SI24630A

SI24630A - Postopek priprave zlitine na osnovi aluminija, zlasti za litje visoko obremenjenih tenkostenskih avtomobilskih delov

Info

Publication number: SI24630A
Application number: SI201400077A
Authority: SI
Inventors: Brane Kaisersberger; Darko Vranešević; Simon Pečnik
Original assignee: Rc Simit, D.O.O.
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2015-08-31
Also published as: WO2015130237A1

Abstract

Po izumu je predviden postopek priprave zlitine na osnovi aluminija, zlasti za litje visoko obremenjenih tankostenskih avtomobilskih delov, pri katerem se iz sekundarnega tj. recikliranega aluminija pridobi zlitino AlSi5CulMg z vsebnostjo železa nad 0,6%, nakar se v tako pridobljeni zlitini z dodajanjem čistega primarnega Al vsebnost železa Fe znižuje do vsebnosti pod 0,2%. Pri tem se po izbiri dodaja vsaj eno izmed predzlitin iz skupine, ki jo tvorijo AlSil2, AlCu50, AlMg8, AISrlO, AlTi5Bl, in po izbiri vsaj en elektrolitsko čist nadaljnji element, ki je izbran iz skupine, ki jo tvorijo Ni, Mn, Cu in Mg, čemur sledi litje in strjevanje vsakokrat pridobljenega avtomobilskega dela, zatem pa še toplotna obdelava ulitka.

Description

Postopek priprave zlitine na osnovi aluminija, zlasti za litje visoko obremenjenih tenkostenskih avtomobilskih delov

Izum se nanaša na postopek priprave zlitine na osnovi aluminija, zlasti za litje proti koroziji odpornih visoko obremenjenih tenkostenskih avtomobilskih delov, kakršen je npr. ohišje turbokompresorja.

Tovrstni izumi so razvrščeni na področje kemije, namreč k zlitinam neželeznih kovin, konkretno pa k postopkom za spreminjanje fizikalne strukture zlitine na osnovi aluminija, v kateri drugi najpomembnejši element predstavlja silicij.

Pri tem je izum osnovan na problemu, kako vsaj v pretežni meri iz sekundarnega aluminija pridobiti zlitino AlSi5CulMg, katere mehanske lastnosti bodo omogočale njeno uporabo pri izdelavi proti koroziji odpornih visoko obremenjenih litih tenkostenskih avtomobilskih delov.

Postopek priprave zlitine na osnovi aluminija za uporabo v avtomobilski industriji je opisan v EP 2 698 216 Al.

Po izumu je uvodoma navedeni problem rešen s postopkom, pri katerem se iz sekundarnega t.j. recikliranega aluminija pridobi zlitino AlSi5CulMg z vsebnostjo železa

Fe > 0,6%, nakar se v tako pridobljeni zlitini z dodajanjem čistega primarnega Al vsebnost železa Fe znižuje do izpolnitve pogoja

Fe < 0,2 pri čemer se po izbiri dodaja vsaj eno izmed predzitin, izbrano iz skupine, ki jo tvorijo AlSil2, AlCu50, AlMg8, AlSrlO, AlTi5Bl, in po izbiri vsaj en elektrolitsko čist nadaljnji element, kije izbran iz skupine, ki jo tvorijo Ni, Mn, Cu in Mg, čemur sledi litje in strjevanje vsakokrat pridobljenega avtomobilskega dela, zatem pa še toplotna obdelava ulitka.

Litje tako pridobljene zlitine se po izbiri vrši v jekleno kokilo, pri čemer temperatura taline znaša med 720°C in 730°C, temperatura jeklene kokile pa med 380°C in 420°C. Litje se lahko vrši tudi v peščeno mešanico furana, pri čemer temperatura taline znaša med 730°C in 740°C.

Toplotno obdelavo ulitkov se vrši s homogenizacijskim žarjenjem in zatem še z umetnim staranjem. Korak homogenizacijskega žarjenja se vrši s postopnim segrevanjem na temperaturo med 525°C in 530°C, ki traja vsaj približno 2 h, zatem pa z vzdrževanjem na omenjeni temperaturi v trajanju 8 - 10 h in zatem gašenjem v vodi temperature vsaj približno 20°C v trajanju 10 min. Korak umetnega staranja se vrši s postopnim segrevanjem na temperaturo med 150°C in 155°C, ki traja vsaj približno 0,5 h, zatem pa z vzdrževanjem na omenjeni temperaturi v trajanju 8-10 h, čemur sledi ohlajanje na zraku.

