1. Wydajność i główne czynniki wpływające na wysoką czystość odlewów aluminiowo-magnezowych
Wysoka czystośćodlewy aluminiowo-magnezowesą opracowywane na bazie odlewów aluminiowych i magnezowych. Celem jest poprawa odporności na korozję i wysokich temperatur odlewów aluminiowych, a także odporności na przepuszczalność i stabilności na szok termiczny odlewów magnezowych. Jego punkt dozowania przypada na stronę aluminium na diagramie faz binarnych MgO-Al2O3. Główny składnik odlewu, Al2O3, reaguje z MgO w wysokiej temperaturze, tworząc spinele, czemu towarzyszy rozszerzenie objętości o około 7%. Aby stłumić uszkodzenia spowodowane odpryskiwaniem spowodowane tym naprężeniem rozszerzającym podczas użytkowania, w badaniu eksperymentalnym wybrano dwa różne surowce, stopiony magnez i spinele magnezowo-aluminiowe, aby zbadać wpływ odporności materiału na żużel. Wyniki pokazują, że po dodaniu określonej ilości magnezji odlew jest smarowany w niewielkiej ilości fazy ciekłej, zwłaszcza gdy jest stosowany pod statycznym ciśnieniem stopionej stali, reakcja spiekania jest przyspieszona, a luźne ciało utworzone przez rozszerzenie spinelu staje się bardziej zwarte. Magnezja o odpowiedniej wielkości cząstek może sprawić, że odlew nadal będzie wykazywał niewielką ekspansję w wysokiej temperaturze, zachowa integralność i jest również korzystna w zmniejszaniu korozji. Jednak im grubszy jest krytyczny rozmiar cząstek magnezji lub dodana ilość przekracza 4C, tym korozja ma tendencję do wzrostu z powodu nadmiernej ekspansji, degradacji organizacyjnej i głębszej penetracji żużla.
Wprowadzono wstępnie syntetyzowany spinele w celu zastąpienia stopionej magnezji. Badanie wykazało, że im większa teoretyczna zawartość spineli, tym lepsza odporność na korozję odlewu, podczas gdy głębokość penetracji żużla jest najmniejsza, gdy zawartość spineli wynosi od 10% do 30%, a zawartość spineli przekracza 50% i wzrasta wraz ze wzrostem zawartości spineli. Wielkość cząstek spineli z równomiernym rozłożeniem mikroproszku jest najskuteczniejsza w blokowaniu strukturalnego łuszczenia spowodowanego penetracją żużla. Badanie wykazało, że składnik spineli odgrywa decydującą rolę w odporności na żużel samego klinkieru spineli i odlewu wykonanego ze spineli zmieszanych z korundem. Idealna zawartość MgO w spinelu wynosi od 3% do 5%. Proszek krzemowy jest również skuteczny w hamowaniu naprężeń rozszerzalnościowych spineli. Badania wykazały, że w niskich temperaturach proszek krzemowy i proszek MgO generują substancje MSH, które mogą zapobiegać hydratacji peryklazu, poprawiać płynność odlewów i zwiększać gęstość odlewów. W wysokich temperaturach MSH odwadnia się i reaguje z CaO, tworząc produkty o niskiej temperaturze topnienia, które powodują odkształcenie plastyczne i pochłaniają naprężenia rozszerzalnościowe w wysokiej temperaturze. Jednak wraz ze wzrostem ilości proszku krzemowego wzrasta ilość fazy ciekłej generowanej w wysokich temperaturach, a odporność na pełzanie w wysokiej temperaturze maleje. W warunkach ciśnienia stopionej stali materiał jest podatny na nadmierne spiekanie i pękanie, z większą liczbą pęknięć, szerszymi pęknięciami i głębszym łuszczeniem. Cement i proszek krzemowy są zazwyczaj stosowane jako spoiwo kompozytowe.
Krótko mówiąc, odlewy aluminiowo-spinelowe i odlewy aluminiowo-magnezowe charakteryzują się dobrą jednorodnością organizacyjną, odpornością na pełzanie w wysokiej temperaturze, stabilnością szoków termicznych oraz odpornością na erozję żużla i penetrację. Główną różnicą między nimi jest to, że pierwszy wprowadza wstępnie zsyntetyzowany spinele, a wytrzymałość po wypaleniu w różnych temperaturach jest niska, wytrzymałość na zginanie w wysokiej temperaturze jest duża, stabilność objętości jest dobra, a liniowa szybkość zmian jest mała; drugi reaguje, tworząc spinele, gdy jest używany w wysokiej temperaturze, a wytrzymałość po wypaleniu w różnych temperaturach jest duża, odporność na pełzanie w wysokiej temperaturze jest silna, gęstość jest gęsta, a liniowa szybkość zmian jest duża.
2. Uszkodzenie odlewów aluminiowo-magnezowych o wysokiej czystości
Odlewy aluminiowo-spinelowe i odlewy aluminiowo-magnezowe są zasadniczo tym samym systemem w wysokich temperaturach, a głównymi fazami krystalicznymi są korund i bogaty w aluminium spinele. Czynniki wpływające na odporność na żużel odlewów są bardzo złożone, takie jak rodzaj stali, skład żużla, warunki wytopu itp., ale są głównie kontrolowane przez skład mineralny i mikrostrukturę odlewów. FeO i MnO w bogatym w aluminium żużlu spinelowym najpierw zajmują wakaty kationowe i zastępują część MgO, tworząc złożony stały roztwór spinelu o typowym składzie Mg0.70Mn0.08Fe0.21Al2.00O4. Analiza sondą elektronową pokazuje, że stała rozpuszczalność Fe i Mn w drobnoziarnistym spinelu w tym samym obszarze jest mniej więcej taka sama, podczas gdy zawartość pierwiastków Fe i Mn na krawędzi większych cząstek spinelu jest znacznie wyższa niż we wnętrzu cząstek. Analiza chemiczna i analiza dyfrakcji rentgenowskiej próbek po korozji żużlowej pokazują również, że stała sieci spinelu stopniowo maleje od powierzchni roboczej do wnętrza, co jest zgodne ze zmianą zawartości Fe2O3 w każdej warstwie. W miarę jak stała rozpuszczalność Fe2O3 w każdej warstwie maleje, stała sieci i intensywność dyfrakcji spinelu stają się bliższe spinelu oryginalnej warstwy. Korund absorbuje CaO w żużlu, aby wytworzyć minerały glinianu wapnia i zestalić się. Obserwacja mikroskopem optycznym pokazuje, że na krawędziach cząstek korundu w warstwie penetracji próbki występują płytkowate okręgi reakcji glinianu wapnia, a w matrycy występuje duża liczba igłowatych minerałów CA6. SiO2 wspomaga krystalizację i wzrost CA6, co powoduje, że pory stają się drobniejsze i tworzy gęstszą warstwę barierową. Pozostały żużel jest bogaty w SiO2 i staje się lepki i trudny do penetracji. W przeciwieństwie do odlewów aluminiowo-spinelowych, chociaż odlewy aluminiowo-magnezowe tworzą więcej faz ciekłych w wysokich temperaturach, nowo utworzone ziarna spinelu MgO i Al2O3 są drobne, mają wiele defektów i mają małą stałą sieci. SiO2 powoduje, że spinele są bardziej rozdrobnione, wspomaga stały roztwór Al2O3 w spinelu i tworzy bogaty w aluminium spinele o wyższym stężeniu defektów sieci. Ponadto odlew jest również gęstszy, więc odporność na żużel, zwłaszcza odporność na penetrację żużla, jest lepsza.
