Методика виробничої верифікації параметрів флюсово-газового рафінування розплаву сплаву АК12
DOI:
https://doi.org/10.15407/steelcast2026.03.059Ключові слова:
АК12, Al–Si, флюсово-газове рафінування, роторна дегазація, аргон, масоперенесення водню, факторний план 2, RPT, біфільм-індекс, площинна пористість, видимі включення, виробнича верифікаціяАнотація
Мета роботи — розробити відтворювану методику виробничої верифікації параметрів флюсово-газового рафінування розплаву ливарного алюмінієвого сплаву АК12 перед заливанням у форми для одержання фасонних виливків. Запропоновано двофакторний план 22, у якому флюсову обробку F та роторне продування аргоном G варіюють незалежно, а первинне зняття дросу, кінцеве відстоювання, повторне зняття дросу й умови заливання залишають однаковими. Для початкового скринінгу визначено перевірювані, а не оптимальні рівні: температура 720—740 ºC, доза флюсу 0,10—0,20 %, витрата Ar 8—12 л/хв, тривалість продування 6—10 хв і відстоювання 8— 12 хв. Фізичну основу дегазації подано через перенесення розчиненого водню до диспергованих бульбашок, питому міжфазну площу, діаметр d32 та коефіцієнт kLa. Передбачено відбір проб у точках M0—M5 і розмежовано пряме визначення водню CH, непрямі RPT/DI та BI, площинну пористість Vp, видиму площинну щільність включень NA і спеціалізоване оцінювання чистоти Cinc. Для кожної плавки реєструють хімічний склад, частку звороту, партію флюсу, чистоту аргону, геометрію ротора, витрату газу та температуру металу перед заливанням; технологічні відхилення кодують і аналізують окремо. Статистична модель оцінює головні ефекти F і G, коефіцієнт взаємодії βFG та блоковий вплив шихти або виробничого дня; оцінки подають із 95 % довірчими інтервалами. Методика не ототожнює DI з концентрацією водню, а NA — із загальною чистотою розплаву, і вимагає єдиного протоколу RPT, карти шліфів та фіксації температурно-часової траєкторії. Результатом є протокол вибору допустимого параметричного вікна за сукупністю показників якості, втрат температури, тривалості циклу та ознак надмірної турбулізації. Остаточне технологічне рішення має підтверджуватися у незалежних плавках за незмінних шихти, обладнання, форми та ливникової системи.
Посилання
Shivkumar, S., Wang, L., & Apelian, D. (1991). Molten metal processing of advanced cast aluminum alloys. JOM, 43, 26-32. https://doi.org/10.1007/BF03220114
Samuel, A. M., & Samuel, F. H. (1992). Various aspects involved in the production of low-hydrogen aluminium castings. Journal of Materials Science, 27, 6533-6563. https://doi.org/10.1007/BF01165936
Czerwinski, F. (2017). Modern Aspects of Liquid Metal Engineering. Metallurgical and Materials Transactions B, 48, 367-393. https://doi.org/10.1007/s11663-016-0807-6
Gyarmati, G., Fegyverneki, G., Tokár, M., & Mende, T. (2021). The Effects of Rotary Degassing Treatments on the Melt Quality of an Al–Si Casting Alloy. International Journal of Metalcasting, 15, 141-151. https://doi.org/10.1007/s40962-020-00428-z
Dispinar, D., & Campbell, J. (2004). Critical assessment of reduced pressure test. Part 1: Porosity phenomena. International Journal of Cast Metals Research, 17(5), 280-286. https://doi.org/10.1179/136404604225020696
Dispinar, D., & Campbell, J. (2004). Critical assessment of reduced pressure test. Part 2: Quantification. International Journal of Cast Metals Research, 17(5), 287-294. https://doi.org/10.1179/136404604225020704
Dispinar, D., & Campbell, J. (2006). Use of bifilm index as an assessment of liquid metal quality. International Journal of Cast Metals Research, 19(1), 5-17. https://doi.org/10.1179/136404606225023300
Dispinar, D., Akhtar, S., Nordmark, A., Di Sabatino, M., & Arnberg, L. (2010). Degassing, hydrogen and porosity phenomena in A356. Materials Science and Engineering: A, 527(16-17), 3719-3725. https://doi.org/10.1016/j.msea.2010.01.088
