Recykling złomu obiegowego odlewniczych stopów magnezu poprzez zastosowanie innowacyjnej metody endomodyfikacji

Transkrypt

1 PROJEKT NR: POIG /09 Zaawansowane materiały i technologie ich wytwarzania Recykling złomu obiegowego odlewniczych stopów magnezu poprzez zastosowanie innowacyjnej metody endomodyfikacji dr inż. Piotr Dudek dr inż. Aleksander Fajkiel ul. Zakopiańska Kraków tel fax iod@iod.krakow.pl

2

3 Otrzymywanie magnezu W metodach termicznych jako reduktory stosuje się węgiel lub karbid w temperaturze ok C MgO + C Mg + CO Do wyprodukowania 1kg magnezu potrzeba średnio 35 kwh, natomiast na odzysk tej samej ilości wystarcza 3 kwh

4 Eugeniusz Kwiatkowski Jan Nowak-Jeziorański: Przeszedł Kwiatkowski do historii jako twórca Gdyni, ale określenie to znacznie zawęża jego rolę. Polegała ona na ocaleniu i umocnieniu niezależności gospodarczej, bez której Polska nie mogła się ostać jako niepodległe Państwo Bliżyn koło Skarżyska-Kamiennej Wyższa Szkoła Handlu Morskiego w Sopocie

5 Typy złomów magnezu * Typ 1A wysokiej jakości czysty złom o znanym składzie chemicznym, bez zanieczyszczeń miedzią lub niklem (np. odlewy brakowe, układy wlewowe, piętki) Typ 1B czysty złom o rozwiniętej powierzchni (np. odlewy o cienkich ściankach, ścinki z obróbki blach) * Elektron Material Classifications na:

6 Typy złomów magnezu * Typ 2 czysty złom zawierający wtopki stalowe lub aluminiowe, bez zanieczyszczenia miedzią lub jej stopami * Elektron Material Classifications na:

7 Typy złomów magnezu * Typ 3 złom odlewniczy z/lub bez wtopek zawierających żelazo i/lub aluminium, bez zanieczyszczenia miedzią lub jej stopami * Elektron Material Classifications na:

8 Typy złomów magnezu * Typ 4 brudny, tłusty, mokry, zaolejony złom, zawierający różne zanieczyszczenia (piasek, drobne kamyki), aluminium, miedź, żelazo. Jest to tak zwany złom poamortyzacyjny - PCS (post-consumer scrap) * Elektron Material Classifications na:

9 Typy złomów magnezu * Typ 5A złom zawierający czyste i suche wióry, Typ 5B złom zawierający oleiste, mokre wióry, szlam magnezowy pochodzący ze szlifowania i śrutowania * Elektron Material Classifications na:

10 Typy złomów magnezu * Typ 6A żużel, osady z dna tygla, nie zawierające topników, krzemionki i piasku Typ 6B żużel, osady z dna tygla, zawierające topniki, ale bez krzemionki i piasku * Elektron Material Classifications na:

11 Badania wpływu ilości złomu obiegowego we wsadzie na wytrzymałość mechaniczną odlewów ciśnieniowych Tabela 1: Skład chemiczny badanych stopów Gat. Al Zn Mn Fe Be Si Cu Ni stopu AZ91 10,0 0,73 0,22 0,0050 0,0080 0,010 0,0009 0,0009 AM50 5,17 0,01 0,31 0,0025 0, ,011 0,0014 0,00055

12 Próbki odlane ciśnieniowo otrzymano na stanowisku badawczym znajdującym się w Instytucie Odlewnictwa. Stanowisko badawcze składało się z poziomej, zimnokomorowej maszyny ciśnieniowej Bühler H160-BD2 o sile zwierania 1600kN, pieca oporowego o pojemności ok. 15 kg Mg, urządzenia grzewczo-chłodzącego Regloplas 200 do stabilizacji temperatury formy ciśnieniowej oraz urządzenia kontrolno-pomiarowego do wizualizacji parametrów odlewania DATAPROCESS firmy FRECH. Badania prowadzono przy następujących parametrach odlewania: prędkość tłoka prasującego w II fazie wtrysku: 2,0 m/s, prędkość metalu w szczelinie wlewowej: 32,0 m/s; ciśnienie prasowania (II faza procesu): 40 MPa temperatura metalu C. temperatura formy: część stała - 210±5 ºC, część ruchoma - 190±5 ºC

13

14 Wyniki właściwości mechanicznych dla stopu AZ91 Lp. Zawartość złomu obiegowego, [%] W ł a ś c i w o ś c i m e c h a n i c z n e R m, [MPa] R p0,2, [MPa] , , , , , , , , , , ,7 Norma EN 1753:1997 stop EN-MC A [%]

15 Wytrzymałość na rozciąganie R m w stopie AZ91 w zależności od zawartości złomu

16 Granica plastyczności R p0,2 w stopie AZ91 w zależności od zawartości złomu

17 Wydłużenie A 5 w stopie AZ91 w zależności od zawartości złomu

18 Wytrzymałość na rozciąganie R m, [MPa] Korelacja pomiędzy granica plastyczności R p0,2 a wytrzymałością na rozciąganie R m w stopie AZ91 w zależności od zawartości złomu % złomu 30% złomu 100% złomu % złomu % złomu 90% złomu Rm = 1,13 Rp + 39,3 R 2 = 0, Granica plastyczności R p0,2, [MPa]