Po izumu je predvidena tudi uporaba zlitine, pridobljene po postopku s prej navedenimi značilnostmi, za izdelavo ohišja turbokompresorja pri avtomobilskem motorju z notranjim zgorevanjem.

Z znižanjem vsebnosti Fe pod 0,2% se prepreči nastanek železovih intermetalnih faz v zlitini na osnovi aluminija, kar privede do izvrstnih mehanskih lastnosti, odpornosti proti koroziji, z dodajanjem Ti in Sr pa se doseže tudi drobnozrnato strukturo.

Primer:

Izhodiščno surovino za pripravo Al-zlitine s postopkom po izumu je predstavljala zlitina na osnovi sekundarnega aluminija, namreč selektivno recikliranega odpadnega aluminija s sledečo sestavo:

Element	.. Min (%)
Si	3,5	6,5
Mg	0,3	0,65
Fe		0,4
Ti	0,1	0,2
Mn	0,1	0,2
Zn	0,05	0,1
Cu	0,8	1,55
Ostali elementi, vsak		0,05
Ostali elementi skupaj		0,15
Al		ostalo

Orientacijska sestava primarnega Alje sledeča:

PRIMARNI Al 99,5	PRIMARNI Al 99,8	PRIMARNI Al 99,9
kemijska sestava	(¾)	kemijska sestava	{%)	kemijska sestava	(%)
Si	<0,10	Si	<0,10	Si	<0,05
Fe	<0,20	Fe	<0,12	Fe	<0,08
Gu.	<0,01	G.u.	<0,01	Gii	<0,01
Ga	<0.03	Ga	<0,03	Ga	<0,03
Mg	<0.03	Mg	<0,02	Mg	<0,02
ostali pQs.am.	<0.03	ostali pQs.am.	<0,03	ostali pašam.	<0,03

Zahtevana oz. pričakovana sestava zlitine AlSi5CulMg je sledeča:

jO· · Jb-r Element	Min (%)	,. R* Λ
Si	4,5	5,5
Mg	0,4	0,6
Fe		0,2
Ti		0,2
Mn		0,1
Zn		0,1
Cu	1	1,5
Ostali elementi, vsak		0,05
Ostali elementi skupaj		0,15
Al		ostalo

Za pripravo 350 kg taline smo uporabili 200 kg sekundarnega Al in 15 kg odpadkov iz predhodnega litja AL-zlitine v kokile, nakar smo vsebnost Fe v talini znižali pod 0,2% z dodajanjem 135 kg primarnega Al.

Litje taline je bilo izvršeno po eni strani v peščeno mešanico s furanom in po drugi strani v jekleno kokilo, pri čemer so bila jedra v obeh primerih izdelana po croning postopku. Talina je bila oplemenitena z Α1ΤΪ5Β1 ter s Sr, pri čemer je bilo za 350 kg taline je bilo dodano 7 kg Α1ΤΪ5Β1 in 0,6 kg Sr.

Kemijska sestava vložka v vzdrževalni peči je bila sledeča:

' '1. Element	Pricakovana'ysebr\|^g
Si	4,5-5,5	5,10
Fe	<0,20	0,121
Cu	1,0-1,5	1,42
Mn	<0,10	0,0515
Mg	0,4 - 0,6	0,508
Zn	<0,10	0,0668
Ni	<0,05	0,0489
Ti	<0,20	0,171
Sr	0,01 - 0,02	0,0195

Tehnološke lastnosti litine so bile sledeče:

KF je znašal med 9 in 15, vsebnost vodika Di < 4, podhladitev med 4°C in 8°C. Koncentracija modifikatorja za zmanjšanje primarnega α je tako v primeru litja v kokilo in peščeno formo znašala od 0,05 do 0,3% Ti, za zmanjšanje zrna evtektika pa Sr od 0,004% do 0,05%. Če zasledujemo koncentracijo Fe približno 0,15%, še zlasti približno 0,12%, se možnost tvorbe intermetalne faze FeAl₃, FeMnAl₆ in aAlFeSi znatno zmanjša, s tem pa se zagotovi raztezek. Mikrostrukturo zlitine v toplotno obdelanem stanju predstavljajo sferoidni delci Si-evtektika, razpršenega v meddendritnem prostoru primarnega zrna a.

