1. عملکرد و عوامل مؤثر اصلی ریخته گری منیزیم آلومینیوم با خلوص بالا
خلوص بالاریخته گری آلومینیوم منیزیمبر اساس مواد ریخته گری آلومینیوم و منیزیم ساخته شده اند. هدف بهبود مقاومت در برابر خوردگی و عملکرد دمای بالا ریخته گری های آلومینیومی و همچنین مقاومت در برابر نفوذپذیری و پایداری شوک حرارتی قطعات ریخته گری منیزیم است. نقطه بچینگ آن در سمت آلومینیومی نمودار فاز باینری MgO-Al2O3 قرار می گیرد. جزء اصلی دستگاه ریخته گری، Al2O3، با MgO در دمای بالا واکنش می دهد و اسپینل را تشکیل می دهد که با افزایش حجم حدود 7٪ همراه است. به منظور سرکوب آسیب پوسته پوسته شدن ناشی از این تنش انبساط در طول استفاده، مطالعه تجربی دو ماده خام مختلف، منیزیم ذوب شده و اسپینل منیزیم-آلومینیوم را برای مطالعه تاثیر مقاومت سرباره مواد انتخاب کرد. نتایج نشان میدهد که وقتی مقدار معینی منیزیم اضافه میشود، ماده ریختهگری در مقدار کمی فاز مایع روانکاری میشود، بهویژه زمانی که تحت فشار استاتیکی فولاد مذاب استفاده میشود، فرآیند تف جوشی واکنش پیشرفته میشود و بدنه شل تشکیل میشود. انبساط اسپینل فشرده تر می شود. منیزیم با اندازه ذرات مناسب می تواند باعث شود که دستگاه ریخته گری هنوز در دمای بالا انبساط جزئی نشان دهد، یکپارچگی را حفظ کند و همچنین برای کاهش خوردگی مفید است. با این حال، هرچه اندازه ذرات بحرانی منیزیم درشت تر باشد یا مقدار اضافه شده از 4 درجه سانتیگراد بیشتر شود، خوردگی به دلیل انبساط بیش از حد، تخریب سازمانی و نفوذ عمیق تر سرباره افزایش می یابد.
اسپینل پیش سنتز شده برای جایگزینی منیزیم ذوب شده معرفی شده است. این مطالعه معتقد است که هرچه محتوای اسپینل نظری بیشتر باشد، مقاومت در برابر خوردگی دستگاه ریختهگری بهتر است، در حالی که عمق نفوذ سرباره زمانی که محتوای اسپینل 10٪ تا 30٪ باشد کمترین است و محتوای اسپینل از 50٪ بیشتر شود و با افزایش آن افزایش می یابد. افزایش محتوای اسپینل اندازه ذرات اسپینل با توزیع یکنواخت میکرو پودر در جلوگیری از لایه برداری ساختاری ناشی از نفوذ سرباره موثرترین است. این مطالعه نشان داد که جزء اسپینل نقش تعیین کننده ای در مقاومت سرباره خود کلینکر اسپینل و دستگاه ریخته گری ساخته شده از اسپینل مخلوط با کوراندوم دارد. مقدار ایده آل MgO در اسپینل 3 تا 5 درصد است. پودر سیلیکون همچنین در مهار تنش انبساط اسپینل موثر است. مطالعات نشان داده اند که در دماهای پایین، پودر سیلیکون و پودر MgO مواد MSH تولید می کنند که می تواند از هیدراتاسیون پریکلاز جلوگیری کند، سیالیت مواد ریخته گری را بهبود بخشد و چگالی مواد ریخته گری را افزایش دهد. در دماهای بالا، MSH آبگیری میکند و با CaO واکنش میدهد تا محصولاتی با ذوب کم تولید کند تا تغییر شکل پلاستیک ایجاد کند و تنش انبساط در دمای بالا را جذب کند. با این حال، با افزایش مقدار پودر سیلیکون، مقدار فاز مایع تولید شده در دماهای بالا افزایش مییابد و مقاومت در برابر خزش در دمای بالا کاهش مییابد. در شرایط فشار فولاد مذاب، مواد مستعد تف جوشی و ترک خوردن بیش از حد، با ترک های بیشتر، ترک های گسترده تر و لایه برداری عمیق تر هستند. سیمان و پودر سیلیکون به طور کلی به عنوان چسب کامپوزیت استفاده می شود.
