Tato disertační práce se zabývá hlubším výzkumem vápníku a navazuje tak na dosavadní poznatky získané z oblasti modifikace Al-Si slitin, obzvláště na případné použití slitin Al-Si-Ca pro průmyslovou praxi. Práce rovněž navazuje na výzkum prováděný na slitině AlSi7Mg0,3CaX, která byla již ověřena z několika technologických hledisek a následně patentována.
Samotný výzkum slitin Al-Si-Ca je zaměřen na vyhodnocení mechanických a technologických vlastností především s kladeným důrazem na aplikovatelnost získané modifikované slitiny do provozních podmínek výrobních podniků. K naplnění tohoto výzkumu výrazně napomohly experimenty prováděné v reálných provozních podmínkách předních českých sléváren zabývajících se výhradně odlitky ze slitin hliníku pro automobilový průmysl.
Z rešeršní části vyplývají publikované vlastnosti, struktura dané slitiny AlSi7Mg0,3 a dalších obdobných slitin. Těmito vlastnostmi jsou hlavně mez pevnosti, mez kluzu a tažnost. Nejsou opomenuty ani nashromážděná tvrzení a získané závěry z experimentů prováděných různými autory napříč celým světem. Častým tvrzením je zjištění, že vápník snižuje povrchové napětí a díky tomu se zvyšuje zabíhavost modifikované taveniny. Dále např. tvrzení, že modifikační účinek vápníku přetrvává v tavenině déle než dosahují běžná již rozšířená modifikační činidla. V neposlední řadě vliv na snížení korozní odolnosti a naopak zvýšení naplynění a tím způsobenou vodíkovou pórovitost ve vytvořeném odlitku.
Při realizaci experimentální části byly pro praxi nejdůležitější z těchto vlastností zkoumány a vyhodnocovány. Stejně tak i strukturní charakteristiky, počínaje vstupující předslitinou na bázi Al-Ca a konče gravitačním litím vyrobenými odlitky, podléhaly praktickému zkoumání a důslednému laboratornímu analyzování s vyvozenými závěry.
Cílem práce bylo posoudit aplikovatelnost vápníkem modifikované slitiny AlSi7Mg0,3 do slévárenského provozu za pomocí výše uvedených hodnotících kritérií a výsledků experimentů se zahrnutím nově získaných poznatků z výzkumné činnosti. Rovněž shrnout doporučení pro oblast využití v různých odvětví průmyslu, automotive segmentu výsostně. V neposlední řadě popsat a definovat doporučené technologické aspekty a podmínky pro výrobní procesy sléváren.
Anotace v angličtině
This disertation thesis deals with deeper research of calcium and thus builds on the existing knowledge gained from the modification of Al-Si alloys, especially on the possible use of Al-Si-Ca alloys for industrial practice. The thesis also builds on the research carried out on the AlSi7Mg0,3CaX alloy, which has already been verified from several technological points of view and subsequently patented.
The research of Al-Si-Ca alloys itself is focused on the evaluation of mechanical and technological properties, especially with an emphasis placed on the applicability of the obtained modified alloy to the operating conditions of manufacturing companies. The fulfillment of this research was significantly helped by experiments carried out in real operating conditions of leading Czech foundries dealing exclusively with castings from aluminum alloys for the automotive industry.
The research part shows the published properties and structure of the alloy AlSi7Mg0,3 and similar alloys. These properties are mainly the strength limit, yield strength and ductility. The collected statements and conclusions obtained from experiments of various authors carried out throughout the world are not neglected. A frequent statement is that calcium reduces surface tension and thus increases the running-in of the modified melt. Furthermore, for example, the statement that the modifying effect of calcium to stay in the melt longer than conventional already widespread modifying agents. Last but not least, it has an effect on reducing corrosion resistance and, conversely, increasing gasification and thus causing hydrogen porosity in the created casting.
