ISSN 0024-5135 LIVARSKI VESTNIK DRUŠTVO LIVARJEV SLOVENIJE SLOVENIAN FOUNDRYMEN SOCIETY 71/2024 1 Livarski vestnik, letnik 71, št. 1/2024 1 2 Livarski vestnik, letnik 71, št. 1/2024 LIVARSKI VESTNIK StrikoWestofen Group Carl-Zeiss-Str. 12 51674 Wiehl Tel.: +490226170910 e-mail: info@strikowestofen.com spletna stran / web page: http://www.strikowestofen.com Izdajatelj / Publisher: Društvo livarjev Slovenije Lepi pot 6, P.P. 424, SI-1001 Ljubljana Tel.: + 386 1 252 24 88 E-mail: drustvo.livarjev@siol.net Spletna stran: www.drustvo-livarjev.si Glavni in odgovorni urednik / Chief and responsible editor: prof. dr. Alojz Križman E-mail: alojz.krizman@um.si Tehnicno urejanje / Technical editoring: mag. Mirjam Jan-Blažic Uredniški odbor / Editorial board: prof. dr. Alojz Križman, Univerza v Mariboru prof. dr. Primož Mrvar, Univerza v Ljubljani prof. dr. Jožef Medved, Univerza v Ljubljani prof. dr. Rebeka Rudolf, Univerza v Mariboru prof. dr. Andreas Buhrig-Polaczek, Giesserei Institut RWTH Aachen prof. dr. Peter Schumacher, Montanuniversität Leoben prof. dr. Rüdiger Bähr, Otto-von Güricke-Universität Magdeburg prof. dr. Reinhard Döpp, TU Clausthal prof. dr. Jerzy Józef Sobczak, Foundry Research Institute, Krakow prof. dr. Jaromir Roucka, Institut Brno prof. dr. Branko Bauer, Univerza v Zagrebu Prevod v angleški jezik / Translation into English: Marvelingua, Aljaž Senicar s.p. Lektorji / Lectors: Angleški jezik / English: Yvonne Rosteck, Düsseldorf Slovenski jezik / Slovene: Marvelingua, Aljaž Senicar s.p. Tisk / Print: Fleks d.o.o. Naklada / Circulation: 4 številke na leto / issues per year 800 izvodov / copies Letna narocnina: 35 EUR z DDV Year subscription: 35 EUR (included PP) Dano v tisk: marec 2024 VSEBINA / CONTENTS Stran / Page: A. Majumdar, C. Palanisami, A. Bühri Polaczek: Korelacija med mikrostrukturno analizo litega železa s kroglastim grafitom in razlicnimi vsebnostmi silicija / Correlation of Microstructural Analysis of Spheroidal Graphite Cast Iron Grades by Varying the - 7Silicon Content 2 M. Fassina: Tehnicni pomisleki za zmanjševanje izmeta pri visokotlacnem litju brez mehanskega zaklepa / Technical Considerations for Minimizing Scrap Thanks to Toggle-Free HPDC 22 M. Voncina, A.Pavšic, I. Paulin, J. Medved, M. Petric: Ocena kakovosti udrobnilnih sredstev / Assessing the Quality of Grain Refiners 33 AKTUALNO / CURRENT V. Krmelj, L. S. Balažic, Š. Tertinek, D. Bokal: Koristi za podjetja, ki izhajajo iz integriranega trajnostnostnega porocanja 47 Dan Poljskih livarjev 2023 50 EUROGUSS 2024 51 Stanje evropske livarske industrije, januar 2024 53 Seja organov Društva livarjev Slovenije 55 Pregled livarskih prireditev v letu 2024 60 Portorož 2024 61 Livarski vestnik je vpisan v razvid medijev Ministrstva za kulturo pod zaporedno številko 588 Izdajanje Livarskega vestnika sofinancira ARIS javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije. Publishing of the Livarski vestnik is supported by Slovenian Researching Agency ARIS A. Majumdar, C. Palanisami, A. Bühri Polaczek Livarski inštitut, RWTH Aachen, Nemcija / Giesserei Institute, RWTH Aachen , Germany Korelacija med mikrostrukturno analizo litega železa s kroglastim grafitom in razlicnimi vsebnostmi silicija Correlation of Microstructural Analysis of Spheroidal Graphite Cast Iron Grades by Varying the - 7Silicon Content Povzetek Gre za sivo litino s kroglastim grafitom katera je danes ena najboljših izbir za industrijske aplikacije v primerjavi z vsemi drugimi vrstami litega železa, saj ga zaradi edinstvene mikrostrukture odlikujejo dobre mehanske lastnosti, kot so visoka trdnost, dobra duktilnost in velik raztezek. Sestava SGI igra pomembno vlogo v izboljšavi mehanskih lastnosti in mikrostrukture koncnega ulitka. SGI je sestavljen pretežno iz železa (Fe), ogljika (C) in silicija (Si) kot tudi drugih legirnih elementov v skladu s standardom EN 1563:2018. Vsebnost Si v sestavi doloca naravo mikrostrukture in neposredno vpliva na grafitne krogle, prisotne v matrici. Zahtevane mehanske lastnosti in mikrostrukturo je mogoce zagotoviti s prilagoditvijo grafitne faze, perlita in vsebnosti ferita. Mikrostrukturo smo analizirali pod opticnim mikroskopom s 100-kratno povecavo, in sicer pred jedkanjem z 0,3% nitalom ter po njem. Kroglaste litine, število nodulov in grafita ter vsebnost grafita, perlita in ferita smo ocenili z analizo slik mikrostrukture s pomocjo odprtokodne programske opreme. Vsebnost ogljika povzroca nastajanje krogel in preprecuje nastanek razpok, silicij pa spodbuja tvorbo ferita in je grafitizator. V tej raziskavi smo analizirali mikrostrukturo na podlagi razlicnih vsebnosti silicija v razlicnih sestavah ulitkov. Poskus smo izvedli s 5 razlicnimi razredi SGI z razlicnimi vsebnostmi silicija od 2,0 mas.% (EN-GJS-350-22) do 4,1 mas.% (EN-GJS-600-10), SGI pa smo vlili v standardne bloke YII (EN 1563:2018). Na podlagi metalografskih preiskav smo prišli do zakljucka, da povecanje vsebnosti silicija v sestavi ulitka vodi v povecanje kroglastih litin mikrostrukture, ki smo jo skladno s standardom ISO 945-4:2019-05 ocenili kvantitativno. Ferit prav tako prevladuje nad perlitom v primeru vecanja vsebnosti silicija, kar izboljša mehanske lastnosti kot tudi žilavost. Kljucne besede: lito železo s kroglastim grafitom (SGI), duktilnost, kroglastih litin, grafitizator, žilavost Abstract Spheroidal graphite cast iron (SGI) is now being considered to be one of the best material choices for industrial application over other types of cast iron because of its mechanical properties such as high strength, good ductility, and high elongation due to its unique microstructure. The composition of SGI plays a significant role in the improvement of the mechanical properties and microstructure of final casting. SGI is primarily composed of Iron (Fe), Carbon (C), and Silicon (Si) along with other alloying elements as per standard EN 1563:2018. The content of Si in composition determines the nature of the microstructure and directly influences the graphite nodules present in the matrix. The required mechanical properties and microstructure can be obtained by adjusting of graphite phase, pearlite, and ferrite content. The microstructure is analysed under an optical microscope with 100x magnification under two conditions: before and after etching with 0.3 % Nital. The nodularity, nodule, and graphite count, graphite and pearlite content, and ferrite content are considered by analysing the microstructural images using opensource software. Accordingly, carbon content serves to form nodules and it acts as a crack arrester whereas, silicon is a strong ferrite promoter and graphitizer. In this research work, the microstructure has been analysed based on the varying content of Silicon in different casting compositions. The experiment has been conducted on 5 different grades of SGI with varying silicon content from 2.0 mas. % (EN-GJS-350-22) to 4.1 mas. % (EN-GJS-600-10) which are cast in standard YII blocks (EN 1563:2018). From the metallographic observations, we conclude that the increase in silicon content within the casting composition will result in increasing the nodularity in the microstructure which is evaluated as per ISO 945-4:2019-05 quantitatively. Furthermore, ferrite dominates over pearlite with increasing silicon content which thereby enhances the mechanical properties and toughness characteristics. Keywords: spheroidal graphite cast iron (sgi), ductility, nodularity, graphitizes, toughness 1 Uvod Kroglasta litina, imenovana tudi SGI ali litina s kroglastim grafitom, je znana po svoji duktilnosti, ki jo pripisujejo prisotnosti Gre za grafit izoblikovan v obliki krogel oz. kroglic. Uporaba ulitkov SGI je v svetovnem merilu v porastu. V zadnjem casu se povecuje zanimanje za analizo mikrostrukture ulitkov SGI. Ta mikrostruktura obicajno obsega število grafitnih krogel in odstotek vsebnosti grafita ter ferit – perlit v ulitku. Zagotavljanje nadzora nad strukturo matrice litine SG postane še posebej pomembno, ko je v mikrostrukturi prisoten visok odstotek grafitnih krogel. Na strukturo matrice sive litine s kroglastim grafitom vplivajo številni dejavniki, vkljucno s kemijsko sestavo, hitrostjo hlajenja, kolicino in vrsto naknadne inokulacije, kolicino preostalega magnezija in temperaturo litja [1-7]. Da bi izdelali visokokakovostno sivo litino s kroglastim grafitom, je pomembno v cim vecji meri zmanjšati vsebnost žvepla in fosforja. Vsebnost žvepla je priporocljivo ohranjati pod 0,03 mas.% in vsebnost fosforja pod 0,1 mas.%. Prav tako je priporocljivo ohranjati nizke ravni drugih elementov v sledovih za spodbujanje tvorbe okroglih ali sfericnih krogel. Med postopkom litja uporaba magnezija pomaga pri sferoidizaciji grafita [9–11]. Prisotnost magnezija deluje kot nukleacijski substrat v kaleh ali nukleusih ali nukleacijskih mestih za grafit [8] kroglastega grafita, medtem ko se njegova vloga sferoidizatorja in determinanta morfologije grafita pripisuje magneziju, ki je prisoten kot preprosta snov v kovinski matrici. Litine so kompozitne strukture, ki so sestavljene iz grafita v razlicnih oblikah. Pogosto se uporabljajo v aplikacijah, kjer so bistvene tako toplotna prevodnost kot mehanske lastnosti [12]. Pri proucevanju mehanskih lastnosti litega železa pridejo v poštev dejavniki, kot so natezna trdnost, rezultati Charpyjevih udarnih preskusov, udarna natezna trdnost, žilavost in porazdelitev trdote materiala. Med temi lastnostmi igra žilavost kljucno vlogo pri dolocanju vedenja materiala. Charpyjev udarni preskus (CI) je zaradi svoje cenovne dostopnosti in enostavne izvedbe v industriji zelo priljubljen za ocenjevanje lastnosti žilavosti razlicnih materialov. Charpyjev udarni preskus, ki ga opredeljuje standard DIN EN ISO 148-1, se obicajno uporablja za dolocanje lastnosti žilavosti; pogosto se pogosto uporablja za kvalifikacijo razlicnih tehnicnih aplikacij. Dobro znano je, da parametri grafitne faze oz. grafita, kot sta kroglasti grafit in število nodulov, pomembno vplivajo na lastnosti žilavosti materiala in prehodno vedenje [13]. Siva litina s kroglastim grafitom, s kroglami delanimi, vdelanimi v feritno matrico, nakazuje odlicno duktilnost, odpornost na udarce ter primerljivo natezno trdnost in mejo tecenja kot nizkoogljicno jeklo. Z vkljucitvijo ferita in perlita doseže material vmesne lastnosti med feritnimi in perlitnimi stopnjami, kar zagotavlja dobro obdelovalnost in stroškovno ucinkovitost. Poleg tega je prehodna temperatura iz duktilnosti v krhkost kljucen dejavnik, ki se upošteva pri izbiri materialov za neko uporabo, zlasti pri nizkih temperaturah [14]. SGI se uporablja na razlicnih podrocjih, kot so avtomobilski inženiring, tehnologija vetrne energije, ladjedelništvo in strojništvo. V teh aplikacijah ima SGI širok spekter mehanskih lastnosti, na katere vplivajo njegove mikrostrukturne znacilnosti. Livarne skrbno izberejo ustrezno kombinacijo faz za izpolnjevanje posebnih zahtev glede mehanskih lastnosti, ki jih dolocajo stranke ali industrijski standardi. Zaradi narašcajocega povpraševanja po cenovno ugodnih zlitinah z izboljšanimi mehanskimi lastnostmi je postala konkurencna gospodarska prednost zlitin DI pomembnejša med kovinskimi materiali. Posledicno igra razvoj novih kemijskih sestav za sive litine kljucno vlogo pri povecanju konkurencnosti livarn in proizvodnih podjetij. Cilj teh prizadevanj je optimizirati lastnosti teh materialov in izboljšati njihovo splošno ucinkovitost. Namen te raziskave je bil raziskati vpliv vsebnosti silicija v razponu od 2,0 mas.% do 4,1 mas.% na lastnosti materiala. Silicij je znan po svoji sposobnosti utrjevanja ferita [15-17]. Z vecanjem vsebnosti silicija se povecuje tudi vsebnost ferita. Do tega pride, ker atomi silicija nadomestijo atome železa v kristalni mreži železa in ustvarijo substitucijsko trdno raztopino [18]. Prisotnost silicija zaradi razlike v velikosti atomov železa in silicija popaci kristalno mrežo. Posledicno je gibanje dislokacij znotraj materiala ovirano, kar vodi do zmanjšanja plasticne deformacije [19, 20]. Za ponovno premikanje dislokacij je potrebna vecja stopnja obremenitve. Ocitno postane, da se trdnost ferita poveca z vecanjem vsebnosti silicija. 2 Ozadje raziskave 2.1 Mikrostruktura Vpliv silicija (Si) na mikrostrukturo SGI je bil v preteklih letih obsežno raziskan. Velik del objavljenega eksperimentalnega dela se osredotoca na proucevanje posameznega vpliva enega elementa oz. vec elementov. Višja vsebnost silicija v komponentah SGI povzroci mocno zmanjšanje variacije trdote in zagotavlja prednosti skozi odpravo prisotnosti perlita v mikrostrukturi [21]. Opaziti je mogoce vzorce SGI s kroglastim grafitom, vdelanim v popolnoma feritno matrico, ki ne vsebujejo perlitne faze. Kadar matricna struktura SGI vsebuje perlit v razponu od 10 % do 60 %, jo lahko kategoriziramo kot feritno-perlitna SGI [22]. S povecanjem vsebnosti Si se vsebnost perlita v mikrostrukturi zmanjšuje, feritna faza in kroglasti grafit pa se povecujeta. V kroglasti litini vsako grafitno jedro povzroci nastanek enega samega grafitnega nodula, zato je nukleacija odlocilni dejavnik za koncno število nodulov. Posledicno povecanje števila nodulov v litem železu vodi v vecjo trdnost in duktilnost, izboljšano enotnost mikrostrukture in zmanjšano dovzetnost za težave, povezane s hlajenjem. Na prehodno vedenje DI vpliva povprecno število grafitnih nodulov, in sicer z dokazanim znižanjem prehodne temperature, ko se število nodulov povecuje, kar vodi do zmanjšanja energije zgornjega praga (USE) [24, 25]. Prehodna temperatura krhkega loma (DBTT) se zaradi višje vsebnosti silicija (Si) opazno poveca [26]. Povecanje števila grafitnih nodulov in delcev spremlja zmanjšanje velikosti delcev grafita. Povprecno število delcev vpliva tudi na staticne mehanske lastnosti proucevanih zlitin. Tako natezna trdnost (UTS) kot meja tecenja (YS) se z vecjim številom delcev grafita povecata. Nasprotno pa ima zmanjšanje števila nodulov vse manjši ucinek na trdnost, pri cemer je opaziti zmanjšanje za približno 27 MPa pri UTS in 23 MPa pri YS pri zmanjšanju 100 nodulov na mm˛. DBTT v Charpyjevem udarnem preizkusu kaže znatno zmanjšanje ob vecjem številu delcev. Da bi zagotovili zadostne lastnosti žilavosti pri nizkih in sobnih temperaturah, je treba meriti na povecano število nodulov, in sicer 300 nodulov na mm˛, zacetek pokanja pri vecjem številu nodulov pa zahteva vec energije, segregacija na mejah zrn pa se pojavi ne glede na obliko nodulov [27]. Med strjevanjem se silicij (Si) loci v trdno fazo, kar povzroci zmanjšanje topnosti ogljika v feritu. To pa poveca izlocanje grafita. Z vecanjem vsebnosti ogljika v železu se povecuje tudi odstotek grafita v mikrostrukturi. Višja vsebnost silicija prispeva k povecanemu številu nodulov, s cimer se zmanjša dolžina difuzijske poti ogljika med evtektoidno transformacijo. Posledica je višji odstotek ferita v matrici [28, 29]. Vse vrste kroglaste litine imajo visoko število nodulov, ki se dodatno poveca z višjo vsebnostjo silicija zaradi spodbujanja grafita. Doseganje visokega števila nodulov se olajša z vrhunsko metalurško kakovostjo in nukleacijskim potencialom taline, ki je dosežen z uporabo visoke vsebnosti grodlja, Predobdelava taline in mocno cepljenjem v loncu in curku med postopkom litja v formi [29]. Dodatek magnezija kot sredstva za nadulacijo pri proizvodnji litine s kroglastim grafitom povzroci nastanek mikroskopskih kroglastih grafitnih zrn. Majhna, sfericna oblika teh nodulov, ki jo povzroci prisotnost magnezija, povecuje kroglasti grafit sive litine. Kolicina potrebnega magnezija se poveca z višjo vsebnostjo žvepla v osnovnem železu, ki ga je treba obdelati [30]. Ko staljenemu železu dodamo sredstvo za sferoidizacijo, lahko žveplo in kisik, prisotna v staljenem železu, reagirata z magnezijem. Nekateri reakcijski produkti delujejo kot nukleacijski substrati za kroglasti grafit, medtem ko se drugi iz taline odstranijo skupaj z žlindro. Površinska napetost med grafitom in talino se po obdelavi z magnezijem znatno spremeni, kar ustvarja potrebne termodinamicne pogoje za rast SGI [31]. Pri dolocanju kroglastih litin se v izracunu kroglastih litin kot delci sferoidnega grafita štejejo samo delci oblike V in VI [32]. 2.2 Mehanske lastnosti Silicij (Si) je poznan kot pomemben dejavnik, ki vpliva na prehodno vedenje kroglastih litin. Vsebnost silicija vpliva predvsem na staticne mehanske lastnosti kroglastih litin [33]. Rezultati kažejo, da višje ravni silicija sovpadajo z nižjo vsebnostjo ogljika, kar lahko prispeva k doseganju vecje trdnosti brez poslabšanja mehanskih lastnosti. Manjša kroglasta litina nekaterih vzorcev kroglastih litin ima manjši vpliv na koncno natezno trdnost in mejo tecenja [21]. Natezna trdnost in meja tecenja kroglaste litine se obicajno povecata z narašcanjem vsebnosti silicija do dolocene tocke (okoli 4,22 mas.%), nato pa se zaradi povecane krhkosti zmanjšata z nadaljnjim povecanjem vsebnosti silicija. Raztezek in udarna energija se nenehno zmanjšujeta ob narašcanju vsebnosti silicija s 3,11 mas.% na 5,42 mas.%!zaradi zmanjšane plasticnosti in povecane krhkosti ferita. Poleg tega vodi povecanje vsebnosti silicija do nenehnega povecevanja trdote, saj se okrepi ucinek silicija na ferit [29]. Udarna energija po Charpyju feritno-perlitne kroglaste litine (DI) nakazuje na znatno povecanje pri konstantni temperaturi, ko se poveca povprecna kroglasta litina. DBTT v Charpyjevem udarnem preizkusu kaže znatno zmanjšanje ob vecjem številu delcev. Študije so pokazale, da lahko povecanje vsebnosti silicija z 2,74 na 3,74 mas.% dvigne vrednost DBTT za približno 70 °C. Najnižje vrednosti za natezno trdnost (UTS) in mejo tecenja (YS) so zaznane pri vzorcih z najnižjo vsebnostjo silicija, medtem ko zvecanje vsebnosti silicija povzroci znatna povecanja tako UTS kot YS. DBTT se premakne k višjim temperaturam z narašcajoco vsebnostjo silicija, prehodno obmocje med duktilnim in razkolnim lomom pa se razširi zaradi povecane vsebnosti silicija [27]. Poleg tega povecanje števila krogel v feritni kroglasti litini železu povzroci znatno zmanjšanje vrednosti DBTT [35]. Prehodna temperatura krhkega loma (DBTT) se opazno in znatno poveca z zvecanjem vsebnosti silicija (Si) [26]. Priporocljivo je doseci povecano število nodulov 300 nodulov na mm˛, da bi zagotovili zadostne lastnosti žilavosti pri nizkih in sobnih temperaturah [26]. Dokazano je bilo, da se prehodna temperatura DI znatno zmanjša s povecanjem števila grafitnih nodulov, posledica cesar je zmanjšanje energije zgornjega praga (USE) [35, 36]. Toplotna obdelava in nadzorovani hladilni sistemi se obicajno uporabljajo za spreminjanje mikrostruktur materiala in za izboljšanje mehanskih lastnosti. V primeru litega železa je mogoce za nadzor razmerij med feritom in perlitom ali celo njeno popolno spremembo uporabiti toplotno obdelavo. Ferit ima boljšo toplotno prevodnost v primerjavi s perlitom [37], vendar obicajno povzroci nižjo trdnost, razen ce je ustrezno utrjen v raztopini z legirnimi elementi. V primeru razmeroma novih standardiziranih feritnih kroglastih litin (SSF), ojacenih z utrjevanjem trdne raztopine, višje stopnje legiranja, npr. povecana vsebnost silicija, zagotavljajo izboljšane mehanske lastnosti v kombinaciji s homogeno feritno mikrostrukturo [38–40]. Dodatek silicija v trdni raztopini zmanjša toplotno prevodnost v vseh proucevanih zlitinah. Kot navajajo v drugih študijah, višje ravni silicija naredijo ferit manj prevoden, hkrati pa izboljšajo mehanske lastnosti. Vendar pa ucinek silicija na toplotno prevodnost ni linearen. Sprememba je izrazitejša pri manj legiranih zlitinah in se nagiba k nasicenosti pri višjih ravneh [40]. Meja tecenja in natezna trdnost materiala narašcata linearno z narašcajoco vsebnostjo silicija, in sicer do dolocene ravni. Vendar pa se duktilnost linearno zmanjšuje in se pri približno 5,3 mas.