A magnézium nyomásos öntés speciális technológiája

Az alumínium- és a magnézim-ötvözetek nyomásos öntése között öntészeti szempontból a fő

Nyomásos öntészeti alumínium- és magnézim-ötvözetek olvasztási technológiájának összehasonlítása

Az alumíniumötvözetek olvasztásának sajátosságai

Az alumíniumötvözetek olvasztását úgy kell végezni, hogy minél kisebb legyen a lehetőség az oxidációra és gázfelvételre. A fokozottabb oxidáció és hidrogénfelvétel elkerülése érdekében az olvadékot soha nem szabad 770 °C fölé hevíteni. Az alumíniumötvözetek különösen a nagyobb cink-, és/vagy magnéziumtartalmúak sokkal könnyebben oxidálódnak, mint a cinket és/vagy magnéziumot csak kis mennyiségben tartalmazók.

Az alumínium beolvasztásakor megfigyelhető, hogy amint a fémdarab folyékonnyá válik, oxidhártyát hagy vissza. Az oxidhártyát az olvasztás során nem lehet fémmé redukálni /visszaalakítani/. Ezért fémveszteségnek kell tekinteni, mint ahogy az olvasztási folyamat során keletkező oxidokat is.

Az olvasztás során a fémet nemcsak a levegő oxigénje tudja oxidálni, hanem a közvetlen gáz-, vagy olajfűtésű kemencék füstgázainak páratartalma is. Az alumínium és a páratartalom között lejátszódó kémiai reakció eredményeként alumínium-oxid és elemi állapotú hidrogén képződik.

2 Al + 3 H₂O = Al₂O₃ + 6 H

A hidrogén azonnal oldódik a fémben, növelve annak gáztartalmát. A képződött alumínium-oxid a salakba kerül, vagy finom eloszlású zárványként visszamarad az olvadékban.

A fentiekből következik az is, hogy ha az olvasztás elektromos ellenállásfűtésű kemencében történik, akkor az erősen párás, esős időszakokban az olvadék gázfelvétele - azonos körülmények között - nagyobb lesz, mint a száraz, napos, alacsony páratartalmú időben.

Az alumínium-olvadék és a nedvesség közötti reakció nemcsak a fürdő felületén, hanem a fürdő belsejében is lejátszódhat akkor, ha a technológiai előírásokat megszegve, a tiltás ellenére nedves, vagy olajos betétanyagot adagolunk az olvadékba. Ötvözők adagolásakor is viszonylag nagyméretű oxidhártyák kerülhetnek a fürdőbe, ezeknek eltávolításáról is gondoskodni kell.

Az alumínium-oxid sűrűsége ugyan nagyobb, mint az olvadéké, mégsem ülepedik le a tégely aljára. Ennek egyik oka az, hogy az alumínium-oxid zárványok egyik típusa porózus, és ezért az oxid felületén adszorbeálódni tud a fémben oldott gáz. Ezáltal csökken az alumínium-oxid sűrűsége, és megközelíti az olvadék sűrűségét. Ennek következtében elsősorban a lágy alumínium-oxid zárványok lebegni tudnak az olvadékban.

Az oxidálódás és a gázfelvétel miatt az Al-ötvözetek olvadékait felhasználás előtt gáztalanító kezelésnek vetik alá, a zárványtartalmat pedig sókezeléssel igyekeznek csökkenteni.

Magnézium-ötvözetek olvasztása

A magnéziumötvözetek olvasztása védőgáz, vagy fedősó alatt történhet.

A védőgáz lehet: N2 ; SO2 ; CO2 ; Ar ; SF6 + N2; 0,2...0,3 % SF6 tartalommal ; SF6 + száraz levegő ; SF6 +levegő+CO2

Az SO2 védőgázként csak 700 °C-ig hatékony, magasabb hőntartási hőmérsékleteknél az olvadék a SO2 gáz alatt ismét égni kezd.

Az SO2 700 °C-ig (magnéziumszulfidból, magnéziumszulfátból és magnézium-oxidból álló) védőréteget képez a folyékony magnézium fürdő felületén.

A védőréteg a tégelyfalakon is rakódik le. Amennyiben a tégely fala helyileg túlhevül, akkor ezek a vegyületek az olvadékkal és a levegő oxigénjével reagálnak.

Az SO2 védőgáz alkalmazásakor minden öntési szünetben és a műszak végén gondoskodni kell a hőntartó tégelyek tisztításáról.

