Grain Refiner Analysis a Metalurgical and Computational approach

Abstract

Kornforfinande meisterlegeringar blir brukt i metallproduksjon for å oppnå mindre korn i det produserte metallet. Ein slik kornstruktur er ofte ønskeleg for dei forbetra mekaniske eigenska- pane. Desse meisterlegeringane finst vanlegvis som ein relativt rein legering av det produserte metallet med partiklar som er stabile i det ønska smelta metallet. Desse partiklane vil fun- gere som kjernar for ein heterogen nukleasjonsprosess. Ved støyping av aluminium er den mest brukte kornforfinande meisterlegeringa ein Al-Ti-B meisterlegering, og desse legeringane kjem ofte anten med eit titan-bor forhold p ̊a 3:1 eller 5:1. I ein Al-Ti-B meisterlegering er inokulant- partiklane TiB2.

Sjølv om ulike produsentar av kornforfinande meisterlegeringar hevdar liknande samansetjing av kornforfinande meisterlegeringar, er det kjent frå støperierfaring at det er merkbare skil- nader mellom dei ulike produsentane. Dataa som har blitt samla visar at det er ein merkbar og betydeleg skilnad mellom mengda TiB2 partiklar mellom dei ulike kornforfinande meister- legeringane, som vart undersøkte. Det ble funnet at storleiksfordelinga av desse partiklane var lik og samanliknbar med liknande tidlegare arbeid utført på kommersielle kornforfinande meis- terlegeringar, men det ser ut til at det er fleire små partiklar enn tidlegare antatt. Dette kan indikere at prosentandelen av dei nukleerande partiklane som er aktive, er mindre enn tidlegare antatt. Resultata viser korleis ulike kommersielle kornforfinande meisterlegeringar skil seg frå kvarandre i partikkelmengde og kjemisk samansetjing. Resultata avslører også korleis partiklane oppførar seg i ein smelte av rein kornforfinande meisterlegering.

Det er forventa at studiet er eit utgangspunkt for vidare forsking på korleis inokulantstorleik og storleiksfordeling kan påverke kornforfinande meisterlegeringars kornraffineringseffekt. Studiet kan også brukast som eit utgangspunkt for vidare undersøkelsar av korleis dei ulike partiklane i kornforfinande meisterlegering oppfører seg i smelter.

Grain Refining master alloys are used in metal production to achieve a smaller grains in the pro- duced metal. Such a grain structure is often desirable for it’s enhanced mechanical properties. These master alloys are commonly found as a relative pure alloy of the produced metal with particles that are stable in the desired molten metal. These particles act as nuclei for a het- erogeneous nucleation process. When casting aluminium the most commonly used grain refiner master alloy is a Al-Ti-B master alloy, and these alloys are often produced with a relationship between Ti and B of 3:1 or 5:1. In an Al-Ti-B master alloys the inoculant particles are TiB2.

Although different grain refiner master alloy producers claim similar composition of the grain refiner master alloys, it is known from foundry experience that there are noticeable differences between the different producers. In this thesis it is shown that there is a notable and significant difference between the amount of TiB2 particles between the different grain refiner master alloys that were investigated. It was found that size distribution of these particles were similar and comparable to similar earlier work done on commercial grain refiner master alloys, but it seems that there are more small particles than previously thought. This might indicate that the percentage of the nucleating particles that are active are smaller than previously thought. The results demonstrate how different commercial grain refiner master alloys differ from each other in particle amount and chemical composition. The results also reveal how the particles behave in a melt of pure grain refiner master alloy.

It is anticipated that the study is a starting point for further research into how inoculant particle size and size distribution can effect the grain refiner master alloys grain refinement effect. The paper can also be used as an initial summary for further investigation into how the different particles in the grain refiner master alloy behave in melts.