ประสิทธิภาพการปรับสภาพเกรนละเอียดและปรับสภาพเฟสยูเทคติกซิลิคอนในโลหะผสมหล่ออลูมิเนียม-ซิลิคอน-แมกนีเซียม: Refining Efficiency and Eutectic Silicon Modification in Al-Si-Mg Cast Alloy

Jinkamon Luijan

Authors

Jinkamon Luijan Faculty of Industry and technology, Rajamangala University of Technology Rattanakosin

Keywords:

การปรับสภาพเกรนละเอียด, โลหะผสม Al-Si-Mg, งานหล่อ, Grain refinement, Al-Si-Mg Alloys, Casting

Abstract

การปรับสภาพเกรนละเอียดและปรับสภาพเฟสยูเทคติกซิลิคอนมีความสำคัญในการเพิ่มคุณภาพของชิ้นงานหล่อในโลหะผสมอลูมิเนียม-ซิลิคอน งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาประสิทธิภาพการปรับสภาพเกรนละเอียดและการปรับสภาพเฟสยูเทคติกซิลิคอนในโลหะผสมอลูมิเนียม-ซิลิคอน-แมกนีเซียม เกรด A356 โลหะแม่ที่ใช้ในการทดลอง Al-4%B-2%Sr ปริมาณการเติมแตกต่างกัน (ร้อยละ 1, 2, 3 และ 4 โดยน้ำหนัก ตามลำดับ) เวลาในการค้างน้ำโลหะ (10, 30, 60 และ 120 นาที ตามลำดับ) เทลงโมลสแตนเลสผนังบางที่มีอัตราการเย็นตัวต่ำ ผลการทดลองพบว่าโลหะผสมอลูมิเนียมที่ไม่ได้ผ่านการปรับสภาพเกรนละเอียดและปรับสภาพเฟสซิลิคอนจะมีขนาดเกรนที่ใหญ่ และเฟสยูเทคติกซิลิคอนมีรูปร่างไม่แน่นอน หลังจากการเติมโลหะแม่ ร้อยละ 1 โดยน้ำหนัก ทำให้ขนาดเกรนลดลงเล็กน้อย ในขณะที่เฟสซิลิคอนจะปรับสภาพเป็นกลมมนแค่บางส่วน ปริมาณการเติม ร้อยละ 2, 3 โดยน้ำหนัก ขนาดเกรนเฉลี่ยเล็กลงอย่างมาก และเฟสยูเทคติกซิลิคอนเปลี่ยนเป็นรูปทรงกลมมนทั้งหมด นอกจากนี้ยังพบว่าที่ปริมาณการเติม ร้อยละ 4 โดยน้ำหนัก เวลาในการปรับสภาพ 10-120 นาที จะมีการฟอร์มตัวของสารประกอบ SrB₆ บริเวณด้านล่างของชิ้นงานหล่อ ซึ่งการฟอร์มตัวดังกล่าวส่งผลต่อประสิทธิภาพในการปรับสภาพเกรนละเอียดที่ลดลง

Refining efficiency and eutectic silicon modification are important to increase quality of Al-Si cast alloy. The objective of this research was to study the grain refining efficiency and eutectic silicon modification of Al-Si-Mg cast alloy grade A356 by adding master alloy, Al-4%B-2%Sr, in different portions (1, 2, 3 and 4 wt.% respectively) and within different holding times (10, 30, 60 and 120 min respectively) when pouring into stainless mold with low cooling rate. The experiment found that Al-Si-Mg cast alloy without passing the grain refining and eutectic silicon modification, had large grain size and acicular morphology of eutectic silicon. After the addition of 1 wt.% of Al-4%B-2%Sr, the grain size decreased while eutectic silicon’s morphology partially became fibrous. And after the addition of 2 and 3 wt.% of Al-4%B-2%Sr, the average grain sizes massively decreased and eutectic silicon fully modified into the fibrous morphology. However, the experiment found that the addition of 4 wt.% of Al-4%B-2%Sr, within hold times of 10-120 min caused SrB₆ intermetallic compound at the bottom of casting, leads to a decrease of refining efficiency.

References

Apelian, D. & Chen, J. (1986). Al-Si Processing variables: effect on grain refinement and eutectic modification. Transactions of the American Fisheries Society, 94, 797-808.

Campbell, J. (2003). Castings. Burlington, MA: Butterworth-Heinemann.

