Termodinamična karakterizacija vpliva deleža krožne litine na učinek modificiranja in udrobnjevanja zlitine AlSi7Mg : magistrsko delo

Drevenšek, Tim (author), Vončina, Maja (mentor), Kores, Stanislav (comentor), Petrič, Mitja (comentor), Medved, Jože (member of the commission for defense), Terčelj, Milan (member of the commission for defense)

Zlitina AlSi7Mg spada med livarske zlitine in je ena od najbolj uporabljenih zlitin v avtomobilski industriji. Za znižanje stroškov proizvodnje se livarske zlitine znotraj livarn reciklirajo v obliki lastnega odpada. V magistrskem delu je bil raziskan vpliv deleža lastnega odpada na učinek udrobnjevanja in modificiranja zlitine AlSi7Mg. V sklopu eksperimentalnega dela je bilo pripravljenih sedem šarž z različnimi deleži lastnega odpada, od 0 do 100 mas. %. Med ulivanjem je bila izvedena enostavna termična analiza (ETA), na podlagi katere so bile določene karakteristične temperature strjevanja. Kemijska analiza z metodo optične emisijske spektroskopije (OES) je pokazala, da se z naraščanjem deleža lastnega odpada povečujejo vsebnosti predvsem stroncija, titana, bora in železa. Na podlagi kemijske sestave so bili s programom Thermo-Calc izvedeni termodinamični izračuni ravnotežnega faznega diagrama in neravnotežnega strjevanja. Del vzorcev je bil toplotno obdelan, na vseh vzorcih pa je bila izvedena diferenčna vrstična kalorimetrija (DSC). Mikrostrukturna analiza z optično mikroskopijo je pokazala, da vzorca s 75 in 100 mas. % lastnega odpada po toplotni obdelavi nista izkazovala značilne zaobljene morfologije evtektičnega β-Si, kar kaže na zmanjšano učinkovitost modifikacije s stroncijem. Z naraščanjem deleža lastnega odpada se je povečevala tudi količina škodljivih železovih intermetalnih faz, predvsem Al9Fe2Si2. Z metodama SEM in EDS so bila na vzorcih z večjim deležem lastnega odpada ugotovljena lokalna območja, bogata s fazami na osnovi stroncija, titana in bora, ter povišane koncentracije antimona, fosforja, kalcija, kalija, magnezija, aluminija in silicija. Z večanjem deleža lastnega odpada so se zmanjšale tudi mehanske lastnosti. Najvišjo natezno trdnost, 308 MPa, je dosegel toplotno obdelan vzorec iz 100 mas. % primarne zlitine, medtem ko sta vzorca s 75 in 100 mas. % lastnega odpada dosegla 251 oziroma 241 MPa. Rezultati nakazujejo, da lahko elementi v sledovih iz lastnega odpada povzročajo zastrupljanje taline in posledično zmanjšujejo učinkovitost modifikacije.

• Language: Slovenian
• Keywords: zlitina AlSi7Mg, lastni odpad, modificiranje, udrobnjevanje, mikrostruktura, mehanske lastnosti
• Work type: Master's thesis/paper
• Typology: 2.09 - Master's Thesis
• Organization: NTF - Faculty of Natural Sciences and Engineering
• Place of publishing: Ljubljana
• Publisher: T. Drevenšek
• Year: 2026
• Number of pages: XVII, 64 str.
• PID: 20.500.12556/RUL-187839
• UDC: 669
• COBISS.SI-ID: 301012739
• Publication date in RUL: 15.09.2026

Secondary language

• Language: English
• Title: Thermodynamic characterization of influence of foundry scrap content on modification and grain refinement effect in AlSi7Mg alloy : master's thesis

Abstract

The AlSi7Mg alloy belongs to the group of casting alloys and is one of the most widely used alloys in the automotive industry. To reduce production costs, casting alloys are recycled within foundries in the form of foundry scrap. This master’s thesis investigated the influence of foundry scrap content on the grain refinement and modification efficiency of AlSi7Mg. Seven batches with different proportions of foundry scrap, ranging from 0 to 100 wt.%, were prepared. During casting, simple thermal analysis (STA) was performed to determine the characteristic solidification temperatures. Chemical analysis using optical emission spectroscopy (OES) showed that increasing the proportion of foundry scrap increased the contents of strontium, titanium, boron, and iron. Based on the chemical composition, thermodynamic calculations of the equilibrium phase diagram and non-equilibrium solidification were performed using Thermo-Calc. A portion of the samples was heat treated, and differential scanning calorimetry (DSC) was performed on all samples. Microstructural analysis using optical microscopy showed that the samples containing 75 and 100 wt.% recycled alloy did not exhibit the characteristic rounded morphology of eutectic β-Si after heat treatment, indicating reduced modification efficiency of strontium. The amount of harmful iron intermetallic phases, particularly Al9Fe2Si2, also increased with increasing recycled alloy content. SEM and EDS analyses revealed local areas rich in strontium-, titanium-, and boron-based phases, together with increased concentrations of antimony, phosphorus, calcium, potassium, magnesium, aluminium, and silicon. Mechanical properties decreased with increasing recycled alloy content. The highest tensile strength, 308 MPa, was achieved by the heat-treated sample containing 100 wt.% primary alloy, while samples containing 75 and 100 wt.% recycled alloy achieved 251 and 241 MPa, respectively. The results indicate that trace elements introduced through foundry scrap may poison the melt and reduce modification efficiency.

• Keywords: AlSi7Mg alloy, foundry scrap, modification, grain refinement, microstructure, mechanical properties