Post on 19-Jul-2015
Measurement and Control of Contamination Hydrogen
in Aluminum Casting Alloy A356by Reduced Pressure Test
PITTAYA HAYAKWONG 563351013003-5KANISORN HAMBURUD 563351013022-5
INDUSTRIAL ENGINEERINGFACUTLY OF ENGINEERING
RAJAMUNGALA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY KHONKAEN CAMPUS
Excellent castabilily
Good weldability
Pressure tightness
Good resistance to corrosion
Engine parts and aircraft fittings
and control parts
Application
2
Application
มแนวโนมการผลตเพมขน 46.7%
3
Recycling
4
Smelting of Aluminum ore
ละลายแรดวยโซเดยมไฮดรอก
ไซตแยกอะลมเนยมไฮดรอกไซตออกจาสารละลาย
หลอมอะลมนาในสารละลายไคร
โอไลต
ผลตผงอะลมนา
แยกโลหะอลมเนยมดวยไฟฟา
บดยอยขนาด
การท าเหมองแร
การขนรปโลหะอะลมเนยมดวยวธตางๆ
5
Wrought alloys
› Wrought means “worked”
Rolled, Extruded, Forged
6061, 7075 Aircraft Aluminum
3104 cans
Casting alloys are different than wrought
› Have been specifically designed
to be cast and not worked
Classified of Aluminum Alloys
6
In North America the Aluminum Association
numbering system is most common
Wrought alloys series have 4 numbers 1000 to 9000 series
6061, 7075 are familiar examples
Foundry alloy series have 3 numbers 100 series to 800 series
319, A356, 380 are the most common foundry alloys
Aluminum Foundry Casting Alloys
7
ALUMINUM CASTING ALLOY
American Society for Testing and Materials
Series Alloy Type
1xx.x 99.0% minimum aluminum
2xx.x Al + Cu
3xx.x Al + (Si-Mg), (Si-Cu) or (Si-Mg-Cu)
4xx.x Al + Si
5xx.x Al + Mg
6xx.x -
7xx.x Al + Zn
8xx.x Al + Sn
9xx.x -
The 6xx.x and 9xx.x series aren’t currently in use, but theyAre being held open for possible use in the future
8
Wrought vs. Cast AluminumWrought Alloys Cast Alloys
Aluminum Assoc 4 Numbers Aluminum Assoc 3 Numbers
1xxx
99% Aluminum
Low
Strength
Electrical
wire
1xx
Essentially
Pure
Aluminum
Rotor cages for
electrical motors, tricky
to cast
2xxx Al-Cu(-Mg) 2xx Al-Cu Hi Strength, Hard to
Cast
3xxx Al-Mn(-Mg) Beer can 3xx
Al-Si + Cu, Mg
Most Common Alloy
Engines, wheels,
airplanes
4xxx Al-Si 4xx Al-Si Easiest to Cast, Medium
Strength
5xxx Al-Mg 5xx Al-Mg Excellent finish, Marine
use, Corrosion resistant
6xxx Al-Mg-Si 6061 Not used
7xxx Al-Zn-Mg(-
Cu)
7075 7xx Al-Zn-Mg Molds, tricky to cast
8xxx Other 8xx Al-Sn Bearing Alloy
9xxx Rumored to be Top Secret Military Alloys – Area 51 9
Classification
of Casting defects
Volume contraction
Fishbone diagrams
Hydrogen
Porosity
Loss of strength
Loss of elongation
Oxidation
Surface defects
Leakiness
Shrinkage
Film
10
Inclusion of Aluminum melting
ออกซเจนท ำใหเกดฟลม 𝐴𝑙2𝑂3
ไนโตรเจนท ำใหเกดไนไตรด NO2
ไฮโดรเจนจะละลำยแทรกซม เขำ
ในอะลมเนยม
11
Hydrogen in Aluminum Alloys
สามารถละลายในอะลมเนยมหลอมเหลวไดด
กอใหเกดจดบกพรองทส าคญในชนงานหลอและรพรน 12
Hydrogen Solubility in Aluminum based on Temperature
13
Sources of Hydrogen Contamination
1. Atmospheric Moisture