% vsebnosti silicija približuje nicli. Za GJS-600-10 z vsebnostjo silicija med 4,2 in 4,5 mas.%, lahko duktilnost variira od nad 20 % do skoraj nic, v primerjavi s spodnjo mejo specifikacije 10 % duktilnosti [41]. Povecanje vsebnosti silicija v materialu povzroci zmanjšanje odpornosti. Na dinamicne udarne lastnosti feritnega litega železa vplivata kolicina grafitnih nodulov ter kroglaste litine [42, 43]. Preizkušanje udarcev je bistvenega pomena za karakterizacijo dinamicne odpornosti materiala in doloca energijo, potrebno za zlom preskusnega vzorca. Znatno višjo prehodno temperaturo krhkega loma (DBTT), zaznano pri Charpyjevem udarnem preizkusu (CI), doloceno pri polovicni energiji energije zgornjega praga (USE), pripisujejo izraziti obcutljivosti na hitrost deformacije (SRS) kroglasta litina (DI). SRS se nanaša na povecano ojacitev materiala z narašcajoco hitrostjo deformacije [45]. Lokalno napetostno stanje, ki prevladuje v komponenti, vpliva tudi na prehod in lomno vedenje materiala [46–48]. Ta lokalna napetostna stanja je mogoce v celoti opisati z uporabo dveh brezdimenzionalnih indeksov: triosne napetosti (.), ki predstavlja razmerje med hidrostaticno napetostjo in ekvivalentno napetostjo, in normaliziranega parametra kota Lode (.), ki temelji na drugi in tretji invarianti deviatornega tenzorja napetosti. Pri vzorcih z zarezo za Charpyev test je triosna napetost zaradi povecane debeline približno 45 % višja v primerjavi z vzorci za udarni natezni preskus. Doloca celotne mehanizme krhkega in duktilnega loma pri kvazistaticnih pogojih obremenitve pri -40 °C in 100 °C kot tudi pri dinamicnih pogojih obremenitve pri -100 °C in 100 °C. 3 Zasnova poskusa Da bi raziskali ucinke temperature, stopnje deformacije in lokalno napetostno stanje, je bila izvedena serija poskusov litja z uporabo dveh razlicnih materialov iz kroglaste litine (DI), EN-GJS-400-15 in EN-GJS-450-18. Vsaka serija ulitkov je imela skupno težo ulitkov približno 250 kg, kar predstavlja osnovo za preizkus, ki je cim bolj podoben industrijski izvedbi preizkusa. Vsebnost silicija (Si) v materialih DI je bila prilagojena na ciljni vrednosti 2,4 % in 3,03 % teže. S spreminjanjem vsebnosti Si smo dosegli razlicne mikrostrukture, ki so vplivale na vsebnost perlita in stopnjo utrditve trdne raztopine v frakciji feritne matrice. Te spremembe v mikrostrukturi so bile namenjene preucevanju ucinkov na vedenje materiala v razlicnih preskusnih pogojih. Preskusno litje smo izvedli s srednjefrekvencno indukcijsko pecjo Fa. Otto Junker z maksimalno kapaciteto 250 kg litega železa. Za ta poseben poskus smo uporabili šest form, pri cemer je vsaka forma lahko vsebovala 40-45 kg materiala. Vsak ulitek je bil sestavljen iz 230 kg staljene kovine, medtem ko preostali del predstavljajo jekleni odpadki in magnezij. Sestava taline ter dodajanje jeklenih odpadkov in magnezija so bili skrbno nadzorovani, da bi dosegli želeno sestavo in lastnosti vzorcev kroglaste litine. Za zacetek postopka litja smo v pec vložili carbolux, cisto železo, ferosilicij (FeSi) in feromangan (FeMn). Zmes smo segreli do temperature 1500 °C. Pri tej temperaturi smo odvzeli vzorec za termicno analizo za dolocitev vsebnosti ogljika in ogljikov ekivalent. Sestavo ostalih elementov smo analizirali s spektroskopsko metodo, in sicer z napravo Spectro 1. Po zacetni analizi smo pec še mocneje segreli na temperaturo 1530 °C in to temperaturo ohranjali 5 minut. Ta korak smo izvedli za odstranitev vseh necistoc, ki so prisotne v talini, in za kompenzacijo temperaturnih izgub med ravnanjem s talino. Nato smo staljeno kovino vlili v predhodno segret lonec. Lonec smo pripravili tako, da smo na dno položili magnezij in ga prekrili z jeklenimi odpadki. To pomaga olajšati proces sferoidizacije grafita in ohranja želene lastnosti kroglaste litine. Po obdelavi z magnezijem smo z metodo prelivanja izvedli inokulacijo z loncem. Ta korak pomaga dodatno izboljšati mikrostrukturo kroglaste litine. Po inokulaciji smo odvzeli vzorce za termicno analizo za namene spremljanja vsebnosti ogljika in ogljikov ekvivalent. Poleg tega smo izvedli spektrometricne analize (Spectro 2) za dolocitev sestave staljene kovine. Koncno smo postopek litja izvedli pri temperaturi litja približno 1380 °C–1400 °C. Uporabili smo forme iz kremencevega peska z vezivom iz furanske smole, ki so bili zasnovani za izdelavo modelov za YII-standardne vzorce v skladu s standardom DIN EN 1563. Ti vzorci se obicajno uporabljajo za preizkušanje in ocenjevanje lastnosti kroglaste litine. Kvazistaticne natezne preskuse smo izvedli z uporabo preskusnega stroja za natezno trdnost Fa. Instron 8033. Ta stroj se obicajno uporablja za ocenjevanje mehanskih lastnosti materialov pod staticno obremenitvijo. Na drugi strani smo natezne preskuse pri visokih hitrostih izvedli s servohidravlicnim preskusnim strojem Fa. Roell-Amsler HTM. Ta stroj je zmožen uporabiti stopnje dinamicne obremenitve za oceno obnašanja materiala pri visokih stopnjah obremenitve. Vzorce za metalografsko analizo smo odvzeli iz vzorcev YII klinaste oblike. Te vzorce smo nato brusili in polirali, dokler nismo dosegli gladke površine s koncno obdelavo 0,25 µm. Za pregled mikrostrukture vzorcev smo uporabili svetlobni mikroskop, in sicer Carl Zeiss Axio Scope.A1. 4 Analiza mikrostrukture Metalografske vzorce smo ekstrahirali iz neposredne bližine vzorcev za natezne preizkuse. Vzorci so bili podvrženi postopku hladne vdelave in nato brušeni z uporabo brusilnih papirjev SiC razlicnih granulacij (180, 320, 500 in 1000). Kasneje smo metalografske vzorce zlošcili z uporabo diamantne suspenzije z velikostjo delcev 9 µm, 3 µm in 0,25 µm. Mikrostrukturno analizo smo izvedli na zlošcenih in z nitalom jedkanih vzorcih z opticnim svetlobnim mikroskopom. Avtomatizirano analizo slik smo izvedli s pretvorbo pridobljenih slik v binarizirane mikrofotografije in z uporabo programske opreme AxioVision. Skupaj smo zajeli pet slik površine vsakega vzorca in jih analizirali, da bi dolocili kroglastie litine, število nodulov, vsebnost grafita, ferita ter perlita v mikrostrukturi. Oceno okroglosti vsakega delca in izracun kroglastih litin smo izvedli po standardih ISO 945-4. Število nodulov smo dolocili z upoštevanjem izkljucno delcev z najmanjšo okroglostjo 0,6. Za ovrednotenje parametrov grafita smo uporabili spodnji prag 25 kvadratnih mikronov za obmocje nodula. Upoštevati je treba, da bi imel popolnoma okrogel nodul z okroglostjo 1,0 premer 5,64 mikronov, kar je precej pod najmanjšo velikostjo 10 mikronov, doloceno v standardu ISO 945-4 za najvecji Feretov premer. 5 Rezultati V Preglednici 1 so predstavljene kemijske sestave vzorcev iz kroglaste litine. Iz preglednica je razvidno, da so bile dosežene želene vsebnosti silicija. Visoka vsebnost silicija, skupaj z nizkimi stopnjami elementov, ki spodbujajo tvorbo perlita (Cu, Mn) in elementov, ki tvorijo karbide (Cr, V, Mo), omogoca tvorbo popolnoma feritne kovinske matrice v litem stanju. Preglednica 1. Kemijska sestava litega železa s kroglastim grafitom Table 1. Chemical Compositions of Spheroidal Graphite Cast Iron Elementi / Elements C Si Mn Cr CE EN-GJS-400-15(A) 3,41 2,37 0,09 0,05 4,2 EN-GJS-450-18(B) 3,19 3,10 0,15 0,08 4,2 Slika 1a EN-GJS-400-15 in Slika 1b EN-GJS-450-18 prikazujeta, kako vsebnost silicija pomembno vpliva na mikrostrukturo kroglaste litine. Slika 2a EN-GJS-400-15 in Slika 2b EN-GJS-450-18 prikazujeta, kako vsebnost silicija pomembno vpliva na perlit in ferit v mikrostrukturi kroglaste litine. V študiji smo kroglasti litini dodali razlicne kolicine silicija, da bi proucili nastale spremembe v mikrostrukturi. Vsebnost silicija se je postopoma povecevala z 2,40 mas.% na 3,03 mas.%, medtem ko se je vsebnost ogljika ohranila med 3,19 mas.% in 3,41 mas.%, kar smo raziskali s toplotno analizo. Glede na literaturo se število nodulov poveca z višjo vsebnostjo silicija, kar oznacuje, da višje ravni silicija prispevajo k vecji kroglasti litini (kot je prikazano na Sliki 1). Poleg tega povecanje vsebnosti silicija povzroci vecjo vsebnost ferita v kovinski matrici, saj silicij spodbuja tvorbo ferita, hkrati pa zmanjšuje vsebnost perlita (kot je prikazano na Sliki 2). 6 Razprava Namen te razprave je raziskati vpliv povecane vsebnosti silicija na mikrostrukturo in natezne lastnosti kroglaste litine s kroglastim grafitom (SGI). Pripravili smo dva razreda kroglaste litine SGI, EN-GJS-400-15 in EN-GJS-450-18, ter primerjali njune strukturne in mehanske znacilnosti. Analiza je pokazala, da se je s povecanjem vsebnosti silicija vsebnost perlita v vzorcu A zmanjšala za 9,21 % in za 4,86 % v vzorcu B, medtem ko se je vsebnost ferita povecala na 83,14 % oziroma 88,14 %. Dovajanje magnezija kot sferoidizirajocega sredstva je povzrocilo nastanek nodul, kar je izboljšalo kroglastih litin litega železa. Potrebna kolicina magnezija je bila odvisna od vsebnosti žvepla v osnovnem železu. Po koncanem postopku litja se silicij med strjevanjem nagiba k segregaciji v trdno fazo. To locevanje povzroci zmanjšanje topnosti ogljika v feritu in povecanje izlocanja grafita. Z narašcanjem vsebnosti ogljika v železu se povecuje tudi odstotek grafita v mikrostrukturi. V poskusu je vsebnost ogljika v EN-GJS-400-15 3,41, v EN-GJS-450-18 pa 3,19, posledica cesar je zaznan odstotek grafita v vrednosti 7,37 % oziroma 7,03 %. Poleg tega višja vsebnost silicija prispeva k povecanemu številu nodulov s skrajšanjem difuzijskih poti ogljika med evtektoidno transformacijo, kar vodi do višjega odstotka ferita v mikrostrukturi. V kroglasti litine grafitna kali povzrocijo nastanek posameznih grafitnih nodulov, kar pomeni, da je nukleacija kljucni dejavnik pri dolocanju koncnega števila nodulov. Zaznano število nodulov je 482 v vzorcu A in 515 v vzorcu B. Glede na obstojeco literaturo povprecno število nodulov vpliva na mehanske lastnosti ulitkov, pri cemer se tako natezna trdnost kot meja tecenja izboljšata ob vecjem številu nodulov. V našem primeru, torej ce primerjamo dosežene vrednosti mejne natezne trdnosti (UTS) z literaturo, je vzorec A povezan z vrednostjo 411,82 MPa, vzorec B pa z vrednostjo 462,00 MPa. Silicij (Si) igra kljucno vlogo pri prehodnem vedenju kroglastih litin. Višje ravni silicija so povezane z nižjo vsebnostjo ogljika, kar prispeva k vecji trdnosti brez negativnega vpliva na mehanske lastnosti. Zanimivo je, da ima manjša kroglasta litina v nekaterih duktilnih vzorcih razmeroma majhen ucinek na koncno natezno trdnost in mejo tecenja. To je v skladu z vašimi eksperimentalnimi ugotovitvami o 51-odstotni kroglaste litine vzorca A in 60-odstotni kroglaste litine vzorca B. Nasprotno pa se raztezek in udarna energija dosledno zmanjšujeta z narašcajoco vsebnostjo silicija. To nakazuje, da ceprav višja vsebnost silicija poveca trdnost, pride posledicno do zmanjšanega raztezka in udarne energije. Udarna energija po Charpyju feritno-perlitne kroglaste litine se opazno poveca pri dosledni temperaturi, ko je povprecna kroglasta litina povišana. Z vecanjem vsebnosti silicija se prehodna temperatura krhkega loma (DBTT) premakne proti višjim temperaturam. Prav tako se zaradi višje vsebnosti silicija poveca razpon med duktilnim in krhkim lomom. Izboljšanje lastnosti žilavosti pri nižjih temperaturah in pri sobni temperaturi se doseže s povecanjem števila nodulov. DBTT, dolocena pri polovici energije zgornjega praga (USE), kaže na znatno povecanje ob višji vsebnosti silicija (Si) v zlitini, ne glede na uporabljeno metodo preizkušanja žilavosti. Ta opazna razlika v prehodni temperaturi se pripisuje obcutljivosti na hitrost deformacije (SRS) kroglaste litine (DI). Povecanje koncne natezne trdnosti (UTS) s hitrostjo deformacije na splošno ni tako izrazito kot SRS. Velik SRS, ki ga kažejo materiali DI, lahko velja za glavni dejavnik, ki prispeva k izrazitemu premiku DBTT k višjim temperaturam pri Charpyjevem udarnem preizkusu (CI). Za preskus CI je znacilna povišana stopnja deformacije in kriticno lokalno napetostno stanje [49]. V prihodnosti se bodo raziskave osredotocale na vpliv povecanja silicija na mehanske lastnosti z udarnim preizkusom in udarno natezno trdnost. 7 Sklep Povzetek rezultatov eksperimentalne študije razredov EN-GJS-400-15 in EN-GJS-450-18 je naslednji: 1. Višja vsebnost silicija vodi do popolnoma feritne matrice, kar nakazuje na vlogo silicija pri stabilizaciji ferita. 2. Povecanje vsebnosti silicija ob zmanjševanju vsebnosti ogljika povzroci zmanjšan delež grafita in perlita v mikrostrukturi. 3. Mikrostruktura je imela ob višji vsebnosti silicija povecano vsebnost ferita kot tudi vecje število kroglastih litin. 1 Introduction Ductile iron, also referred to as SGI or Spheroidal Graphite Iron is an alloy known for its ductility, which is attributed to the presence of spheroidal graphite nodules. The utilization of SGI castings has been on the rise globally. Lately, there has been a growing interest in analyzing the microstructure of SGI castings. This microstructure typically includes the number of graphite nodules, nodularity, and the percentage of graphite, and ferrite-pearlite content within the casting. Ensuring control over the structure of the SG-iron matrix becomes particularly significant when a high percentage of graphite nodules is present in the microstructure. The matrix structure of spheroidal graphite cast iron is influenced by several factors, including chemical composition, cooling pace, amount and kind of post-inoculation, amount of residual magnesium, and pouring temperature [1-7]. To achieve high-quality ductile iron, it is important to minimize the levels of sulfur, and phosphorus. It is recommended to keep the sulfur content below 0.03 mas. % and the phosphorus content below 0.1 mas. % Additionally, it is advisable to maintain low levels of other trace elements to promote the formation of round or spherical nodules [8]. During the casting process, the use of magnesium helps in the spheroidization of the graphite [9-11]. The presence of magnesium acts as a nucleation substrate in the nuclei of nodular graphite, while its role as a spheroidizer and determinant of the graphite morphology is attributed to the magnesium present as a simple substance within the metallic matrix. Cast irons are composite structures that consist of graphite in different forms, and they find extensive use in applications where both thermal conductivity and mechanical properties are essential [12]. When examining the mechanical properties of cast irons, factors such as tensile strength, Charpy impact test results, impact tensile strength, toughness, and hardness distribution of the material come into play. Among these properties, toughness plays a crucial role in determining the behavior of the material. The Charpy impact (CI) test is widely favored in the industry for evaluating the toughness properties of various materials due to its affordability and ease of implementation. The Charpy impact test, defined by DIN EN ISO 148-1, is commonly employed to determine toughness properties and is widely used for qualifying various technical applications. It is well-established that graphite phase parameters, such as nodularity and nodule count, significantly influence the material’s toughness properties and transition behavior [13]. Ductile iron, with graphite spheroids embedded in a ferrite matrix, exhibits excellent ductility, impact resistance, and comparable tensile and yield strength to low-carbon steel. By incorporating both ferrite and pearlite, the material achieves intermediate properties between ferritic and pearlitic grades, providing good machinability and cost-effectiveness. Additionally, the ductile to brittle transition temperature is a critical factor considered when selecting materials for applications, particularly under low-temperature conditions [14]. SGI finds applications in diverse fields like automotive engineering, wind energy technology, shipbuilding, and mechanical engineering. In these applications, SGI exhibits a wide range of mechanical properties influenced by its microstructural characteristics. Foundries carefully select the appropriate combination of phases to meet the specific mechanical property requirements set by customers or industry standards. The increasing demand for low-cost alloys with enhanced mechanical properties has made the competitive economic advantage of DI (Ductile Iron) alloys more significant among metallic materials. Consequently, the development of new chemical compositions for cast irons plays a crucial role in enhancing the competitiveness of foundries and manufacturing companies. These endeavors aim to optimize the properties of these materials and improve their overall performance. This research is aimed to investigate the impact of silicon content ranging from 2.0 mas. % to 4.1 mas. % on the properties of the material. Silicon is known for its ability to strengthen ferrite [15-17]. As the silicon content increases, the ferrite content also increases. This is because silicon atoms replace iron atoms in the crystal lattice of iron, creating a substitutional solid solution [18]. The presence of silicon distorts the crystal lattice due to the difference in size between iron and silicon atoms. Consequently, the movement of dislocations within the material is impeded, leading to a restriction in plastic deformation [19,20]. To enable dislocations to move again, a higher level of stress is required. It becomes evident that the strength of ferrite increases as the silicon content increases. 