Ανάπτυξη τεχνολογίας χύτευσης κραμάτων αλουμινίου και χαλκού με την μέθοδο των μασκών

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του επιχειρησιακού προγράμματος έρευνας και τεχνολογίας Π.Α.Β.Ε με τίτλο "Ανάπτυξη τεχνολογίας χύτευσης κραμάτων αλουμινίου και χαλκού με την μέθοδο των Μασκών (Croning)". Στα πλαίσια αυτής της εργασίας επιχειρήθηκε, για πρώτη φορά από Ελληνικό Χυτήριο, η κατασκευή χυτών από κράματα αλουμινίου και χαλκού χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των μασκών (Croning). Αντικείμενο της εργασίας ήταν η επιστημονική μελέτη και ανάπτυξη της παραπάνω μεθόδου χύτευσης, με στόχο την παραγωγή μηχανολογικών εξαρτημάτων χυτεύοντας βιομηχανικά κράματα με αποδεκτά χαρακτηριστικά ποιότητας σύμφωνα με διεθνείς προδιαγραφές. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου η Βιομηχανία Μεταλλουργίας και Τεχνικών Έργων (Β.Μ.Τ.Ε Α.Ε), το μεγαλύτερο χυτήριο της χώρας, συνεργάστηκε με την Εταιρία Βιομηχανικής Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης Μετάλλων (Ε.Β.Ε.Τ.Α.Μ Α.Ε) και το Εργαστήριο Υλικών του Πανεπιστημίου Θεσσαλίας (Ε.Υ.Π.Θ). Η ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας χύτευσης ακολούθησε μια συγκεκριμένη μεθοδολογία. Ξεκίνησε με τον καθορισμό των κραμάτων αλουμινίου και χαλκού που επρόκειτο να χυτευτούν σύμφωνα με την προδιαγραφή DIN, που συνεπάγεται και τον καθορισμό της χημικής τους σύστασης αλλά και τον μηχανικών τους ιδιοτήτων. Στη συνέχεια επιχειρήθηκε η βελτιστοποίηση της τελικής μικροδομής των κραμάτων με την βοήθεια της υπολογιστικής θερμοδυναμικής κραμάτων και την μέθοδο CALPHAD. Με την χρήση του λογισμικού Thermo-Calc έ/ινε προσπάθεια να ευρεθεί η βέλτιστη χημική σύσταση των κραμάτων, η οποία και οδήγησε σε ελαχιστοποίηση του εύρους τήξης, στην μεγιστοποίηση της κινούσας δύναμης για καθίζηση ορισμένων φάσεων, αλλά και στην ελαχιστοποίηση του διαφορισμού ορισμένων κραματικών στοιχείων κατά την στερεοποίηση. Ακολούθησε η προετοιμασία και ο υπολογισμός των παραμέτρων της χύτευσης (σχεδιασμός καλουπιού, υπολογισμός θερμοκρασιών και χρόνων χύτευσης κ.α). Τέλος πραγματοποιήθηκε η χύτευση δοκιμαστικών δοκιμίων αλλά και αντικειμένων, από κάθε ένα κράμα αλουμινίου και χαλκού με τις βέλτιστες χημικές συστάσεις που επελέγησαν προηγουμένως. Τα χυτά αυτά ελέγχθηκαν ποιοτικά και έγινε σύγκριση με τις προδιαγραφές. Μετά την ολοκλήρωση των πειραματικών χυτεύσεων διαπιστώθηκε ότι τα κράματα αλουμινίου είχαν γενικά αποδεκτές ιδιότητες σε αντίθεση με αυτά του χαλκού των οποίων οι τιμές ολκιμότητας ήταν χαμηλότερες από τις προδιαγραφές. Οι αποκλίσεις αυτές αποδόθηκαν στη δημιουργία σφαλμάτων όπως το πορώδες, καθώς και στις αποκλίσεις από τις βέλτιστες συστάσεις που προσδιορίστηκαν από τους θερμοδυναμικούς υπολογισμούς. Η δημιουργία του πορώδους αποδόθηκε στις συνθήκες της χύτευσης και πιο συγκεκριμένα στο καλούπι που χρησιμοποιήθηκε. Στα περισσότερα πάλι κράματα αλουμινίου και χαλκού, ο μη καταστρεπτικός έλεγχος έδειξε πολύ καλή ποιότητα επιφάνειας και εξαιρετική διαστατική ακρίβεια, χαρακτηριστικό της μεθόδου χύτευσης σε Μάσκες. Από την υλοποίηση της παρούσας εργασίας η ΒΜΤΕ απέκτησε σημαντική τεχνογνωσία για την επέκταση της παραγωγικής της διαδικασία πέρα από την χύτευση σιδηρούχων κραμάτων, όπου κατέχει την πρώτη θέση στην Ελλάδα, και στα κράματα αλουμινίου και χαλκού.