During the implementation of the experimental part, for practice the most important of these properties were examined and evaluated. Similarly, structural characteristics, starting with the entering Al-Ca-based pre-alloy and ending with gravity casting samples, were subject to practical examination and deep laboratory analysis with conclusions.
The aim of the thesis was to assess the applicability of the calcium-modified alloy AlSi7Mg0.3 to the foundry plant using the above evaluation criterias and the results of experiments with the inclusion newly acquired knowledge from research activities. Also summarize the recommendations for the field of application in various branches of industry, automotive segment sovereignly. Last but not least, describe and define the recommended technological aspects and conditions for foundry production processes.
Klíčová slova
AlSi7Mg0,3, modifikace vápníku, odlitek z Al-Si slitiny
Klíčová slova v angličtině
AlSi7Mg0,3, calcium modification, cast from Al-Si alloy
Rozsah průvodní práce
222
Jazyk
CZ
Anotace
Tato disertační práce se zabývá hlubším výzkumem vápníku a navazuje tak na dosavadní poznatky získané z oblasti modifikace Al-Si slitin, obzvláště na případné použití slitin Al-Si-Ca pro průmyslovou praxi. Práce rovněž navazuje na výzkum prováděný na slitině AlSi7Mg0,3CaX, která byla již ověřena z několika technologických hledisek a následně patentována.
Samotný výzkum slitin Al-Si-Ca je zaměřen na vyhodnocení mechanických a technologických vlastností především s kladeným důrazem na aplikovatelnost získané modifikované slitiny do provozních podmínek výrobních podniků. K naplnění tohoto výzkumu výrazně napomohly experimenty prováděné v reálných provozních podmínkách předních českých sléváren zabývajících se výhradně odlitky ze slitin hliníku pro automobilový průmysl.
Z rešeršní části vyplývají publikované vlastnosti, struktura dané slitiny AlSi7Mg0,3 a dalších obdobných slitin. Těmito vlastnostmi jsou hlavně mez pevnosti, mez kluzu a tažnost. Nejsou opomenuty ani nashromážděná tvrzení a získané závěry z experimentů prováděných různými autory napříč celým světem. Častým tvrzením je zjištění, že vápník snižuje povrchové napětí a díky tomu se zvyšuje zabíhavost modifikované taveniny. Dále např. tvrzení, že modifikační účinek vápníku přetrvává v tavenině déle než dosahují běžná již rozšířená modifikační činidla. V neposlední řadě vliv na snížení korozní odolnosti a naopak zvýšení naplynění a tím způsobenou vodíkovou pórovitost ve vytvořeném odlitku.
Při realizaci experimentální části byly pro praxi nejdůležitější z těchto vlastností zkoumány a vyhodnocovány. Stejně tak i strukturní charakteristiky, počínaje vstupující předslitinou na bázi Al-Ca a konče gravitačním litím vyrobenými odlitky, podléhaly praktickému zkoumání a důslednému laboratornímu analyzování s vyvozenými závěry.
Cílem práce bylo posoudit aplikovatelnost vápníkem modifikované slitiny AlSi7Mg0,3 do slévárenského provozu za pomocí výše uvedených hodnotících kritérií a výsledků experimentů se zahrnutím nově získaných poznatků z výzkumné činnosti. Rovněž shrnout doporučení pro oblast využití v různých odvětví průmyslu, automotive segmentu výsostně. V neposlední řadě popsat a definovat doporučené technologické aspekty a podmínky pro výrobní procesy sléváren.
Anotace v angličtině
This disertation thesis deals with deeper research of calcium and thus builds on the existing knowledge gained from the modification of Al-Si alloys, especially on the possible use of Al-Si-Ca alloys for industrial practice. The thesis also builds on the research carried out on the AlSi7Mg0,3CaX alloy, which has already been verified from several technological points of view and subsequently patented.