2 Research Background 2.1 Microstructure The influence of silicon (Si) on the microstructure of SGI has been extensively studied over the years. Much of the published experimental work focuses on examining the individual impact of one or more elements. Higher silicon content in SGI components results in a significant reduction in hardness variation and offers advantages by eliminating the presence of pearlite in the microstructure [21]. SGI samples with spheroidal graphite embedded in a fully ferritic matrix, devoid of any pearlite phase, can be observed. When the matrix structure of SGI contains pearlite ranging from 10% to 60%, it can be categorized as ferritic-pearlitic SGI [22]. By increasing the Si content, there is a tendency for the pearlite content in the microstructure to decrease, while the ferrite phase and nodularity increase [23]. In ductile iron, each graphite nucleus leads to the formation of a single graphite nodule, thereby making nucleation a determining factor for the final nodule count. Consequently, an increase in the nodule count in cast iron results in enhanced strength and ductility, improved microstructural uniformity, and reduced susceptibility to cooling-related issues. The transition behavior of DI is influenced by the average graphite nodule count, with a demonstrated decrease in transition temperature as the nodule count increases, leading to a reduction in the upper shelf energy (USE) [24,25]. Notably, the ductile-to-brittle transition temperature (DBTT) is increased by higher silicon (Si) content [26]. The increase in graphite nodule and particle count is accompanied by a decrease in graphite particle size. The average particle count also affects the static mechanical properties of the alloys studied. Both tensile strength (UTS) and yield strength (YS) exhibit an increase with higher graphite particle count. Conversely, reducing the nodule count has a diminishing effect on strength, with a decrease of approximately 27 MPa in UTS and 23 MPa in YS observed for a reduction of 100 nodules per mm˛. The DBTT in Charpy impact tests shows a significant decrease with higher particle counts. To obtain sufficient toughness properties at both low and room temperatures, an increased nodule count of 300 nodules per mm˛ should be targeted and the initiation of cracking at higher nodule counts requires more energy, and grain boundary segregation occurs regardless of nodule shape [27]. During solidification, silicon (Si) segregates into the solid phase, leading to a reduction in carbon solubility in ferrite. This, in turn, increases the precipitation of graphite. As the carbon content of iron increases, the percentage of graphite in the microstructure also increases. Higher silicon contents contribute to an increased nodule count, thereby reducing the length of the carbon diffusion path during eutectoid transformation. This results in a higher percentage of ferrite in the matrix [28,29]. All species of ductile iron exhibit a high nodule count, which further increases with higher silicon content due to the promotion of graphite. The achievement of a high nodule count is facilitated by the superior metallurgical quality and nucleation potential of the melt, which is achieved through the use of high pig iron content, preconditioning, and strong inoculation in the ladle and metal stream during the casting process in the molds [29]. The addition of magnesium as a spheroidizing agent in the production of spheroidal graphite cast iron results in the formation of microscopic nodular graphite grains. The small, spherical shape of these nodules, induced by the presence of magnesium, enhances the nodularity of the cast iron. The amount of magnesium required increases with higher sulfur content in the base iron to be treated [30]. When the spheroidizing agent is added to the molten iron, sulfur, and oxygen present in the molten iron can react with magnesium. Some of the reaction products act as nucleation substrates for spheroidal graphite, while others are removed along with the slag from the molten iron. The interfacial tension of graphite experiences significant changes after magnesium treatment, creating the necessary thermodynamic conditions for the growth of spheroidal graphite iron (SGI) [31]. In determining nodularity, only Form V and VI particles are considered spheroidal graphite particles in the nodularity calculation [32]. 2.2 Mechanical Properties Silicon (Si) is recognized as a significant factor influencing the transition behavior of ductile iron. The silicon content primarily affects the static mechanical properties of ductile iron [33]. The results show that higher silicon levels coincide with lower carbon content, which may contribute to achieving higher strength without a decline in mechanical properties. The lower nodularity of certain ductile iron specimens has a lesser impact on ultimate tensile strength and yield strength [21]. Tensile strength and yield strength of ductile iron tend to increase with increasing silicon content up to a certain point (around 4.22 mas. %), but then decrease with further increases in silicon content due to increased embrittlement. Elongation and impact energy continuously decrease with increasing silicon content from 3.11 mas. % to 5.42 mas. % due to decreased plasticity and increased embrittlement of ferrite. Additionally, an increase in silicon content leads to a continuous increase in hardness as the strengthening effect of silicon on ferrite intensifies [29]. The Charpy impact energy of ferritic-pearlitic ductile iron (DI) shows a significant increase at a constant temperature when the average nodularity is raised. The DBTT in Charpy impact tests shows a significant decrease with higher particle counts. Studies have shown that increasing the silicon content from 2.74 to 3.74 mas. % can raise the DBTT by about 70°C. The lowest values for ultimate tensile strength (UTS) and yield strength (YS) are observed in samples with the lowest silicon content, while an increase in silicon content leads to significant increases in both UTS and YS. The DBTT is shifted to higher temperatures with increasing silicon content, and the transition range between ductile and cleavage fracture behavior is extended due to the increased silicon content [27]. Moreover, an increase in the nodule count in ferritic ductile iron results in a significant reduction in the DBTT [35]. Notably, the ductile-to-brittle transition temperature (DBTT) is significantly raised by increasing the silicon (Si) content [26]. Achieving an increased nodule count of 300 nodules per mm˛ is recommended to obtain sufficient toughness properties at both low and room temperatures [26]. It has been demonstrated that the transition temperature of DI decreases significantly with increasing graphite nodule count, resulting in a reduction of the upper shelf energy (USE) [35,36]. Heat treatment and controlled cooling systems are commonly utilized to modify material microstructures and enhance mechanical properties. In the case of cast irons, heat treatments can be employed to control the ratios of ferrite and pearlite or even completely alter the microstructure. Ferrite exhibits superior thermal conductivity compared to pearlite [37], but it typically results in lower strength unless properly solution-strengthened through alloying elements. In the case of relatively new standardized solution-strengthened ferritic ductile irons (SSF), higher levels of alloying, such as increased silicon content, offer improved mechanical properties combined with a homogeneous ferritic microstructure [38-40]. The addition of silicon in a solid solution reduces the thermal conductivity in all studied alloys. Higher silicon levels make ferrite less conductive, while simultaneously enhancing mechanical properties, as observed in other studies. However, the effect of silicon on thermal conductivity is not linear. The change is more pronounced in lower alloying ranges and tends to saturate at higher levels [40]. The yield strength and tensile strength of the material increase linearly with increasing silicon content up to a certain level. However, ductility decreases linearly and approaches zero at around 5.3 mas. % silicon content. For GJS-600-10, which has a silicon content between 4.2 and 4.5 mas. %, the ductility can vary from above 20% to almost zero, compared to the lower specification limit of 10% ductility [41]. Increasing the silicon content in a material leads to a decrease in resilience. The dynamic impact properties of ferritic cast iron are influenced by the quantity of graphite nodules and the nodularity [42,43]. Impact testing is essential for characterizing the material’s dynamic resistance and determines the energy required to fracture a test sample. The significantly higher ductile-to-brittle transition temperature (DBTT) observed in the Charpy impact (CI) test, determined at the half energy of the upper shelf energy (USE), is attributed to the pronounced strain rate sensitivity (SRS) of ductile iron (DI) materials. The SRS refers to the increased strengthening of the material with increasing strain rate [45]. The local stress state prevailing in the component also influences the transition and fracture behavior of the material [46–48]. These local stress states can be fully characterized using two dimensionless indices: the stress triaxiality (.), which represents the ratio of hydrostatic stress to equivalent stress, and the normalized Lode angle parameter (.), which is based on the second and third invariants of the deviatoric stress tensor. In Charpy-V-notched specimens, the stress triaxiality is approximately 45% higher compared to impact tensile test specimens due to their increased thickness. It determines the complete brittle and ductile fracture mechanisms under quasistatic loading conditions at -40°C and 100°C, as well as under dynamic loading conditions at -100°C and 100°C. 3 Experimental Setup To explore the effects of temperature, strain rate, and local stress state, a series of casting experiments were conducted using two different ductile iron (DI) materials, EN-GJS-400-15 and EN- GJS-450-18. Each casting series had a total casting weight of approximately 250 kg which will show a test basis that is as close as possible to industrially relevant test performed. The silicon (Si) content in the DI materials was adjusted to target values of 2.4% and 3.03% by weight. By varying the Si content, different microstructures were achieved, specifically affecting the pearlite content and the degree of solid solution strengthening in the ferritic matrix fraction. These variations in microstructure were intended to examine the corresponding effects on the material’s behavior under different testing conditions. The casting trials were conducted using a medium-frequency induction furnace from Fa. Otto Junker, which had a maximum capacity of 250 kg of cast iron. For this particular experiment, a total of six molds were used, with each mold capable of holding 40-45 kg of material. Each casting was composed of 230 kg of molten metal, while the remaining portion consisted of steel scrap and magnesium. The composition of the melt and the addition of steel scrap and magnesium were carefully controlled to achieve the desired composition and properties of the ductile iron specimens. To begin the casting process, the furnace was loaded with carbolux, pure iron, ferrosilicon (FeSi), and ferromanganese (FeMn). The mixture was heated up to a temperature of 1500°C. At this point, a sample was taken for thermal analysis to determine the carbon content and carbon equivalent. The composition of the other elements was analyzed using a spectroscopic method, specifically Spektro 1. After the initial analysis, the furnace was further heated to a temperature of 1530°C and held at this temperature for 5 minutes. This step was carried out to remove any impurities present in the melt and to compensate for temperature losses during the handling of the melt. Next, the molten metal was poured into a preheated ladle. The ladle was prepared by placing magnesium at the bottom, and it was covered with steel scrap. This setup helps facilitate the spheroidization process of the graphite and maintain the desired properties of the ductile iron. Following the magnesium treatment using the pour-over method, a ladle inoculation was performed. This step helps further refine the microstructure of the ductile iron. After the inoculation, samples were taken for thermal analysis to monitor the Carbon content and carbon equivalent. Additionally, spectrometric analyses (Spectro 2) were conducted to determine the composition of the molten metal. Finally, the casting process was carried out at a pouring temperature of approximately 1380°C-1400°C. Furan resin-bonded silica sand molds were used, which were designed to create molds for YII-standard specimens according to DIN EN 1563. These specimens are commonly used for testing and evaluating the properties of ductile iron. Quasi-static tensile tests were carried out using a tensile testing machine from Fa. Instron 8033. This machine is commonly used for evaluating the mechanical properties of materials under static loading conditions. High-speed tensile tests, on the other hand, were performed using a servo-hydraulic testing machine from Fa. Roell-Amsler HTM. This machine is capable of applying dynamic loading rates to assess the material’s behavior under high strain rates. Samples for metallographic analysis were taken from YII-wedge specimens. These samples were then ground and polished until a smooth surface with a finish of 0.25 µm was achieved. A light microscope, specifically the Carl Zeiss Axio Scope.A1, was used to examine the microstructure of the samples. 4 Microstructural Analyse Metallographic specimens were extracted from the immediate vicinity of the tensile test specimens. The specimens underwent a cold-embedding process and were subsequently ground using SiC grinding papers with varying grit sizes (180, 320, 500, and 1000). Subsequently, the metallographic specimens were polished using a diamond suspension with particle sizes of 9 µm, 3 µm, and 0.25 µm. Microstructural analysis was performed on both polished and nital-etched samples using an optical up-light microscope. Automated image analysis was performed by converting the acquired images into binarized micrographs and utilizing the AxioVision software. A total of five images were acquired from each sample’s surface and analyzed to determine the nodularity, nodule count, graphite, ferrite, and pearlite content within the microstructure. According to ISO 945-4 standards, the roundness of each particle was assessed, and the nodularity was calculated. The nodule count was determined by considering only particles with a minimum roundness of 0.6. To evaluate the graphite parameters, a lower threshold of 25 square microns for the nodule area was used. It should be noted that a perfectly circular nodule with a roundness of 1.0 would have a diameter of 5.64 microns, which is well below the minimum size of 10 microns specified in ISO 945-4 for the maximum Feret diameter. 5 Results Table 1 presents the chemical compositions of the ductile iron specimens. It is evident from the table that the desired silicon contents have been achieved. The high silicon contents, along with low levels of pearlite-promoting elements (Cu, Mn) and carbide-forming elements (Cr, V, Mo), enable the formation of a fully ferritic metal matrix in the as-cast state. Figure 1a EN-GJS-400-15 & and Figure: 1b EN-GJS-450-18 illustrate that the silicon content has a significant influence on the microstructure of the ductile iron. Figure 2a EN-GJS-400-15 & and Figure 2b EN-GJS-450-18 illustrate that the silicon content has a significant influence on Peralite and Ferrite in the microstructure of the ductile iron. In the study, different silicon contents were added to the ductile iron to examine the resulting changes in the microstructure. The silicon content was increased incrementally from 2.40 mas. % to 3.03 mas. %, while the carbon content was maintained between 3.19 mas. % and 3.41 mas. % which has been investigated by the thermal analysis. According to the literature, the number of nodules increases with higher silicon content, indicating that higher silicon levels contribute to greater nodularity (as shown in Figure 1. Additionally, an increase in silicon content leads to a higher ferrite content in the metal matrix, as silicon promotes ferrite formation, while simultaneously decreasing the pearlite content (as shown in Figure 2. 6 Discussion This discussion aims to explore the impact of increased silicon content on the microstructure and tensile properties of Spheroidal Graphite Iron (SGI). Two grades of SGI, EN-GJS-400-15 and EN- GJS-450-18, were prepared and their structural and mechanical characteristics were compared. The analysis revealed that as silicon content increased, pearlite content decreased by 9.21% in sample A and 4.86% in sample B, while ferrite content increased to 83.14% and 88.14%, respectively. The introduction of magnesium as a spheroidizing agent resulted in the formation of nodules, which improved the nodularity of the cast iron. The necessary amount of magnesium depended on the sulfur content in the base iron. Upon the completion of the casting process, silicon tends to segregate into the solid phase during solidification. This segregation leads to a decrease in carbon solubility in ferrite and an increase in graphite precipitation. As the carbon content of iron rises, the microstructure’s graphite percentage also increases. In the experiment, the carbon content of EN-GJS-400-15 is 3.41, and in EN-GJS-450-18 it’s 3.19, resulting in observed graphite percentages of 7.37% and 7.03%, respectively. Additionally, a higher silicon content contributes to an increased nodule count by shortening the carbon diffusion path during eutectoid transformation, leading to a higher percentage of ferrite in the microstructure. In ductile iron, graphite nuclei lead to the formation of individual graphite nodules, making nucleation a crucial factor in determining the final nodule count. The observed nodule counts are 482 and 515 in sample A and sample B, respectively. As per existing literature, the average nodule count has an impact on the mechanical properties of castings, with both tensile strength and yield strength showing improvement with higher nodule counts. In your case, comparing the achieved Ultimate Tensile Strength (UTS) values against the literature, Sample A yielded 411.82 MPa, while Sample B recorded 462.00 MPa. Silicon (Si) plays a crucial role in influencing the transition behavior of ductile iron. Higher silicon levels are associated with lower carbon content, contributing to increased strength without compromising mechanical properties. Interestingly, lower nodularity in certain ductile samples has a relatively minor effect on Ultimate Tensile Strength and yield strength. This is in line with your experimental findings of 51% nodularity in Sample A and 60% nodularity in Sample B. Conversely, elongation and impact energy consistently decrease with rising silicon content. This suggests that while higher silicon content enhances strength, it comes at the expense of reduced elongation and impact energy. The Charpy impact energy of Ferritic-Pearlitic ductile iron experiences a notable increase at a consistent temperature when the average nodularity is elevated. The Ductile-to-Brittle Transition Temperature shifts to higher temperatures as silicon content increases. Moreover, the range between ductile and cleavage fracture behavior is prolonged due to the higher silicon content. The enhancement in toughness properties at lower temperatures and room temperature is achieved through an increase in the nodule count. The DBTT, determined at half of the upper shelf energy, shows a significant increase with higher silicon (Si) contents in the alloy, regardless of the toughness testing method employed. This notable difference in transition temperature is attributed to the strain rate sensitivity of ductile iron (DI). The increase in ultimate tensile strength with strain rate is generally not as pronounced as the SRS. The significant SRS exhibited by DI materials can be considered a major factor contributing to the distinct shift of the DBTT to higher temperatures in the Charpy impact (CI) test. The CI test is characterized by an elevated strain rate and a critical local stress state [49]. In future research, the influence of increasing silicon on the Mechanical properties by Impact test and Impact tensile strength will be studied. 7 Conclusion The experimental study on Spheroidal Graphite Cast Iron grades EN-GJS-400-15 and EN-GJS-450-18 yielded the following summarized results: 1. A higher silicon content led to a fully ferritic matrix, indicating silicon’s role in stabilizing ferrites. 2. Increasing silicon content while decreasing carbon content led to reduced percentages of graphite and pearlite in the microstructure. 3. The microstructure exhibited increased ferrite content as well as the nodule count with the higher silicon content. Viri / Reference 1. J. Gayet and J.C. Margerie, AFS lnternational Cast Metals Journal 6(6) (1981) 47. 2. J.E. Bevan and W.G. Scholz, AFS-Trans. 85 (1977) 271. 3. X.P. Shen, SJ. Harris and B.Nobel, Materials Science and Technology 11 (1995) 893. 4. L.Guerin and M.Gagne, Foundryman 8,9 (1987) 336. 