NEMVASFÉMEK, NEMES- ÉS RITKAFÉMEK HULLADÉKAI 3.3 Silafont-R reciklált alumíniumöntvényötvözet Tárgyszavak: primer alumínium; reciklálás; pirolízis; másodalumínium; Silafont-R; mechanikai tulajdonságok. A terméktervezésben és fejlesztésben fokozottan érvényesülnek a hulladékhasznosítási szempontok. A másodalumínium ötvözésekor a végtermék használati profiljának kialakítására törekszenek. Az Aluminium Rheinfelden GmbH kísérleti üzemében különböző alumínium nyersanyagokkal végeztek kísérletet, amelynek során megfelelő nyúlású, jól alakítható fröccsöntött öntvényötvözetet sikerült előállítani. Az eljárással a primer és másodnyersanyag ötvözés gazdaságosan kombinálható. Primer alumínium újrahasznositása pirolízissel A fogyasztói csomagolásokat a háztartásokból a DSD zöld pont rendszerben gyűjtik össze. Ez a hulladék különféle szerves anyaggal (papírral és műanyaggal) szennyezett. A háztartásokból begyűjtött alumíniumtartalmú csomagolási hulladékot kb. 500 C-on pirolizálják. A pirolízis során keletkező füstgázok tisztításánál felszabaduló hőenergiát a pirolízisben hasznosítják. A szennyezésektől megtisztított, kohászati szempontból teljesen tiszta újrafeldolgozott primer alumíniumot egy különlegesen kialakított kemencében megolvasztják. Mivel jogszabály írja elő, hogy élelmiszer-csomagoláshoz kizárólag primer alumíniumból készült csomagolóeszköz használható, az újrafeldolgozott másodalumínium minősége megegyezik a primer alumíniuméval. A pirolizált hulladékból nyert másodnyersanyag a szokásos ötvözőelemek hozzáadása után különböző öntvényötvözetek előállítására alkalmas. Az eljárással egy rövid, kb. 3 hónap élettartamú termékből hozzávetőlegesen 15 éves élettartamú fröccsöntött öntvény állítható elő például az autóipar számára.
A reciklált másodalumínium összetétele A primer alumínium pirolízisével nyert másodnyersanyagot szilíciummal, magnéziummal, mangánnal és vassal ötvözik. Ez az ötvözet a magasabb vastartalmú Silafont-R, AlSi9MgMnSr-Fe, ötvözet alapanyaga. A Silafont-R kiválóan alakítható, nyúlása 9%, amit a stroncium ötvözőelem alkalmazásával értek el. A stronciummal nemesített alumíniumban AlSi-eutektikum képződik, amire a globuláris α-szilárd oldat szövetszerkezet jellemző. Az 1. táblázatban szerepel a Silafont-R kémiai összetétele. A primer alumínium átötvözése stronciummal már korábban sikerült, így állították elő a Silafont-36 ötvözetet. A Silafont-R összetétele, % (m/m) 1. táblázat Ötvözőelem Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Sr Egyéb Min. 9,5 0,14 0,01 Max. 10,5 0,8 0,15 0,50 0,22 0,07 0,07 0,10 0,02 0,02 Az ötvözet termoanalitikai vizsgálata alapján megállapították, hogy a Silafont-R ötvözet dermedése 591 C-on indul meg (1. ábra). Ezért célszerű öntéskor az öntvény hőmérsékletét 680 690 C közötti hőmérsékleten tartani. Az öntvény teljes megszilárdulása 571 C-on következik be, ami valamivel alacsonyabb a nemesítetlen AlSi10 Mg öntvény hőmérsékleténél. A Silafont- R-ből előállított kevésbé előnyös öntvényformáknál sem találhatók üregek a metszési ponttól távoli megvastagodott falban, ami a magas eutektikumtartalommal m Az öntvényből készült metszeteken jól felismerhető az α-alumínium világos dendrit kristálya, amelyet az Al-Si-mátrix szinte kizárólag gombolyag formában tartalmaz. Röntgenvizsgálattal az α-alumínium mellett egy világosszürke ugyancsak gombolyag alakú fázist találtak, amely Al 12 (Fe, Mn) 3 Si 2 -nak felel meg. A gombolyag alakú fázisok fontos szerepet játszanak a kedvező mechanikai tulajdonságok szempontjából. Az Al-Si mátrixban alig fordult elő Mg 2 Si képződmény. Öntéskor az öntvény hűtési sebessége olyan nagy, hogy már ez biztosítja az igen finom szövetszerkezet kialakulását. A jó alakíthatósághoz azonban ez nem elegendő, ezért további hőkezeléseket (edzést) alkalmaztak, és vizsgáltak ezek hatását a nyújthatóság alakulására.
[ C] 650 640 630 620 610 600 590 580 570 560 550 591 C 571 C 590 C 569 C 0 30 80 160 240 320 400 [s] 1. ábra A Silafont-R termospektruma A különböző hőkezelések és a mechanikai tulajdonság alakulása Az öntvény Mg-tartalmát az alakíthatósági vizsgálatok alapján 0,14 0,22 %(m/m) értékre állították be. A feszültség nyúlás diagramról leolvasható, hogy a Silafont-R öntvényből készült 4 mm-es próbapálca nyúlása 9,3% volt. Hőkezelést az alábbi mintákon alkalmaztak: primer alumínium újrafeldolgozásával és átötvözésével előállított Silafont-36 öntvény, és reciklált és ötvözött primer alumíniumból előállított Silafont-R. Az alkalmazott hőkezelések a következők voltak: Hőkezelés lágyítás nélkül (I): izzítás alacsony hőmérsékleten (320 C/ 30 60 percig). (II): izzítás magas hőmérsékleten (380 C/30 60 percig). T5: Az öntvényt közvetlenül a formából kivétel után vízfürdőben edzették, majd még melegen kivették a fürdőből. Azt tapasztalták, hogy az alakíthatóság annál kedvezőbben alakult, minél magasabb hőmérsékletű öntvényt edzettek. A vízfürdőből kivett mintát 120 percig 190 C-on tartották. A kezelt öntvény alakíthatósága közepes volt.