Dispinar, D., & Campbell, J. (2011). Porosity, hydrogen and bifilm content in Al alloy castings. Materials Science and Engineering: A, 528(10-11), 3860-3865. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.01.084
El-Sayed, M. A., Hassanin, H., & Essa, K. (2016). Bifilm defects and porosity in Al cast alloys. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 86, 1173-1179. https://doi.org/10.1007/s00170-015-8240-6
El-Sayed, M. A., & Griffiths, W. D. (2014). Hydrogen, bifilms and mechanical properties of Al castings. International Journal of Cast Metals Research, 27(5), 282-287. https://doi.org/10.1179/1743133614Y.0000000113
El-Sayed, M. A. (2016). The Behaviour of Bifilm Defects in Cast Al-7Si-Mg Alloy. PLoS ONE, 11(8), e0160633. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0160633
El-Sayed, M. A., Hassanin, H., & Essa, K. (2016). Effect of casting practice on the reliability of Al cast alloys. International Journal of Cast Metals Research, 29(6), 350-354. https://doi.org/10.1080/13640461.2016.1145966
Chen, Q., & Griffiths, W. D. (2021). Modification of Double Oxide Film Defects with the Addition of Mo to an Al-Si-Mg Alloy. Metallurgical and Materials Transactions B, 52, 502-516. https://doi.org/10.1007/s11663-020-02038-w
Griffiths, W. D., Caden, A. J., & Chen, Q. (2017). Effects of transition metal additions on double-oxide film defects in an Al-Si- Mg alloy. Materials Science and Technology, 33(18), 2168-2175. https://doi.org/10.1080/02670836.2017.1346911
Raiszadeh, R., & Griffiths, W. D. (2010). The behaviour of double oxide film defects in liquid Al alloys under atmospheric and reduced pressures. Journal of Alloys and Compounds, 491(1–2), 575-580. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.10.271
Raiszadeh, R., & Griffiths, W. D. (2006). A method to study the history of a double oxide film defect in liquid aluminum alloys. Metallurgical and Materials Transactions B, 37, 865-871. https://doi.org/10.1007/BF02735007
El-Sayed, M. A., Salem, H. A., Kandeil, A. Y., & Griffiths, W. D. (2013). A Study of the Behaviour of Double Oxide Films in Al Alloy Melts. Materials Science Forum, 765, 260-265. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.765.260
El-Sayed, M., Salem, H., Kandeil, A., & Griffiths, W. D. (2011). Effect of Holding Time Before Solidification on Double-Oxide Film Defects and Mechanical Properties of Aluminum Alloys. Metallurgical and Materials Transactions B, 42, 1104-1109. https://doi.org/10.1007/s11663-011-9571-9
Tiryakioğlu, M. (2020). The Effect of Hydrogen on Pore Formation in Aluminum Alloy Castings: Myth Versus Reality. Metals, 10(3), 368. https://doi.org/10.3390/met10030368
Tiryakioğlu, M. (2019). Solubility of hydrogen in liquid aluminium: reanalysis of available data. International Journal of Cast Metals Research, 32(5-6), 315-318. https://doi.org/10.1080/13640461.2020.1718337
Yousefian, P., & Tiryakioğlu, M. (2018). Pore Formation During Solidification of Aluminum: Reconciliation of Experimental Observations, Modeling Assumptions, and Classical Nucleation Theory. Metallurgical and Materials Transactions A, 49, 563-575. https://doi.org/10.1007/s11661-017-4438-6
Campbell, J. (2006). Entrainment Defects. Materials Science and Technology, 22(2), 127-145. https://doi.org/10.1179/174328406X74248
Reilly, C., Green, N. R., Jolly, M. R., & Gebelin, J.-C. (2013). The modelling of oxide film entrainment in casting systems using computational modelling. Applied Mathematical Modelling, 37(18-19), 8451-8466. https://doi.org/10.1016/j.apm.2013.03.061
Cox, M., Wickins, M., Kuang, J. P., Harding, R. A., & Campbell, J. (2000). Effect of top and bottom filling on reliability of investment castings in Al, Fe, and Ni based alloys. Materials Science and Technology, 16(11-12), 1445-1452. https://doi.org/10.1179/026708300101507442