Az alkalmazott SO₂ ; SO₂ + N₂ ; Ar ; N₂ gázok az olvadékot nem tudják megtisztítani az oxidoktól és más szennyeződésektől, de a magnézium égését meg tudják megakadályozni.

A N₂ védőgázként a direktolvasztó berendezésekben és automatikusan dolgozó adagoló szivattyúkban, továbbá nyomógázként ilyen szivattyúk üzemeltetésénél jól beváltak annak ellenére, hogy a vezetékeket és a berendezések egyes részeit elég gyakran kell tisztítani a magnéziumnitrid lerakódásoktól.

A 90-es évektől elsősorban -a nyomásos öntödékben- a hidrogénkloro-fluorcarbon-tartalmú és a hidrofluorkarbon-tartalmú gázok terjedtek el, majd a tetra-fluoretán, vagy a hidrogénfluorkarbon tartalmú gázok kezdenek terjedni. Ezek előállítása csak harmada a SF6

költségeinek és az üvegházhatásra gyakorolt hatása jelentősen kisebb.

A Mg- és az Al-ötvözetek öntési technológiájának eltérése

Az alumínium nyomásos öntésre kifejlesztett hidegkamrás gépek alapvetően alkalmasak a magnézium nyomásos öntésére is. Jelentős különbség az Al- és Mg-ötvözetek között a sűrűség és a hőtartalom eltérése miatt van.

A magnéziumnak az alumíniumhoz képest ugyanolyan gépparaméterek mellett a kisebb sűrűsége miatt nagyobb a kifolyási sebessége az ismert nyomásviszonyok mellett.

Magnézium esetén a formatöltési (öntési) idő az alumíniumhoz képest rövidebb, mivel a hőtartalma 65 %-a az AlSi9Cu3 ötvözetének, azaz a magnézium-ötvözet esetén ~ 35 %-kal kevesebb hőt kell elvezetni. Mg-ötvözetek öntésekor ezért az öntőkamra fűtésére is szükség lehet.

Az alkalmazható öntési idő nagyon rövid a vékony falú, hosszú kifolyási úthosszú öntvényeknél. Ezen az alapon a magnézium nyomásos öntéséhez alkalmazott lövőegységeknél a dugattyú sebessége a formatöltésnél a 8 m/s értéket is elérheti.

A statikus öntőnyomás értékei általában 30 – 70 MPa közöttiek. Vékony falú öntvényeknél a nyomás növelése behatárolt.

A melegkamrás eljárást alkalmazzák a kisebb magnézium öntvényekhez, 2-3 kg öntött tömegig. A statikus öntőnyomás általában kisebb, 20 – 30 MPa között van.

A vákuum-öntés – ahogy az alumínium nyomásos öntésnél ismeretes – a magnézium nyomásos öntésnél ritkábban található.

A magnézium ötvözetek öntésekor, a hidraulikus dugattyúra ható nyomásból eredő hajtóenergia a kisebb sűrűséggel arányosan nagyobb áramlási sebességet hoz létre a megvágásban és a formaüregben.

A tapasztalatok szerint célszerű betartani a következő megvágásbeli sebességeket : falvastagság (mm) áramlási sebesség m/s

>4 <30

2-4 30-50

<2 50-100

A tapasztalatok szerint a magnézium-ötvözetek esetén kisebb záróerő szükséges, mint az alumínium-ötvözeteknél. Ez azt jelenti, hogy azonos méretű gépen nagyobb felületű öntvények készíthetők (pl. gépkocsi ajtók). Ez a rövidebb dermedési idő következménye.

Minél nagyobb formatöltés közben az áramlási sebesség, annál nagyobb a hőátadási tényező az áramló fém is a forma fala között, ami lecsökkenti az amúgy is kisebb hőtartalmú ötvözet dermedési idejét.

Az előzőek, valamint az üzemi tapasztalatok alapján a következő általános megállapításokat tehetők:

- a Mg-ötvözetek dermedési ideje rövidebb, mint az Al-ötvözeteké, ezért lényegesen rövidebb öntési idő szükséges, ami nagyobb térfogatáramot és nagyobb beömlő keresztmetszeteket igényel.

- a Mg-ötvözetek nyomásos öntéséhez kisebb öntőnyomás és utánnyomás szükséges, mint az Al-ötvözetek öntéséhez, ezért ~ 30 %-kal kisebb záróerejű melegkamrás gépen lehet nagyobb méretű Mg-öntvényeket önteni.