DK167295B1 - Digel samt anvendelse af denne til termisk analyse af aluminiumlegeringer - Google Patents

Description

DK 167295 B1

Den foreliggende opfindelse angår en digel samt en fremgangsmåde til anvendelse af denne til termisk analyse af aluminiumlegeringer især af legeringer, som indeholder en overeutektisk mængde af silicium.

5

En fagmand med kendskab til støbte aluminiumlegeringer vil hovedsageligt benytte sig af legeringer, som indeholder silicium. Blandt disse findes der sådanne, som indeholder mere end 12,5 vægt-% silicium, der betegnes som 10 overeutektiske. Når man udstøber disse sidstnævnte, kommer det i løbet af størkningen først til dannelse af siliciumkrystaller, som kaldes primærkrystallerne, og som viser sig ved en temperatur, som benævnes temperaturen for den begyndende størkning, og senere hen til dannelse 15 af eutektiske silicium-aluminiumkrystaller.

De dannede primære siliciumkrystaller er selvfølgelig forholdsvis store, hvilket vanskeliggør fremstillingen af udstøbte stykker med tilfredsstillende egenskaber. Af 20 denne grund foretager man oftest en behandling i flydende tilstand, hvilken behandling kaldes for en affinering af legeringen, og som foretages for at formindske krystallernes størrelse mest muligt.

25 Affineringen kan f.eks. opnås ved tilsætning af phosphor- kobber i varierende mængder til den behandledes legering, alt efter legeringens indhold af silicium eller andre grundstoffer.

30 Denne mængde af affineringsmidlet kan imidlertid for den samme legering variere stærkt, i afhængighed af de behandlinger, som metallet har gennemgået, af smeltningsprocessen og af tilstedeværelsen af visse urenheder.

35 Af denne grund plejer man at tilsætte et overskud af affineringsmidlet. Dette medfører uheldigvis den ulempe, at man ved en korrekt af fineringsbehandling fortynder le DK 167295 B1 2 geringen på en sådan måde, at den ikke mere udviser den ønskede sammensætning.

Desuden ved en fagmand udmærket, at affineringsmidler har 5 en meget kortvarig virkning, hvilket vil sige, at blot nogle få minutters ventetid mellem tilsætningen af midlet til legeringen og udstøbningspunktet undertiden kan medføre, at dets virkning reduceres til nul.

10 I et støberi vil en støbeske oftest blive benyttet til successivt at forsyne et større antal støbeforme med legeringen, således at når af fineringsbehandl ingen er korrekt under udstøbningen af de første forme, bliver den utilstrækkelig og endda ofte lig med nul for de sidste 15 formes vedkommende.

At kunne formidle tilstanden af legeringssmeltens affi-neringsgrad på ethvert ønskeligt tidspunkt viser sig således at være en uundgåelig betingelse, for eventuelt ved 20 yderligere nødvendige tilsætninger af affineringsmidlet at kunne undgå, at der fremstilles udstøbninger, der ikke udviser de ønskede egenskaber. Endvidere er det tvingende nødvendigt inden udstøbningen at kunne bestemme det nøjagtige indhold af silicium i den med af fineringsmidlet 25 fortyndede legering, således at man eventuelt kan korrigere dette indhold ved en yderligere tilsætning af silicium.

I alle støberier eksisterer der allerede et middel til at 30 bestemme indholdet af silicium, nærmere bestemt digler til termisk analyse. Sådanne digler er beskrevet i FR patentskrift nr. 2 357 891. De består af et cylindrisk legeme med bund, og de fremstilles enten helt og holdent af sand, eller også med en sidevæg, som i det væsentlige er 35 af metal. Inden i det cylindriske legeme er der anbragt et hylster, i hvilket der er indført et termoelement, hvis følsomme ende berører den analyserede legering, når DK 167295 B1 3 denne i flydende tilstand hældes i digelen.

Sådanne digler gør det muligt at følge legeringens temperaturændringer under størkningen og især at bestemme den 5 temperatur, ved hvilken størkningen begynder (Tc), og som manifesterer sig ved en ændring af hældningen på kurven temperatur-tid. Da denne temperatur Tc stiger med voksende siliciumindhold for de overeutektiske aluminium-silicium- legeringers vedkommende, synes det at være en let 10 sag ved sammenligning med forud fastsatte kurver, der angiver dette indhold som en funktion af Tc, at bestemme indholdet af silicium i den analyserede legering.

