STRUKTURA I ROZMIESZCZENIE PRZEMYSLA W W ASILEWSKI

Transkrypt

1 Solidification of Metais and Alloys Krzepnięcie Metali i Stopów PL ISSN STRUKTURA I ROZMIESZCZENIE SKŁADNIKÓW STOPOWYCH W SILUMINIE CYNKOWYM ACll (AIZnlOSi7Mg) PRZEMYSLA W W ASILEWSKI BOGUSŁAW SUCHANEK Politechnika Łódzka Filia w Bielsku-Białej W pracy omówiono stopy AIZnSi oraz przedstawiono wyniki badaj} struktur)' i rozmieszczenia składników stopowych Si, Zn, Mg, Fe w siluminie cynkowym AIZn10Si7Mg (ACll). Stopy rafinowano argonem i Rafał em oraz modyfikowano strontem i antymonem. Wprowadzenie, cel i zakres badań Stopy z grupy Al-Zn-Si-Mg, nazywane siluminami cynkowymi, są - mimo swoich wielu zalet - mał o popularne i mało stosowane. Cynk jako domieszka w stopach AI-Si ma szczególne znaczenie, nie współdziała z innymi składnikami, w niewielkich il ośc i ach ni e ma praktycznie wpływu na właściwości mechaniczne stopów. Przy większej zawartośc i cynk umacnia stopy, które osiągają du że wytrzymałości bez obróbki cieplnej [ 1]. a budowa stopów AI-Zn-Si zawierających nawet do 20% Zn nie róż ni s i ę od budowy innych siluminów pod- i oko łoeute ktyczn ych [2]. Takie oddział ywanie cynku w stopach potrójnych AI-Zn-Si ma uzasadni eni e w układzie AI-Zn (rys. l). Jest to układ z eutektyk ą 25 % Zn i eutektoidem 715 '7r Zn. tworzącym s i ę w temperaturze 275 C, składającym s ię z krysz tał ów roztworu stał ego granicznego aluminium w cynku ~ o zawartości 0,6% AL W miarę obniżania się temperatury rozpuszczal n ość cynku w aluminium maleje i w temperaturze otoczenia dochodzi prawie do zera. Z tego wyni kał o b y, że w warunkach równowagowych w stopach

2 170 P. Wasilewski, B. Suchanek Al-Zn-Si powinna występować faza bogata w cynk wydzielona z roztworu stałego a. W odlewanych próbkach i odlewach, z uwagi na znacznie szybsze stygnięcie, dla stopów odlewniczych zawierających poniżej 20% Zn, cynk pozostaje w przesyconym roztworze stały m a. o Al......_ r--~... ~:::..., r-- i-... L r--. ~ - lltf ~ lltfł-lllt-. ~ :~s / " r-... ~ L+/J ~~ a z V'l.B l f lllt+fj - /_ a+fj " ~o ' ło fo GO łoo "wag. m In Rys. l. Wykres fazowy Al-Zn Dla określenia struktury i rozmieszczenia składników stopowych w typowym siluminie cynkowym wybrano stop ACll (A1Znl0Si7Mg) produkowany przez Z.M.L. w Kętach. Wg normy zakładowej silumin ten zawiera: 7±12% Zn; 6 ± 8% Si; O, l± O, 3% Mg, < O, 6%Cu; < l % Fe;< O, 5% Mn [3, 5]. Celem badań było poznanie struktury i rozmieszczenie składników stopowych stopów rafinowanych i modyfikowanych strontem i antymonem. Sposób prowadzenia badań Stopy przeznaczone do badań topiono w elektrycznym piecu oporowym z tyglem gratitowym o pojemności 30 kg stopu. Rafinacje przeprowadzono w temperaturze 760 C argonem przez 5 minut lub Rafałem. Porafinacji stop przetrzymywano przez pół godziny i zalewano do kokili lub modyfikowano strontem albo antymonem. Modyfikację przeprowadzono w temperaturze 760 C stosując zaprawę strontową AISil4Sr10 lub czysty antymon. Modyfikatory pakowano w folię aluminiową i wprowadzano do kąpieli. Po wprowadzeniu modyfikatorów stop przetrzymywano l godzinę i zalewano do kokili, dla odlewania próbek, podgrzanej do temperatury 250 C. Temperatura zalewania wynosiła 760 C. Stront dodawano w ilości 0,04% masy wsadu; antymon 0,6% Sb.