5. N.Fatahalla, T.Gomaa, S.Bahi and M.Negm, Z.Metallkde 89(7) (1998) 501. 6. S.K.Yu, C.R.Loper, JR. and H.H. Cornell, AFS Trans. 94 (1986) 557. 7. D.R. Askeland and S. S. Gupata, ibid. 83 (1975) 313. 8. W. F. Smith and J. Hashemi, 2011 Foundations of materials science and engineering: McGraw-Hill. 9. QIT - Feret Titane Inc., Ductile iron data for design engineers, Rio Tinto Iron & Titanium, Montréal, 1990. 10. C. Labrecque, M. Gagné, Can. Metall. Q. 37 (5) (1998) 343–378. 11. H.T. Angus, Cast Iron: Physical and Engineering Properties, 2nd ed., Butterworth, 1978. 12. Kalle Jalava, Kaisu Soivio, and Juhani Orkas, Effect of Silicon and Microstructure on Spheroidal Graphite cast iron thermal conductivity at elevated temperature, International Journal of Metal Casting volume 12, pages 480– 486 (2018). 13. Deutsches Institut Für Normung E.V. DIN EN ISO 148-1: Metallische Werkstoffe-Kerbschlagebiegeversuch nach Charpy - Teil 1: Prüfverfahren; 2016. 14. D. RAJNOVIC, O. ERIC & L. SIDJANIN, Transition temperature and fracture mode of as-cast and austempered ductile iron, Journal of Microscopy, Vol. 232, Pt 3 2008, pp. 605–610. 15. M. Gagné, The Sorelmetal Book of Ductile Iron, Rio Tinto Iron & Titanium, Montreal, 2004. pp. 3-38. 16. R. Larker, China Foundry 6 (2009) 4, 343-351. 17. W. Stets, H. Löblich, G. Gassner, P. Schumacher, International Journal of Metal Casting 8 (2014) 2, 35-40. 18. A. K. Sinha, Physical Metallurgy Handbook, Chapter One, Iron-Carbon Alloys, McGraw-Hill, New York, 2003., pp. 1.14-1.17. 19. W. D. Callister, Jr., Fundamentals of Materials Science and Engineering, John Wiley & Sons, New York, 2001., pp. 206-210. 20. R. Abbaschian, L. Abbaschian, R. E. Reed-Hill, Physical Metallurgy Principles, CENGAGE Learning, Stamford, 2009., pp. 267-271. 21. C. Hartung, Eivind G. Hoel, and Emmanuelle Ott, R. Logan, Andy Plowman and David Wilkinson, Research on Solution Strengthened Ferritic Ductile Iron (SSFDI) structure and properties using properties using different treatment and inoculation materials, International Journal of Metal Casting 14, 1195-1209(2020). 22. S. KARSAY, ‘Ductile kon- the Production Practicos,” 2nd ed. (American Foundrymen’s Society for Metals, USA, 1979). 23. W. Arshad, A. Mehmood, M. F. Hashmi, Obaid ur Rauf, The Effect of Increasing Silicon on Mechanical Properties of Ductile Iron, Journal of Physics: Conference Series, Volume 1082, Regional Conference on Materials and ASEAN Microscopy Conference 2017 (RCM & AMC 2017) 12–13 December 2017. 24. Mullin, J. D., Ductile iron data for design engineers. Rio Tinto Iron & Titanium Inc., Montreal, Quebec, Canada (1990). 25. C. Labrecque, P.-M. Cabanne, E.C. Muratore, Ductile iron characteristics and impact strength at low temperatures. AFS Trans. 118, 233–242 (2010). 26. L.-E. Björkegren, K. Hamberg, Silicon alloyed ductile iron with excellent ductility and machinability. In Keith Millis’s symposium on ductile iron. Hilton Head Island, SC, USA (2003). 27. Daniel Franzen, Björn Pustal and Andreas Bührig-Polaczek, Influence of Graphite-Phase parameters on the mechanical properties of High silicon ductile iron, International Journal of Metalcasting 17, 4-21(2023). 28. K.A. Kasvayee, E. Ghassemali, I.L. Svenson, J. Olofsson, A.E.W. Jarfons, Characterization and modeling of mechanical behavior of high silicon ductile iron. Mater. Sci. Eng. A 708, 159–170 (2017). 29. Z. Glavas, A. Strkalj, A. Stojakovic, The properties of silicon alloyed ferritic ductile irons. Metalurgija 55, 293– 296 (2016). 30. Pallavi.H.Agarwal, Mamta P.Patel, Effect of Magnesium as Spherodizer on Graphite Morphology in Ductile Cast Iron, International Journal of Advance Engineering and Research Development, Volume 3, Issue 2, February- 2016. 31. Zhiqing Shen, Hongliang Zheng, Tongtong Li, Yan Xu, Rongfu Xu, Xuelei Tian, The Influence of the Residual Mg Content in the Ductile Cast Iron on the Formation Law of Spherodial Graphite. December 2011, Advanced Materials Research 415-417.907. 32. ISO 945-4:2019(E). 33. D.Franzen, B.Pustal, and A.Bührig-Polaczek, Mechanical Properties and Impact toughness of molybdenum alloyed ductile iron. International Journal of Metalcasting, volume 15, pp 983–994 (2021). 34. R. T. Titanium. Ductile Iron Data for Design Engineers. (1998). 35. Mullin, J. D., Ductile iron data for design engineers. Rio Tinto Iron & Titanium Inc., Montreal, Quebec, Canada (1990). 36. C. Labrecque, P.-M. Cabanne, E.C. Muratore, Ductile iron characteristics and impact strength at low temperatures. AFS Trans. 118, 233–242 (2010). 37. R.K. Williams, R.S. Graves, F.J. Weaver, D.W. Yarbrough, J. Appl. Phys. 62(7), 2778–2783(1987). 38. R. Larker, China Foundry. 4(12), 343–351 (2009). 39. H. Löblich, W. Stets, G. Gassner, P. Schumacher, Giesserei. 3, 28–32 (2012). 40. W. Stets, H. Lo¨blich, G. Gassner, P. Schumacher, Int. J. Metalcast. 8(2), 35–40 (2014). 41. Peter Hammersberg, Kenneth Hamberg1, Henrik Borgström, Joachim Lindkvist, and Lars-Erik Björkegren, Variation of Tensile Properties of High Silicon Ductile Iron, Materials Science Forum, ISSN: 1662-9752, Vol. 925, pp 280-287. 42. QIT-Fer et Titane Inc., Ductile iron data for design engineers, Rio Tinto Iron & Titanium, Montréal, 1990. 43. C. Labrecque, M. Gagné, Can. Metall. Q. 37 (5) (1998) 343–378. 44. Akram Alhussein, Marion Risbet, A. Bastien, J. Chobaut, D. Balloy, Jérôme Favergeon, Influence of silicon and addition elements on the mechanical behavior of ferritic ductile cast iron. Material Science and Engineering: A, Volume 605, 27 May 2014, Pages 222-228. 45. Münstermann S, Lian J, Döbreiner B. Die Zähigkeitscharakterisierung im Kerbschlagbiege- und Bruchmechanikversuch – Über die Ursachen von verschiedenen Übergangstemperaturen. Giesserei. 2015; 102(5): 30–37. 46. Lian J, Sharaf M, Archie F, et al. A hybrid approach for modeling of plasticity and failure behavior of advanced high-strength steel sheets. International Journal of Damage Mechanics. 2012;22(2):188–218. 47. Bleck W. Werkstoffprüfung in Studium und Praxis. Vol. 13. überarbeitete Auflage. Aachen: Bleck, W.; 2011. 48. Könemann M. Zähigkeit von kaltumformbarem Stahlfeinblech. In Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen. vol. Dr.-Ing. Aachen: RWTH Aachen; 2021. p. 190. 49. Bai Y, Wierzbicki T. A new model of metal plasticity and fracture with pressure and load dependence. International Journal of Plasticity. 2008;24(2008):1071–1096. a) EN-GJS-400-15 b) EN-GJS-450-18 Slika 1. Vpliv vsebnosti silicija na mikrostrukturo kroglaste litine Figure 1. influence of silicon content on the microstructure of the ductile iron Preglednica 2. Analiza mikrostrukture EN-GJS-400-15 (A) in EN-GJS-450-18 (B) Table 2. Analysis of Microstructure of EN-GJS-400-15 (A) and EN-GJS-450-18 (B) Elementi/ Elements Grafit / Graphite (%) Perlit / Pearlite (%) Ferit / Ferrite (%) število nodulov / Nodule count Kroglaste litine / Nodularity (%) (%) EN-GJS-400-15 7,37 9,21 83,14 482 51 EN-GJS-450-18 7,03 4,86 88,11 515 58 a) EN-GJS-400-15 b) EN-GJS-450-18 Slika 2. Vpliv vsebnosti silicija na perlit in ferit v mikrostrukturi kroglaste litine Figure 2. influence of silicon content on Peralite and Ferrite in the microstructure of the ductile iron M. Fassina ItalPresseGauss S.p.A., Italija / Italy Tehnicni vidiki za zmanjšanje izmeta zahvaljujoc tehnologiji tlacnega litja brez mehanskega zaklepnega mehanizma Technical Considerations for Minimizing Scrap Thanks to Toggle-Free HPDC Povzetek predavanja Ulitki se lahko med seboj mocno razlikujejo, vendar so cilji produktivnosti vedno enaki. Zmanjševanje kolicine izmeta je kljucnega pomena ne glede na to, ali v vašem podjetju s postopkom tlacnega litja proizvajate dele za e-mobilnost, velike industrijske strukturne sestavne dele ali elemente s strogimi specifikacijami za komunikacijske tehnologije 5G. Zmanjšanje kolicine odpadnega materiala pomeni preprecevanje izmeta surovin, prihranek (drage) energije in izogibanje ponovnemu litju delov. Prav tako se mocno zmanjša kolicina izpustov CO2. Pri proizvodnji 50.000 ton letno zmanjšanje izmeta za zgolj 2 % pomeni skoraj 604 ton prihranka CO2. Ker je visokotlacno litje (HPDC) brez mehanskega zaklepa dandanes zaradi hitro spreminjajocih se zahtev v povezavi s tlacnim litjem prepoznano kot najboljša možnost v industriji, si bomo v okviru tega nastopa pobližje ogledali, kako specificne znacilnosti zasnove strojev za visokotlacno litje brez mehanskega zaklepa vplivajo na stopnjo izmeta ter kakšna konfiguracija zagotovi najboljše rezultate glede na specificne cilje litja. Posebno pozornost bomo namenili naslednjim vidikom: • Zaprta zasnova enote – kako konstrukcijski materiali, gibanje plošce, zaklepni mehanizem povezovalnega droga, sile stiskanja in drugi kljucni vidiki pomagajo zmanjševati tveganje v povezavi z deformacijo kokile ali toplotnim raztezanjem – pomembnima vzrokoma za nastanek izmeta. • Krmiljenje bata v komori – kako analiza podatkov v realnem casu o toku taline v kombinaciji s samodejnim prilagajanjem hitrosti bata vpliva na natancnost litja. • Digitalna orodja – kako lahko digitalne rešitve dopolnijo zasnovo opreme za visokotlacno litje brez mehanskega zaklepa v povezavi z zmanjševanjem izmeta. Umetno inteligenco lahko tlacne livarne uporabijo za pozorno spremljanje kljucnih kazalnikov ucinkovitosti skladno s proizvodnimi cilji, opredelitev vzrokov za izmet in avtomatizacijo prilagajanja postopka/nadzora ter tako zagotoviti optimalno ucinkovitost. Kljucne besede: storilnost, tlacno litje, digitalna orodja, zasnova orodij za visokotlacno litje brez mehanskega zaklepa, umetna inteligenca Lecture abstract Castings can be very different one from another but productivity goals are always the same. Whether your business is diecasting parts for e-mobility, large structural components for industry, or high-spec elements for 5G communication technologies – minimizing scrap is essential. Reducing scrap means avoiding wastes of raw materials, saving (costly) energy, and avoid to re-cast replacements. It also means CO2 emissions are dramatically lowered. A scrap rate reduction of just 2% on a production rate of 50.000 tonnes a year, can result in a saving of 604 CO2 tonnes. With Toggle Free High-Pressure Die Casting (HPDC) now widely acknowledged as the industry’s preferred option for rapidly evolving die-casting needs, this lecture takes a closer look at how specific design features of toggle-free HPDC machines influence scrap rates, and what configuration grants the best results for particular casting goals. Particular focus will be given to: • Closing Unit Design - how construction materials, plant movement, tie bar locking mechanism, clamping forces, and other key aspects help mitigate the risk of die distortion due to misalignment or thermal expansion – major causes of scrap. • Injection Unit Control – how real-time data analysis on melt flow combined with automated piston speed adjustment influence casting accuracy. • Digital tools - how digital solutions can complement Toggle Free HPDC equipment design in the fight to reduce scrap. From helping die casters more closely monitor KPIs in line with production targets, to using AI as a means to identify causes of scrap and automate process/control adjustments for optimal performance. Keywords: productivity, die casting, digital tools, toggle-free HPDC equipment design, artificial intelligence 1 Uvod Vrednost svetovnega trga tlacnega litja je leta 2022 dosegla 62,4 milijarde ameriških dolarjev, do leta 2028 pa naj bi bila vredna približno 87,1 milijarde ameriških dolarjev [1]. Napovedana rast jasno odraža globalni premik k aluminiju v obsegu in hitrosti brez primere. Ta premik je viden v številnih sektorjih, saj spreminja nacin oblikovanja in litja aluminijastih delov, od aplikacij v težki industriji do visokotehnoloških elementov za komunikacijske tehnologije 5G. Najbolj opazen premik smo doživeli v avtomobilskem sektorju. Predvsem razmah e-mobilnosti je prinesel novo obdobje tlacnega litja, saj nizka teža in konsolidacija delov (kar je povzrocilo veliko povpraševanja po velikih strukturnih komponentah) predstavljata veliko priložnost. Analitiki predvidevajo, da bomo do leta 2028 zabeležili 7,9-odstotno rast deleža »strukturnih« ulitkov, zlasti za šasije, karoserije in sestavne dele elektricnih vozil [2]. Ob priložnostih pa se pojavljajo tudi izzivi. Poleg sprejemanja ali prilagajanja rešitev za izpolnjevanje novih in/ali hitro razvijajocih se zahtev koncnih kupcev morajo tlacni livarji to poceti stroškovno ucinkovito, uspešno in trajnostno. Pomembna dejavnika sta cena energije in svetovna prizadevanja za razogljicenje v skladu s prizadevanji za reševanje trenutne podnebne krize. Industrija seveda ne sme ogroziti koncnega cilja: dosledne proizvodnje visokokakovostnih delov. Prav zato zmanjšanje stopnje izmeta še nikoli ni bilo tako pomembno. Konkurenca novih nastajajocih trgov, ki imajo veliko ugodnejše stroške energije, nižje stroške dela in mocne vladne spodbude, je še en pomemben dejavnik, ki bi moral Evropo spodbuditi k hitremu ukrepanju in izboljšanju stroškovne ucinkovitosti, da bi ohranila vodilno vlogo v sektorju visokotlacnega litja. 2 Zmanjšanje kolicine izmeta v središcu pozornosti Zmanjšanje izmeta pomeni manjšo porabo osnovnih surovin, prihranek (drage) energije in izogibanje ponovnemu litju delov. Prav tako se mocno zmanjša kolicina izpustov CO2. Pri proizvodnji 50.000 ton letno zmanjšanje izmeta za zgolj 2 % pomeni skoraj 604 ton prihranka CO2. Prizadevanja za cim nižjo stopnjo izmeta so vsakodnevna skrb livarjev, vendar stopnje izmeta, zlasti pri zapletenih in velikih ulitkih, brez uporabe novih in inovativnih orodij ni mogoce znižati pod doloceno mejo. Livarji morajo doseci veliko širši spekter inovacij na podrocju storilnosti, ki jim bodo pomagale izkoristiti priložnosti, ki jih ponuja aluminij. Toda kako? Odgovor se skriva v zasnovi opreme in vse pogosteje tudi v uporabi digitalnih rešitev. 3 Tlacni stroj brez mehanskega zaklepa – dokazana prednost. S hidravlicnim sistemom zapiranja je stroje, kot je naša serija brez mehanskega zaklepa, lažje vzdrževati in popravljati. Sistem brez mehanskega zaklepa je eden od najpogostejših vzrokov za okvare tlacnih strojev, saj je za popravilo potrebna daljša zaustavitev proizvodnje. Stroji brez mehanskega zaklepa so to popolnoma odpravili, poleg tega pa odstranitev tega izjemno težkega sklopa zmanjša obremenitev drugih sestavnih delov stroja, kar zmanjšuje druge težave z obrabo in vzdrževanjem. Stroji za visokotlacno litje brez mehanskega zaklepa so obicajno lažji in preprostejši od strojev z mehanskim zaklep0m, kar pomeni, da je mogoce uporabiti enake ali vecje zapiralne sile, vendar na manjši površini. To ne omogoca zgolj vecje prilagodljivosti proizvodnje in manjše porabe energije, temvec tudi nove trende ogromnih ulitkov. Naši modeli serije Smart na primer omogocajo zapiralne sile med 6.100 in 11.000 tonami z veliko manjšim odtisom kot stroji HPDC, ki predvidevajo uporabo stroja za tlacno litje z mehanskim zaklepom. Poleg tega njihova modularna konstrukcija omogoca livarjem, da izberejo pravo zapiralno silo, razdaljo med povezovalnimi drogi in vbrizgalno enoto glede na specificne potrebe. Zaradi teh prednosti so stroji brez mehanskega zaklepa postali prednostna izbira za livarje z razlicnimi in zapletenimi zahtevami glede proizvodnje ulitkov, še posebej pri pogostem menjavanju orodij in pri litju vecjih konstrukcijskih elementov. Poleg teh prednosti pa obstajajo tudi posebne lastnosti in funkcionalnosti strojev brez mehanskega zaklepa, ki lahko neposredno in pozitivno vplivajo na prizadevanja za zmanjšanje kolicine izmeta. 4 Zapiralna enota, ki zmanjšuje koli- cino izmeta: kljucne sestavine Kot smo že poudarili, stroji brez mehanskega zaklepa, kot so modeli serije Smart družbe ItalPresseGauss S.p.A., uporabljajo hidravlicni mehanizem za izboljšanje stabilnosti pri zapiranju kokile. Trdota plošc je izredno pomembna za zagotavljanje trajnosti in zanesljivosti stroja v daljšem casovnem obdobju. Uporaba plošc iz certificiranega legiranega jekla kot opcija s prevlecenemi trdim nerjavnim jeklom in z zasnovo optimizirano za lokalna obmocja z visokimi obremenitvami – ustvarja mocno in enakomerno porazdelitev sile na tlacno orodje, kar pomaga zmanjšati kolicino izmeta. Za ponazoritev vam predstavljamo nadaljnje pomembne znacilnosti zapiralnih mehanizmov, ki podpirajo zmanjševanje kolicine izmeta za stroje brez mehanskega zaklepa. A large machine with many metal tubes Description automatically generated Slika 1. Zapiralna enota brez mehanskega zaklepa Figure 1. Toggle Free closing unit 5 Samodejno prilagajanje orodij Ceprav je togost kljucnega pomena, hidravlicna zapora omogoca samodejno izravnavo geometrijskih nepopolnosti kokile in njenega toplotnega raztezanja, kar pomaga zmanjšati izmet, ki je lahko povezan s takšnimi nepopolnostmi. 6 Samouravnotežena sila na povezovalnih drogovih. V stroju za hidravlicno zaklepanje delujejo povezovalni drogovi neodvisno in izvajajo ustrezno kolicino pritiska na štiri vogale plošc, da dosežejo zahtevano zapiralno silo in samodejno ohranijo vzporednost, preden se koncno zaklenejo v položaju. Visoke zapiralne sile in dobro izenacene obremenitve povezovalnih drogov držijo oba dela orodja skupaj, ko je podvržena visokim tlacnim obremenitvam zaradi vstopajoce staljene kovine, kar zmanjšuje deformacije in nastanek srha na delilnih ravninah, ki lahko povzrocijo izmet. 7 Zasnova polnilne enote za nadzor in ponovljivost Za upravljanje postopka postopnega vbrizgavanja je koristno imeti dva locena krogotoka. Prvi krog je namenjen polnjenju livne votline pri visoki hitrosti, drugi pa potiskanju taline, ki je že zapolnila votlino, pod najvecjim pritiskom, da se zmanjša plinska poroznost v ulitku in tako prepreci morebitne napake, ki bi lahko povzrocile izmet. Programska oprema za nadzor vbrizga se hitro odziva na podatke o pretoku taline v orodju v realnem casu in po potrebi prilagodi hitrost bata, da zagotovi enakomerno kakovost litja. To omogocata DVA ali TRIJE proporcionalni ventili z visokim pretokom, ki se lahko vsako milisekundo odzovejo na vzorcenje, tako da lahko v celoti nadzorujejo vbrizgavanje in tako zagotovijo, da stroj sledi želeni krivulji polnjenja. V zvezi z polnilnim sistemom je pomembno, da livarji išcejo prilagodljive možnosti, ki omogocajo prilagajanje hitrosti, sile in hoda glede na posebne proizvodne zahteve in želje glede mase strela polnjenega materiala. 8 Digitalno vodeno zmanjševanje kolicine izmeta Vse opisane konstrukcijske znacilnosti igrajo pomembno vlogo pri zagotavljanju doslednosti in ponovljivosti litja ter zmanjševanju kolicine izmeta. Vendar pa se livarji težko spopadejo z izmetom in izboljšavami ce ne spremljajo ucinkovitosti in jo povezujejo s procesnimi parametri. S tega vidika so digitalne rešitve idealen spremljevalec nacrtovanja opreme. Platforme v oblaku, kot je na primer Monitizer®|DISCOVER, livarnam omogocajo dostop in vizualizacijo v realnem casu in podatke o delovanju strojev za tlacno litje, pa tudi katere koli druge povezane naprave ali dele opreme. Na ta nacin je mogoce pridobiti popoln pregled nad podatki o litju, spremljati kljucne kazalnike uspešnosti in izvajati prakticne izboljšave. Vkljucno z ukrepi, ki bodo pomagali zmanjšati kolicino izmeta in splošno produktivnost. Slika 4. na primer prikazuje, kako lahko livarji spremljajo cas procesa (razpoložljivost), proizvedene ulitke (kakovostnih) v realnem casu in v daljšem casovnem obdobju – na podlagi ciljev, ki so jih dolocili sami za razumevanje celotne ucinkovitosti opreme (OEE) in ugotavljanje, kdaj/kje so se pojavile težave in kam je zato najbolje usmeriti korektivne ukrepe. Podobno bi lahko livarji spremljali izdelane ulitke po vrstah, urah in serijah, da bi zlahka ugotovili, ce/ko se pojavijo izmetni ulitki in bolje razumeli zakaj je do tega prišlo. Mogoce je celo nastaviti opozorila za sprotno obvešcanje, ce stopnja izmeta ali kateri koli drug dejavnik preprecuje, da bi linija/celica dosegla svoj polni potencial z vidika optimalne produktivnosti. 