NO171386B - Digel for termisk analyse av aluminiumsilisiumlegeringer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en digel for termisk analyse av aluminiumsilisiumlegeringer, spesielt aluminiumsilisium-legeringer inneholdende en hypereutektisk mengde silisium.

Oppfinnelsen angår videre en fremgangsmåte for måling av silisiuminnholdet i aluminiumlegeringer under anvendelse av en slik digel.

Fagmannen på området støpte komponenter av aluminiumlegeringer, benytter primært legeringer inneholdende silisium. Blant disse foretas en distinksjon med henblikk på legeringer inneholdende mer enn 12,5 vekt-£ silisium, legeringer som kalles hypereutektiske. Når slike legeringer støpes, gir de i løpet av størkningen grunn til dannelse av krystaller av silisium, kalt primære, som opptrer ved en temperatur som generelt kalles insipientstørkningstemperaturen Tc, og så dannelse av eutektiske krystaller av aluminium-silisium.

Størrelsen av krystallene av primærsilisium som dannes naturlig er relativt stor, noe som er skadelig for produk-sjonen av støpte komponenter som har egnede egenskaper. Det er av denne grunn at operasjonen i de fleste tilfeller gjennomføres i væsket!1stand, kalt raffineringsbehandling for legeringen, for å redusere størrelsen av disse krystaller i størst mulig grad.

Raffineringsvirkningen kan oppnås for eksempel ved å tilsette kobber-fosfor i forskjellige mengder avhengig av andelen av silisium og andre elementer i den behandlede legering. Imidlertid kan mengden raffineringsmiddel variere vesentlig for samme legering avhengig av behandlingene som metallet underkastes, smelteprosedyren og nærværet av visse urenheter.

Det er av denne grunn at et overskudd raffineringsmiddel generelt tilsettes. Uheldigvis er virkningen av dette å fortynne legeringen slik at hvis raffineringsvirkningen er korrekt, tilsvarer silisiuminnholdet i legeringen ikke lenger den ønskede sammensetning.

Videre er fagmannen meget klar over at raffineringsmidler har en flyteffekt, det vil si at det enkelte ganger er tilstrekkelig å vente kun noen minutter mellom det øyeblikk raffineringsmidlet tilsettes til legeringen og støpeøye-blikket for at virkningen av et slik middel skal reduseres til null.

I støpeverksteder blir vanligvis en støpeøse i de fleste tilfeller benyttet suksessivt for å mate et stort antall former på en slik måte at, hvis raf f ineringsvirkningen er korrekt på tidspunktet for mating av de første former, blir den uriktig og sogar gal for de senere former.

Det er derfor funnet vesentlig å kunne være i stand til å tilveiebringe en fremgangsmåte for å kunne registrere raffineringstilstanden i legeringsbadet på et hvilket som helst tidspunkt for å kunne være i stand til positivt å sørge for tilsetninger av raffineringsmidddel efter behov og således unngå støpekomponenter som ikke har de ønskede egenskaper. På samme måte er en metode for måling av den nøyaktige andel silisium i legeringen, fortynnet med raffineringsmidlet før støpingen, nødvendig for å kunne være i stand til å korrigere andelen silisium i legeringen ved tilsetning av en oppfriskningsmengde silisium.

Det er riktig å si at bestemmelsesmåten for andelen silisium i legeringen allerede finnes i alle støperier: Dette medfører bruken av termiske analysedigler. Slike digler er beskrevet i FR-PS 2.357.891, de omfatter en sylinder utstyrt med en bunn og bestående enten helt av kjernesand eller med en i det vesentlige metallisk sidevegg, anordnet i sylinderen er det en hylse i hvilken det er innskutt et termopar, hvis følende ende kommer i kontakt med legeringen som skal analyseres når legeringen helles i flytende tilstand inn i digelen. Slike digler gjør det mulig å følge variasjonen i temperatur under størkning av legeringen og spesielt gjør de det mulig å detektere insipientstørkningstemperaturen Tc som gir seg uttrykk ved en endring i hellingen av temperatur-tidskurven. Efterhvert som, når det gjelder hypereutektisk aluminium-silisiumlegeringer, denne temperatur Tc økes avhengig av en økende andel silisium, synes det lett å bestemme mengden silisium inneholdt i den analyserte legering ved sammenligning med tidligere opprettede kurver som gir denne silisium-andel i avhengighet av temperaturen Tc.

