Investigation of Liquid Metal Cleanliness Control Methods Applied to Aluminum Alloys

Abstract

In industry, aluminum is produced from ore (primary aluminum) and scrap materials (secondary aluminum). The use of secondary aluminum is very common in the casting industry, with its contribution to the country's economy through recycling, as well as to the competitive market and the manufacturer. However, the advantage of secondary aluminum depends on the cleaning of factors such as inclusions, impurities, hydrogen gases, oxide films in the structure. Liquid metal cleaning is very important in the use of aluminum through recycling, and there are various alternatives for cleaning in industrial applications. Various test techniques are also used to check the suitability of the applied cleaning process and to determine whether it is efficient. In this study, the test methods used for the importance of liquid metal quality in the casting of aluminum alloys and the suitability of the cleaning method were evaluated. In addition, the use of the methods and their comparison with each other are given. As a result, current test methods are discussed depending on foundry practice.

Keywords

• Aluminum casting
• Liquid metal cleaning
• Bifilm
• Inclusion
• Cleaning test methods

Alüminyum Alaşımlarına Uygulanan Sıvı Metal Temizliği Kontrol Yöntemlerinin İncelenmesi

Öz

Endüstride alüminyum, cevherden (birincil alüminyum) ve hurda malzemelerden (ikincil alüminyum) üretilmektedir. Gerek geri dönüşüm ile ülke ekonomisinegerekse rekabet piyasası ile işletmeciye sağladığı katkı ile ikincil alüminyum kullanımı döküm endüstrisinde oldukça fazla yer almaktadır. Ancak ikincil alüminyumun avantajı yapıda bulunan inklüzyonlar, safsızlıklar, hidrojen gazları, oksit filmleri gibi etkenlerin temizlenmesine bağlıdır. Geri dönüşüm yoluyla alüminyumun kullanımında sıvı metal temizliği oldukça önemlidir ve temizleme işlemi için endüstriyel  uygulamalarda çeşitli alternatifler mevcuttur. Uygulanan temizleme işleminin uygunluğunun kontrolü ve verimli olup olmadığının belirlenmesi için çeşitli test teknikleri de kullanılmaktadır. Bu çalışmada alüminyum alaşımlarının dökümünde sıvı metal kalitesinin önemi ve temizleme yönteminin uygunluğu için kullanılan test yöntemleri değerlendirilmiştir. Ayrıca yöntemlerin kullanımı ve birbirlerine göre karşılaştırmaları verilmiştir. Sonuç olarak dökümhane pratiğine bağlı olarak güncel test yöntemleri tartışılmıştır. 

Anahtar Kelimeler

• Alüminyum döküm
• Sıvı metal temizleme
• Bifilm
• İnklüzyon
• Temizleme test yöntemleri

Kaynakça

1. [1] E. Car, İkincil alüminyum üretimine genel bir bakış. Metalurji, 187: p. 25-37, 2019.
2. [2] M. Öztürk, Kullanılmış alüminyum malzemelerin geri kazanılması. Çevre ve Orman Bakanlığı, 2005.
3. [3] S. Ertan, B. Kavaklıoğlu, and F. Büyükakkaş, Alüminyum sıvı metal temizliğinde kullanılan flakslar, in II. Aluminium Symposium, Seydişehir/Turkey, 2003.
4. [4] M. Tokatlı, F. Saydam, H. Murat, A. Koşatepe, M. Çolak, and Ç. Yüksel, Alüminyum Alaşımlarının Dökümünde Yaygınca Kullanılan Sıvı Metal Temizleme Yöntemlerinin İncelenmesi. Journal of the Institute of Science and Technology, 12(1): p. 423-434, 2022.
5. [5] H.E. İslamoğlu, Thermal analysis of eutectic modified and grain refined aluminum-silicon alloys, Middle East Technical University, 2005.
6. [6] J. Barlow and D. Stefanescu, Computer-aided cooling curve analysis revisited. Transactions-American Foundrymens Society, p. 349-354, 1998.
7. [7] D. Emadi, L.V. Whiting, S. Nafisi, and R. Ghomashchi, Applications of thermal analysis in quality control of solidification processes. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 81(1): p. 235-242, 2005.
8. [8] F. de Andrade Silva, J.J. Williams, B.R. Müller, M.P. Hentschel, P.D. Portella, and N. Chawla, Threedimensional microstructure visualization of porosity and Fe-rich inclusions in SiC particle-reinforced Al alloy matrix composites by X-ray synchrotron tomography. Metallurgical and materials transactions A, 41(8): p. 2121-2128, 2010.