2. Incompletely dried refractories
3. Fluxes
14
Sources of Hydrogen Contamination
4. Remelt ingot, master alloy,
metallurgical metals, and other charge components
5. Tools, flux tube, and ladles
6. Products of combustion (POCs) in gas-fired furnaces
15
Measuring Hydrogen Concentration
1. Laser Induced Breakdown Spectroscopy• ตนทนสง• ขอมลเปน Real Time• เหมาะกบโรงงานทถลงสนแรผลต Ingot
2. Recirculating Gas Test
• ตองใชแกสในกำรทดสอบเยอะ
• อปกรณในกำรตดตงเยอะเชน ปม
ถงไนโตรเจน microprocessor
16
Measuring Hydrogen Concentration
3. Density measurements• ยงยากในการค านวณ• ขอมลทท าการทดสอบมโอกาสทจะผดพลาด• ไดรบขอมลลาชา ไม Real Time• ใชบคคลกรทมความช านาญ และความรในเรอง ความหนาแนน
4. Reduced Pressure Test
• ตนทนต า• ขนาดของเครองมขนาดเลก
เคลอนยายไดสะดวก• ประสทธภาพในการวดมความ
แมนย า• งายและสะดวกตอการใชงาน• บ ารงรกษางาย• ชนสวนมขายในประเทศไทย• ไดรบความนยมและการยอมรบ
17
Prevention and Degassing of Hydrogen Gas
1. อะลมเนยมแทง Scrap เชน รลน รเท และอนๆ มาใหความรอนหรออนกอนทจะใสเขาเตาเพอไลความชนทปนเปอน
18
2. ใชแกสคลอรนหรอแกสไนโตรเจน พนผานทอขนาดเลก ลงไปกนเบาท าใหเกดเปนฟองขนมาทผวน าโลหะฟองของแกสคลอลนจะท าหนาทพาเอาแกสไฮโดรเยนออกมาดวย
Prevention and Degassing of Hydrogen Gas (Continue)
19
3. ใชอะลมเนยมคลอไรดหรอเฮกซาโครโรอเทน ซงเปนของแขงกดลงใตผวน าอะลมเนยมหลอมเหลว จะท าใหเกดเปนฟองของแกสขน ท าหนาทไลแกสไฮโดรเยนทปนอยในน าอะลมเนยม
Aluminum chloride
Chemical Composition
Thermal Properties
Mechanical Properties
•สวนผสมทำงเคม
•คณสมบตทำงอณหภม
•คณสมบตทำงกล
ALUMINUM CASTING ALLOY A356
20
Chemical Composition Limits
Si Fe Cu Mn Mg Zn Ti Each Total
6.5-7.5 0.20 0.20 0.10 0.25-0.45 0.10 0.20 0.05 0.15
21
Mechanical Properties
TemperTensile
Strength (Mpa)
Yield
Strength(Mpa)
Elongation(%)
Hardness(HB)
Shear
Strength(Mpa)
T71
(Sand cast)193 145 3.50 60 140
T7
(Permanent Mold)221 165 6.00 70 170
22
Typical mechanical properties of aluminum alloy castings at room temperature (engineering units)
Casting Process and Temper
TensionShearing Strength
(ksi)
Compressive Yield Strength (Set
0.2%)(ksi)
Brinell Hardness (500 kg load on
10 mm ball)
Endurance Limit(ksi)Ultimate Strength
(ksi)Yield Strength (Set 0.2%)(ksi)
Elongation (%in 2 in.)
Sand-F 23 12 6.0
Sand-T51 26 18 3.0
Sand-T6 40 30 6.0 75
Sand-T71 30 20 3.0
P.M.-F 27 13 8.0
P.M.-T51 29 20 5.0
P.M.-T6 41 30 12.0
P.M.-T61 41 30 10.0 28 32 90 13
23
คณสมบตทางอณหภม ปรมาณ หนวยตาง
อณหภมหลอมเหลว 615 °C
อณหภมแขงตว 555 °C
สมประสทธกำรขยำยตวท 20 องศำเซลเซยส 21.5 um/m.K
ควำมรอนจ ำเพำะ 963 J/kg.K
ควำมสำมำรถในกำรน ำควำมรอน T51(Sand) 167 W/m.K
ควำมสำมำรถในกำรน ำควำมรอน T6,T61(Sand) 151 W/m.K
ควำมสำมำรถในกำรน ำควำมรอน T7(Sand) 155 W/m.K
ควำมสำมำรถในกำรน ำควำมรอน T6,T61(Permanent Mold) 159 W/m.K
ควำมหนำแนน 2.685 g/cm3
Thermal Properties
24
Aluminum Silicon Phase Diagram
Aluminum Silicon is also an
Eutectic Alloy
Pure Aluminum melts at 660°C
Pure Silicon melts at1400°C
BUT!