9 Povezovanje napak in procesnih parametrov Zgoraj opisana digitalizacija in analiza sta izjemno ucinkovita. Prav tako pa pomagata prikazati povezave med dvema podprocesoma. Tukaj lahko pomaga umetna inteligenca. Sistem z umetno inteligenco “Expert Execution System” (EES), na primer Monitizer | PRESCRIBE, je zmožen upoštevati vse parametre procesa iz celotne proizvodne linije, da bi cim bolj povecal eno ciljno spremenljivko – kakovost ulitkov. Umetna inteligenca najprej prouci pretekle podatke in ugotovi, kakšen medsebojni vpliv imajo posamezni parametri in kako vplivajo na koncno kakovost ulitkov. Nato izracuna, katera kombinacija nastavitev stroja in lastnosti materiala bo dala najboljše rezultate za vsak vzorec. Model nevronske mreže umetne inteligence z naprednim nenadzorovanim strojnim ucenjem izracuna in vzpostavi povezavo in interakcijo med vec sto vhodnimi procesnimi in strojnimi spremenljivkami (kot so tlak v peci, temperatura kokile, cas vklopa in izklopa hladilnih kanalov v kokili, temperatura taline, temperatura taline ob polnjenju itd.) in podatki o kakovosti koncnega litja. S tem se ustvari zacetni model, ki se uporablja za samodejno dolocitev optimalnega režima delovanja (nacrta nadzora) za proizvodnjo, na katero se nanaša niz podatkov. Med proizvodnjo se sistem EES odziva ne samo na težave s kakovostjo, temvec vsakih 30 minut posodablja priporocila za nacrt nadzora na podlagi napovedi umetne inteligence, ki temeljijo na podatkih v realnem casu. Tako se ohranja stabilna in kakovostna proizvodnja, tudi ce se spreminjajo dejavniki, kot je temperatura zraka. Jasna in preprosta predpisana navodila sistema EES v realnem casu omogocajo livarjem, da že v prvem poskusu pravilno izvedejo zapletene spremembe. Še vec, sprejmejo lahko odlocitve, ki bodo imele najvecji in najhitrejši ucinek na zmanjšanje kolicine izmeta. Sistem namrec na podlagi naucenega razvrsti parametre glede na njihov vpliv za »slabo kakovost«. Primer na Sliki 5 na primer kaže, da ima »sila zapiranja na povezovalnem drogu 4« najvecji vpliv za slabo kakovost. Najprimernejše procesno okno predpiše umetna inteligenca. Rdeca vrednost »41,8« v majhnem oknu grafa kaže, da je dejanska vrednost prenizka in jo je treba za najboljšo kakovost zvecati na vrednost v modrem priporocenem obmocju. Proces je neprekinjen. Ko model zacne delovati (med testiranjem in proizvodnjo), se model posodablja z novimi podatki o parametrih in koncni kakovosti, zato se rezultati optimizacije stalno izboljšujejo. 10 Sklep Zmanjšanje izmeta je morda le en izmed ciljev, vendar prinaša vec koristi. In sicer manjši ogljicni odtis zaradi manjše porabe energije za pretaljevanje/predelavo in manjše porabe surovin. Zmanjšanje kolicine izmeta je enostavnejši nacin za povecanje dobicka, ceprav kakovost povecuje proizvodno zmogljivost, povecuje tolerance procesa in zmanjšuje stroške poslovanja, kar izboljša produktivnost in dobickonosnost. Zaradi globalnega prehoda na aluminij se lahko deli razlikujejo. Cilji produktivnosti pa ostajajo enaki. Kombinacija vrhunske opreme tlacnega stroja brez mehanskega zaklepa in digitalnih rešitev omogoca zmanjšanje kolicine izmeta za doseganje teh ciljev in ohranjanje konkurencnega položaja na prenatrpanem trgu. 1 Lecture The worldwide die-casting market size reached US$ 62.4 Billion in 2022 and is expected to be worth around US$ 87.1 billion by 2028 [1]. Predicted growth clearly reflects a global shift towards aluminium of unprecedented scale and pace. This shift is evident in many sectors, changing the way aluminum parts are designed and cast, from heavy industry applications to high-spec elements for 5G communication technologies. The most notable shift we experience is in the automotive sector. The surge of e-mobility in particular, gave birth to a new era of die casting, with lightweighting and part consolidation (resulting in high demand for large structural components) presenting significant opportunity. Indeed, analysts predict that we are likely to see a 7.9% CAGR for “structural” castings - especially for chassis, body-in-white, and EV components – by 2028 [2]. Along with opportunity comes also challenges. In addition to adopting or adapting solutions to meet new and/or rapidly evolving end-customer requirements, die casters must do so cost-effectively, efficiently, and sustainably. Energy prices and the global push for decarbonisation in line with efforts to tackle the ongoing climate crisis are both significant factors. the industry must not, of course, compromise the ultimate goal: The consistent production of high-quality parts. This is all exactly why scrap-rate reduction has never been more critical. The competition of new emerging markets that enjoy a much more favourable energy cost, a cheaper labour cost level, and strong governmental incentives is another important factor that should push Europe to act quickly and improve its cost-effectiveness to keep the leadership in the High-level die casting sector. 2 Scrap reduction in the spotlight Reducing scrap means avoiding wastes of raw materials, saving (costly) energy, and avoid to re-cast replacements. It also means CO2 emissions are dramatically lowered. A scrap rate reduction of just 2% on a production rate of 50.000 tonnes a year, can result in a saving of 604 CO2 tonnes. The efforts to keep scrap rates as low as possible is a daily job for die casters, but the scrap level, especially for complex and large castings cannot be lowered under a certain amount without using new and innovative tools. Foundrymen need to achieve a much wider spectrum of productivity ‘wins’ to help them capitalize on the aluminium opportunity at hand. But how? The answer lies in both equipment design and increasingly through the application of digital solutions. 3 Toggle Free – an established advantage Utilizing a hydraulic closing system, machines such as our Toggle Free Smart Series are easier to maintain and repair. The Toggle system is one most serious causes of failure in HPDC machines, needing a long time to stop production to be repaired. Toggle Free machines have cut this part completely and, in addition, removing this extremely heavy assembly reduces stress on other machine components – cutting down other wear and maintenance problems. Toggle-free HPDC are typically lighter and leaner than Toggle machines, meaning the same or greater closing forces can be applied but in a smaller footprint. This lends itself not only to increased production flexibility and reduced energy consumption, but also to emerging giant casting trends. Our own Toggle Free Smart Series models for instance offer closing forces between 6100 and 11,000 tonnes with a much leaner footprint than HPDC machines that requires a Toggle Die casting machine. Further to this, their modular construction allows die casters to select the right closing force, tie bar distance and injection unit according to their specific needs. These benefits have made Toggle Free machines The preferred choice for die casters with diverse and complex casting production requirements, especially where the die is frequently changed and for casting larger structural components. In addition to these advantages, however, there are specific features and functionalities in Toggle Free HPDC machines that can directly and positively impact efforts to reduce scrap. 4 A closing unit that cuts scrap: the key ingredients As already highlighted, Toggle-free machines such as ItalPresseGauss S.p.A. Smart Series models employ a hydraulic mechanism to improve stability as the die is closed. Platen hardness is extremely important to assure machine durability and reliability over time. Using platens of certified alloy steel _(optional)– coated with hard stainless steel and a design optimised for local, high-stress areas – creates a strong and even distribution of force on the die to help minimize scraps. Continuing to use our Toggle-Free Smart Series to illustrate, here are further important characteristics of closing mechanisms that support scrap reduction. 5 Automatic adapting to the die While rigidity is vital, hydraulic locking allows for automatic compensation for the geometrical imperfection of the die and its thermal expansion– helping to reduce scrap rates that might be linked to such imperfections. 6 Self-balanced force on tie bars In a Toggle-ree hydraulic locking machine Tte bars work independently, exerting the correct amount of pressure on the four corners of the platens to reach the required closing force and automatically maintain parallelism, before being locked in position. High closing forces and well-equalized tie bar loads keep the die halves together as they are subjected to high.pressure loads from the incoming molten metal – minimizing distortion and parting plane separation that may result in scrap. 7 Injection unit design for control and consistency It is advantageous to have two separate circuits to manage a phased injection process. One circuit to fill the die at high speed, and a second to push the metal that has already filled the cavity at maximum pressure to minimize the gas porosity included in the casting, thereby avoiding potential defects that could result in scrap. Shot control software reacts quickly to real-time data on melt flow into the die, adjusting the speed of the piston as required to guarantee uniform casting quality. It does so thanks to TWO or THREE high-flow proportional valves that can react to the sampling every single millisecond, to have total control of the injection and to be sure that the machine is following the desired injection curve. Finally, concerning the injection system, it is important that die casters seek flexible options that allow for speed, force, and stroke to be tailored to specific production requirements and shot weight preferences. 8 Digitally driven scrap reduction The design features outlined all have a vital role to play in supporting casting consistency, repeatability, and minimizing scrap. But it’s difficult for die casters to truly tackle scrap, and crucially, make improvements, without being able to closely monitor performance and link these back to process parameters. Here, digital solutions prove the ideal companion to equipment design. Cloud-based platforms like Monitizer® |DISCOVER, for example, allow die casters to access and visualise in real time and historical performance/operating data from die casting machines, but also from any other connected device or piece of equipment. In this way, it becomes possible to gain a complete overview of casting data, monitor KPIs, and implement practical improvements. Including measures that will help reduce scrap and overall productivity. Figure 4 shows, for instance, how die casters can track process times (availability), casts produced (quality) in real time and over time - based on their targets self-specified - to understand Overall Equipment Effectiveness (OEE) and see when/where issues have occurred and therefore where best to focus corrective action. Similarly, die casters could track cast parts produced by type, per hour, and per batch, to easily spot if/when any waste casts occur to better understand why that might be. It is even possible to set up alerts to be notified in real time if scrap rates, or any other factor, is preventing a line/cell from meeting its full potential in terms of optimal productivity. 9 Correlating defects with process parameters Digitalization and analysis as described above is extremely effective. But it also helps to show the links between one sub-process and another. Here, AI can help. An AI-driven Expert Execution System (EES), Monitizer | PRESCRIBE, for example, can consider all the process parameters from an entire production line to maximize one target variable – casting quality. The AI first examines historical data to learn how specific parameters influence each other – and affect final casting quality. It then calculates which combination of machine settings and material properties will produce the best results for each pattern. Through advanced, unsupervised machine learning, the AI’s neural network model calculates and establishes connections and interactions between hundreds of input processes and machine variables (such as furnace pressure, die temperature, ON/OFF times of cooling channels in the die, metal temperature, metal fill-up temperature, etc.) and final casting quality data. This produces an initial model used to automatically specify the optimal operating regime (control plan) for production that the data set relates to. During production, instead of simply reacting to quality issues, the EES updates its recommendations for the control plan every 30 minutes in response to AI predictions based on real-time data. This maintains stable, high-quality production, even as factors like air temperature vary. The EES’s clear and simple real-time prescriptive instructions make it possible for the die casters to make complex changes correctly the first-time round. What’s more, decisions that will have the biggest and fastest impact on scrap reduction. This is because the system uses what it learns to rank parameters according to their impact on ‘bad quality’. The example shown in Figure 5. for instance, shows that the “Closing force on Tie bar 4” is rated to have the greatest impact on bad quality. The most ideal process window is prescribed by the AI. The red “41.8 value” in the small graph window shows that the actual value is too low and should be increased to a value within the blue, recommended range for best quality. The process is perpetual. Once the model is operational (during both testing and production), it updates its model with the new parameter and final quality data, so the optimization results continue to improve. 10 Conclusion Minimizing scrap rates may be a singular objective but it delivers multiple benefits. A reduced carbon footprint due to using less energy on remelting/reworking, and wasting less raw material. Reducing the scrap is the easier way to increase profit through quality it increases production capacity, maximizes process tolerances, and lowers operating costs, for improved productivity and profitability. The global shift towards aluminium may mean that parts differ. But productivity goals don’t. The combination of leading-edge Toggle Free HPDC equipment and digital solutions delivers a scrap-reducing route to achieving those goals and maintaining competitive positioning in a crowded market. C:\Users\cadm65.IP\Desktop\Schema_Iniezione_SC30_Anello_Chiuso.jpg Slika 2. Krog 1: za polnjenje kokile pri visoki hitrosti Figure 2. Circuit 1; to fill die at high speed C:\Users\cadm65.IP\Desktop\Schema_Iniezione_SC30_Anello_Chiuso.jpg Slika 3. Krog 2: za potiskanje kovine pod najvecjim pritiskom Figure 3. Circuit 2: to increase instantly the pressure into the die A screenshot of a computer Description automatically generated Slika 4. Nadzorna plošca OEE v programu Monitizer®|DISCOVER Figure 4. OEE dashboard in Monitizer®|DISCOVER A screenshot of a computer Description automatically generated Slika 5. Vpliv sile zapiranja na povezovalnem drogu na kakovost Figure 5. Impact of closing force on tie bar on the quality Viri / References 1 Vir: Global Die Casting Market Report 2023: Significant Growth in the Automotive Industry Fuels the Sector – ResearchAndMarkets.com 2 Vir: Ducker Holdings, LLC M. Voncina1, A.Pavšic1, I. Paulin2, J. Medved1 and M. Petric1 1 Univerza v Ljubljani / University of Ljubljana, 2 Inštitut za kovinske materiale in tehnologije / Institute of Metals and Technology, Slovenija / Slovenia Ocena kakovosti udrobnilnih sredstev Assessing the Quality of Grain Refiners Povzetek Primarni cilj udrobnjevanja v aluminijevih zlitinah je zmanjšati velikost strjenih kristalnih zrn, s cimer se odpravi prisotnost velikih stebrastih zrn. Ta proces udrobnjevanja je kljucen za izboljšanje mehanskih lastnosti in splošne ucinkovitosti zlitine. Da bi dosegli odlicne rezultate udrobnjevanja zrn, je bistvenega pomena uporaba visokokakovostnega udrobnilnega sredstva. To vkljucuje upoštevanje razlicnih dejavnikov, kot so ustrezno število delcev Al3Ti in TiB2, primerna oblika in velikostna porazdelitev delcev ter optimalno razmerje Ti/B. Za oceno kakovosti razlicnih udrobnilnih sredstev je bila izvedena raziskava z uporabo elektricne upornosti. Poleg tega so bile izvedene analize diferencne vrsticne kalorimetrije in mikrostrukture za potrditev in podporo pridobljenih rezultatov. Med preiskovanimi udrobnilnimi sredstvi je najnižjo elektricno upornost izkazalo udrobnilno sredstvo B (Al-3Ti-1B). Rezultat je mogoce pripisati vec dejavnikom. Prvic, udrobnilno sredstvo B je imelo nizko vsebnost necistoc, kar kaže na visoko stopnjo cistosti in kakovosti. Necistoce, kot sta Fe in Si, lahko negativno vplivajo na ucinkovitost udrobnjevanja in prispevajo k vecji elektricni upornosti. Poleg tega je udrobnilno sredstvo B pokazalo ustrezno število in velikostno porazdelitev delcev TiB2 in Al3Ti. Prisotnost ustrezne kolicine teh delcev spodbuja ucinkovito nukleacijo, ki je bistvena za uspešno udrobnjevanje. Velikostna porazdelitev delcev ima prav tako kljucno vlogo pri zagotavljanju njihove enakomerne disperzije po zlitini, kar vodi do doslednega in ucinkovitega udrobnjevanja zrn. Poleg tega je imelo udrobnilno sredstvo B optimalno razmerje Ti/B 3,6. Razmerje Ti/B je kriticen parameter, saj vpliva na nastanek in porazdelitev nukleirajocih delcev. Optimalno razmerje zagotavlja prisotnost zadostnega števila nukleirajocih delcev, kar omogoca ucinkovito udrobnjevanje zrn. Nasprotno pa so druga udrobnilna sredstva pokazala vecjo elektricno upornost. To lahko pripišemo razlicnim dejavnikom, kot sta povecana kolicina in velikost delcev TiB2 in Al3Ti ter prisotnost necistoc, kot sta Fe in Si. Ti dejavniki lahko ovirajo proces udrobnjevanja in povzrocijo vecjo velikost zrn ter zmanjšano ucinkovitost udrobnilnega sredstva. Poleg tega lahko prisotnost vkljuckov v zlitini prispeva k vecji elektricni upornosti. Kljucne besede: udrobnilna sredstva Al-Ti-B, kakovost, delci TiB2, delci Al3Ti Abstract The main objective of grain refinement in aluminium alloys is to reduce the size of solidified crystal grains, thereby avoiding the presence of large columnar grains. This refining process is critical to improving the mechanical properties and overall performance of the alloy. To achieve excellent grain refining results, a high-quality grain refiner must be used. Several factors must be considered, such as the appropriate number of Al3Ti and TiB2 particles, the appropriate shape and size distribution of the particles, and an optimal Ti/B ratio. To evaluate the quality of different grain refiners, a study using electrical resistivity measurement was conducted to assess the quality of these grain refiners. In addition, analyses using differential scanning calorimetry and microstructure studies were carried out to validate and support the results obtained. Among the grain refiners tested, grain refiner B (Al-3Ti-1B) exhibited the lowest electrical resistivity. This superior performance can be attributed to several