Badanie wpływu procesów metalurgicznych na poprawę jakości odlewów ze stopów EN AC-46000 i EN AC-44200 z uwzględnieniem obróbki mechanicznej i powierzchniowej

Abstract

Tematyka pracy dotyczy zagadnień związanych z odlewami siluminowym, wykorzystywanymi w różnych gałęziach przemysłu, a realizowana była we współpracy z Odlewnią Ciśnieniową Meta-Zel sp. zo.o.. Badania prowadzono na dwóch stopach aluminium AlSi9Cu3 oraz AlSil2 i obejmowały one cały cykl technologiczny, począwszy od, topienia metalu w piecach indukcyjnych, poprzez odlewanie na maszynach ciśnieniowych zimno-komorowych, aż po obróbkę końcową wybranych detali. Materiał wsadowy składał się z różnych proporcji czystych gąsek i złomu (80,70 i 60%). Proces rafinacji barbotażowej prowadzono przez: 0, 7, 9 i 15 minut. Analizowano podstawowe własności mechaniczne, mikrostrukturę, porowatość, stopień zagazowania oraz chropowatość powierzchni odlewów. Celem prowadzonych badań była optymalizacja procesów produkcyjnych wybranych odlewów, pod kątem poprawy ich jakości oraz eliminacji braków na poszczególnych etapach procesu technologicznego. Przeprowadzone badania wykazały, że kluczowymi parametrami wpływającymi na własności mechaniczne i mikrostrukturę wlewków i odlewów są czas rafinacji oraz zawartość złomu obiegowego. W przypadku wlewków i odlewów ze stopu AlSi9Cu3, większa zawartość miedzi oraz żelaza sprzyjała tworzeniu się twardych faz międzymetalicznych, co miało pozytywny wpływ na zwiększenie własności mechanicznych. Wzrost zawartości złomu obiegowego prowadził z kolei do pogorszenia plastyczności materiału, a dłuższy czas rafinacji sprzyjał poprawie mikrostruktury i zmniejszeniu porowatości. W przypadku wlewków i odlewów wykonanych ze stopu AISil2, z powodu niższej zawartości pierwiastków stopowych, twardość i wytrzymałość na ściskanie były niższe, a materiał charakteryzował się lepszą plastycznością. Rafinacja barbotażowa przyczyniła się do zmniejszenia porowatości gazowej i poprawy jednorodności mikrostruktury w obu stopach, przy czym odlewy wykazywały znacznie mniejszą porowatość niż wlewki. Uzyskane wyniki badań dowiodły, że optymalnym czasem rafinacji dla uzyskania odlewów cechujących się odpowiednimi własnościami mechanicznymi oraz ograniczoną porowatością jest 9 minut. Odlewy wykonane ze stopów rafinowanych przez 15 minut cechowały się wyższymi własnościami mechanicznymi, jednak w warunkach przemysłowych stosowanie tak długiego czasu rafinacji jest mniej opłacalne.

The work deals with issues related to silicone castings used in various industries and was carried out in cooperation with the Meta-Zel Pressure Foundry Ltd. The research was conducted on two aluminium alloys, AlSi9Cu3 and AlSil2, and covered the entire technological cycle, starting from melting the metal in induction furnaces, through casting on cold-chamber pressure machines, to the final processing of selected parts. The charge consisted of different proportions of pure ingots and circulating scrap (80, 70 and 60%). The barbotage refining process was carried out for: 0, 7, 9 and 15 minutes. The basic mechanical properties, microstructure, porosity, density index and surface roughness of the castings were analyzed. The aim of the conducted research was to optimize the production processes of selected castings, with a view to improving their quality and eliminating defects at individual stages of the technological process. The research carried out showed that the key parameters affecting the mechanical properties and microstructure of ingots and castings are the refining time and the content of circulating scrap. In the case of AlSi9Cu3 alloy ingots and castings, higher copper and iron content favored the formation of hard intermetallic phases, which had a positive effect on increasing mechanical properties. An increase in the content of circulating scrap, on the other hand, led to a decrease in the material's ductility, while a longer refining time improved the microstructure and reduced porosity. In the case of ingots and castings made from the AlSil2 alloy, the lower content of alloying elements resulted in lower hardness and compressive strength, while the material exhibited better ductility. Barbotage refining contributed to a reduction in gas porosity and improved the homogeneity of the microstructure in both alloys, with castings showing significantly lower porosity than ingots. The results indicated that the optimal refining time for achieving castings with adequate mechanical properties and reduced porosity is 9 minutes. Castings made from alloys refined for 15 minutes exhibited higher mechanical properties, but in industrial conditions, using such a long refining time may be less cost-effective.