1. Korkean puhtauden alumiini-magnesiumvalujen suorituskyky ja tärkeimmät vaikuttavat tekijät
Korkea puhtausalumiini-magnesium valukappaleeton kehitetty alumiini- ja magnesiumvaluihin perustuen. Tarkoituksena on parantaa alumiinivalujen korroosionkestävyyttä ja suorituskykyä korkeissa lämpötiloissa sekä magnesiumvalujen läpäisevyyttä ja lämpöshokkikestävyyttä. Sen annostuspiste osuu MgO-Al2O3-binäärifaasikaavion alumiinipuolelle. Valettavan materiaalin pääkomponentti, Al2O3, reagoi MgO:n kanssa korkeassa lämpötilassa muodostaen spinelliä, johon liittyy noin 7 % tilavuuden laajeneminen. Tämän laajenemisjännityksen aiheuttaman halkeiluvaurion estämiseksi kokeellisessa tutkimuksessa valittiin kaksi erilaista raaka-ainetta, sulatettua magnesiumoksidia ja magnesium-alumiini spinelliä, tutkimaan materiaalin kuonankestävyyden vaikutusta. Tulokset osoittavat, että kun tietty määrä magnesiumoksidia lisätään, valukappale voidellaan pienessä määrässä nestefaasia, varsinkin kun sitä käytetään sulan teräksen staattisen paineen alaisena, reaktiosintraus edistyy ja irtonainen kappale muodostuu spinellin laajeneminen tiivistyy. Magnesia, jolla on sopiva hiukkaskoko, voi saada valukappaleen vielä hieman laajenemaan korkeassa lämpötilassa, säilyttää eheyden ja on myös hyödyllinen korroosion vähentämisessä. Kuitenkin mitä karkeampi magnesiumoksidin kriittinen hiukkaskoko tai lisätty määrä ylittää 4C, sitä korroosiolla on taipumus lisääntyä liiallisen laajenemisen, organisaation hajoamisen ja syvemmän kuonan tunkeutumisen vuoksi.
Esisyntetisoitu spinelli otetaan käyttöön sulatetun magnesiumoksidin tilalle. Tutkimuksessa uskotaan, että mitä teoreettisempi spinellipitoisuus on, sitä parempi on valuvanteen korroosionkestävyys, kun taas kuonan tunkeutumissyvyys on pienin, kun spinellipitoisuus on 10-30 % ja spinellipitoisuus ylittää 50 % ja se kasvaa spinellipitoisuuden kasvu. Spinellihiukkaskoko, jossa mikrojauhe jakautuu tasaisesti, estää tehokkaimmin kuonan tunkeutumisen aiheuttaman rakenteellisen kuoriutumisen. Tutkimuksessa havaittiin, että spinellikomponentilla on ratkaiseva rooli itse spinelliklinkkerin ja korundin kanssa sekoitettua spinelliä valmistetun valukappaleen kuonankestävyydessä. Ihanteellinen MgO-pitoisuus spinellissä on 3–5 %. Piijauhe on myös tehokas estämään spinellin laajenemisjännitystä. Tutkimukset ovat osoittaneet, että piijauhe ja MgO-jauhe muodostavat matalissa lämpötiloissa MSH-aineita, jotka voivat estää periklaasin hydratoitumista, parantaa valukappaleiden juoksevuutta ja lisätä valukappaleiden tiheyttä. Korkeissa lämpötiloissa MSH dehydratoituu ja reagoi CaO:n kanssa muodostaen matalassa lämpötilassa sulavia tuotteita, jotka aiheuttavat plastisia muodonmuutoksia ja absorboivat korkean lämpötilan laajenemisjännitystä. Piijauheen määrän kasvaessa korkeissa lämpötiloissa syntyvän nestefaasin määrä kuitenkin kasvaa ja korkean lämpötilan virumisvastus pienenee. Sulan teräksen paineen olosuhteissa materiaali on altis ylisintrautumiseen ja halkeilulle, jossa on enemmän halkeamia, leveämpiä halkeamia ja syvempää kuoriutumista. Sementtiä ja piijauhetta käytetään yleensä komposiittisideaineena.