The research of Al-Si-Ca alloys itself is focused on the evaluation of mechanical and technological properties, especially with an emphasis placed on the applicability of the obtained modified alloy to the operating conditions of manufacturing companies. The fulfillment of this research was significantly helped by experiments carried out in real operating conditions of leading Czech foundries dealing exclusively with castings from aluminum alloys for the automotive industry.
The research part shows the published properties and structure of the alloy AlSi7Mg0,3 and similar alloys. These properties are mainly the strength limit, yield strength and ductility. The collected statements and conclusions obtained from experiments of various authors carried out throughout the world are not neglected. A frequent statement is that calcium reduces surface tension and thus increases the running-in of the modified melt. Furthermore, for example, the statement that the modifying effect of calcium to stay in the melt longer than conventional already widespread modifying agents. Last but not least, it has an effect on reducing corrosion resistance and, conversely, increasing gasification and thus causing hydrogen porosity in the created casting.
During the implementation of the experimental part, for practice the most important of these properties were examined and evaluated. Similarly, structural characteristics, starting with the entering Al-Ca-based pre-alloy and ending with gravity casting samples, were subject to practical examination and deep laboratory analysis with conclusions.
The aim of the thesis was to assess the applicability of the calcium-modified alloy AlSi7Mg0.3 to the foundry plant using the above evaluation criterias and the results of experiments with the inclusion newly acquired knowledge from research activities. Also summarize the recommendations for the field of application in various branches of industry, automotive segment sovereignly. Last but not least, describe and define the recommended technological aspects and conditions for foundry production processes.
Klíčová slova
AlSi7Mg0,3, modifikace vápníku, odlitek z Al-Si slitiny
Klíčová slova v angličtině
AlSi7Mg0,3, calcium modification, cast from Al-Si alloy
Zásady pro vypracování
Hlavním cílem celé práce je výzkum v oblasti modifikace slitiny AlSi7Mg0,3 za pomoci vápníku a jeho vlivu na mechanické a technologické vlastnosti odlitku. Výzkumem a následným vývojem bude vyhodnocena a případně potvrzena aplikovatelnost modifikace za pomocí legury na bázi Ca, v podobě předslitiny AlCa10, do slévárenské výroby. Nebudou opomenuty ani stanovená obecná doporučení pro slévárenskou praxi. Tyto doporučení budou obsahovat jak technologické aspekty výrobního postupu tak metalurgická stanoviska. Následné zhodnocení sekundárně verifikující závěry proběhne při implementaci do technického rozvoje společnosti TOP Alulit s.r.o. Se závěry této práce i výsledky implementace poznatků a doporučení bude seznámena rovněž širší slévárenská veřejnost skrze odborné články i vystoupení na odborných konferencích a seminářích.
Zásady pro vypracování
Hlavním cílem celé práce je výzkum v oblasti modifikace slitiny AlSi7Mg0,3 za pomoci vápníku a jeho vlivu na mechanické a technologické vlastnosti odlitku. Výzkumem a následným vývojem bude vyhodnocena a případně potvrzena aplikovatelnost modifikace za pomocí legury na bázi Ca, v podobě předslitiny AlCa10, do slévárenské výroby. Nebudou opomenuty ani stanovená obecná doporučení pro slévárenskou praxi. Tyto doporučení budou obsahovat jak technologické aspekty výrobního postupu tak metalurgická stanoviska. Následné zhodnocení sekundárně verifikující závěry proběhne při implementaci do technického rozvoje společnosti TOP Alulit s.r.o. Se závěry této práce i výsledky implementace poznatků a doporučení bude seznámena rovněž širší slévárenská veřejnost skrze odborné články i vystoupení na odborných konferencích a seminářích.