S pripravo taline po postopku po izumu vključno s toplotno obdelavo, namreč homogenizacijskim žaljenjem in zatem še z umetnim staranjem, smo pri ulitku v peščeno mešanico s furanom dosegli natezno trdnost 275 Mpa in napetost tečenja 176 Mpa, pri litju v jekleno kokilo pa natezno trdnost 290 Mpa in napetost tečenja 193 Mpa. Vzporedno je bilo izvršeno litje takoimenovanih prilitih palic premera 18 mm po standardu NF A 57 - 702, ki so namenjene za izdelavo epruvet za izvajanje nateznega preizkusa. Natezna trdnost materiala prilitih palic je znašala 360 Mpa, napetost tečenja pa 310 Mpa.

Mikrostruktura ulitkov z dendriti a, evtektikom Al-Si ter intermetalnimi fazami je v obliki metalografskih posnetkov ponazorjena na Sl. 1-4, medtem ko je mikrostruktura po toplotni obdelavi ponazorjena na Sl. 5-8.

Claims

PATENTNI ZAHTEVKI

1. Postopek priprave zlitine na osnovi aluminija, zlasti za litje visoko obremenjenih tenkostenskih avtomobilskih delov, pri katerem se iz sekundarnega t.j. recikliranega aluminija pridobi zlitino AlSi5CulMg z vsebnostjo železa

Fe > 0,6%, nakar se v tako pridobljeni zlitini z dodajanjem čistega primarnega Al vsebnost železa Fe znižuje do izpolnitve pogoja

Fe < 0,2% pri čemer se po izbiri dodaja vsaj eno izmed predzitin iz skupine, ki jo tvorijo AlSil2, AlCu50, AlMg8, AlSrlO, ΑΓΠ5Β1, in po izbiri vsaj en elektrolitsko čist nadaljnji element, kije izbran iz skupine, ki jo tvorijo Ni, Mn, Cu in Mg, čemur sledi litje in strjevanje vsakokrat pridobljenega avtomobilskega dela, zatem pa še toplotna obdelava ulitka.
2. Postopek po zahtevku 1, pri čemer se litje vrši v jekleno kokilo.
3. Postopek po zahtevku 2, pri čemer temperatura taline znaša med 720°C in 730°C, temperatura jeklene kokile pa med 380°C in 420°C.
4. Postopek po zahtevku 1, pri čemer se litje vrši v peščeno mešanico furana.
5. Postopek po zahtevku 4, pri čemer temperatura taline znaša med 730°C in

740°C.
6. Postopek po kateremkoli od predhodnih zahtevkov, pri čemer se toplotno obdelavo ulitkov vrši s homogenizacijskim žarjenjem in zatem še z umetnim staranjem.
7. Postopek po zahtevku 6, pri čemer se korak homogenizacijskega žarjenja vrši s postopnim segrevanjem na temperaturo med 525°C in 530°C, ki traja vsaj približno 2 h, zatem pa z vzdrževanjem na omenjeni temperaturi v trajanju 8 - 10 h in zatem gašenjem v vodi temperature vsaj približno 20°C v trajanju 10 min.
8. Postopek po zahtevku 6, pri čemer se omenjeni korak umetnega staranja vrši s postopnim segrevanjem na temperaturo med 150°C in 155°C, ki traja vsaj približno 0,5 h, zatem pa z vzdrževanjem na omenjeni temperaturi v trajanju 8-10 h, čemur sledi ohlajanje na zraku.
9. Uporaba zlitine, pridobljene s postopkom po zahtevkih 1 - 8, za izdelavo ohišja turbokompresorja pri avtomobilskem motorju z notranjim zgorevanjem.