Man har imidlertid konstateret, at størrelsen af sili-15 ciums primærkrystaller har en indflydelse på Tc. Jo større krystaller, jo lavere Tc.

Som det imidlertid har været vist ovenfor, kan såvel de industrielle legeringers affineringsgrad som deres ind-20 hold af silicium, der resulterer af fortyndingen med af-fineringsmidlet, variere over et bredt intervalområde.

Som følge heraf vil det på analysetidspunktet ikke være muligt at bestemme det nøjagtige indhold af silicium udfra Tc, idet denne temperatur lige så godt kan være et 25 resultat af kombinationen "højt siliciumindhold-store krystaller" som af kombinationen "lavt siliciumindholdsmå krystaller".

Man har derfor bestræbt sig på at finde et middel, som 30 ville gøre det muligt at ophæve den indflydelse, som krystalstørrelsen har på Tc, på en sådan måde, at siliciumindholdet nøjagtigt kan bestemmes, idet affineringsgraden af den analyserede legering samtidigt formidles. Dette middel er nu blevet tilvejebragt.

35

Dette middel består nærmere bestemt af en digel af den samme type som den, der beskrives i teknikkens kendte DK 167295 B1 4 stade, men som er ejendommelig ved, at i det mindste dens indvendige sidevæg er belagt - i det mindste delvis - med et lag af et affineringsmiddel for aluminiumlegeringer.

5 Det har overraskende vist sig, at man ved at bruge en sådan digel - efter påfyldning af den analyserede legering - opnår en fuldkommen affineringsbehandling af nævnte legering, således at indflydelsen af kornstørrelsen fuldstændigt elimineres, idet den målte temperatur Tc udeluk-10 kende er en funktion af siliciumindholdet af den nævnte legering.

Det er tilstrækkeligt, at dette lag - når det fuldstændigt dækker sidevæggen - har en tykkelse på mellem 0,1 og 15 0,01 mm, idet en mindre tykkelse er utilstrækkelig til at sikre affineringsbehandlingen, medens en større tykkelse viser sig at være overflødig.

I tilfælde af en delvis belægning er tykkelsen af laget 20 større, således at man opnår en mængde af affineringsmidlet, som svarer til mængden indeholdt i et kontinuerligt lag.

Dog er effektiviteten af denne belægning større eller 25 mindre, alt efter hvilket affineringsmiddel der anvendes.

Således har det vist sig, at rødt phosphor egner sig bedst til opfindelsen, især hvis man belægger formen med korn, som er mindre end 100 μπι. Et sådant af finer ingsmid-30 del, som ellers er industrielt uanvendeligt på grund af den lethed, hvormed det spontant antændes, og på grund af de dårlige arbejdsbetingelser, som dets anvendelse medfører, kan med lethed og uden særlig risiko anvendes i forbindelse med en digel, som følge af de meget lave mæng-35 der, som benyttes.

For at opnå en regelmæssig belægning, som hænger fast ved DK 167295 B1 5 digelens sidevæg, foretrækkes det at blande det røde phosphor med et bindemiddel, f.eks. med aluminiumdi-phosphat i vandig opløsning - 500 g/1 - og i en sådan mængde, at forholdet mellem phosphormængden og bindemid-5 delmængden ligger mellem 0,25 og 1 således at der opnås et halvflydende produkt, med hvilket digelens sidevæg let kan bestryges for efter tørring ved 100-150 °C at frembringe en passende belægning.

10 Med en sådan digel er det således muligt at formidle Tc-temperaturen alene som et resultat af den indflydelse, som indholdet af silicium medfører, og heraf udlede det nøjagtige indhold af silicium i legeringen ved at foretage en sammenligning med de teoretiske kurver af Tc i °C 15 (som funktion af % Si og andre legerende grundstoffer, hvis sådanne er tilstede) for den samme type legering. Dette indhold kan således eventuelt blive korrigeret i selve støbeskeen ved at tilsætte en Al-Si-grundlegering.

20 Det skal i øvrigt bemærkes, at en sådan hurtig og enkel metode med fordel erstatter de meget sofistikerede metoder til siliciumdosering, såsom f.eks. neutronaktivering.

En sådan digel gør det desuden muligt at kende en smeltet 25 legerings affineringsgrad før udstøbningen.