Eutectic
An 11.7% mix melts
at 577°C
Aluminum casting alloys A356 melts at 615°C25
Aluminum Silicon Phase Diagram
A356
26
Aluminum Silicon Magnesium Casting Alloys Properties
เปนอะลมเนยมหลอผสม ทชบแขงได โดยผสมแมกนเซยม ในลกษณะ แมกนเซยม
ซลไซด (Mg2Si)
ใชกบงำนหลอได ท งแบบทรำย และ แบบถำวร ไดผลดมำก
ใชหลอได ท งแบบหลอทรำย และ แบบหลอถำวร ทเปนเหลก หรอ บรอนซ
27
กลง กด ตด เจำะ เชอมประสำน ไดดมำก
อะลมเนยมหลอผสม กลมน ใชกบงำน ประเภทตองกำร ควำมแขงแรงสง
เชน ชนสวนรถบรรทก และ ในอตสำหกรรมยำนอวกำศ
เหมำะมำกถำใชกบงำนหลอ ทมรปรำงซบซอน ประณต และควำมแขงแรงสง
Aluminum Silicon Magnesium Casting Alloys Properties (ตอ)
28
ชบ Anodized ไดสเทำมนสวยงำมมำก
เนอแนนทนแรงอดไดดยอดเยยม
คณสมบตทำงกลดขนมำก โดยเฉพำะ ถำไดผำน กำรอบชบแบบ
Solution Heat Treatment และ เอจจง (Aging)
ปรบปรงควำมแขงแรงทนแรงดงได ดวยกำรอบชบ
Solution Heat Treatment และ เอจจง (Aging)
Aluminum Silicon Magnesium Casting Alloys Properties (ตอ)
Anodized
29
Microstructure (โครงสรางจลภาค)
ภำพโครงสรำง อะลมเนยมผสม หมำยเลข 356-F ปรบปรงโครงสรำง โดยกำรเตมโซเดยม 0.025%
ขณะหลอมเปนกำรหลอ โดยใชแบบทรำยหลอ
ท ำใหซลกอนในยเทคตคมขนำดเลก และ เกอบโคงมน
ภำพโครงสรำง อะลมเนยมผสม หมำยเลข 356-T51หลอโดยใช แบบหลอทรำย และ ท ำกำรเอจจงเทยม
ท ำใหซลกอน มสเทำด ำ และ มมแหลม
1
2
30
Microstructure (โครงสรางจลภาค) ตอ
ภำพโครงสรำง อะลมเนยมผสม หมำยเลข 356-T7 ปรบปรงโครงสรำง โดยกำรเตมโซเดยม
เปนกำรหลอ โดยใชแบบทรำยหลอ และใหควำมรอนเปน
สำรละลำยของแขง ท ำใหเสถยรภำพ
โครงสรำงม ซลกอนลอมรอบๆ และ แผน Fe2Si2Al9
ภำพท 2 โครงสรำง อลมเนยมหลอ หมำยเลข 356.0 หลอดวยทรำย หลงจำกกำรปรบปรงโครงสรำง
แตเมอกำรปรบปรงโครงสรำง มกำรปฏบตกำรทำงควำมรอน กำรลดควำมรอน และท ำเอจจงเกนระดบ คอ
จนถง T7(เปนกำรท ำ Solution Heat Treatment และ Stabilized)
แสดงดง ภำพท 3
3
31
Reference
2. Worldwide Report Aluminum Cast Alloys:
Enabling Tools for Improved PerformanceBy: D. Apelian NADCA 2009
3. Aluminum Foundry Alloy Basics for
BackyardMetalcasting.com Foundry Joe Rev 0, May 2010
4. Aluminum Alloy Castings
Properties, Processes, and ApplicationsJ. Gilbert Kaufman, Elwin L. Rooy
1. Aluminum Casting TechnologyAmerican foundrymen’s society, Inc.
32
END OF PRESENTATION
THANK YOU. . .
33