Hőkezelés lágyítással A fröccsöntött öntvény lágyításakor mesterséges hűtést kell alkalmazni, továbbá biztosítani kell az anyagáram szabályozását és a leválasztó anyag adagolását. A vízfürdőben történő edzésnél vetemedés léphet fel. T4: a mintát lágyítás után edzették, majd több mint 6 napig tárolták szobahőmérsékleten. Az öntvény alakíthatósága kiváló volt. T6: lágyítás utáni edzéssel és hőntartással teljes megszilárdulást és maximális szilárdságot értek el. Az öntvény csavarómerevségét a következő paraméterek mellett határozták meg: 490 C/180 min/vízfürdő/170 C/300 min. T7: lágyítás után az öntvényt 200 C feletti hőmérsékleten tárolták, és edzéssel stabilizálták. A csavarómerevséget a következő paraméterek mellett határozták meg: 490 C/60 min/vízfürdő/235 C/90 min. A kezeletlen öntvényt F-fel jelölték. A hőkezelt mintákból készült 3 mm-es próbapálcával végzett mérések eredményeit a 2. táblázat tartalmazza. A hőkezelt Silafont-R mechanikai jellemzői (3 mm vastag próbapálcán mérve) 2. táblázat Hőkezelés R p0,2, MPa R m, MPa A 5, % F 150 170 290 320 6 10 O (I) 150 160 260 280 7 11 O (II) 100 120 200 220 12 15 T5 180 200 300 320 5 9 T6 200 230 250 280 9 12 T7 140 160 210 230 12-16 A hőkezelt és különböző Mg-tartalmú Silafont-R minták mérési eredményei alapján megállapítható, hogy a fröccsöntött Silafont-R öntvény statikai mechanikai értékei jól egyeznek a referenciaminta értékeivel. A lágyítással kezelt T4, T6 és T7 minták kisebb nyúlásértékei az öntvény nagyobb vastartalmával függnek össze. A stroncium ötvözőelem, a szennyezések és a mechanikai jellemzők közötti összefüggést a 2. ábra szemlélteti. Az ábrán a Silafont-R ötvözetet, egy kereskedelemben kapható öntvényötvözetet (AlSi10 Mg) és az ebből az öntvényből készült, de 180 ppm stronciumot tartalmazó ötvözetet hasonlítottak össze. A minták fröccsöntésénél azonos paramétereket alkalmaztak. A minták
vastartalma a következő volt: Silafont-R 0,70%, AlSi10Mg 0,61%, amely értékek műszaki szempontból azonosnak tekinthetők. A stronciummal ötvözött kereskedelmi minta nyúlása 6%-ról 7%-ra nőtt úgy, hogy közben a többi paraméter nem változott számottevően. Silafont-R esetében a nyúlás 50%-kal, a szilárdság 10%-kal nőtt. 300 268 MPa 249 MPa 242 MPa 250 feszültség,illetve nyúlás 200 150 100 50 126 MPa 9% 118MPa 7% 114MPa 6% 0 Silafont-R AlSi10MgSr AlSi10Mg Rp0.2 Rm A45 2. ábra A kezeletlen Silafont-R, AlSi10MgSr és AlSi10Mg mintákból készült 4 mm-es próba lemezek mechanikai jellemzői A Silafont-R javasolt alkalmazási területei A jó mechanikai tulajdonság és alakíthatóság mellett a Silafont-R az alábbi, fröccsöntés szempontjából fontos előnyökkel rendelkezik: jól önthető, nem tapad az öntőformába, jó megmunkálhatóság. A felhasználás szempontjából további előnye, hogy korrózióálló, jól hegeszthető az Al-profil konstrukciókban, a szilárdság hőkezeléssel javítható.
A Silafont-R öntvényből motoralátámasztó, olajtároló kanna és rezgésnek kitett aggregáttartó gyártható. (Haidekker Borbála) Klos, R.; Koch, H.; Franke, A. F.: Eigenschaften und Anwendung der Primär-Aluminium- Recycling Druckgußlegierung Silafont-R. = Druckguss-Praxis, 2002. 3. sz. szept. p. 90 92. Tackamon, S.: Aluminium-alloyed cast iron as a versatile alloy. = Materials Transactions JIM, 43. k. 3. sz. 2002. p. 311 314. Egyéb irodalom Friedrich, B.; Rombach, G.: Aluminiumrecycling-Anspruch und technische Realisierbarkeit. (Alumínium hulladék reciklálása, műszaki megvalósíthatóság.) = Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, 146. k. 5. sz. 2001. p. 177 184. Ein beitrag zum ressourcenschutz. (Forrásfelhasználás csökkentése.) = Neue Verpackungs Technik + Marketing + Design, 54. k. 10. sz. 2001. p. 76 78. Loll, U.: Biogaspotenziale im Klärschlamm und anderen biogenen Abfällen. (Szennyvíziszap és más biogén hulladékok biogázpotenciálja.) = Wasserwirtschaft Abwasser Abfall, 48. k. 10. sz. 2001. p. 1414 1429.