187809. lajstromszámú szabadalom • Eljárás alumínium és alumíniumötvözetek optimális paraméterekkel történő öntésére
1 187.809 2 A találmány szerinti technológia kialakítása során részletesen megvizsgáltuk, hogy adott dermedésbe, fajhő, szolidusz hőmérséklet és hővezetési tényező mellett hogyan befolyásolja a szolidusz felület alakját, valamint a kristályosodási sebesség, a höfokgradiens és a szilárd fázis hűlési sebességének sugármenti eloszlását a szolidusz felületén a tuskó sugár, az öntési sebesség, az öntési hőfok, a hőátadási tényező és a hűtővíz-hőfok megváltozása. Kidolgoztuk a fémszint magasság kiszámításának módját és megállapítottuk, hogy amennyiben a fémszint az így meghatározott értéknél nem magasabb, a hőáram a tuskó felületénél gyakorlatilag tengelyirányú a dermedési pont közelében. A krisztallizátor közelében a szolidusz izoterma vízszintes és menetében hirtelen változás nincs. Ez egyúttal azt jelenti, hogy az öntvényben nem keletkezik az öntés során szélzóna. A találmány szerinti technológia valamennyi alumínium ötvözet öntésére érvényes, függetlenül attól, hogy milyen krisztallizálort alkalmazunk. A találmány szerinti eljárás felhasználható vízhűtéses kok illák alkalmazásakor éppúgy, mint höszigetelt szakasszal ellátott (melegfejes) vagy elektronmágneses kokiilák esetén. Hagyományos vízhűtéses kokiilák alkalmazása esetén úgy csökkenthető minimálisra a kétfázisú tartomány és a kokilla fala közötti hőátadás, hogy a fémolvadék szintjét lényegében a szolidusz izotermának a kokilla falánál mért magasságában tartjuk. így sugárirányú hűtés tulajdonképpen csak megszilárdult felületre hat. Ha melegfcjes kokillát alkalmazunk, a fémolvadékot úgy kell beállítani, hogy a szolidusz izoterma magassága egybeessék a hőszigetclt szakasz kezdőpontjával. Ekkor a fémolvadék szintje lényegében közömbös, minthogy a szolidusz izoterma fölött a hőszigetelés következtében hőelvonás gyakorlatilag nincs. Újdonsága a találmány szerinti eljárásnak a fentieken túlmenően az is, hogy a paraméterek meghatározásánál az. öntés hőmérsékletét is változóként kezeljük, szemben a hagyományos gyakorlattal, amely szerint az öntés hőmérséklete minél jobban közelítse az adott ötvözet liquidusz hőmérsékletét. Vizsgálataink azt mutatták, hogy ez nem minden ötvözetnél megalapozott, az optimális öntési hőmérséklet bizonyos esetekben ennél jóval magasabb. Természetesen az öntés hőmérsékletét is befolyásolja a többi paraméter, illetve annak változása. A különböző paraméterek összefüggésének ismerete tehát lehetővé teszi azt is, hogy valamely paraméternek a szokásostól eltérő kényszerű megváltoztatását egyéb paraméterek megfelelő beállításával úgy kompenzáljuk, hogy az öntési technológia optimális maradjon. A találmány további részleteit kiviteli példákon, ábrák segítségével ismertetjük, ahol az 1. ábrán a hagyományos öntéstechnológiával kialakuló szélzóna látható, a 2. ábra pedig a találmány szerint öntött tuskó metszete. /. példa Erősen ötvözött, magas (eutektikus koncentrációval nagyobb) szilíciumtartalmú ötvözetből öntöttünk tömör tuskókat. \z öntendő anyag jellemzői: fajhő (c). 0,25 Kcal/kg”C 1047 J/kg"C sűrűség (o): 2620 kg/m3 hővezelési tényező a szilárd anyagban (X): 108 kcal/ m’C 125,6 W/m °C dermedéshő (AH): 98,5 kcal/kg 410 kJ/kg likvidusz hőmérséklet (T,): 650 *C szolidusz hőmérséklet (Ts): 545 °C hőátadási tényező (a): 46 500 W/m1 *C Az anyagból olyan tömör tuskót kívántunk önteni, amelynek szövetében a primér szilíciumkristályok kisméretűek és eloszlásuk homogén. A luskóhántolás elkerülése céljából szélzóna mentes sima felületű tuskókat akartunk önteni. Célunk volt még, hogy elkerüljük szilíciumkristályokban dús, vagy elszegényedett tartományok kialakulását. E/ek a hibák jelentkeztek ugyanis a korábbi kísérletek során hagyományos empirikus alapon meghatározott technológiával történő öntés során. Az öntést akkor Tf, = 770'C-on végeztük oly módon, hogy az öntési sebesség W ~ 0,088 m/perc volt. Az öntött tuskó sugara R = 0,077 m, az alkalmazott hűtővíz hőmérséklete T oo = 20 °C volt. Az öntést melegfejes kokillában végeztük és 20 min-es hűtött kokillas/.intet írtunk elő. A korábban említett jelenségek következtében az öntés mintegy 20-25%-os selejthányaddal történt. A selejt elsődleges oka a széles szélzónában kialakuló primér szilícium inhomogenitás volt. A találmány szerinti eljárás segítségével meghatároztuk az adott paraméterekhez tartozó optimális hűtött kokilla magasságot. Ehhez az anyagjellemzőkből és a technológiai paraméterekből képzett dimenzió nélküli számok a következők: S - 1,145 P - 2,466 B - 28,520 A fenti számokkal az (1) és (2b) egyenletekből kiszámítottuk a beállítandó hűtött kokilla magasságot. Ez esetünkben: Z + AZ = 11,2 + 30,2 - 41,4mm Mint látjuk, az adott esetben az optimális hűtött kokilla magasság a gyakorlatban alkalmazottnak több, mint kétszerese lett volna. Nyilvánvaló, hogy a jelentős selejtszázalék elsősorban ennek tulajdonitható. Ahhoz, hogy a minden szempontból optimális technológiát ki tudjuk alakítani, figyelembe kellett venni, hogy a primér szilíciumkristályok növekedési lehetőségének korlátozását az öntési hőmérséklet 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 4