factors. First, grain refiner B had a low content of impurities, indicating a high level of purity and quality. Impurities, such as Fe and Si, can affect the effectiveness of the grain refiner and contribute to higher electrical resistivity. In addition, grain refiner B had an adequate number and size distribution of TiB2 and Al3Ti particles. The presence of a sufficient amount of these particles promotes effective nucleation, which is essential for successful grain refinement. The size distribution of the particles also plays a crucial role in ensuring their uniform distribution in the alloy, resulting in a uniform and efficient grain refinement. In addition, grain refiner B exhibited an optimum Ti/B ratio of 3.6. The Ti/B ratio is a critical parameter because it affects the formation and distribution of nucleation particles. An optimum ratio ensures the presence of a sufficient number of nucleating particles, which facilitates effective grain refinement. In contrast, the other grain refiners exhibited higher electrical resistance. This can be attributed to several factors, such as the larger amount and size of TiB2 and Al3Ti particles, and the presence of impurities such as Fe and Si. These factors can hinder the grain refining process and result in larger grains and lower refiner effectiveness. In addition, the presence of inclusions in the alloy can contribute to higher electrical resistivity. Key words: Al-Ti-B grain-refiners, quality, TiB2 particles, Al3Ti particles 1 Uvod Glavni cilj udrobnjevanja zrn v aluminijevih zlitinah je zmanjšati velikost strjenih kristalnih zrn, kar pomaga prepreciti velika stebrasta zrna, ki se lahko pojavijo, ko hitrost hlajenja ni optimalna. Namen tega postopka je zmanjšati površinske napake med transformacijo materiala, izboljšati mehanske lastnosti in povecati sposobnost ulivanja zlitine [1–3]. Predzlitine Al-Ti-B se obicajno uporabljajo za udrobnjevanje zrn aluminijevih zlitin. Vendar rezultati raziskav [4] kažejo, da je za ucinkovito udrobnjevanje zrn potrebna prisotnost raztopljenih delcev Ti in TiB2 z optimalnim povprecnim polmerom in ozko porazdelitvijo polmera. Obicajne metode udrobnjevanja zrn so omejeno primerne za proizvodnjo visokokakovostnih aluminijevih zlitin zaradi vecjega polmera in širše porazdelitve polmera delcev TiB2 v osnovnih zlitinah [5]. Prisotnost raztopljenega Ti ovira heterogeno nukleacijo a-Al z delci TiB2 in omejuje rast zrn a-Al zaradi ustavnega podhlajevanja. Ko je koncentracija raztopljenega Ti nizka, je zaviralni ucinek na rast a-Al minimalen in vodi le do izboljšanja stebraste zrnate strukture. Ko pa se koncentracija raztopljenega Ti poveca, se izboljša udrobnjevanje zrn in opazimo prehod iz stebraste v enakoosno strukturo zrn. Nad kriticno vrednostjo nadaljnje povecevanje koncentracije raztopljenega Ti le malo vpliva na udrobnjevanje zrn [5]. Trenutno je najpogosteje uporabljeno udrobnilno sredstvo Al-5Ti-1B. Vendar pa obstajajo porocila [4], ki kažejo, da se polmer delcev TiB2, ki se obicajno sintetizirajo s halogenidnimi solmi, postopoma povecuje v teh udrobnilnih sredstvih, kar ima za posledico širšo porazdelitev velikosti delcev in omejeno sposobnost udrobnjevanja. Na morfologijo delcev Al3Ti v udrobnilnih sredstvih vplivata razmerje Ti/B v predzlitini in pogoji obdelave, ki dolocajo mehanizme rasti. Razlicna udrobnilna sredstva Al-Ti-B vsebujejo razlicne morfologije delcev Al3Ti. Na primer, v udrobnilnih sredstvih, kot je Al-5 mas. % Ti-1 mas. % B, se delci Al3Ti pojavljajo kot veliki kockasti delci v središcih zrn a-Al, medtem ko se manjši delci TiB2 nahajajo na mejah zrn. Po drugi strani pa delci Al3Ti prevzamejo kosmicasto obliko v udrobnilnih sredstvih z zmanjšanim razmerjem Ti/B, kot je Al-3 mas. % Ti-1 mas. % B [5–7]. Da bi zagotovili ucinkovito nukleacijo a-Al, mora vsebnost titana v koncni talini (z dodatkom udrobnilnega sredstva) preseci stehiometricno razmerje za tvorbo delcev TiB2. Rahel presežek titana zadošca za udrobnjevanje zrn, višje vsebnosti titana, ki omogocajo obstoj Al3Ti v talini, pa ne izboljšajo ucinkovitosti. Ce pa se delovanje udrobnilnega sredstva poslabša zaradi bledenja ali vpliva necistoc, je mogoce njegovo ucinkovitost obnoviti z dodajanjem titana v talino. Masno razmerje Ti/B, ki ustreza stehiometriji TiB2, je 2,215 in ucinkovitost udrobnjevanja se bistveno izboljša, ko je to razmerje preseženo. Vendar pa se zmogljivost zmanjša pri višji vsebnosti titana [6, 7]. Prisotnost dolocenih legirnih elementov ali necistoc, kot so Zr, Cr, Li in visoka vsebnost Si v aluminijevih zlitinah, lahko znatno zmanjša ucinkovitost osnovnih zlitin Al-Ti-B za udrobnjevnaju zrn [8, 10–13]. Ta pojav je splošno znan kot „zastrupitev“ [8]. Študije so pokazale, da lahko celo majhne kolicine Zr (nekaj sto ppm) v staljenem aluminiju naredijo komercialno dostopna udrobnilna sredstva Al-5Ti-1B neucinkovita, kar povzroci grobo in popolnoma stebrasto strukturo zrn po strjevanju. Zanimivo je, da na osnovni površini TiB2 ni segregiranja Fe ali Si, ceprav se Fe tvori na prizmaticni površini TiB2. Zdi se, da niti Fe niti Si nimata vloge necistoc pri zastrupitvi delcev TiB2 z Zr v staljenem aluminiju ob prisotnosti Zr. Študije so pokazale, da lahko kemicna segregacija izbranih zlitinskih elementov/necistoc na vmesni površini tekoce-substrat ucinkovito vpliva na heterogeno nukleacijo in spodbuja ali ovira proces [9]. Cistost aluminija je kljucni dejavnik, ki vpliva na elektricno upornost. Vecja vsebnost necistoc povzroci višjo elektricno upornost. Silicij ima razmeroma majhen vpliv na elektricno upornost aluminija, ce je njegova koncentracija do 0,006 mas. % in je razmerje Fe/Si med 0,8 in 3,8. Vendar pa povecanje vsebnosti silicija na 0,15–0,16 mas.% bistveno poveca ta ucinek. Drugi elementi, kot so Cr, Sn, Mn in Ti, imajo mocnejši ucinek na povecanje elektricne upornosti aluminija. Za aluminij, ki se uporablja v elektroindustriji, skupna koncentracija teh štirih elementov ne sme presegati 0,015 mas. %, ker vplivajo na elektricne lastnosti. Ce je vsebnost silicija med 0,12 mas. % in 0,16 mas. %, skupna koncentracija teh štirih elementov ne sme preseci 0,01 mas. %, da bi izpolnili zahteve industrije. Kljub ucinkovitemu udrobnjevanju, ki ga zagotavljajo predzlitine Al-Ti-B, presežek titana, vnesen v aluminijasto matriko po udrobnjevanju, neizogibno zmanjša elektricno prevodnost [14–16]. Cilj te študije je bil dolociti najucinkovitejše udrobnilno sredstvo Al-Ti-B za aluminijeve zlitine. Cilj je bil oceniti kakovost udrobnilnih sredstev štirih razlicnih proizvajalcev, in sicer Al-5Ti-1B in Al-3Ti-1B. 2 Materiali in metode Tabela 1 prikazuje sestavo proucevanih udrobnilnih sredstev, analiziranih z induktivno sklopljeno plazmo opticnega emisijskega spektrometra (ICP-OES). Ta udrobnilna sredstva so bila izbrana zaradi njihove pogoste uporabe pri udrobnjevanju livnih in preoblikovalnih aluminijevih zlitin. Za izvedbo meritev elektricne upornosti smo na desetih razlicnih lokacijah izmerili polmer žic udrobnilnih sredstev in izracunali povprecni polmer. Poleg tega je bila izmerjena dolžina žic udrobnilnih sredstev in vkljucena v izracune za merjenje elektricne upornosti. Tehnika enosmernega toka s štirimi sondami, ki je podrobno opisana v [17], je bila uporabljena za merjenje elektricnega upora proucevanih žic. Meritve so potekale deset minut pri sobni temperaturi. Elektricno upornost (.) smo izracunali z uporabo enacbe R = .·L/A, kjer je L dolžina in A precni prerez žice udrobnilnih sredstev. Rezultati so podani kot elektricna upornost pri sobni temperaturi za dano žico udrobnilnega sredstva v O·m. Dodatne analize so bile izvedene na vseh udrobnilnih sredstvih, da bi ocenili kredibilnost dobljenih rezultatov elektricne upornosti. Preizkusi diferencne vrsticne kalorimetrije (DSC) so bili izvedeni z uporabo naprave DSC 404 F1 Pegasus v dinamicni atmosferi argona. Udrobnilna sredstva smo segreli na 720 °C s hitrostjo 10 K/min, vzdrževali pri tej temperaturi 10 minut in nato z enako hitrostjo ohladili na sobno temperaturo. Krivulje DSC so bile ovrednotene za opredelitev znacilnih temperatur strjevanja ter strjevalnih entalpij. Mikrostrukturna analiza je bila izvedena na udrobnilnih sredstvih z uporabo vrsticnega elektronskega mikroskopa JEOL JSM -6500F (SEM), opremljenega z energijsko disperzijsko spektroskopijo (EDS) in difrakcijo povratnega sipanja elektronov (EBSD). Velikost, obliko in porazdelitev delcev Al3Ti in TiB2 smo preucevali s sistemom INCA ENERGY 400 EDS in kamero HKL Nordlys II s programsko opremo Channel 5. Poleg tega smo uspešnost in ucinkovitost preiskovanih udrobnilnih sredstev ocenili na aluminijevi zlitini Al99.7. Zlitino smo predhodno segreli na 700 °C, po procesu taljenja pa smo talini dodali predzlitino Al-Ti-B v deležu, ki ga priporoca proizvajalec. Talino smo zadržali 2 minuti in jo nato ulili pri temperaturnem obmocju 680–690 °C v Croning celico s hitrostjo hlajenja približno 7 K/min. Za dolocitev velikosti zrn so bili odvzeti vzorci iz srednjega dela ulitih vzorcev. Ti vzorci so bili pripravljeni s standardnimi metalografskimi tehnikami in elektropolirani z Barkerjevim reagentom. Meje zrn so bile vizualizirane pod polarizirano svetlobo z uporabo mikroskopa Olympus BX61 s kamero DP70 pri 50-kratni povecavi. Velikost zrn je bila izmerjena z metodo srednje presecne razdalje po ASTM E112. 3 Rezultati in diskusija Vrednosti elektricnega upora preucevanih udrobnilnih sredstev so prikazane v tabeli 2. Udrobnilno sredstvo B ima najnižjo elektricno upornost, kar kaže na najmanjšo vsebnost necistoc, ki prispevajo k nižji upornosti [10,16]. Predvidevamo lahko, da to udrobnilno sredstvo vsebuje enakomerno porazdeljene kosmicaste delce Al3Ti, skladne z analiziranim razmerjem Ti/B, kar omogoca optimalno udrobnjevanje. Za udrobnilni sredstvi C in D (Al-5 mas. % Ti-1 mas. % B) se elektricna upornost povecuje z razmerjem Ti/B, kar kaže na prisotnost delcev Al3Ti razlicnih oblik, kot so t.i. kockasti in luskasti [5–7]. Masno razmerje Ti/B, ki ustreza stehiometriji TiB2, je 2,215, ucinkovitost udrobnjevanja pa se obcutno izboljša, ko je to razmerje nekoliko preseženo, vendar se zmanjša pri višjih vsebnostih titana [6,7], kot je bilo opaženo pri udrobnilnih sredstvih C in D. Udrobnilno sredstvo D naj bi vsebovalo vecje kolicine Al3Ti in faz s prisotnostjo silicija, ki dodatno prispevajo k zmanjšanju elektricne upornosti. Rezultati analize DSC med ohlajanjem so prikazani na sliki 1. Krivulje DSC zagotavljajo informacije o procesih strjevanja razlicnih udrobnilnih sredstev, tako da je mogoce narediti korelacijo med fazno transformacijo in rezultati elektricne upornosti. Pomembne razlike med udrobnilnimi sredstvi so vidne na ohlajevalnih krivuljah DSC. Temperature strjevanja kljucnih faz (a-Al, Al3Ti in Al9Fe2Si/Al13Fe4, navedene v [18]) se razlikujejo med proucevanimi udrobnilnimi sredstvi, kar potrjuje njihove razlicne kemijske sestave. Sprememba strjevalne entalpije z najnižjo vrednostjo, opaženo pri udrobnilnih sredstvih C in D, kaže na vecjo vsebnost necistoc (nekovinskih vkljuckov), ki se talijo šele nad 720 °C in so manj ucinkoviti udrobnjevalci. Poleg tega lahko necistoce onesnažijo delce TiB2 in vplivajo na ucinkovitost udrobnjevanja udrobnilnih sredstev [19, 20]. Slike 2a–h prikazujejo reprezentativne mikroposnetke udrobnilnih sredstev v litem stanju. Na slikah 2a in b, ki prikazujeta zlitino Al-3 mas. % Ti-1 mas. % B, so vidni kockasti ali luskasti veliki delci Al3Ti, neenakomerno porazdeljeni v matrici, medtem ko so manjši razdrobljeni delci TiB2 razpršeni. Sliki 2c in d prikazujeta zlitino Al-3 mas.%-Ti-1 mas.%-B z enakomerno porazdeljenimi kosmicastimi delci Al3Ti razlicnih oblik. Pri udrobnilnih sredstvih C in D (sliki 2c in d), ki ustrezajo zlitini Al-5 mas. % Ti-1 mas. % B, se morfologija delcev Al3Ti spremeni iz kockastih v luskaste z zmanjševanjem razmerja Ti/B. Ta opažanja dodatno potrjuje analiza EDS, predstavljena na sliki 2. Izvedena je bila tudi SEM analiza vec mikroposnetkov (48) za analizo delcev Al3Ti in TiB2, s poudarkom na porazdelitvi velikosti. Rezultati, prikazani na sliki 3a in b, prikazujejo število delcev glede na njihovo velikost (površino delcev). Velikostna porazdelitev delcev TiB2 igra kljucno vlogo pri dolocanju ucinkovitosti udrobnilnih sredstev. Najbolje se je izkazalo udrobnilno sredstvo B, saj je v primerjavi z ostalimi pokazal najugodnejše rezultate. Druga udrobnilna sredstva so imela vecje število delcev TiB2 v zelo majhnem obmocju velikosti, vendar so vsebovale tudi vecje delce. Najvecje število delcev TiB2 je bilo v udrobnilnem sredstvu D. Vendar pa zaradi neenakomerne porazdelitve velikosti in vecje vsebnosti necistoc, kot so Fe, Si in drugi elementi, potrjeni z analizo DSC, ni pricakovati, da bo najbolj ucinkovito. Na drugi strani je udrobnilno sredstvo B imelo manjšo kolicino delcev TiB2, vendar bi moralo biti njegovo delovanje boljše zaradi enakomernejše porazdelitve velikosti. Poleg tega je imela glede na analizo DSC udrobnilno sredstvo B najnižjo vsebnost necistoc, kar je povzrocilo najnižjo elektricno upornost. Vecji delci in necistoce, vkljucno z Fe, Si in vkljucki, prispevajo k povecanemu sipanju elektronov v matrici [15]. Slike 3a–h prikazuje razlicne oblike delcev Al3Ti, ki jih je mogoce pripisati razlicnim mehanizmom rasti in pogojem obdelave. Za ucinkovito udrobnjevanje morajo biti prisotni tako netopni delci TiB2 kot topni delci Al3Ti ustrezne velikosti in oblike. Delci TiB2 delujejo kot substrat za nukleacijo Al3Ti. Študije kažejo, da ima število delcev TiB2 vecji ucinek na nukleacijo in udrobnjevanje v udrobnilnih sredstvih Al-Ti-B kot število delcev Al3Ti [25]. To nakazuje, da TiB2 predvsem poganja proces udrobnjevanja kot substrat za nukleacijo, medtem ko ima presežek Ti sekundarne ucinke na površino TiB2. Vendar pa so za optimalno udrobnjevanje potrebne tudi primerne koncentracije in velikosti delcev Al3Ti. V tem pogledu ima udrobnilno sredstvo B najbolj enakomerno porazdelitev velikosti delcev Al3Ti, medtem ko udrobnilni sredstvi C in D kažeta vecje razlike (slika 3). Ucinkovitost udrobnjevanja testiranih udrobnilnih sredstev je bila ovrednotena in pokazali so hitro delujoce in ucinkovito udrobnjevanje, kot smo že porocali [20]. Prva slika na sliki 4a prikazuje mikrostrukturo lite aluminijeve zlitine Al99,7, strjene pri hitrosti hlajenja približno 7 K/min in kaže velikost kristalnih zrn približno 440 µm. Ko je bilo dodano udrobnilno sredstvo, se je velikost zrn znatno zmanjšala na 270–370 µm (slike 4b–e). Najboljše rezultate kažeta udrobnilni sredstvi B in C, kar bi lahko bila posledica velikostne porazdelitve delcev, saj obe udrobnilni sredstvi B in C sestojita iz ene same oblike delcev Al3Ti, ki so bolj enakomerno porazdeljeni v matrici (slika 3). 4 Zakljucki Na podlagi predstavljenih rezultatov ima udrobnilno sredstvo B najnižjo elektricno upornost, kar kaže na nižjo vsebnost necistoc in ugodno porazdelitev števila in velikosti delcev TiB2 in Al3Ti ter optimalno razmerje Ti/B. Nasprotno pa povecano število in velikost delcev TiB2 in Al3Ti ter prisotnost topnih elementov, kot sta Fe in Si ter njuni vkljucki, prispevajo k vecji elektricni upornosti zaradi povecanega sipanja elektronov v matrici. Razlicne oblike delcev Al3Ti lahko pripišemo razlicnim mehanizmom rasti in pogojem izdelave. Ucinkovito udrobnjevanje zahteva kombinacijo netopnih delcev TiB2 in topnih delcev Al3Ti ustrezne velikosti in oblike, pri cemer TiB2 služi kot nukleacijski substrat za Al3Ti. Optimalno udrobnjevanje zahteva prisotnost ustrezne koncentracije in velikosti delcev Al3Ti. Udrobnilno sredstvo B, izdelano iz Al-3Ti-1B z razmerjem Ti/B 3,6, ima optimalno število delcev TiB2 in dobro velikostno porazdelitev delcev. Povprecna velikost delcev Al3Ti je 111,5 µm, delcev TiB2 pa 0,30 µm. Ko aluminijevi zlitini Al99,7 dodamo testirana udrobnilna sredstva, se velikost zrn zmanjša s približno 440 µm na 270–370 µm. Najboljše rezultate udrobnjevanja dosežemo z dodajanjem udrobnilnih sredstev B in C, saj imata najprimernejšo porazdelitev delcev. Literatura / References 1. Mackenzie, A.S.; Totten, G.E. (Eds.). Handbook of Aluminum: Physical Metallurgy and Processes; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2003; Volume 1. 2. Davis, J.R. Aluminum and Aluminum Alloys; ASM International: Novelty, OH, USA, 1993. 3. Han, L.; Vian, C.; Song, J.; Liu, Z.; Han, Q.; Xu, C.; Shao, L. Grain Refining of Pure Aluminium, Light Metals; TMS Aluminium Committee, Springer: Berlin/Heidelberg, Germany, 2012. 4. Zhang, L.; Jiang, H.; He, J.; Zhao, J. Improved grain refinement in aluminium alloys by re-precipitated TiB2 particles. Mater. Lett. 2022, 312, 131657. 5. Wang, X.; Song, J.; Vian, W.; Ma, H.; Han, G. The Interface of TiB2 and Al3Ti in Molten Aluminum. Metall. Mater. Trans. B 2016, 47B, 3285–3290. 6. Schumacher, P.; Greer, A.L.; Worth, J.; Evans, P.V.; Kearns, M.A.; Fisher, P.; Green, A.H. New studies of nucleation mechanisms in aluminium alloys: Implications for grain refinement practice. Mater. Sci. Technol. 1998, 14, 394–404. 7. Yu, H.; Wang, N.; Guan, R.; Tie, D.; Li, Z.; An, Y.; Zhang, Y. Evolution of secondary phase particles during deformation of Al-5Ti-1B master alloy and their effect on -Al grain refinement. J. Mater. Sci. Technol. 2018, 34, 2297–2306. 8. Fan, Z.; Wang, Y.; Zhang, Y.; Qin, T.; Zhou, X.R.; Thompson, G.E.; Pennycook, T.; Hashimoto, T. Grain refining mechanism in the Al/Al–Ti–B system. Acta Mater. 2015, 84, 292–304. 9. Wang, Y.; Fang, C.M.; Zhou, L.; Hashimoto, T.; Zhou, X.; Ramasse, Q.M.; Fan, Z. Mechanism for Zr poisoning of Al-Ti-B based grain refiners. Acta Mater. 2019, 164, 428–439. 10. Spittle, J.A.; Sadli, S. The influence of zirconium and chromium on the grain-refining efficiency of Al-Ti-B inoculants. Cast Metals 1995, 8, 247–253. 11. Qiu, D.; Taylor, J.A.; Zhang, M.-X. Understanding the Co-poisoning effect of Zr and Ti on the grain refinement of cast aluminium alloys. Metall. Mater. Trans. A 2010, 41A, 3412–3421. 12. Arjuna Rao, A.; Murty, B.S.; Chakraborty, M. Influence of chromium and impurities on the grain-refining behavior of aluminum. Metall. Mater. Trans. A 1996, 27A, 791–800. 13. Arjuna Rao, A.; Murty, B.S.; Chakraborty, M. Role of zirconium and impurities in grain refinement of aluminium with Al-Ti-B. Mater. Sci. Technol. 1997, 13, 769–777. 14. Wang, R.L.; He, Z.F.; Tian, S.L. Effect of V, Ti, Cr, Mn on the conductivity of electrical aluminum rod. Nonferrous Metals Process. 2009, 38, 12–14. 15. Petric, M.; Mrvar, P.; Medved, J. Changes of Dimensions and Electrical Resistivity during Solidification of Alloys from Al–Si System. Ph.D. Thesis, University of Ljubljana, Ljubljana, 2013. 16. Xu, X.; Feng, Y.; Fan, H.; Wang, Q.; Dong, G.; Li, G.; Zhang, Z.; Liu, Q.; Fan, X.; Ding, H. The grain refinement of 1070 alloy by different Al-Ti-B mater alloys and its influence on the electrical conductivity. Results Phys. 2019, 14, 102482. 17. Petric, M.; Kastelic, S.; Mrvar. P. Selection of electrodes for the in situ electrical resistivity measurements of molten aluminium. J. Min. Metall. Sect. B Metall. 2013, 49, 279–283. 18. Voncina M.; Paulin I.; Medved J.; Petric M. Predicting the Quality of Grain Refiners from Electrical Resistance Measurements of Aluminum. Metals 2023, 13, 717. 19. Lee, C.-T.; Chen, S.-W. Quantities of grains of aluminum and those of TiB2 and Al3Ti particles added in the grain-refining processes. Mater. Sci. Eng. 2002, A325, 242–248. 20. Voncina, M.; Medved, J.; Jerina, L.; Paulin, I.; Cvahte, P.; Steinacher, M. The impact of Al-Ti-B grain-refiners from different manufacturers on wrought Al-alloy. Arch. Metall. Mater. 2019, 64, 739–746. 