به طور خلاصه، قالب های ریخته گری آلومینیوم-اسپینل و ریخته گری آلومینیوم-منیزیم دارای یکنواختی سازمانی خوب، مقاومت در برابر خزش در دمای بالا، پایداری شوک حرارتی و مقاومت در برابر فرسایش و نفوذ سرباره هستند. تفاوت اصلی بین این دو این است که اولی اسپینل از پیش سنتز شده را معرفی می کند و استحکام پس از شلیک در دماهای مختلف کم است، مقاومت خمشی در دمای بالا زیاد است، ثبات حجم خوب است و نرخ تغییر خطی کوچک است. دومی هنگام استفاده در دمای بالا به شکل اسپینل واکنش نشان می دهد و استحکام پس از شلیک در دماهای مختلف زیاد است، مقاومت در برابر خزش در دمای بالا قوی است، چگالی متراکم است و نرخ تغییر خطی زیاد است.
2. آسیب قطعات ریخته گری آلومینیوم منیزیم با خلوص بالا
قالبهای ریختهگری آلومینیوم-اسپینل و قالبهای ریختهگری منیزیم آلومینیوم اساساً در دماهای بالا سیستم یکسانی هستند و فازهای کریستالی اصلی کروندوم و اسپینل غنی از آلومینیوم هستند. عوامل موثر بر مقاومت سربارههای ریختهگری بسیار پیچیده هستند، مانند نوع فولاد، ترکیب سرباره، شرایط ذوب و غیره، اما عمدتاً توسط ترکیب معدنی و ریزساختار مواد ریختهگری کنترل میشوند. FeO و MnO موجود در سرباره جذب شده از اسپینل غنی از آلومینیوم ابتدا جای خالی کاتیون ها را اشغال کرده و بخشی از MgO را جایگزین می کنند تا یک محلول جامد مرکب اسپینل با ترکیب معمولی Mg0.70Mn{ {7}}.08Fe0.21Al2.{10}}O4. تجزیه و تحلیل کاوشگر الکترونی نشان می دهد که حلالیت جامد آهن و منگنز در اسپینل ریزدانه در همان ناحیه تقریباً یکسان است، در حالی که محتوای عناصر Fe و منگنز در لبه ذرات اسپینل بزرگتر بسیار بیشتر از مقدار درونی است. ذرات آنالیز شیمیایی و آنالیز پراش اشعه ایکس نمونه ها پس از خوردگی سرباره نیز نشان می دهد که ثابت شبکه اسپینل به تدریج از سطح کار به داخل کاهش می یابد که با تغییر محتوای Fe2O3 در هر لایه مطابقت دارد. با کاهش حلالیت جامد Fe2O3 در هر لایه، ثابت شبکه و شدت پراش اسپینل به اسپینل لایه اصلی نزدیکتر میشود. کوراندوم CaO را در سرباره جذب می کند تا مواد معدنی آلومینات کلسیم تولید کند و جامد شود. مشاهدات میکروسکوپ نوری نشان می دهد که در لبه های ذرات کوراندوم در لایه نفوذ نمونه، دایره های واکنش آلومینات کلسیم صفحه مانند وجود دارد و تعداد زیادی کانی CA6 سوزنی مانند در ماتریکس وجود دارد. SiO2 باعث تبلور و رشد CA6 می شود که منافذ را ظریف تر می کند و یک لایه مانع متراکم تر را تشکیل می دهد. سرباره باقیمانده غنی از SiO2 است و چسبناک می شود و به سختی نفوذ می کند. برخلاف ریختهگریهای آلومینیوم-اسپینل، اگرچه قالبهای ریختهگری آلومینیوم-منیزیم در دماهای بالا فازهای مایع بیشتری را تشکیل میدهند، دانههای اسپینل تازه تشکیلشده MgO و Al2O3 ریز هستند، دارای نقصهای زیادی هستند و دارای یک ثابت شبکه کوچک هستند. SiO2 اسپینل را تکه تکهتر میکند، محلول جامد Al2O3 را در اسپینل ترویج میکند و اسپینل غنی از آلومینیوم را با غلظت عیب شبکه بالاتر تشکیل میدهد. علاوه بر این، دستگاه ریخته گری چگال تر است، بنابراین مقاومت سرباره، به ویژه مقاومت در برابر نفوذ سرباره، برتر است.