19 Wytrzymałość na rozciąganie R m, [MPa] Korelacja pomiędzy wydłużeniem A 5 a wytrzymałością na rozciąganie R m w stopie AZ91 w zależności od zawartości złomu % złomu 100% złomu % złomu Rm = 12,5 A ,15 R 2 = 0, ,5 3 3,5 4 Wydłużenie A 5, [%]

20 Granica plastyczności R p0,2, [MPa] Korelacja pomiędzy wydłużeniem A 5 a granicą plastyczności R p0,2 w stopie AZ91 w zależności od zawartości złomu % złomu % złomu 80% złomu Rp0,2 = 1,94 A ,32 R 2 = 0, % złomu 30% złomu % złomu 2 2,5 3 3,5 4 Wydłużenie A 5, [%]

21 Wyniki właściwości mechanicznych dla stopu AM50 Zawartość Właściwości mechaniczne Lp. złomu obiegowego, [%] R m, [MPa] R p0,2, [MPa] A [%] , , , , , , , , , , ,5 Norma EN 1753:1997 stop EN-MC

22 Wytrzymałość na rozciąganie R m w stopie AM50 w zależności od zawartości złomu

23 Granica plastyczności R p0,2 w stopie AM50 w zależności od zawartości złomu

24 Wydłużenie A 5 w stopie AM50 w zależności od zawartości złomu

25 Wytrzymałość na rozciąganie R m, [MPa] Korelacja pomiędzy granica plastyczności R p0,2 a wytrzymałością na rozciąganie R m w stopie AM50 w zależności od zawartości złomu % złomu 50% złomu 20% złomu % złomu 0% złomu % złomu R m = 2,9215 R p0,2-209,5 R 2 = 0, Granica plastyczności R p0,2, [MPa]

26 Wytrzymałość na rozciąganie R m, [MPa] Korelacja pomiędzy granica plastyczności wydłużeniem A 5 a wytrzymałością na rozciąganie R m w stopie AM50 w zależności od zawartości złomu % złomu % złomu 0% złomu % złomu % złomu % złomu R m = 11,881 A ,37 R 2 = 0, ,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 Wydłużenie A 5, [%]

27 Granica plastyczności R p0,2, [MPa] Korelacja pomiędzy wydłużeniem A 5 a granicą plastyczności R p0,2 w stopie AM50 w zależności od zawartości złomu % złomu 50% złomu 152 0% złomu % złomu % złomu R p0,2 = 2,4168 A ,88 R 2 = 0, % złomu 138 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 Wydłużenie A 5, [%]

28 Badania wpływu dodatku złomu obiegowego na właściwości mechaniczne odlewów w warunkach przemysłowych

29 Badania wpływu dodatku złomu obiegowego na właściwości mechaniczne odlewów warunkach przemysłowych Do prób wybrano odlew klamki, który był wykonywany na maszynie gorącokomorowej na formie 12-wnękowej. Dla danych wejściowych: średnia grubość ścianki odlewów: ok. 7,5 mm, masa odlewów z przelewami: 0,698 kg, przekrój szczeliny wlewowej dla 12 odlewów klamki: ok. 100,0 mm 2, objętość odlewów z przelewami: 436,25 cm 3 ; średnica komory wlewowej: 100 mm, z odpowiednich wzorów i nomogramów wyznaczono następujące wartości parametrów odlewania: czas wypełniania: ok. 0,095 s; prędkość tłoka prasującego w II fazie wtrysku: 0,8 m/s, prędkość metalu w szczelinie wlewowej (ok. 30 m/s), ciśnienie prasowania (II faza procesu): ok. 25 MPa temperatura metalu - 675±5 ºC, temperatura formy: - część stała - 210±5 ºC, - część ruchoma - 190±5 ºC

30 Skład chemiczny stopu AZ91 Al Zn Mn Si Fe Cu Ni Be Mg 9,12 0,61 0,196 0,292 0,001 0,0019 0,0007 0,001 90,04 Wyniki badań wytrzymałościowych stopu AZ91 Nr próbki Zawartość złomu R m, MPa Twardość, HB , , , , , , , , , , ,2 Norma EN 1753:1997 stop EN-MC

31 Porównawcze wyniki badań

32 Podsumowanie 1. Dodatek złomu obiegowego do stopu pierwotnego podnosi właściwości mechaniczne odlewów z wyjątkiem zakresu pomiędzy 70-90%; 2. Najkorzystniejszym dodatkiem złomu obiegowego z uwagi na właściwości mechaniczne jest w przypadku stopu: AZ91 - jego 30% udział, natomiast dla stopu AM50-20 lub 50%. Również w obu przypadkach korzystne jest wykonywanie odlewów w całości ze złomu obiegowego. 3. Wynikiem projektu jest opracowanie skutecznej metody wykorzystania złomu obiegowego bez pogorszania jakości odlewów z jednoczesnym wzrostem ekonomiczności produkcji.

33 Dziękuję za uwagę Kopiowanie całości lub części prezentacji wymaga pisemnej zgody Instytutu Odlewnictwa w Krakowie. 33