OPRACOWANIE METODY ANALIZY ELEKTRYCZNO-DERIWACYJNEJ (AED) DO BADANIA KRYSTALIZACJI SILUMINÓW MAKSYMILIAN DUDYK, KLAUDIUSZ MINKUS

Transkrypt

1 Soidiłication of Metais and Aoys Krzepnięcie Metai i Stopów PL ISSN OPRACOWANIE METODY ANALIZY ELEKTRYCZNO-DERIWACYJNEJ (AED) DO BADANIA KRYSTALIZACJI SILUMINÓW MAKSYMILIAN DUDYK, KLAUDIUSZ MINKUS Poitechnika Łódzka Fiia w Biesku-Białej Anaiza eektryczno-deriwacyjna ( AED)powstała z idei połączenia dwóch metod oceny procesów krystaizacji metai i stopów, tj. anaizy termiczno-deriwacyjnej i przewodności eektrycznej właściwej. W artykue przedstawiono próbę rejestracji za pomocą tej metody procesów krystaizacji siuminów AK9 (AISi9Mg) i AK64 (AISi6Cu4). Rejestracja procesów krystaizacji wymienionych stopów poega na wyznaczaniu krzywej przewodności eektrycznej cr = f( t) i jej pochodnej dcr/dt w czasie krzepnięcia odpowiedniej próbki. Porównując otrzymane wykresy da stopów niemodyfikowanych i modyfikowanych strontem zaobserwowano różnice w przebiegu tych krzywych. Na podstawie tych różnic można okreśić efekt modyfikacji stopów. Wprowadzenie Współczesny przemysł odewniczy wymaga zastosowania nowoczesnych metod kontroi przebiegu procesów technoogicznych, przede wszystkim umożiwiających szybkie i możiwie dokładne okreśenie właściwości stopu jeszcze przed jego odaniem do formy. W przedstawionej pracy podjęto próbę opracowania nowej metody (opartej na zjawiskach eektrycznych) pozwaającej okreśić procesy krystaizacji siuminów. Metoda ta poega na rejestracji przewodno ści eektrycznej właściwej podczas krystaizacji próbki odewanej ze stopów auminium.

2 112 M. Dudyk, K. Minkus Przewodność eektryczna właściwa zaeży między innymi od koncentracji domieszek, średniej długości drogi swobodnej eektronów i temperatury []. Krzem w tej metodzie można traktować jako domieszkę w auminium. Wiekość kryształów krzemu będzie zatem miała wpływ na wartość przewodności eektrycznej stopu. Przewodność eektryczna właściwa odewniczych stopów auminium o strukturze uszachetnionej (zmodyfikowanej) jest znacznie wyższa w porównaniu z przewodnością stopów niemodyfikowanych. Zagadnienie to zostało opracowane [2, 3] da próbek ze stopów auminium w stanie stałym. Przewodność eektryczna właściwa stopu w podwyższonej temperaturze za eży od struktury, składu chemicznego i rodzaju pow stających faz [4]. Przedstawione w artykue stanowisko pomiarowe i wyniki badań stanowią przyczynek da możiwości wykorzystania zjawiska zmian przewodności eektrycznej do rejestracji procesów krystaizacji siuminów. Metoda pomiarów i wyniki Stanowisko do rejestracji procesów krystaizacji siuminów wykorzystujące zjawisko zmian przewodności eektrycznej powstało z idei połączenia zasad metody anaizy termiczno-deriwacyjnej (ATD) [5] i zasad metody przewodności eektrycznej właściwej [2]. Schemat bokowy opracowanego stanowiska pomiarowego anaizy eektryczno -deriwacyjnej (AED) przedstawiono na rysunku. z s ;J r- ~ XT LC-055-P/0 ~ vc Rys.. Schemat stanowiska pomiarowego AED: K - kokia (próbnik), XT- komputer z m od ułem pomiarowym, VC - wotomierz cyfrowy, ZS - zasiacz stabiizowany K 1 Da przedstawionego stanowiska AED opracowano program komputerowy sk ładaj ący się z dwóch zasadniczych części: a) programu do rejestracji danych (cr = f(t)) w procesie krystaizacji stopu (rejestracja danych na dyskietkę przy piecu topianym),

3 Opracowanie metody anaizy ee/aryczno-deriwacyjnej (AED) b) programu do obróbki danych (opracowanie graticzne i tabearyczne przewodno ś ci eektrycznej cr = f( t) i jej pierwszej pochodnej wzgędem czasu dcr/dt). MS/m si A 7.: II III 1.~ E f w w ~ ~ - ~ Rys. 2. Oznaczenia faz i charakterystycznych punktów na wykresie komputerowym: - krystaizacj a fazy a. II - krystaizacja eutektyki a+ Si, III - krystaizacja koejnych faz, A - począ tek krystaizacji fazy a. B -począ tek krystaizacji eutektyki a+ Si, C- maksymana s zybkość krystaizacji eutektyki a + Si. D - koniec krystaizacji eutektyki i początek krystaizacji koejnej fazy, E- koniec krystaizacji i początek styg nięcia MS/m ' do/dt, O o O Rys. 3. Wykres krzywej przewodności a = f(t) i jej pochodnej da/dt da auminium A (A) 60 Na rysunku 2 przedstawiono sposób oznaczenia na wykresie komputerowym krzywej przewodności cr = f(t) i jej pochodnej dcr/dt, powstałych faz oraz charakterystycznych punktów procesu krystaizacji siuminów.