Lyhyesti sanottuna alumiini-spinellivalujen ja alumiini-magnesiumvalujen organisatorinen tasaisuus, korkean lämpötilan virumisenkestävyys, lämpöshokkien kestävyys sekä kuonaeroosion ja tunkeutumiskestävyys on hyvä. Suurin ero näiden kahden välillä on, että edellinen esittelee esisyntetisoidun spinellin, ja lujuus eri lämpötiloissa polton jälkeen on alhainen, korkean lämpötilan taivutuslujuus on suuri, tilavuuden vakaus on hyvä ja lineaarinen muutosnopeus on pieni; jälkimmäinen reagoi muodostaen spinelliä, kun sitä käytetään korkeassa lämpötilassa, ja vahvuus polton jälkeen eri lämpötiloissa on suuri, korkean lämpötilan virumisvastus on vahva, tiheys on tiheä ja lineaarinen muutosnopeus on suuri.
2. Erittäin puhtaiden alumiini-magnesiumvalukappaleiden vaurioituminen
Alumiini-spinellivalut ja alumiinimagnesiumvalut ovat olennaisesti sama järjestelmä korkeissa lämpötiloissa, ja pääkidefaasit ovat korundi ja alumiinirikas spinelli. Valukappaleiden kuonankestävyyteen vaikuttavat tekijät ovat hyvin monimutkaisia, kuten terästyyppi, kuonan koostumus, sulatusolosuhteet jne., mutta niitä ohjaavat pääasiassa valukappaleiden mineraalikoostumus ja mikrorakenne. Runsaasti alumiinia sisältävän spinellin vangitseman kuonan FeO ja MnO täyttävät ensin kationivapaat paikat ja korvaavat osan MgO:sta muodostaen spinellin kiinteän yhdistelmäliuoksen, jonka tyypillinen koostumus on Mg0.70Mn{ {7}}.08Fe0.21Al2.{10}}O4. Elektronikoetinanalyysi osoittaa, että Fe:n ja Mn:n kiinteä liukoisuus hienorakeisessa spinellissä samalla alueella on suunnilleen sama, kun taas Fe- ja Mn-elementtien pitoisuus suurempien spinellihiukkasten reunassa on paljon suurempi kuin sen sisällä. hiukkaset. Näytteiden kemiallinen analyysi ja röntgendiffraktioanalyysi kuonakorroosion jälkeen osoittavat myös, että spinellin hilavakio pienenee vähitellen työpinnalta sisäänpäin, mikä on yhdenmukainen kunkin kerroksen Fe2O3-pitoisuuden muutoksen kanssa. Kun Fe2O3:n kiinteä liukoisuus kussakin kerroksessa pienenee, spinellin hilavakio ja diffraktiointensiteetti tulevat lähemmäksi alkuperäisen kerroksen spinelliä. Korundi imee kuonassa olevaa CaO:ta muodostaen kalsiumaluminaattimineraaleja ja kiinteytyäkseen. Optinen mikroskooppihavainnointi osoittaa, että näytteen läpäisykerroksen korundihiukkasten reunoilla on levymäisiä kalsiumaluminaattireaktioympyröitä ja matriisissa on suuri määrä neulamaisia CA6-mineraaleja. SiO2 edistää CA6:n kiteytymistä ja kasvua, mikä tekee huokosista hienompia ja muodostaa tiheämmän suojakerroksen. Jäljelle jäävä kuona sisältää runsaasti SiO2:ta, ja siitä tulee viskoosia ja vaikeasti tunkeutuvaa. Toisin kuin alumiini-spinellivalut, vaikka alumiini-magnesiumvalukappaleet muodostavat nestemäisempiä faaseja korkeissa lämpötiloissa, äskettäin muodostuneet MgO:n ja Al2O3:n spinellirakeet ovat hienoja, niissä on monia vikoja ja niillä on pieni hilavakio. SiO2 tekee spinellin pirstoutuneemmaksi, edistää Al2O3:n kiinteää liukenemista spinellissä ja muodostaa runsasta alumiinia sisältävän spinellin, jonka hilavirhepitoisuus on suurempi. Lisäksi valu on myös tiheämpää, joten kuonankestävyys, erityisesti kuonan tunkeutumiskestävyys, on ylivoimainen.