Til dette formål er det tilstrækkeligt at udtage en prøve af den nævnte smelte og samtidigt måle dens Tc, henholdsvis i en klassisk digel uden belægning og i en digel 30 ifølge opfindelsen, og sammenligne de opnåede værdier med hinanden. Såfremt disse temperaturer er ens, kan man konkludere, at smelten er fuldstændig affineringsbehandlet, og man kan udstøbe med sikkerhed for, at de egenskaber, som er betinget af legeringens finkornethed, vil være de 35 allerbedste.

Hvis derimod Tc1 i den klassiske digel er lavere end TC2 DK 167295 B1 6 i digelen ifølge opfindelsen, kan man slutte, at affineringsbehandl ingen af smelten ikke er korrekt, og man har således en viden om, at man skal sætte affineringsmidlet til smelten i en mængde, som er en funktion af den kon-5 staterede temperaturdifference.

Opfindelsen kan illustreres ved hjælp af følgende anvendelseseksempel : 10 Før udstøbningen udtog man prøver af en overeutektisk al-uminium-siliciumlegering med sammensætningen Si 17%, Cu 4% fra en 2 tons støbeske, og man underkastede disse prøver termisk analyse i en klassisk digel og i en digel, som på indersiden var forsynet med en kontinuerlig 0,05 15 mm tyk belægning, som indeholdt 30 g rødt phosphor med en kornstørrelsesfordeling mellem 20 og 90 μπι pr. 70 g af en opløsning af 500 g/1 Al^HPO^)^.

Man formidlede henholdsvis følgende temperaturer: 20

Tc1 * 607 °C Tc2 = 640 °C

Ud fra Tc2 kan man slutte, at legeringens siliciumindhold var 17 vægt-%, og af forskellen mellem Tc2 og Tc^ finder 25 man, at affineringsbehandlingen var ufuldkommen. Efter at have tilsat yderligere 2,5 kg phosphorkobber med 7 vægt-% phosphor til smelten blev analyserne gentaget, og der blev noteret dels en i forhold til Tc2 lavere T'c2-værdi på 620 °C, hvilket er et tegn på smeltens fortynding med 30 affineringsmidlet, dels en ny T'c^-værdi lig med T'c2, hvilket viser, at smeltens nu var affineringsbehandling nu var fuldstændig.

Opfindelsen finder anvendelse ved samtidig måling af si-35 liciumindholdet og affineringsgraden i overeutektiske aluminium-siliciumlegeringer.

Claims (8)

1. Digel til termisk analyse af aluminiumlegeringer, 5 kendetegnet ved, at i det mindste dens sidevæg er indvendigt belagt, i det mindste delvis, med en hinde af et affineringsmiddel for aluminiumlegeringer.

2. Digel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 10 hinden af affineringsmidlet dækker sidevæggen helt og har en tykkelse på mellem 0,1 og 0,001 mm.

3. Digel ifølge krav 1, kendetegnet ved, at affineringsmidlet er rødt phosphor. 15

4. Digel ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det røde phosphor er i form af et pulver med en kornstørrelse på under 100 rnn.

5. Digel ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det røde phosphor er bundet til sidevæggen med en opløsning af aluminiumhydrogenphosphat (aluminiumphosphat) med en koncentration på 500 g/1.

6. Digel ifølge krav 3 og 5, kendetegnet ved, at forholdet mellem mængden af phosphor og mængden af bindemiddel er mellem 0,25 og 1.

7. Fremgangsmåde til anvendelse af digelen ifølge krav 1 30 til måling af siliciumindholdet i overeutektiske aluminiumlegeringer, kendetegnet ved, at man måler legeringens temperatur ved begyndende størkning i digelen og sammenligner denne temperatur med temperaturen aflæst på den teoretiske kurve, som angiver temperaturen ved den 35 begyndende størkning som en funktion af siliciumindholdet for en legering af den samme type. DK 167295 B1

8. Fremgangsmåde til anvendelse af digelen ifølge krav 1 til måling af af fineringsgraden af overeutektiske silicium-aluminiumlegeringer, kendetegnet ved, at man måler temperaturen ved den begyndende størkning af 5 legeringen i en ikke-belagt digel og i digelen ifølge opfindelsen og sammenligner de målte værdier. 10 15 20 25 30 35