1 Introduction The main objective of grain refinement in aluminium alloys is to reduce the size of solidified crystal grains, which helps to avoid large columnar grains that can occur when the cooling rate is not optimal. This process aims to minimize surface defects during material transformation, improve mechanical properties, and increase alloy castability [1–3]. Al-Ti-B master alloys are commonly used for grain refinement of aluminium alloys. However, research results [4] show that effective grain refinement requires the presence of dissolved Ti and TiB2 particles with a reasonable average radius and a narrow radius distribution. Conventional grain refinement methods have limited suitability to produce high-quality aluminium alloys due to the larger radius and wider radius distribution of TiB2 particles in master alloys [5]. The presence of dissolved Ti hinders the heterogeneous nucleation of a-Al nuclei by TiB2 particles and restricts the growth of a-Al grains due to constitutional supercooling. When the concentration of dissolved Ti is low, the inhibitory effect on a-Al growth is minimal and leads only to a refinement of the columnar grain structure. However, as the concentration of dissolved Ti increases, grain refinement improves and a transition from a columnar to an equiaxed grain structure is observed. Beyond a critical value, further increasing the concentration of dissolved Ti has little effect on grain refinement [5]. Currently, the most used grain refinement is the Al-5Ti-1B master alloy. However, there are reports [4] indicating that the radius of TiB2 particles, which are usually synthesized using halide salts, is gradually increasing, resulting in a wider distribution of particle sizes and limited refining ability. The morphology of Al3Ti particles in grain refiners is influenced by the Ti/B ratio in the master alloy and the processing conditions, which determine the growth mechanisms. Different Al-Ti-B grain refiners exhibit different morphologies of Al3Ti particles. For example, in grain refiners such as Al-5 wt.% Ti-1 wt.% B, the Al3Ti particles appear as large blocky particles in the centers of the a-Al grains, while smaller TiB2 particles are located at the grain boundaries. On the other hand, the Al3Ti particles assume a flaky form in grain refiners with a reduced Ti/B ratio such as Al-3 wt.% Ti-1 wt.% B [5–7]. To ensure effective nucleation of a-Al, the titanium content in the final melt (with the addition of the grain refiner) must exceed the stoichiometry of TiB2. A slight excess of titanium is sufficient for grain refinement, and higher titanium contents that allow Al3Ti to survive in the melt do not improve performance. However, if the performance of a grain refiner degrades due to fading or the influence of impurities, it is possible to restore its effectiveness by adding titanium to the melt. The Ti/B weight ratio corresponding to the stoichiometry of TiB2 is 2.215, and refining performance improves significantly when this ratio is exceeded. However, the performance decreases at higher titanium contents [6, 7]. The presence of certain alloying or impurity elements, such as Zr, Cr, Li, and high Si content, in aluminium alloys, can significantly reduce the effectiveness of Al-Ti-B master alloys in grain refinement [8, 10–13]. This phenomenon is commonly known as “poisoning” [8]. Studies have shown that even small amounts of Zr (a few hundred ppm) in molten aluminium can render commercially available Al-5Ti-1B grain refiners ineffective, resulting in a coarse and completely columnar grain structure upon solidification. Interestingly, there is no segregation of Fe or Si at the basal surface of TiB2, although Fe segregates at the prismatic surface of TiB2. Neither Fe nor Si appears to play a role as impurity elements in the Zr poisoning of TiB2 particles in Zr-containing molten aluminium. Studies have shown that chemical segregation of selected alloy/impurity elements at the liquid-substrate interface can effectively influence heterogeneous nucleation and either promote or hinder the process [9]. The purity of aluminium is a critical factor affecting electrical resistivity. Higher impurity content results in higher electrical resistivity. Silicon has a relatively small effect on the electrical resistivity of aluminium when its concentration is up to 0.006 wt.% and the Fe/Si ratio is between 0.8 and 3.8. However, increasing the silicon content to 0.15–0.16 wt.% significantly enhances this effect. Other elements such as Cr, Sn, Mn and Ti have a stronger effect on increasing the electrical resistance of aluminium. For aluminium used in the electrical industry, the total concentration of these four elements should not exceed 0.015 wt.% because they affect the electrical properties. When the silicon content is between 0.12 wt.% and 0.16 wt.%, the total concentration of these four elements should not exceed 0.01 wt.% to meet industry requirements. Despite the effective grain refinement provided by Al-Ti-B master alloys, the excess titanium introduced into the aluminium matrix after refinement inevitably reduces the electrical conductivity [14–16]. The objective of this study was to determine the most effective Al-Ti-B grain refiner for aluminium alloys. The objective was to evaluate the quality of grain refiners from four different manufacturers, namely Al-5Ti-1B and Al-3Ti-1B. 2 Materials and Methods Table 1 shows the composition of the grain refiners studied, as determined by an inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP-OES). These grain refiners were selected because of their frequent use in grain refining of cast and wrought aluminium alloys. To perform the electrical resistivity measurements, the radius of the grain refiner wires was measured at ten different locations and the average radius was determined. In addition, the length of the grain refiner wires was measured and included in the calculations for measuring electrical resistivity. The four-probe direct current technique described in detail in [17] was used to measure the electrical resistance of the wires studied. Measurements were made for a period of ten minutes at room temperature. The electrical resistivity (.) was calculated using the equation R = .·L/A, where L is the length and A is the cross-section of the grain refinement wire. The results are given as the electrical resistivity at room temperature for a given grain refining wire in O·m. Additional analyses were performed on all grain refiners to assess the validity of the electrical resistivity results obtained. Differential scanning calorimetry (DSC) tests were performed using a DSC 404 F1 Pegasus instrument in a dynamic argon atmosphere. Grain refiners were heated to 720 °C at a rate of 10 K/min, held at this temperature for 10 min, and then cooled to room temperature at the same rate. The DSC curves were evaluated to determine the characteristic solidification temperatures. Microstructural analysis was performed on the grain refiners using a JEOL JSM -6500F scanning electron microscope (SEM) equipped with energy dispersive spectroscopy (EDS) and electron backscatter diffraction (EBSD). The size, shape, and distribution of Al3Ti and TiB2 particles were studied using the INCA ENERGY 400 EDS system and HKL Nordlys II camera with Channel 5 software. In addition, the effectiveness and efficiency of the investigated grain refiners were evaluated on Al99.7 aluminium alloy. The alloy was preheated to 700 °C, and after the melting process, the Al-Ti-B master alloy was added to the melt in the dosage recommended by the manufacturer. The melt was held for 2 minutes and then poured at a temperature range of 680-690 °C using a Croning cup, with a cooling rate of about 7 K/min. Samples were taken from the middle region of the cast specimens to determine the grain size. These samples were prepared by standard metallographic techniques and electropolished with Barker reagent. Grain boundaries were visualized under polarized light using an Olympus BX61 microscope with a DP70 camera at 50x magnification. The grain size was measured by the mean linear section method according to ASTM E112. 3 Results and discussion The electrical resistivity values of the studied grain refiners are shown in Table 2. Grain refiner B has the lowest electrical resistivity, which indicates a lower content of impurities contributing to a lower resistivity [10,16]. It can be assumed that this grain refiner contains uniformly distributed flaky Al3Ti particles, consistent with the analyzed Ti/B ratio, which allows optimal grain refinement. For grain refiners C and D (Al-5 wt.% Ti-1 wt.% B), the electrical resistivity increases with the Ti/B ratio, indicating the presence of Al3Ti particles with different shapes, such as blocky and flaky [5–7]. The Ti/B weight ratio corresponding to TiB2 stoichiometry is 2.215, and the refining efficiency improves significantly when this ratio is slightly exceeded but decreases at higher titanium contents [6,7], as was observed for grain refiners C and D. Grain refiner D is expected to contain higher amounts of Al3Ti and Si-containing phases, which further contributes to a decrease in electrical resistivity. The results of DSC analysis during cooling are shown in Figure 1. The DSC curves provide information on the solidification processes of the different grain refiners so that a correlation can be made between the phase transformation and the electrical resistivity results. Significant differences between the grain refiners can be seen in the DSC cooling curves. The solidification temperatures of the key phases (a-Al, Al3Ti, and Al9Fe2Si/Al13Fe4, reported in [18]) vary among the studied grain refiners, confirming their different chemical compositions. The variation in solidification enthalpy, with the lowest value observed for grain refiners C and D, indicates a higher content of impurities (non-metallic inclusions), which melt only at 720 °C and are less effective as inoculants. Moreover, impurities can contaminate the TiB2 particles and affect the grain refining performance of the grain refiners [19,20]. Figures 2a–h show representative micrographs of grain refinement in the as-cast state. In Figures 2a and b, which show the Al-3 wt.% Ti-1 wt.% B alloy, blocky or flaky large Al3Ti particles are seen unevenly distributed in the matrix, while smaller fragmented TiB2 particles are interspersed. Figures 2c and d show the Al-3 wt.%-Ti-1 wt.%-B alloy with uniformly distributed flaky Al3Ti particles of different shapes. At grain refinement C and D (Figures 2c and d), corresponding to the Al-5 wt.% Ti-1 wt.% B alloy, the morphology of the Al3Ti particles changes from blocky to flaky with decreasing Ti/B ratio. These observations are further confirmed by the EDS analysis presented in Figure 2. SEM analysis of several microphotographs (48) was also performed to analyze the Al3Ti and TiB2 particles, focusing on the size distribution. The results, shown in Figures 3a and b, show the number of particles versus their size (particle surface area). The size distribution of TiB2 particles plays a crucial role in determining the effectiveness of grain refinement. Grain refiner B exhibited the best performance as it showed the most favorable results compared to the others. The other grain refiners had a higher number of TiB2 particles in the very small size range but also contained larger particles. Grain refiner D had the highest number of TiB2 particles. However, due to the uneven size distribution and higher content of impurities such as Fe, Si, and other elements confirmed by DSC analysis, it is not expected to be the most efficient. Grain refiner B, on the other hand, had a lower amount of TiB2 particles, but its performance should be better due to its more uniform size distribution. In addition, according to DSC analysis, grain refiner B had the lowest impurity content, resulting in the lowest electrical resistivity. The larger particles and impurities, including Fe, Si, and inclusions, contribute to enhanced electron scattering by the matrix [15]. Figure 4a–h illustrates the different shapes of Al3Ti particles that can be attributed to different growth mechanisms and processing conditions. For effective inoculation, both insoluble TiB2 particles and soluble Al3Ti particles of appropriate size and shape must be present. TiB2 particles act as a substrate for Al3Ti nucleation. Studies show that the number of TiB2 particles has a greater effect on nucleation and grain refinement in Al-Ti-B grain refiners than the number of Al3Ti particles [25]. This suggests that TiB2 primarily drives the grain refinement process as a nucleation substrate, while the excess of Ti has secondary effects on the surface area of TiB2. However, suitable concentrations and sizes of Al3Ti particles are also required for optimal grain refinement. In this respect, grain refiner B exhibits the most uniform size distribution of Al3Ti particles, while grain refiners C and D show larger variations (Figure 3). The grain refining performance of the tested grain refiners was evaluated, and they showed fast-acting and efficient grain refining, as previously reported [20]. The first image in Figure 4a shows the microstructure of an Al99.7 as-cast aluminum alloy solidified at a cooling rate of about 7 K/min and exhibited a large grain size of about 440 µm. In contrast, when the experimental material was added for grain refinement, the grain size decreased significantly to a range of 270–370 µm (Figure 4b–e). The best results show grain refiners B and C, which could be due to the particle size distribution, as both grain refiners B and C consist of a single form of Al3Ti particles that are more uniformly distributed in the matrix (Figure 3). 4 Conclusions Based on the results presented, grain refiner B exhibits the lowest electrical resistivity, indicating lower impurity content and favorable number and size distribution of TiB2 and Al3Ti particles, as well as an optimal Ti/B ratio. Conversely, an increased number and size of TiB2 and Al3Ti particles, as well as the presence of soluble elements such as Fe and Si and their inclusions, contribute to a higher electrical resistivity due to enhanced electron scattering by the matrix. The different shapes of Al3Ti particles can be attributed to different growth mechanisms and processing conditions. Effective grain refining requires a combination of insoluble TiB2 particles and soluble Al3Ti particles of appropriate size and shape, with TiB2 serving as a nucleation substrate for Al3Ti. Optimal grain refinement requires the presence of a suitable concentration and size of Al3Ti particles. Grain refiner B, made from Al-3Ti-1B with a Ti/B ratio of 3.6, has the optimum number of TiB2 particles and well-distributed particle size. The average size of Al3Ti particles is 111.5 µm and that of TiB2 particles is 0.30 µm. When the tested grain refiners are added to the Al99.7 aluminum alloy, the grain size decreases from about 440 µm to a range of 270–370 µm. The best grain refining results are obtained by adding grain refiners B and C, as they have the most suitable particle size distribution. Tabela 1. Kemijska sestava in oznake preiskovanih udrobnilnih sredstev. Table 1. Chemical composition and designations of investigated grain refiners. Oznaka / Designation Predzlitina / Master Alloy Kemijski element, mas. % / Chemical element, wt.% Razmerje Ti/B / Ti/B ratio Si Cr Fe B Ti Al A Al-3Ti-1B 0,13 <0,01 0,11 0,82 3,5 ostalo / rest 4,27 B Al-3Ti-1B 0,13 <0,01 0,11 0,86 3,1 ostalo / rest 3,60 C Al-5Ti-1B 0,16 <0,01 0,11 0,89 4,9 ostalo / rest 5,51 D Al-5Ti-1B 0,19 <0,01 0,12 0,92 4,8 ostalo / rest 5,22 Tabela 2. Specificna elektricna upornost preiskovanih udrobnilnih sredstev Table 2. Specific electrical resistivity of investigated grain refiners Oznaka / Designation L, mm A, mm2 R, O ., Om A 800 0,76 ± 0,01 0,000368 3,48·10-8 B 1000 0,76 ± 0,01 0,000443 3,36·10-8 C 1000 0,77 ± 0,01 0,000454 3,48·10-8 D 700 0,24 ± 0,01 0,000341 3,53·10-8 Temperatura / Temperature (°C) Temperatura / Temperature (°C) Temperatura / Temperature (°C) Temperatura / Temperature (°C) Slika 1. Ohlajevalne krivulje DSC preiskovanih udrobnilnih sredstev: A (crna), B (modra), C (zelena) in D (rdeca), z oznacenimi znacilnimi temperaturami, fazami in entalpijami Figure 1. Cooling DSC curves of the investigated grain refiners: A (black), B (blue), C (green), and D (red), with the marking of the characteristic temperatures, phases, and enthalpies a) Spectrum B Al Si Ti Cr Fe Skupaj / Total 1 20,5 55,8 0,4 23,0 0,1 0,2 100,0 2 44,9 33,5 0,2 21,4 0,0 0,0 100,0 3 43,1 24,9 0,1 31,6 0,0 0,2 100,0 4 0,0 62,8 0,7 36,5 0,0 0,1 100,0 5 0,0 62,5 0,9 36,3 0,2 0,1 100,0 6 17,3 82,1 0,1 0,4 0,0 0,0 100,0 7 6,4 92,9 0,2 0,5 0,0 0,0 100,0 b) Spectrum B Al Si Ti Cr Fe Skupaj / Total 1 7.7 58.7 0 31.9 0.2 1.5 100,0 2 43.1 26 0 30.4 0.2 0.3 100,0 3 0 63.2 0.3 36.2 0.3 0 100,0 4 0 63.1 0.3 36.3 0.1 0.2 100,0 5 0 98.8 0.2 0.8 0.2 0.0 100,0 6 0 98.9 0 1.1 0.0 0.0 100,0 c) Spectrum B Al Si Ti Cr Fe Skupaj / Total 1 45.8 26.3 0.1 27.7 0.0 0.1 100,0 2 0.0 63.9 0.1 34.5 0.1 1.4 100,0 3 0.0 62.9 0.3 36.8 0.0 0.0 100,0 4 0.0 99.4 0.1 0.2 0.0 0.3 100,0 d) Spec-trum B Al Si Ti Mn Fe Cu Skupaj / Total 1 0.0 63.5 0.5 35.5 0.0 0.2 0.3 0.3 2 0.0 64.0 0.5 35.0 0.1 0.1 0.3 0.3 3 40.8 28.3 0.0 30.4 0.1 0.4 0.0 0.0 4 0.0 64.8 0.3 25.2 0.1 9.6 0.0 0.0 5 0.0 98.9 0.1 0.9 0.0 0.1 0.0 0.0 Slika 2. SEM slike preiskovanih udrobnilnih sredstev z ustreznimi rezultati EDS v mas. %: a) A, b) B, c) C in d) D. Figure 2. SEM images of investigated grain refiners with corresponding EDS results in wt.%: a) A, b) B, c) C, and d) D Slika 3. a) Velikostna porazdelitev delcev TiB2 v preiskovanih udrobnilnih sredstvih in b) velikostna porazdelitev delcev Al3Ti v preiskovanih udrobnilnih sredstvih Figure 3. a) TiB2 particle size distribution in various grain refiners and b) Al3Ti particle size distribution in various grain refiners Slika, ki vsebuje besede zemljevid, besedilo, posnetek zaslona Opis je samodejno ustvarjen Slika 4. Mikroposnetki v polarizirani svetlobi za aluminijevo zlitino Al99,7 in udrobnjene b) z udrobnilnim sredstvom A, c) B, d) C in e) D Figure 4. Micrographs in polarized light for aluminum alloy Al99.7 and grain refined specimens with b) grain refiner A, c) B, d) C, and e) D. AKTUALNO / CURRENT Pregled livarskih prireditev v letu 2024 Datum dogodka Ime dogodka Mesto in država 29.02. – 01.03. 2024 Proizvodni procesi in njihov vpliv na kvaliteto livarskih izdelkov Varaždin, Hrvaška 14.03. – 15.03. 2024 48. Aachener Giessereikolloquium 2024 Aachen, Nemcija 25.04. – 26.04. 2024 Grosse Giessereitechnische Tagung 2024 Salzburg, Avstrija 16.05. – 17.05. 2024 Aalener Giesserei Kolloquium Aalen, Nemcija 04.06. – 06.06. 2024 CastForge 2024 Stuttgart, Nemcija 10.06. – 11.06. 2024 Industrijski forum inovacij, razvoja in tehnologij Portorož, Slovenija 18.09. – 20.09. 2024 64. IFC Portorož 2024 Portorož, Slovenija 23.09 – 25.09. 2024 3rd Carl Loper Conference Brasov, Romunija 26.09. – 27.09. 2024 13. Ranshofener Leichtmetalltage 2024 Saalfelden, Avstrija 08.10. – 10.10. 2024 Aluminium Düsseldorf, Nemcija 25.10 – 30.10. 