Eidhed, W. (2008). Effects of solution treatment time and Sr-modification on microstructure and mechanical property of Al-Si piston alloy. Journal of Materials Science and Technology, 24(1), 29-32.

Feng, P., Tang, J., Jin, X., Li, S., & Zeng, D. (2006). Influences of Preparation Condition and Melt Treatment Procedures on Melt Treatment Performance of Al-5Ti-B and Al-10Sr Master Alloys. J. Master. Sci. Techno., 22(1), 50-54.

Gruzleski, E. J. & Closset, B. M. (1990). The Treatment of Liquid Aluminum-Silicon Alloy. USA: American Foundrymens Society.

John, E. & Bernard, G. (1990). The Treatment of Liquid Aluminum-Silicon Alloys. USA: Amer Foundrymens Society.

Lee, Y. C., Dahle, A. K., StJohn, D. H., & Hutt, J. E. C. (1999). The Effect of Grain Refinement and Silicon Content on Grain Formation in Hypoeutectic Al-Si Alloys. Materials Science and Engineering: A, 259(1), 43-52.

Liao, H., & Sun, G. (2003). Mutual poisoning effect between Sr and B in Al–Si casting alloys. Scripta Materialia, 48(8), 1035-1039.

Limmaneevichitr, C., & Eidhed, W. (2003). Fading mechanism of grain refinement of aluminum–silicon alloy with Al–Ti–B grain refiners. Materials Science and Engineering: A, 349(1), 197-206.

Li, J. G., Zhang, B. Q., Wang, L., Yang, W. Y., & Ma, H. T. (2002). Combined effect and its mechanism of Al–3wt.% Ti–4wt.% B and Al–10wt.% Sr master alloy on microstructures of Al–Si–Cu alloy. Materials Science and Engineering: A, 328(1), 169-176.

Lu, L., & Dahle, A. K. (2006). Effects of combined additions of Sr and AlTiB grain refiners in hypoeutectic Al–Si foundry alloys. Materials Science and Engineering: A, 435, 288-296.

Mahmoudi, M., Taghiabadi, R., & Emamy, M. (2005). Simultaneous Grain Refining and Modification of 356 Aluminium Alloy Using Aluminium Base Master Alloys Containing Strontium, Titanium and Boron. Light Metals 2005: Proceedings of the Technical Sessions at the TMS Aluminum Committee at the 134th TMS Annual Meeting, San Francisco, California, 13-17 February 2005 (pp. 1129-1133). The Minerals, Metals & Materials Societ. San Francisco: California.

Mallapur, D. G., Udupa, K. R., & Kori, S. A. (2011). Studies on the influence of grain refining and modification on microstructure and mechanical properties of forged A356 alloy. Materials Science and Engineering: A, 528(13), 4747-4752.

Muangnoy, P. & Luijan, J. (2016). The Effect of Boron and Sequence on Refining Efficiency and Eutectic Silicon Modification in Al-Si-Mg Cast Alloy. The Journal of MKUTNB, 26(3), 415-425.

Muangnoy, P., Luijan, J., & Klaynil, C. (2015). The Development of Al-4%B-2%Sr Master Alloy for Refining and Eutectic Silicon Modification in Al-Si-Mg Cast Alloys. Ladkrabang Engineering Journal, 32(4), 73-78.

Soo, S. (2012). Modification Effect of Sr on The Microstructures and Mechanical Properties of Al-10.5Si-2.0Cu Recycled Alloy for Die Casting. Materials Science and Engineering A, 532, 151-157.

Shin, S. S., Kim, E. S., Yeom, G. Y., Yeom, J. C., & Lee, J. C. (2012). Modification effect of Sr on the microstructures and mechanical properties of Al-10.5Si-2.0Cu recycled alloy for die casting. Materials Science and Engineering A, 532, 151-157.

Shin, S. S., Kim, E. S., Yeom, G. Y., & Lee, J. C. (2012). Modification effect of Sr on the microstructures and mechanical properties of Al–10.5 Si–2.0 Cu recycled alloy for die casting. Materials Science and Engineering: A, 532, 151-157.

Yang, C. Y., Lee, S. L., Lee, C. K., & Lin, J. C. (2006). Effects of Sr and Sb modifiers on the sliding wear behavior of A357 alloy under varying pressure and speed conditions. Wear, 261(11), 1348-1358.

Yuan, L. I. U., Chao, D. I. N. G., & Li, Y. X. (2011). Grain refining mechanism of Al-3B master alloy on hypoeutectic Al-Si alloys. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 21(7), 1435-1440.