonban mindeddig csak részleges eredményekre vezetett. Az optimális öntési technológia meghatározása, különösen hipereutektikus ötvözeteknél igen nehéz és mindeddig csak tapasztalatokra támaszkodva, illetve hosszas kísérletezéssel lehetett többé-kevésbé megfelelő eredményre jutni. A magas szilíciumtartalmú ötvözetek öntéstechnológiai szempontból különösen érzékenyek, ezeknél az ötvözeteknél például az öntési hőmérséklet minimális megváltozása is a többi paraméter megfelelő szabályozását igényli. A magas ötvözőtartalmú alumínium dermedés« hőmérsékletköze ugyanis igen nagy. A gyakorlatban a szokásos hipereutektikus alumínium-szilícium ötvözeteknél pl. a liquidus hőmérséklet 577 °C- tól 800 °C-ig változhat. Ezért igen fontos a kétfázisú tartományban történő tartózkodás ideje a kristálynövekedés szempontjából. A helyi megszilárdulási idő az öntött tuskó keresztmetszetében többnyire nem állandó, nagysága és a megoszlás egyenetlenségei szintén az öntési paraméterektől függenek. Kedvezőtlen öntéstechnológiai paraméter kombináció esetében a kétfázisú zónában keletkező fázisok eloszlása inhomogén, méretük pedig kedvezőtlen. Különösen érvényes ez az úgynevezett szélzónában, ahol kedvezőtlen hűtési körülmények között a hülési sebesség változó és a kétfázisú zóna vastagsága megnövekszik. Az öntési paraméterek helyes megválasztása mind az öntött tuskó szerkezetét, mind a felületének minőségét meghatározza. Ha az öntés sebessége és egyben a hőelvezetés sebessége is túl nagy, belső feszültségek keletkeznek, amik repedésekhez vezetnek. Ha túl lassú az öntés, a tuskó felületén jellegzetes hidegfolyásos stb. jelenségek mutatkoznak. Kedvezőtlen esetben a felületi kérget forgácsolással kell eltávolítani, ami munka- és energiaigényes feladat, a gyártás önköltségét jelentősen növeli. Gyakorlatilag még napjainkban is lényegében empirikus megközelítés alapján történik az öntéstechnológia beállítása. Ez még abban az esetben sem tekinthető optimálisnak, ha például megfelelő szerkezetet lehet kialakítani, mert többnyire a termelékenység szempontjából a technológja nem megfelelő. Empirikus úton a kristályosodás helyi paraméterei és eloszlásuk nem határozhatók meg, így a jelenlegi öntéstervezéssel a szerkezet tervezése csak kísérleti úton oldható meg. Jóllehet, az egyes öntési technológiák meghatározását a gyakorlatban metallográfiái vizsgálatok követik, a tapasztalatok értelmezése és az igy szerzett ismereteknek a tervezésben történő hasznosítása nem oldható meg a belső összefüggések ismerete nélkül. Az öntési selejt mindig egy-egy adag Ieöntése után jelenik meg, így folyamatos ellenőrzésre gyakorlatilag nincs lehetőség. Természetesen a felsorolt problémák régóta ismertek és a szakemberek mindig is törekedtek ezek megoldására. A 148 833. sz. magyar szabadalom például olyan eljárást ismertet, amely lehetővé teszi, hogy a kokilla kiképzés, az öntési sebesség, valamint a fémszint összehangolásával olyan hűtési körülmények legyenek beállíthatók, amelyek biztosítják a közel egyenletes dermedési sebességet a tuskó egész keresztmetszetében. Az eljárás szerint az összes ötvözetet két csoportra osztják. A technológia attól függ, hogy az ötvözőtartalom 2,5%-nál több, vagy kevesebb, ami elég durva egyszerűsítés. További korlátja a megoldásnak, hogy nagyobb szilíciumtartalmú ötvözetekre nem alkalmazható. Hátránya még a fenti eljárásnak az is, hogy az öntés hőmérsékletét és az öntött tuskó méretét nem veszi figyelembe a paraméterek meghatározásánál. Ennek megfelelően - jóllehet a hagyományos empirikus módszerekhez képest ez komoly előrelépést jelentett - nem minden paraméterre kiterjedően és az ötvözetek csupán szűkebb csoportjára alkalmazható. Jelentős előrelépést jelentett az öntési paraméterek közötti összefüggések meghatározásában a folyadékbázis áramlási viszonyainak figyelembevétele (P. G. Kroeger: Journal of Heat Mass Transfer 17, 1974 (1191-1207). Ez az elmélet az öntési viszonyokra olyan modellt tartalmaz, amelyben a dimenzió nélküli számok jelentős szerepet játszanak. Negatívuma azonban a modellnek, hogy a különböző hűtési zónák által reprezentált határfeltételek vizsgálatát elhanyagolja, így főleg kvalitatív eredményeket ad. Általában az eddigi megoldási kísérletek alapvető hátránya, hogy a hőátadási tényező kiszámítását kísérlik meg, ez azonban a viszonyok bonyolultsága következtében nem jár eredménnyel. A jelen találmánnyal olyan eljárás kialakítása a célunk, amellyel lehetővé válik lényégében vala-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