2024 The 75th World Foundry Congress Deyang, Kitajska POPRAVEK V Livarskem vestniku št. 4/2023 je na 229. strani podnapis pod drugo fotografijo napacen in pravilno glasi: Rebeka Rudolf, Univerza v Mariboru in Zlatarna Celje- predavateljica in predsedujoca sekcije. Za napako se vsem opravicujemo. AKTUALNO / CURRENT V. Krmelj, L. S. Balažic, Š. Tertinek, D. Bokal Energetsko podnebna agencija za Podravje, DATABITLAB svetovanje d.o.o., Fakulteta za naravoslovje in matematiko Univerze v Mariboru Koristi za podjetja, ki izhajajo iz integriranega trajnostnostnega porocanja Zanimanje podjetij za trajnostnostna porocila se iz leta v leto vedno bolj povecuje, saj vpliva na optimiziranje svojega porocanja, izboljšanje financnih rezultatov in izboljšanje ugleda ter konkurencnosti podjetja. Za vse organizacije ali podjetja je pomembno vedeti, da bo 1.1. 2025 nova direktiva porocanja o trajnostnosti pricakovana za velika podjetja z vec kot 500 zaposlenimi že za poslovno leto 2024, za ostala velika podjetja za poslovno leto 2025 in za vecino ostalih podjetij v javnem interesu za poslovno leto 2027*. Cilji nove direktive so zagotoviti zanesljive in primerljive informacije o trajnostnostnih praksah v podjetjih, ter sprejem obveznih standardov trajnostnostnega porocanja. Obenem pa je cilj vsakega trajnostnostnega porocanja, da podjetje pozitivno vpliva na okolje in družbo. Eden bolj znanih kazalnikov po ESRS standardu je izracun ogljicnega odtisa podjetja. Ogljicni odtis lahko izracunamo na podlagi standardnih faktorjev preracuna, koliko CO2 in drugih toplogrednih plinov nastane pri izgorevanju goriv ali drugem pridobivanju energije, npr. elektricne. Zelo zgošceno povedano, je ogljicni odtis kolicina ogljikovega dioksida, ki nastane pri proizvodnji dolocenega produkta, izvedbi storitev, procesa, ali organizacije. S tem ugotovimo, v kolikšni meri izbran proces prispeva k ucinku tople grede. Evropska Unija je zato predstavila nov projekt, ki se imenuje ‚‘Pripravljenih na 55‘‘ in s tem zadala cilje, da bo do leta 2030 zmanjšala neto emisije toplogrednih plinov za vsaj 55%. Vsem pripravljavcem trajnostnostnih porocil bo najbolj ustrezal agilen integriran model obdelave trajnostnih podatkov, ki omogocajo ucinkovito razumevanje in integracijo podatkov za izboljšanje ucinkovitosti in zmanjšanje stroškov. Cilj le-tega je v ospredje postaviti izkorišcanje podatkov za optimizacijo svojih poslovnih procesov, izboljšati ucinkovitost in konkurirati na trgu. Kljucni element integriranega modela trajnostnostnega porocanja predstavlja programska oprema, ki v realnem casu (sproti po knjiženju relevantnih podatkov) izracuna trajnostnostne kazalnike, ta zajema podatke in vrednosti kazalnikov v realnem casu, prikaz lastne cene ter socasna optimizacija lastne cene in okoljskih obremenitev. Primeri drugih prednosti (integriranega) trajnostnostnega porocanja so ugodnejši krediti, optimizacija logistike in drugih poslovnih procesov ter povecana privlacnost za investicije. Podjetje ali organizacija lahko z uvedbo trajnostnostnega porocanja in izracunom ogljicnega odtisa skozi integrirano podatkovno analizo prispevata k krepitvi blagovne znamke in ugleda podjetja, konkurencnosti, optimizaciji dela, zmanjšanju stroškov uporabe, natancnejšemu vodenju izracunov ogljicnega odtisa in vecjemu zadovoljstvu družbe ter pozitivnejšemu vplivu na okolje. *Clen 5 in Izhodišce (27) direktive DIREKTIVA (EU) 2022/2464 EVROPSKEGA PARLAMENTA IN SVETA. Dostopno na: https://eur-lex.europa.eu/legalcontent/SL/TXT/?uri=CELEX%3A32022L2464 Opomba: Dne 5.12.2023 je v organizaciji Društva livarjev Slovenije potekal seminar z izvajalci, ki so razvidni zgoraj, pod naslovom Koristi za podjetja, ki izhajajo iz integriranega trajnostnostnega porocanja. AKTUALNO / CURRENT Dan Poljskih livarjev 2023 V Krakovu na Poljskem smo se dne 15. decembra 2023 udeležili »Dneva Poljskih livarjev 2023«. V okviru tega dogodka je potekala mednarodna konferenca pod naslovom »Inovacije v livarski industriji«. Organizator dogodka je bil STOP – Stowarzyszenie Techniczne Odlewnikow Polskich (Tehnicno združenje poljskih livarjev). Gre za livarski dogodek, ki je eden od najpomembnejših v poljski livarski industriji, ki je že nekaj let pomemben dogodek v mednarodnem prostoru, kar se kaže v narašcajoci udeležbi udeležencev iz tujine. O pomembnosti dogodka ne govori samo statistika temvec tudi dejstvo, da je dogodek organiziran pod pokroviteljstvom WFO – svetovne livarske organizacije in s medijskima pokroviteljema Foundry Planet, svetovno znani livarski portal ter revijo Przeglad Odlewnictwa. Letošnjega dogodka se je udeležilo skoraj 250 udeležencev iz Poljske in tujine. Gre za predstavnike livarske industrije, dobavitelje za livarsko industrijo ter predstavnike univerz in raziskovalnih organizacij. Tematika konference je bila posvecena predvsem novim rešitvam varcevanja z energijo, vkljucno z uporabo obnovljivih virov energije, zmanjševanju emisij CO2 in uporabi novih inovativnih materialov in uporabi sodobnih rešitev digitalizacije in robotizacije, v skladu z industrijo 4.0 . V konferencne delu dogodka je bilo predstavljeno 15 predavanj. Kot vsako leto ta dogodek spremlja tudi livarska razstava na kateri je sodelovalo 16 razstavljavcev, med njimi tudi TDR Legure d.o.o. iz Slovenije. Organizator dogodka je porocal, da je bil s sklepom XXXV generalne skupšcine delegatov STOP - Poljskega livarskega združenja, ki je potekala dne 14.12.2023, izvoljen nov odbor STOP, ostali organi in predsednik. Novi predsednik STOP za mandatno obdobje 2023-2027 je postal prof. Rafal Danko, dosedanji podpredsednik STOP, ki je trenutno tudi podpredsednik WFO. Uradni del dogodka »Dan poljskih livarjev 2023« je bil zakljucen s slavnostno zahvalo odhajajocem predsedniku STOP, mag. Tadeuszu Franaszeku, ki je vse svoje življenje posvetil livarstvu, ustvarjanju in vodenju Poljskega livarskega združenja. Mag. Tadeusz Franaszek je castni clan Društva livarjev Slovenije, zato smo se tudi iz tega razloga udeležili tega dogodka in slavnostne zahvale, ki jo naš dolgoletni stanovski kolegu in prijatelj iz Poljske zasluži. Informacijo priredila: mag. Mirjam Jan-Blažic AKTUALNO / CURRENT EUROGUSS V Nuernbergu v Nemciji je od 16.-18. januarja 2024 potekal specializiran sejem s podrocja tlacnega livarstva, kateri se na tej lokaciji prireja vsako drugo leto in se danes zagotovo lahko šteje kot najvecji evropski strokovni sejem za tlacno litje. Sejem predstavlja celotno verigo izdelave ulitkov na enem mestu – od surovin, tehnologije in procesov do koncnih izdelkov. Osredotocen je na inovativne rešitve za procese tlacnega litja (aluminij, cink, magnezij). Sejem je bil prvic organiziran leta 1996. Takrat se je predstavilo 93 razstavljavcev, na sejem pa je prišlo 2.600 obiskovalcev. V letu 2020 je nastopilo rekordno število razstavljavcev, 758 iz 36 držav in preko 14.600 obiskovalcev, letos pa se beleži udeležba je 641 razstavljavcev iz 34 držav in 14.341 obiskovalcev. Deset držav, iz katerih prihaja najvec obiskovalcev (po vrstnem redu) je: Nemcija, Italija, Turcija, Avstrija, Poljska, Ceška, Španija, Republika Koreja, Slovenija in Švica. Pomembnosti sejma se zavedajo tudi Slovenska podjetja. Na sejmu je tako razstavljalo kar 14 naslednjih razstavljavcev: Blisk livarstvo d.o.o., 3CNC d.o.o, DIFA d.o.o., Hidria d.o.o., HTS IC d.o.o., Iskra ISD livarna d.o.o., Kofra livarna d.o.o., Kovinoplastika Lož d.o.o., LTH castings d.o.o., MLM d.d., Orodjarstvo Gorjak, d.o.o., Talum d.d., Telkom d.o.o., Unior d.d.. Sejem tradicionalno obišce tudi Društvo Livarjev Slovenije in Katedra za livarstvo Oddelka za materiale in metalurgijo Naravoslovnotehniške fakultete Univerze v Ljubljani. Prevladujoca tema Eurogussa 2024 je bila trajnost. Z narašcajocim ozavešcanjem o okoljskih vprašanjih je v industriji tlacnega litja je vse vecje povpraševanje po bolj ekoloških proizvodnih procesih. Podjetja raziskujejo nove nacine za zmanjšanje porabe energije, minimiziranje odpadkov in uporabo recikliranih materialov, ne da bi pri tem ogrozili kakovost. Ta zavezanost trajnosti je bila ocitna v številnih ekoloških rešitvah na razstavi, ki segajo od energetsko ucinkovitih strojev do inovativnih tehnik recikliranja. Poleg tega se je digitalizacija izkazala kot še en kljucen trend, ki preoblikuje podrocje tlacnega litja. Tehnologije industrije 4.0, kot so avtomatizacija, analitika podatkov in povezljivost IoT, spreminjajo proizvodne procese, izboljšujejo ucinkovitost in omogocajo spremljanje in nadzor v realnem casu. Obiskovalci smo imeli priložnost na lastne oci videti preoblikovalno moc digitalizacije skozi žive demonstracije in interaktivne razstave, ki prikazujejo, kako te tehnologije lahko optimizirajo operacije in spodbujajo inovacije. Koncno gledano je bil sejem odmeven uspeh, ki je ponovno potrdil svoj status kot dogodek, ki ga morajo obiskati strokovnjaki iz naših livarn tlacnega litja. Od novih trendov do vpoglednih razprav je sejem ponudil vpogled v prihodnost tlacnega litja, kjer so trajnost, digitalizacija in sodelovanje, gonilne sile, ki oblikujeta evolucijo industrije. Porocal: dr. Sebastjan Kastelic AKTUALNO / CURRENT Mnenje o stanju evropske livarske industrije, februar 2024 FISI raste že drugi mesec zapored in znaša 94,0 indeksnih tock. Februarja 2024 je kazalnik razpoloženja v evropski livarski industriji (FISI) doživel pozitiven skok. Gre za drugo zaporedno rast FISI za 1,1 tocke, kar znaša 94,0 (92,9 v januarju). Trenutni dvig FISI je mogoce deloma pripisati umirjanju razmer v nabavnih trgih, kar prispeva k rahlemu popušcanju pritiskov. Dinamika cen surovin oziroma materialov se je ustalila in odraža bolj normalno stanje, cene pa so še zmeraj na ravneh, ki presegajo stanje pred pricetkom pandemije. Vendar splošno stanje ostaja še zmeraj napeto, saj je treba premagati še precej ovir. Tekoci izzivi s katerimi se sooca Industrija sta nihajoce povpraševanje in svetovna gospodarska negotovost. Ti dejavniki opozarjajo na krhkost trenutnega izboljšanja ter poudarjajo potrebo po trajnem prizadevanju za stabilizacijo in krepitev sektorja. Majhno izboljšanje v februarju je pozitiven znak ampak pomembno je vedeti, da bo trasiranje poti evropske livarske industrije še vedno težavno. Z dodatno pozornostjo in s proaktivnimi koraki, ki bodo kljucnega pomena za spopadanje s trenutnim dogajanjem in izzivi, bo potrebno zagotoviti, da Industrija kljub težavam ostaja mocna. Kazalnik poslovne klime (BCI) medtem ostaja nespremenjen pri -0,42 indeksne tocke in je enak kot v januarju. To je že osmi zaporedni mesec, ko se BCI zadržuje pod kriticno mejo 0 indeksnih tock. Ponovljajoci negativni trend BCI izhaja predvsem iz ocene ravni izvoznih narocil. Nenehne geopoliticne napetosti v regijah, kot je Bližnji vzhod in Ukrajina še naprej pomembno vplivata na to usmeritev, kar tudi prispeva k trajni stagnaciji BCI. FISI je prvi razpoložljivi sestavljeni kazalnik, ki zagotavlja informacije o uspešnosti evropske livarske industrije. Vsak mesec ga objavi CAEF - Evropsko livarsko združenje, temelji pa na anketnih odgovorih evropske livarske industrije. CAEF prosi svoje clane, da podajo svojo oceno poslovanja v livarstvu in svoja pricakovanja za naslednjih 6 mesecev. BCI – indikator poslovne klime je kazalnik, ki ga objavlja Evropska komisija. BCI vsak mesec ocenjuje razvojne razmere proizvodnega sektorja v evropskem obmocju in uporablja 5 mnenj iz raziskave industrije: Proizvodne trende, knjige narocil, knjige izvoznih narocil, zaloge in pricakovana proizvodnja. Mnenjski indikator evropske livarske industrije (FISI) in kazalnik poslovne klime v Evro obmocju (BCI) Zgoraj predstavljena tabela skupaj z dodatnimi informacijami je dostopna na www.caef.eu. CAEF je krovna organizacija nacionalnih evropskih livarskih združenj. Organizacija, ustanovljena leta 1953, ima 22 evropskih držav clanic in si prizadeva za promocijo gospodarskih, tehnicnih, pravnih in družbenih interesov evropske livarske industrije. Hkrati CAEF izvaja dejavnosti, katerih cilj je razvoj nacionalnih livarskih industrij in usklajevanje njihovih skupnih mednarodnih interesov. Generalni sekretariat ima sedež v Düsseldorfu od leta 1997. CAEF predstavlja 4 400 evropskih livarn. Skoraj 260 000 zaposlenih ustvarja promet v višini 39 milijard evrov. Evropske livarne zaposlijo 20 000 delavcev in inženirjev na leto. Glavne panoge kupcev so npr. avtomobilska, splošna in gradbena industrija ter elektrotehnicna industrija. Noben industrijski sektor ne obstaja brez uporabe litih komponent. Vec informacij na www.caef.eu in CAEF LinkedIn. Kontakt CAEF: Johannes Kappes CAEF Sekretar Evropskega livarskega združenja Komisija za ekonomijo in statistiko telefon: +49 211 68 71 – 291 elektronski naslov: johannes.kappes@caef.eu Podatki v tem prispevku so povzeti iz CAEF – Sporocila za javnost z dne 22.03.2024 . Informacijo pripravila: mag. Mirjam Jan-Blažic AKTUALNO / CURRENT Seja organov Društva livarjev Slovenije Društvo livarjev Slovenije (v nadaljevanju Društvo) je 5. marca 2024 izvedlo obicajne seje vseh organov Društva v tem casu v podjetju LTH Castings d.o.o. in to na lokaciji njegovega obrata Orodjarne v Škofji Loki. Organi Društva so potekali po zaporedju glede na potrebno odlocanje in sicer najprej je zasedal Nadzorni odbor Društva, ki je obravnaval porocilo predsednice o delu Društva v letu 2023 s pripadajocim financnim porocilom. Nadzorni odbor Društva je potrdil porocilo predsednice o delu in poslovanju Društva v letu 2023. Ugotovil je nadalje, da je financno poslovanje Društva bilo vodeno v skladu z veljavnimi racunovodskimi standardi za društva. Poraba sredstev je potekala v skladu s prejetim Programom dela Društva za leto 2023, sprejetim na letnem Obcnem zboru, dne 31.2.2023. Iz porocila o financnem poslovanju Društva v letu 2023 je razvidno, da je Društvo ustvarilo 146.439,11 € prihodkov od tega v pretežni meri iz naslova konference v Portorožu in seminarjev v vrednosti 77.915,15 €, iz naslova livarske revije Livarski vestnik 15.396,61 € in letnih clanskih prispevkov 24.090,04 €. Celotni stroški so bili za 5% nižji kot v letu 2022 in so znašali 145.305,06 €. Pretežni del stroškov se nanaša na Livarsko konferenco v Portorožu in livarsko revijo Livarski vestnik. Razlika med prihodki in stroški pa je znaša 1.134,05 €. Ker je Društvo po zakonu o društvih neprofitna organizacija, je letno uravnavanje prihodkov in stroškov bilo uspešno. Seja obcnega zbora Po seji Nadzornega odbora je potekala seja Izvršnega odbora na kateri so bili prisotni vsi clani Izvršnega odbora. Na seji je bil obravnavan naslednji dnevni red: • Pregled zapisnika in realizacije sklepov 41. seje. • Porocilo predsednice o delu in financnem poslovanju Društva v letu 2023 s stališcem Nadzornega odbora. • Porocilo Inventurne komisije za popis osnovnih sredstev. • Program dela Društva livarjev Slovenije za leto 2024. • Razno. Za vse tocke dnevnega reda so clani Izvršnega odbora prejeli podrobna pisna gradiva, ki jih je uvodoma predstavila predsednica Društva, mag. Mirjam Jan-Blažic. Izvršni odbor je soglasno sprejel vsa porocila in predlagan Program dela Društva za leto 2024. Na letnem Obcnem zboru, ki je sledil po seji Izvršnega odbora je obravnavano Porocilo o delu Društva v letu 2023 s financnim poslovanjem in stališcem Nadzornega odbora in Program dela Društva za leto 2024. Za vse tocke dnevnega reda so delegati Obcnega zbora prejeli podrobna pisna gradiva, ki jih je uvodoma predstavila predsednica Društva, mag. Mirjam Jan-Blažic. Obcni zbor je soglasno sprejel vsa porocila in predlagan Program dela Društva za leto 2024. V Programu dela Društva za leto 2024 se nacrtujejo nadaljnje izdaje Livarskega vestnika, v obsegu štirih izdaj na koncu vsakega kvartala, organizacija osrednjega dogodka 64. IFC Portorož 2024 z livarsko razstavo, ki bo potekala v casu od 18. - 20. septembra 2024, izmenjava livarske revije Livarski vestnik s svetovnimi in domacimi livarskimi in drugimi strokovnimi revijami, udeležba na livarskih dogodkih doma in v tujini, sodelovanje s sorodnimi društvi in združenji, priprava statisticnih podatkov o livarski proizvodnji v Sloveniji v letu 2023 za svetovno statistiko in organizacija in izvedba naslednjih strokovnih seminarjev: Skupni seminar za vse clane Društva livarjev Slovenije • Okoljevarstvene problematike za livarne Izvajalec: Gospodarska zbornica Slovenije, Služba za varstvo okolja Predvidena obravnava naslednjih tem: Družbeno odgovorno ravnanje do trajnosti Direktiva o trajnostnem korporativnem porocanju (CSRD) Standardi trajnostnega porocanja (ESRS) Predviden prenos direktiv v slovenski pravni red Kako do trajnostnega porocila Rok izvedbe seminarja 17.4.2024 . Seminarji za neželezove livarne 1. Dvodnevni seminar za livarne tlacnega litija s prakticnim delom Izvajalec: ÖGI– Avstrijski livarski inštitut, na lokaciji Leoben, Avstrija Predvidena obravnava naslednjih tem: • Vacuum and spraying technology • Numerical Simulation with Focus on the spray process • Porosities in HDPC • Introduction to cooling and die tempering in HPDC • Thermochemical and thermomechanical wear of tools for HPDC • Thermography • Standard water spraying/standard water spraying with core cooling • Process conversion from conventional spraying to micro-spraying, microspraying with core cooling Število udeležencev je omejeno na 12 slušateljev, zato je v sprejetem Programu Društva za leto 2024 že potrjen tudi razrez slušateljev po podjetjih. Predviden rok izvedbe seminarja: oktober/november 2024. 2. Seminar za tlacne livarne Izvajalec: Chem Trade, lokacija Gospodarska zbornica Slovenije Predvidena obravnava naslednjih tem: • Ekološka locilna sredstva, • Mikromazanje, • Mazanje batov, • Efekt locevalnega premaza glede na kvaliteto (hrapavost) površine, • Alternative orodnih jekel Predviden rok izvedbe seminarja: junij/ 1. teden julij 2024. 3. Tri dnevni seminar za visoko usposobljene in izkušene kadre s podrocja tlacnega litja Izvajalec: Bühler, lokacija Uzvil, Švica Število udeležencev je omejeno na 10 slušateljev, zato je v sprejetem Programu Društva za leto 2024 že potrjen razrez slušateljev po podjetjih. Predviden rok izvedbe seminarja: oktober/1. teden december 2024. Seminarji za železove livarne 1. Enodnevni seminar o inovativnih rešitvah za predelavo in ponovno uporabo livarskih odpadnih peskov Izvajalec: OMEGA Sinto in Heinrich Wagner Sinto GmbH, lokacija Portorož Rok izvedbe seminarja: 18. september 2024. 2. Livarske napake in možne identifikacije z merilno opremo Katedre za livarstvo Naravoslovno tehniške fakultete Univerze v Ljubljani Izvajalec: Katedra za livarstvo v Ljubljani Predviden rok izvedbe seminarja: december 2023 /januar 2024. Komisija za izbor seminarskih tem za železove livarne je predlagala, da se poišcejo izvajalci še za naslednje seminarske teme: • Kako do vecje energetske ucinkovitosti pri zalaganju peci • LCA analiza, kot orodje za doseganje trajnostnih ciljev poslovanja • Dolocanje CO2 odtisa v transportu Predviden rok izvedbe seminarjev: oktober 2023 do januar 2024 Udeleženci Obcnega zbora Obcnega zbora Pred sejo letnega obcnega zbora je vse prisotne delegate pozdravil direktor livarne LTH Castings d.o.o., Matjaž Turk, ki je najprej s PowerPoint prezentacijo predstavil delegatom dosežke podjetja v lanskem letu in nacrte za prihodnost in po predstavitvi podjetja s svojimi sodelavci popeljal delegate na ogled proizvodnih obratov Orodjarne. Po koncanem obcnem zboru je gostitelj poskrbel za kosilo in neformalno druženje delegatov Obcnega zbora. Za omogoceno izvedbo vseh organov Društva, prijazen sprejem in odlicno gostiteljstvo, se Društvo livarjev Slovenije še enkrat zahvaljuje podjetju LTH Castings d.o.o. in vodstvu podjetja. Porocala: mag. Mirjam Jan-Blažic DRUŠTVO LIVARJEV SLOVENIJE Vabilo za 64. IFC PORTOROŽ 2024 z livarsko razstavo 18. - 20. SEPTEMBER 2024 Kontakt: DRUŠTVO LIVARJEV SLOVENIJE, Lepi pot 6, p.p. 424, 1001 Ljubljana T: +386 1 2522 488 drustvo.livarjev@siol.net, www.drustvo-livarjev.si ISSN 0024-5135 LIVARSKI VESTNIK DRUŠTVO LIVARJEV SLOVENIJE SLOVENIAN FOUNDRYMEN SOCIETY 71/2024 1