Seznam doporučené literatury
[1] Michna, Š., Střihavková, E.: Legování hliníkových slitin vápníkem, Strojírenská technologie, ročník XV, Červen 2010, str. 20-23, ISSN 1211-4162
[2] Střihavková, E., Michna, Š.: Nové slitiny typu AlSiMg s různým obsahem Ca s ohledem na strukturu a zabíhavost, Slévárenství č. 7-8, 2011, ISSN 0037-6825
[3] Střihavková, E., The new type of Al-Si-Mg Ca alloy with different Ca and Their identification using of the color metallography, Journal of Mechanical Engineering,
2013, ISSN 2305-9001
[4] Střihavková, E., Analysis of machinability of new AlSi7Mg0.3 alloys with different calcium content, Manufacturing Technology, 4/2018, ISSN 12132489
[5] Mondolfo L.F., Aluminium Alloys: Structure and Properties, Butterworth & Co., London, 1976
[6] Sreeja Kumari S.S., Influence of Alloying Additions on the Structure and Properties of Al-7Si-0,3Mg Alloy, Thesis submitted to Doctor Philosophy, Cochin University of Science and Technology, Thiruvananthapuram-695019, India, April, 2006
[7] Rana R.S., Review on the Influence of Alloying Elements on the Microstructure and Mechanical Properties of Aluminium Alloys and Aluminium Composites, International Journal of Scientific and Research Publications, Vol. 2, June, 2012
[8] Ludwig T.H., Oxide Hydrogen Interaction and Porosity Development in Al - Si Alloys, Norwegian University of Materials Science and Technology, Department of Materials Science and Engineering, Trondheim, Norwegian ,2011, PhD. Thesis
[9] Nayebi B., Effects of Calcium Additives on Oxidation Behaviour of Molten Aluminium: The Formation of Nano-Calcium Aluminate Particles, 1st International Conference on Application of Advanced Technologies Iran, 2016, September
[10] Khaleghifar F., Effect of Ca on the Behaviour of Double Oxide Film Defects in Commercially Pure Aluminium Melt, Metallurgical and Materials Transaction B, 2015, April, pp. 1044-1051
[11] Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics, 2013, April, http://www.crct.polymtl.ca/equiwebmenu.php
[12] Hinton E.M., Oxidation of Liquid Aluminium and the Potential for Oxides in GrainRefinement of Aluminium Alloys, Birmingham, 2014, PhD. Thesis
[13] Nayebi B., Characteristics of Dynamically Foamable Oxide Films in Aluminium- Calcium Formable Alloys, Journal of Alloys and Compounds, 2016, Vol, pp. 433-441
[14] Yun Wang, Characterisation of Oxide Films in Al-Mg Alloy Melts, Material Science Forum, 2013, Vol. 765, pp. 220-224
[15] Macko J., Vplyv modifikovania a očkovania na štruktúru a vlastnosti odliatkov z podeutektického silumínu AlSi7Mg0,3. Diplomová práca. Košice, 2007. Technická univerzita v Košiciach, Hutnícka fakulta. Vedoucí práce Peter Benko
Seznam doporučené literatury
[1] Michna, Š., Střihavková, E.: Legování hliníkových slitin vápníkem, Strojírenská technologie, ročník XV, Červen 2010, str. 20-23, ISSN 1211-4162
[2] Střihavková, E., Michna, Š.: Nové slitiny typu AlSiMg s různým obsahem Ca s ohledem na strukturu a zabíhavost, Slévárenství č. 7-8, 2011, ISSN 0037-6825
[3] Střihavková, E., The new type of Al-Si-Mg Ca alloy with different Ca and Their identification using of the color metallography, Journal of Mechanical Engineering,
2013, ISSN 2305-9001
[4] Střihavková, E., Analysis of machinability of new AlSi7Mg0.3 alloys with different calcium content, Manufacturing Technology, 4/2018, ISSN 12132489
[5] Mondolfo L.F., Aluminium Alloys: Structure and Properties, Butterworth & Co., London, 1976