4 114 M. Dudyk, K. Minkus Badania przeprowadzono da siuminów AK9 (A1Si9Mg) i AK64 (ALSi6Cu4) oraz porównawczo czystego auminium A (A). Pomiary wykonano da siuminów modyfikowanych zaprawą strontową. Na rysunku 3 przedstawiono krzywe krystaizacji czystego auminium A (A) da porównania ich z wykresami krystaizacji badanych siuminów, natomiast na rysunkach 4 i 5 podano wykresy krzywych krystaizacji badanych siuminów da koejnych faz oraz wykresy cząstkowe krystaizujących faz. Podsumowanie Da każdego badanego stopu AK9 (A1Si9Mg) i AK64 (AISi6Cu4) rafinowanego ub rafinowanego i modyfikowanego strontem oraz da auminium A (A) wykonano po pięć pomiarów, uzyskując dużą powtarzaność wyników. Na wykresach zmian przewodności eektrycznej cr = f(t) i pochodnej dcr/dt badanych siuminów, stwierdzono występowanie trzech faz: I - faza a, II - eutektyka a + Si, III- fazy typu ASiFeMn ub AISiFeMg (da AISi9Mg) i ASiCuMg (da AISi6Cu4). Występowanie wymienionych faz ustaono na podstawie wyników z szeroko znanej metody anaizy termiczno-deriwacyjnej ATD [6, 7]. Porównując wykresy przewodności eektrycznej cr = f(t) i pochodnej dcr/dt da stopów rafinowanych i stopów modyfikowanych zaobserwowano różnice w przebiegu tych krzywych (rozmieszczenie charakterystycznych punktów A, B, C, D i E). Na podstawie tych różnic można okreśić efekt modyfikacji siuminów. Do oceny efektów procesu modyfikacji naeży uwzgędnić wartości przewodno ści eektrycznej cr = f(t) w punkcie E (początek stygnięcia próbki). Da stopu AK9 (AISi9Mg) tyko rafinowanego wynosiła ona cr = 8,4 MS/m, a po modyfikacji strontem wzrosła do 9,5 MS/m, tj. o 13 %. Natomiast da siuminu miedziowego AK64 (AISi6Cu4) przed modyfikacją przewodność cr w punkcie E wynosiła 8,9 MS/m i wzrosła po modytikacji do 9,9 MS/m, tj. o 11 %. Zastosowanie metody AED do kierowania procesami topienia siuminów w warunkach przemysłowych wymaga opracowania programu umożiwiającego jednoczesną rejestra cję i obserwację procesu krystaizacji próbki z odewanego stopu. Opracowana metoda pomiaru przewodności eektrycznej podczas krystaizacji stopu (AED) jest całkowicie oryginana i może stanowić uzupełnienie znanej metody ATD, może również stanowić przyczynek do biższego poznania zjawisk ciepnych i eektrycznych w fizyce metai.

5 Literatura Opracowanie metodv anaizv eektrvczno-deriwacvjnej (AED ) B.N. BUSZMANOW. J.A. CHROMOW: Fi:.yka ci ała s t a łego. WNT. Warszawa M. DUDYK. B. FICEK, P.WASILEWSKI: Auminium 1985, P. WASILEWSKI: Praca habiitacyjna. Bie sko-biał a A. GAZDA: Prace Inst. Odewn. Z.A. Kraków M. DUDYK. P. PAWLUS: Krzep. Metai , J. SAKWA: Krzep. Metai M. DUDYK. D. PAWLUS: Konf. Nauk.- T ech. nt. Metae nieże az ne w przem yś e o krętowym. Szczecin Summary SILUMIN CRYSTALLIZATION PROCESS RECORDED WITH THE METHOD OF ELECTRICAL-DERIVATION ANALYSIS The Eectrica1-Derivation Anałysis has been formed by the connection of two known estimation methods of metais and ałłoys crystałization processes e.g. Thermał-Derivation Method and Ełectricał Conductivity Method. The recording of siumin crystałłization process on the Eectricał-Derivation Anaysis Stand, consists in determining t he eectrica conductivity curve (O') and i ts derivative (do/dt) during the adequate sampłe crystałłization. The experiment compute r programme and measuring position have bee n e łaborated to experiment. The strontium moditication effect on changes of ałłoys cr ys tałization process AK9 (AISi9Mg) and AK64 (AISi6Cu4) have been shown in this paper. The ełectric conduction in characteristic pointsof the derivative curve do/dt ( łocał extreme) has been defined. t has been ałso ascertained that ełectric conduction vałues of modified a łłoys in characteristic point'> have been higher than those of unmodified ones. The eaborated Ełectricai-Derivatio n Anaysis Method can be used to estimate the siumins modification processes in both aboratory and industria conditions.