Uheldigvis er det funnet at størrelsen av de primære sili-siumkrystaller innvirker på Tc. Jo større krystallene er, jo lavere er således temperaturen Tc.

Nå gjelder det imidlertid, som påpekt ovenfor, at raffineringsgraden for industrielle legeringer kan variere i vesentlig grad, på samme måte også andelen silisium som oppstår fra fortynning med raffineringsmidlet. På analyse-tidspunktet vil derfor kjennskapen til temperaturen Tc ikke gjøre det mulig nøyaktig å bestemme andelen silisium fordi denne temperatur kan oppstå både fra en kombinasjon av en vesentlig andel silisium og fra store krystaller, og en kombinasjon av en liten andel silisium og fine krystaller.

Det er av denne grunn at målet for foreliggende oppfinnelse er å få utviklet en måte for å undertrykke innflytelsen av størrelsen av krystallene på Tc for å kunne være i stand til nøyaktig å bestemme mengden silisium og samtidig å sikre rafflneringsgraden for legeringen som analyseres.

I henhold til dette angår oppfinnelsen en digel for termisk analyse av aluminiumsilisium-legeringer som karakteriseres ved at i det minste sideveggen til denne er belagt innvendig, idet minste partielt, med en film av raffineringsmiddel. Oppfinnelsen angår som nevnt ovenfor videre en fremgangsmåte for måling av silisiuminnholdet i en hyperautektisk aluminiumlegering under anvendelse av en digel som beskrevet, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved å måle insipient-størkningstemperaturen til legeringen i digelen, og å sammenligne denne temperaturen med den temperatur som avleses fra en teoretisk kurve som viser insipientstørknings-temperaturens avhengighet av silisiuminnholdet for en legering av samme type.

Særlig angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for måling av raffineringsgraden til en hyperautektisk aluminium-silisiumlegering under anvendelse av den beskrevne digel og denne fremgangsmåte karakteriseres ved å måle insipientstørknings-temperaturen til legeringen både i en digel uten belegg og i den nevnte digelen, og å sammenligne de målte verdier.

Det er således funnet at, ved å benytte en slik digel, når denne er fylt med legeringer som skulle analyseres, kan en perfekt raffinering av legeringen bli oppnådd på en slik måte at innflytelsen av størrelsen til krystallene totalt nøytraliseres og at den målte temperatur Tc kun er avhengig av silisiuminnholdet i den angjeldende legering.

For denne film er det tilstrekkelig, når den dekker veggen helt, å ha en tykkelse på mellom 0,1 og 0,01 mm idet lavere verdier er utilstrekkelige til å gi raffineringsvirkningen, mens større verdier er overflødige.

Når det gjelder partiell dekking av veggen, må filmtykkelsen være større for å gi en raffineringsmiddelmengde ekvivalent til den heldekkende filmen. Imidlertid er effektiviteten til denne dekkingen av større eller mindre størrelse, avhengig av det benyttede raffineringsmiddel.

Således er rødt fosfor funnet å være mest egnet ifølge oppfinnelsen, spesielt når det foreligger i form av korn med størrelser på mindre enn 100 pm. Et slikt raf f ineringsmiddel som ikke kan benyttes industrielt på grunn av at det lett antennes spontant, og på grunn av de dårlige arbeidsbetingel-ser som dannes, kan lett benyttes uten spesiell fare i for-bindelse med en digel på grunn av de meget små mengder som benyttes.

For å gjøre det mulig å fremstille en regulær film som adherer fast til veggen av digelen er det foretrukket å blande det røde fosfor med et bindemiddel som for eksempel aluminiumdifosfat i oppløsning i vann i en mengde på 500 g/l og i en andel slik at vektforholdet fosfor:bindemidlet ligger mellom 0,25 og 1, for derved å gi et semiflytende stoff ved hjelp av hvilket det er mulig å belegge veggen av digelen for å gi et tilstrekkelig belegg efter tørking ved en temperatur mellom 100 og 150°C.

Med en slik digel er det derfor mulig å sikre en Tc-verdi som kun skyldes innvirkningen av silisiuminnholdet og derfra å redusere det nøyaktige innhold av silisium i legeringen ved sammenligning med Tc-verdier som gis av de teoretiske Tc-kurver i 'C (Sé Si og andre elementer hvis nødvendig), for den samme type legering. Det reduserte silisiuminnhold i legeringen kan så eventuelt korrigeres i støpeskjeen ved tilsetning av Al-Si-moderlegering.