3 Struktura i rozmieszczenie składników stopowvch Po wykonaniu zgładów i ich wytrawieniu wykonano obserwację i zdjęcia na mikroskopie optycznym przy powiększeniach 100 i 500x oraz na elektronicznym mikroskopie skaningowym lirmyjeol przy powiększeniach 500 i 100x. Analizy liniowe i powierzchniowe przeprowadzono na mikroanalizatorze rentgenowskim lirmy JEOL przy powiększeniu looox. Wyniki i omówienie badań Mikrofotogralie struktur stopu AC 11 rafmowanego argonem i modylikowanego Sr i Sb przedstawiono na rysunku 2. Na rysunku 2a widać wyraźnie typową strukturę siluminu niemodyfikowanego z występującym iglastym krzemem eutektycznym. Po modyfikacji strontem (rys. 2b) występuje typowa struktura uszlachetniona krzemu eutektycznego. Na rysunku 2c, po modyfikacji antymonem, krzem eutektyczny ma s trukturę pasernkową, charakterystyczną po modyfikacji antymonem. Analizy liniowe i powierzchniowe przedstawiono na rysunku 3 dla stopu AC 11 rafinowanego Rafalem dla rozmieszczenia krzemu i cynku oraz magnezu i żelaza. Rysunek 4 przedstawia analizy liniowe i powierzchniowe stopu AC 11 rafinowanego i modyfikowanego strontem dla rozmieszczenia Si, Zn, Mg i Fe. Rysunek pokazuje analizy liniowe i powierzchniowe stopu AC 11 rafinowanego i modyfikowanego antymonem dla rozmieszczenia Si, Zn, Mg i Sb. Analizy liniowe i powierzchniowe wykazały równomierne rozłożenie cynku i magnezu. Krzem występuje - co oczywiste - w skupieniach jego kryształów, natomiast żelazo w rozproszeniu oraz w skupieniach faz żelazowych. Rozkład antymonu na rysunku 5 jest dość równomierny. Najważniejszym wnioskiem wypływającym z przeprowadzonych badań jest stwierdzenie bardzo równomiemego rozkładu cynku w strukturze siluminów cynkowych: rafinowanego i modylikowanego strontem i antymonem. Nie występują skupienia cynku, co jest potwierdzeniem braku faz cynkowych (MgZ~. Mg 3 Zn 3 Al). Potwierdza to również hipoteza zatrzymania całego cynku w roztworze stałym a, wskutek nierównowagowego krzepnięcia stopu w kokili.

4 172 P. Wasilewski, B. Suchanek a) niemodyfikowany b) modyf. 0,04% Sr c) modyf. 0,6% Sb 11< 8 U) o tli) li l 8. -~..!d <11 ~..!d <11 ~ N 11< Rys. 2. Mikrostruktury stopu ACll rafinowanego argonem

5 Strukrura i rozmieszczenie składników stopowvch Rys. 3. Mikroanaliza rentgenowska stopu ACll rafinowanego Rafalem (pow. looox): a) analiza liniowa rozmieszczenia krzemu (krzywa górna) i cynku (krzywa dolna), b) analiza powierzchniowa krzemu, c) analiza powierzchniowa cynku, d) analiza liniowa rozmieszczenia magnezu (krzywa dolna) i że laza (krzywa górna), e) analiza powierzchniowa magnezu, f) analiza powierzchniowa żelaza

6 174 P. Wasilewski, B. Suchanek Rys. 4. Mikroanaliza rentgenowska stopu ACll rafinowanego Rafalem i modyfikowanego dodatkiem 0,06% Sr (pow. looox): a) analiza liniowa rozmieszczenia krzemu (krzywa górna) i cynku (krzywa dolna), b) analiza powierzchniowa krzemu, c) analiza powierzchniowa cynku, d) analiza liniowa rozmieszczenia magnezu (krzywa dolna) i żelaza (krzywa górna), e) analiza powierzchniowa magnezu, f) analiza powierzchniowa żelaza

7 St ruktura i rozmieszczenie s kładników s10powvch. 175 Rys. 5. Mikroanaliza rentgenowska stopu ACll rafinowanego Rafalem i modyfikowanego dodatkiem 0,6% Sb (pow. l OOOx): a) analiza liniowa rozmieszczenia krzemu (krzywa górna) i cynku (krzywa dolna), b) analiza powierzchniowa krzemu, c) analiza powierzchniowa cynku, d) analiza liniowa rozmieszczenia magnezu (krzywa dolna) i antymonu (krzywa górna), e) analiza powierzchniowa magnezu, f) analiza powierzchniowa antymonu

8 176 P. Wasilewski, B. Suchanek Literatura l. W.P. EFIMIENKO I IN.: Litiejnoje Proizwod. 4/1987, M. TOKARSKI: Metaloznawstwo metali i stopów nieżelaznych Śląsk, Katowice B. SUCHANEK: Praca doktorska. Bielsko Biała Z. GÓRNY: Odlewnicze stopy metali nieżela zny ch WNT, Warszawa P. WASILEWSKI: Krzep. Metali 1993, 21. Summary STRUCTURE AND ARRANGEMENT OF THE ALLOY-FORMING ELEMENTS IN ZINC SILUMIN AIZnlOSi7Mg (ACll) Results of surveys concerning zinc silumin AIZn10Si7Mg (ACll), that were carried on in Łódź Technical University Branch in Bielsko -Biała, Chair of Chipless Technologies, have been discussed in this paper. The melted alloy was refined with argon or Rafał at the temperature about 760'C, then modification treatment with strontium or antimony was executed. Some sampies taken of partictllar melts were cast to metal moulds. These sampies were used for obtaining metaliograpitie specimens. Sample observations were performed using both optical and scanning microscopes. Arrangement of the alloy-forming elements i.e. silicon, zinc, magnesium, iron and antimony was searched with X-ray microanalyser using Iinear and superficial analysis that was shown on photomicrographies. On the basie of the microstructure analysis changes of form o f the eutectioid sili eon, according to refining (argon, Rafał) and modification (strontium, antimony) treatments were ascertained. The linear and superficial analysis displayed very uniform arrangement of the main alloy element in the structure i.e. zinc and also magnesium in substance. Occurence not many agglomerations of magnesium was ascertained. It may testify to presence of Mg 2 Si phase together with the existence of peaks of silieon distribulion in these p la ces.