9. [9] O. Lashkari, L. Yao, S. Cockcroft, and D. Maijer, X-ray microtomographic characterization of porosity in aluminum alloy A356. Metallurgical and Materials Transactions A, 40(4): p. 991-999, 2009.
10. [10] M. Brůna and A. Sládek, Hydrogen analysis and effect of filtration on final quality of castings from aluminium alloy AlSi7Mg0. 3. Archives of Foundry Engineering, 11(1): p. 5-10, 2011.
11. [11] B. El Haj, A. Bouayad, and M. Alami, Quantitative evaluation of shrinkage porosity in alsi9 cast alloy as function of titanium addition and casting parameters. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development (IJMPERD), 8(6): p. 365-372, 2018.
12. [12] R. Maev, J. Sokolowski, H. Lee, E. Maeva, and A. Denissov, Bulk and subsurface structure analysis of the 319 aluminum casting using acoustic microscopy methods. Materials characterization, 46(4): p. 263-269, 2001.
13. [13] M. Gökelma, D. Latacz, and B. Friedrich, A Review on Prerequisites of a Set-Up for Particle Detection by Ultrasonic Waves in Aluminium Melts. Open Journal of Metal, 6(01): p. 13, 2016.
14. [14] J.F. Guo, Use of the ultrasonic technique in measuring inclusions in Al-Si alloy melts, Université du Québec à Chicoutimi, 2007.
15. [15] A. Karppinen, Kontroll av aluminiumsmältans (oxid) inneslutningshalt med QualiflashTM-metoden. Svenska Gjuteriföreningen, 1997.
16. [16] J. Wannasin, D. Schwam, and J. Wallace, Evaluation of methods for metal cleanliness assessment in die casting. Journal of materials processing technology, 191(1-3): p. 242-246, 2007.
17. [17] L. Liu and F.H. Samuel, Assessment of melt cleanliness in A356.2 aluminium casting alloy using the porous disc filtration apparatus technique: Part I Inclusion measurements. Journal of Materials Science, 32(22): p. 5901-5925, 1997.
18. [18] E. Velasco and J. Proulx, Metal quality of secondary alloys for Al castings. Light Metals. The Minerals, Metals & Materials Society, p. 721-724, 2006.
19. [19] P. Enright, I. Hughes, J. Pickering, A. Simard, and J. Proulx, Characterisation of molten metal quality using the pressure filtration technique. 2003.
20. [20] N. Habibi, A.M. Samuel, F.H. Samuel, P. Rochette, and D. Paquin, Effect of grain refining and Sr modification on Prefil measurement sensitivity in 356 alloys using electron probe microanalysis technique. International Journal of Cast Metals Research, 17(2): p. 79-87, 2004.
21. [21] F.H. Samuel, P. Ouellet, and A. Simard, Measurements of oxide films in Al-(6–17) wt%Si foundry alloys using the Qualiflash filtration technique. International Journal of Cast Metals Research, 12(1): p. 49-65, 1999.
22. [22] A. Samuel, H. Doty, S. Valtierra, and F. Samuel, Inclusion measurements in Al–Si foundry alloys using qualiflash and prefil filtration techniques. International Journal of Metalcasting, 12(3): p. 625-642, 2018.
23. [23] S.W. Hudson and D. Apelian, Inclusion detection in molten aluminum: current art and new avenues for in situ analysis. International Journal of Metalcasting, 10(3): p. 289-305, 2016.
24. [24] M.B. Djurdjevic, Z.D. Odanovj , J. Pavlovj -Krsti , and N. Linz, Melt quality control at aluminum casting plants. Metalurgija, 16: p. 63-76, 2010.
25. [25] M. Tokatlı, Sıvı metal kalitesinin K-mold tekniği ile tayini ve çekinti üzerine etkisi, Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü: Erzurum, 2022.
26. [26] G. Gyarmati, G. Fegyverneki, D. Molnar, and M. Tokár, The melt cleaning efficiency of different fluxes and their effect on the eutectic modification level of AISi7MgCu Alloy, 66: p. 70-87, 2019.
27. [27] C. Balaban, Ö. Şen, G. Özer, and K.A. Güler, 380 alaşımının soğuma eğrisinde ve akışkanlığında tane inceltmenin etkisi, 13. Uluslararası Metalurji ve Malzeme Kongresi, İstanbul, 2006.
28. [28] A.Y. Kaya, Özaydın O., Dokumacı E., Armakan E., Farklı döküm aşamalarındaki sıvı metal akışkanlığının incelenmesi, TÜDÖKSAD 2. Ulusal Döküm Kongresi, İzmir, 2019.
29. [29] Ö. Topçuoğlu, Ö. Çe, U. Aybarç, and M. Keşkiç, Alçak basınç döküm prosesinde kullanılan kalıp kaplama malzemesinin metal akışkanlığına etkisi, 7. Uluslararası Ankiros Döküm Kongresi, İstanbul, 2014.