Det skal bemerkes at en slik metode er meget hurtig og meget enkel, og kan fordelaktig erstatte mer sofistikerte metoder for kvantitativ bestemmelse av silisium, slik som for eksempel nøytronaktivering.

I tillegg gjør en slik digel det også mulig å sikre en raffineringsgrad for et legeringsbad før støping.

For dette formål er det kun nødvendig å ta en prøve fra badet, måle Tc-verdien både I en konvensjonell ikke-belagt digel og i en digel ifølge oppfinnelsen, og å sammenligne de oppnådde verdier. Hvis temperaturen er den samme, kan man si at badet er perfekt raffinert og at støpingen kan utføres, med sikker kunnskap om at man har de beste egenskaper sammen med finhetsgraden til kornene.

Hvis derimot Tel i den konvensjonelle digel er lavere enn Tc2-digelen ifølge oppfinnelsen, kan man dedusere fra dette at raffineringen av badet ikke er riktig og at det derved erkjennes at raffinering må tilsettes badet I en mengde avhengig av den detekterte temperaturdifferanse.

Oppfinnelsen kan illustreres ved hjelp av det følgende bruks-eksempel. En hypereutektisk aluminium-silisiumlegering av en blanding med 17 vekt-# Si og 4 vekt-# Cu ble prøvetatt før støping i en 2 tonns støpeskje og underkastet termisk analyse i en konvensjonell digel og i en digel som på sideveggen hadde et kontinuerlig belegg med en tykkelse på 0,05 mm, bestående av 30 g rødt fosfor med en granulometri på mellom 20 og 90 jjm og 70 g av en oppløsning inneholdende 500 g/l A12(HP04)3.

De følgende temperaturer ble funnet:

Tel = 607°C Tc2 = 640°C

Derfra kan man på basis av Tc2 slutte, at silisiuminnholdet i legeringen var 17 vekt-^ og det ble videre sluttet, på basis av forskjellen Tc2 - Tel, at raf f ineringsvirkningen ikke var perfekt. Ef ter at 2,5 kg kobber-f osf or med 7 vekt-56 fosfor var satt til badet ble analysen gjentatt og ga på den ene side en Tc2-verdi på 620°C (som er lavere enn Tc2), noe som i sin tur indikerer at badet er fortynnet på grunn av raffineringsmidlet, og på den annen side en ny verdi Tel lik den nye Tc2, noe som viste at badraffineringen var perfekt.

Oppfinnelsen finner anvendelse ved samtidig måling av silisiuminnholdet og raffineringsgraden for hypereutektiske aluminium-silisiumlegeringer.

Claims (8)

1. Digel for termisk analyse av aluminiumsilisiumlegeringer,karakterisert vedat i det minste sideveggen til denne er belagt innvendig, i det minste partielt, med en film av raffineringsmiddel.

2. Digel ifølge krav 1,karakterisert vedat raffineringsmiddelfilmen dekker veggen helt og har en tykkelse fra 0,1 til 0,01 mm.

3. Digel ifølge krav 1,karakterisert vedat raffineringsmidlet er rødt fosfor.

4. Digel ifølge krav 3,karakterisert vedat fosforet foreligger i form av et pulver med en granulometri på under 100 pm.

5. Digel ifølge krav 3,karakterisert vedat det røde fosforet er bundet til veggen ved hjelp av en oppløsning av aluminiumdifosfat inneholdende 500 g/l.

6. Digel ifølge krav 5,karakterisert vedat vektforholdet fosfor:bindemiddel er mellom 0,25 og 1.

7. Fremgangsmåte for måling av silisiuminnholdet i en hypereutektisk aluminiumlegering under anvendelse av digelen ifølge krav 1 ,karakterisert vedå måle insipientstørkningstemperaturen til legeringen i digelen, og å sammenligne denne temperaturen med den temperatur som avleses fra en teoretisk kurve som viser insipientstørknings-temperaturens avhengighet av silisiuminnholdet for en legering av samme type.

8. Fremgangsmåte for måling av raffineringsgraden til en hypereutektisk aluminiumsilisiumlegering under anvendelse av digelen ifølge krav 1,karakterisert vedå måle insipientstørkningstemperaturen til legeringen både I en digel uten belegg og i den nevnte digelen, og å sammenligne de målte verdier.