[6] Sreeja Kumari S.S., Influence of Alloying Additions on the Structure and Properties of Al-7Si-0,3Mg Alloy, Thesis submitted to Doctor Philosophy, Cochin University of Science and Technology, Thiruvananthapuram-695019, India, April, 2006
[7] Rana R.S., Review on the Influence of Alloying Elements on the Microstructure and Mechanical Properties of Aluminium Alloys and Aluminium Composites, International Journal of Scientific and Research Publications, Vol. 2, June, 2012
[8] Ludwig T.H., Oxide Hydrogen Interaction and Porosity Development in Al - Si Alloys, Norwegian University of Materials Science and Technology, Department of Materials Science and Engineering, Trondheim, Norwegian ,2011, PhD. Thesis
[9] Nayebi B., Effects of Calcium Additives on Oxidation Behaviour of Molten Aluminium: The Formation of Nano-Calcium Aluminate Particles, 1st International Conference on Application of Advanced Technologies Iran, 2016, September
[10] Khaleghifar F., Effect of Ca on the Behaviour of Double Oxide Film Defects in Commercially Pure Aluminium Melt, Metallurgical and Materials Transaction B, 2015, April, pp. 1044-1051
[11] Facility for the Analysis of Chemical Thermodynamics, 2013, April, http://www.crct.polymtl.ca/equiwebmenu.php
[12] Hinton E.M., Oxidation of Liquid Aluminium and the Potential for Oxides in GrainRefinement of Aluminium Alloys, Birmingham, 2014, PhD. Thesis
[13] Nayebi B., Characteristics of Dynamically Foamable Oxide Films in Aluminium- Calcium Formable Alloys, Journal of Alloys and Compounds, 2016, Vol, pp. 433-441
[14] Yun Wang, Characterisation of Oxide Films in Al-Mg Alloy Melts, Material Science Forum, 2013, Vol. 765, pp. 220-224
[15] Macko J., Vplyv modifikovania a očkovania na štruktúru a vlastnosti odliatkov z podeutektického silumínu AlSi7Mg0,3. Diplomová práca. Košice, 2007. Technická univerzita v Košiciach, Hutnícka fakulta. Vedoucí práce Peter Benko
Přílohy volně vložené
-
Přílohy vázané v práci
-
Převzato z knihovny
Ano
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby:
Veřejná část jednání:
Zahájení a přivítání přítomných (předseda komise).
Představení doktoranda, školitele a tématu disertační práce (předseda komise).
Odborné hodnocení doktoranda (školitel).
Prezentace obsahu a výsledků disertační práce (doktorand).
doktorand prezentoval disertační práci v rozsahu cca 15 minut
Přednesení oponentských posudků (prof. Nová; prof. Lukáč - v zastoupení přečetl předseda komise).
Vyjádření doktoranda k oponentským posudkům:
doktorand zaujal stanovisko k oponentským posudkům a uspokojivě zodpověděl dotazy oponentů
pozn.: oba posudky byly kladné a doporučující práci k obhajobě
Předseda komise zahájil veřejnou rozpravu, ve které byly vzneseny doplňující dotazy, na něž doktorand zodpověděl.
Předseda komise uzavřel veřejnou rozpravu a ukončil veřejnou část jednání.
Neveřejná část jednání:
Zhodnocení úrovně disertační práce a její obhajoby.
Tajné hlasování komise (komise byla usnášeníschopná - byly splněna podmínka přítomnosti min. dvou třetin členů komise pro obhajobu disertační práce)
Záznam o tajném hlasování (po sečtení hlasů):
počet oprávněných hlasovat: 6
počet přítomných oprávněných hlasovat: 5
odevzdáno hlasů kladných: 5
odevzdáno hlasů záporných: 0
odevzdáno hlasů neplatných: 0
Pro úspěšnou obhajobu se vyslovili všichni přítomní členové komise. Při hodnocení byla použita klasifikace: obhájil / neobhájil
Bylo konstatováno, že doktorand obhájil / neobhájil svoji disertační práci a splnil všechny požadavky k udělení akademického titulu Ph.D. podle § 47 odst. 5 zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů.