OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

Transkrypt

1 37/44 Solidification of Metals and Alloys, Year 000, Volume, Book No. 44 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 000, Rocznik, Nr 44 PAN Katowice PL ISSN OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK13 NA PODSTAWIE METODY ATND. J. PEZDA 1 Katedra Technologii Bezwiórowych Politechnika Łódzka Filia w Bielsku-Białej. STRESZCZENIE W artykule przedstawiono próbę zastosowania jednoczesnej metody Analizy Termiczno-Napięciowo Derywacyjnej do określenia właściwości mechanicznych siluminu AK13. Badany stop został poddany typowym zabiegom rafinacji i modyfikacji. 1. WPROWADZENIE W skład odlewniczych stopów aluminium, poza głównymi składnikami stopowymi takimi jak krzem, magnez, nikiel, mangan, miedź, wchodzą również pierwiastki typu żelazo, cynk, cyna, ołów, itp. będące zanieczyszczeniami. W czasie krystalizacji stopu powstają główne fazy i eutektyki jak również fazy pochodzące z zanieczyszczeń będących w stopie. Poprzez stosowanie zabiegów metalurgicznych takich jak rafinacja i modyfikacja oraz obróbka cieplna wzrastają właściwości mechaniczne stopów. Najtrudniejszym etapem w procesie odlewania jest odpowiedź na pytanie, czy stop po zakrzepnięciu będzie miał oczekiwane właściwości mechaniczne. Poznawanie tych właściwości za pomocą metod tradycyjnych takich jak: badania wytrzymałościowe, mechaniczne, analiza składu chemicznego, metalografia jest pracochłonne i nie zawsze do końca zgodne z rzeczywistością. Przygotowanie stopu (rafinacja, modyfikacja) oraz znajomość procesów krystalizacji jest konieczna dla określenia jego jakości, a co za tym idzie przydatności do wykonania określonego elementu. Dlatego prowadzone są badania przebiegu 1 Mgr inż.

2 74 krystalizacji nową metodą Analizy Termiczno-Napięciowo Derywacyjnej ATND, która powstała z połączenia metody ATD i metody pomiaru powstającego napięcia elektrycznego podczas krzepnięcia stopu. Powstawanie poszczególnych faz i eutektyk obrazowane jest pikami na krzywych: termicznej i napięciowej. Wartości tych pików, czyli punktów charakterystycznych stanowią podstawę służącą do stworzenia modeli matematycznych przedstawiających wpływ zmian wielkości tych punktów na właściwości mechaniczne stopu.. METODYKA I WYNIKI BADAŃ Metoda ATND powstała z połączenia metody Analizy Termiczno Derywacyjnej (ATD) i metody pomiaru powstającego napięcia elektrycznego podczas krzepnięcia stopu. Połączenie tych dwóch metod daje wyraźny obraz powstającej struktury w krzepnącym metalu. Powstawanie poszczególnych faz i eutektyk obrazowane jest pikami na krzywych napięciowych i potwierdzane wynikami metody ATD. Wartości punktów charakterystycznych jako zmienne niezależne zostały zapisane w formie plików wraz z odpowiadającymi im wartościami zmiennych niezależnych (R m., HB) uzyskanych na drodze badań wytrzymałościowych siluminu AK13. Stop został poddany typowym zabiegom metalurgicznym: rafinacji i modyfikacji, po których zalewano nim kokilę do znormalizowanych próbek wytrzymałościowych o temperaturze 150 i 50 o C. Na rysunku 1 przedstawiono krzywe metody ATND dla stopu AK13 poddanego zabiegowi rafinacji (rafinator Rafal 1 w ilości 0,4% masy wsadu). Rys.. Krzywe krzepnięcia i charakterystyczne punkty rafinowanego stopu AK13. Fig.. Crystallization curves and characteristic points of the rafined AK13 alloys.

3 75 Uzyskane wielkości punktów charakterystycznych stanowią podstawę do wyznaczenia zależności (1,) w formie równań przedstawiających wpływ wielkości wejściowych na wytrzymałość na rozciąganie R m i twardość HB dla stopu rafinowanego. R m = ,1x1 14,18x1 4,54x + 9,1x + 15,54x3 0, 01x3 (1) HB = ,8x1 + 3,8 x1 +,1x 1,5 x + 65,5x 3 0, 1x3 () Na rysunkach -3 przedstawiono graficznie wpływ zmiany wartości wejściowych na właściwości wytrzymałościowe stopu rafinowanego. Rys..Wpływ wartości punktów na wytrzymałość R m : a) x 1, x ( x 3 =630 o C), b) x, x 3 (x 1 =1,3 mv). Fig.. Influence values of points on the strenght R m : a) x 1, x ( x 3 = 630 o C ), b) x, x 3 (x 1 = 1,3 mv). Rys. 3. Wpływ wartości punktów na twardość HB: a) x 1, x ( x 3 = 630 o C), b) x, x 3 (x 1 = 1,3 mv). Fig. 3. Influence values of points on the hardnes HB: a) x 1, x ( x 3 = 630 o C ), b) x, x 3 (x 1 = 1,3 mv).

4 76 Na rysunku 4 przedstawiono krzywe metody ATND dla stopu AK13 poddanego zabiegowi rafinacji i modyfikacji zaprawą Al-Sr 10 w ilości 6% zaprawy do masy wsadu. Rys. 4. Krzywe krzepnięcia i charakterystyczne punkty modyfikowanego stopu AK13. Fig. 4. Crystallization curves and characteristic points of the modyfied AK13 alloys. Zależności uzyskane dla stopu rafinowanego i modyfikowanego przedstawiają równania (3,4). Rm = ,5x1 +,78x1 + 1,88x 4,9x 11,8x3 0, 009x3 HB = ,95x1 + 1,35x1 1,06x +,9x + 6, 4x3 (3) (4) Na rysunkach 5-6 przedstawiono graficznie wpływ zmiany wartości wejściowych na właściwości wytrzymałościowe stopu.

5 77 Rys. 5. Wpływ wartości punktów na wytrzymałość R m : a) x 1, x ( x 3 = 650 o C), b) x, x 3 (x 1 = 1,3 mv). Fig. 5. Influence values of points on the strenght R m : a) x 1, x ( x 3 = 650 o C ), b) x, x 3 (x 1 = 1,3 mv). Rys. 6. Wpływ wartości punktów na wytrzymałość R m : a) x 1, x ( x 3 = 650 o C), b) x, x 3 (x 1 = 1,3 mv). Fig. 6. Influence values of points on the strenght R m : a) x 1, x ( x 3 = 650 o C ), b) x, x 3 (x 1 = 1,3 mv). 3. WNIOSKI Przeprowadzone wstępne badania wykazały, że istnieje korelacja pomiędzy wartościami punktów charakterystycznych wyznaczonych na krzywych metody ATND z wartościami wytrzymałości na rozciąganie R m i twardości HB. Prowadzone dalsze badania skoncentrują się na powiększeniu ilości danych wejściowych w celu pełniejszego opisu procesu krystalizacji stopu, oraz weryfikację otrzymanych równań, co pozwoli na szybką ocenę właściwości wytrzymałościowych siluminu AK13. Proces modyfikacji siluminu powoduje wyraźną zmianę wartości punktów x 1 oraz x występujących na krzywej napięciowej.

6 78 LITERATURA [1] Wasilewski P. Siluminy modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości. Krzepnięcie metali i stopów, Zeszyt 1, Monografia, Katowice 1993r. [] Pietrowski S. Siluminy tłokowe. Krzepnięcie metali i stopów, Zeszyt 9, Monografia, Katowice 1997r. [3] Jura S. Sakwa J. Zastosowanie analizy termiczno derywacyjnej ATD do oceny właściwości żeliwa szarego. Krzepnięcie metali i stopów, tom 5, Wrocław 198 r. [4] Poniewierski Z. Krystalizacja, struktura i własności siluminów. WNT, Warszawa 1986r. [5] Pezda J., Dudyk M., Ciućka T., Wasilewski P., - Wielomianowe modele właściwości mechanicznych stopów aluminium. Krzepnięcie metali i stopów, Zeszyt 38, Katowice 1998 r. DEFINITION OF MECHANICAL PROPERTIES OF THE AK13 SILUMIN ON THE GROUND OF ATND METHOD. SUMMARY The evaluation test of mechanical properties of the AK13 has been described in this paper. The characteristics points obtained from the solidification curves and from the voltage curves, as well from their derivatives have been determined on the state of the solidification and crystallization curves using the method simultaneous recording ATND. On the state of these characteristic points, the mathematical models have been defined of define the mechanical properties of the AK13 silumin (R m., HB). Reviewed by prof. Stanisław Jura