Samuel, A. M., Samuel, E., Songmene, V., & Samuel, F. H. (2023). A Review on Porosity Formation in Aluminum-Based Alloys. Materials, 16(5), 2047. https://doi.org/10.3390/ma16052047
Bogdanoff, T., Tiryakioğlu, M., Liljenfors, T., Jarfors, A. E. W., Seifeddine, S., & Ghassemali, E. (2023). On the Effectiveness of Rotary Degassing of Recycled Al-Si Alloy Melts: The Effect on Melt Quality and Energy Consumption for Melt Preparation. Sustainability, 15(6), 5189. https://doi.org/10.3390/su15065189
Podaril, M., Prášil, T., Majerník, J., Kampf, R., Socha, L., Gryc, K., & Gráf, M. (2022). Aluminum Melt Degassing Process Evaluation Depending on the Design and the Degree of the FDU Unit Graphite Rotor Wear. Materials, 15(14), 4924. https://doi.org/10.3390/ma15144924
Lazaro-Nebreda, J., Patel, J. B., Lordan, E., Zhang, Y., Karakulak, E., Al-Helal, K., Scamans, G. M., & Fan, Z. (2022). Degassing of Aluminum Alloy Melts by High Shear Melt Conditioning Technology: An Overview. Metals, 12(10), 1772. https://doi.org/10.3390/met12101772
Dahle, A. K., Nogita, K., McDonald, S. D., Dinnis, C., & Lu, L. (2005). Eutectic modification and microstructure development in Al-Si alloys. Materials Science and Engineering: A, 413-414, 243-248. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.09.055
Gursoy, O., & Timelli, G. (2020). Lanthanides: a focused review of eutectic modification in hypoeutectic Al-Si alloys. Journal of Materials Research and Technology, 9(4), 8652-8666. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2020.05.105
McDonald, S. D., Nogita, K., & Dahle, A. K. (2004). Eutectic nucleation in Al-Si alloys. Acta Materialia, 52(14), 4273-4280. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.05.043
Lu, L., Nogita, K., & Dahle, A. K. (2005). Combining Sr and Na additions in hypoeutectic Al-Si foundry alloys. Materials Science and Engineering: A, 399(1-2), 244-253. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.03.091
Emadi, D., Gruzleski, J. E., & Toguri, J. M. (1993). The effect of Na and Sr modification on surface tension and volumetric shrinkage of A356 alloy and their influence on porosity formation. Metallurgical Transactions B, 24, 1055-1063. https://doi.org/10.1007/BF02660997
Fracchia, E., Gobber, F. S., & Rosso, M. (2021). Effect of Alloying Elements on the Sr Modification of Al-Si Cast Alloys. Metals, 11(2), 342. https://doi.org/10.3390/met11020342
Song, H., Zhang, L., Cao, F., Gu, X., & Sun, J. (2021). Oxide bifilm defects in aluminum alloy castings. Materials Letters, 285, 129089. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2020.129089
Bogdanoff, T., Tiryakioğlu, M., Jarfors, A. E. W., Seifeddine, S., & Ghassemali, E. (2023). On the combined effects of surface quality and pore size on the fatigue life of Al–7Si–3Cu–Mg alloy castings. Materials Science and Engineering: A, 885, 145618. https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.145618
Warke, V. S., Shankar, S., & Makhlouf, M. M. (2005). Mathematical modeling and computer simulation of molten aluminum cleansing by the rotating impeller degasser: Part II. Removal of hydrogen gas and solid particles. Journal of Materials Processing Technology, 168(1), 119-126. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2004.10.016
Abreu-López, D., Amaro-Villeda, A., Acosta-González, F. A., González-Rivera, C., & Ramírez-Argáez, M. A. (2017). Effect of the Impeller Design on Degasification Kinetics Using the Impeller Injector Technique Assisted by Mathematical Modeling. Metals, 7(4), 132. https://doi.org/10.3390/met7040132
ASTM International. (2023). Standard Practice for Determining the Inclusion or Second-Phase Constituent Content of Metals by Automatic Image Analysis (ASTM E1245-03(2023)). https://doi.org/10.1520/E1245-03R23
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
