LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

Transkrypt

1 38/9 Archives of Foundry, Year 23, Volume 3, 9 Archiwum Odlewnictwa, Rok 23, Rocznik 3, Nr 9 PAN Katowice PL ISSN LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg1 Z CZĄSTKAMI SiC Z. KONOPKA 1, M. CISOWSKA 2 Katedra Odlewnictwa Politechniki Częstochowskiej Al. Armii Krajowej 19, 42-2 Częstochowa STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań lejności kompozytów na osnowie stopu AlMg1 z cząstkami SiC. Dokonano pomiaru temperatury we wnęce formy próby spiralnej. Rejestrację temperatury w czasie płynięcia kompozytu wykonano za pomocą karty komputerowej PCL 818. Wyznaczono funkcję prędkości suspensji w czasie płynięcia. Key words: castability, composites, aluminium alloys 1. WSTĘP Właściwości kompozytów zbrojonych cząstkami istotnie zależą od rozmieszczenia cząstek w objętości osnowy [1, 2]. Znając naturę przepływu, który wywołuje określony rozkład cząstek, możemy wstępnie szacować przyszłe własności kompozytu. Wprowadzenie do osnowy metalowej twardych cząstek ceramicznych powoduje polepszenie szeregu właściwości użytkowych, a przede wszystkim zapewnia wysoką odporność na zużycie ścierne. Zagadnienia przepływu ciekłych suspensji kompozytowych nie są jeszcze dobrze poznane ze względu na trudności związane z przeprowadzeniem prób lejności. Ze względu na szereg czynników wpływających na lejność ciekłych stopów jak i ciekłych suspensji kompozytowych trudne staje się wybranie metody zbadania tej właściwości za pomocą takiej metody, która wiernie odtwarzała by ruch metalu w formie podczas zalewania [3, 4]. 1 dr hab. inż. Prof. P. Cz., konopka@mim.pcz.czest.pl 2 mgr inż., cis@mim.pcz.czest.pl

2 Długość zalanej spirali [mm] METODYKA BADAŃ Do badań przygotowano stanowisko umożliwiające pomiar rozkładu temperatur w poszczególnych miejscach przygotowanej uprzednio formy. Stanowisko to składało się z formy do próby spiralnej wykonanej przy użyciu masy formierskiej O.B.B. SAND E (naturalny piasek formierski związany olejem), w której to formie zostały rozmieszczone termoelementy Ni-NiCr. Ilość i odległości w jakich zostały rozmieszczone termopary zostały ustalone na podstawie wcześniejszych licznych badań lejności kompozytów metalowych z cząstkami ceramicznymi. Dla kompozytu zawierającego 1% cząstek termoelementy zostały rozmieszczone co 1mm, dla 2% co 5mm, a dla 3% cząstek co 25mm, przy czym pierwszy termoelement znajdował się tuż za wlewem głównym. Rejestrację pól temperatur we wnęce formy przeprowadzono za pomocą komputerowej karty pomiarowej PCL 818 o maksymalnej częstości próbkowania 1 khz. Z zarejestrowanych danych uzyskano krzywe przedstawiające zmiany temperatur w poszczególnych miejscach wnęki formy w czasie. 3. WYNIKI BADAŃ I ANALIZA Lejność kompozytów zdecydowanie malała ze wzrostem ilości cząstek SiC co przedstawia rysunek 1. Rysunek 2 przedstawia zdjęcia wykonanych odlewów kompozytowych Udział objętościowy SiC [%] 9 Rys. 1. Długości zalanych spiral Fig. 1. The length of spirals

3 295 a) b) c) Rys. 2. Zdjęcia wykonanych odlewów spiralnych: a) AlMg1+1%SiC, b) AlMg1+2%SiC, c) AlMg1+3%SiC Fig. 2. Pictures of spiral castings: a) AlMg1+1%SiC, b) AlMg1+2%SiC, c) AlMg1+3%SiC Zarejestrowane dane pozwoliły uzyskać krzywe ilustrujące zmiany temperatury we wnęce formy podczas zalewania, krzepnięcia i stygnięcia. Na rysunkach 3, 4 i 5 przedstawiono początkowe fragmenty pól temperatur zarejsetrowane podczas badania płynięcia ciekłych suspensji kompozytowych Rys. 3. Krzywe temperatury dla kompozytu AlMg1+1%SiC Fig. 3. Temperature curves for the AlMg1+1%SiC composite

4 Rys. 4. Krzywe temperatury dla kompozytu AlMg1+2%SiC Fig. 4. Temperature curves for the AlMg1+2%SiC composite Rys. 5. Krzywe temperatury dla kompozytu AlMg1+3%SiC Fig. 5. Temperature curves for the AlMg1+3%SiC composite Zarejestrowane dane umożliwiły wyznaczenie chwilowych prędkości przepływu jako pochodnej drogi po czasie w jakim ten przepływ nastąpił oraz zależności drogi w funkcji czasu co przedstawiają rysunki 6-8.

5 Droga [mm] Prędkość [mm/s] Droga [mm] Prędkość [mm/s] Droga [mm] Prędkość [mm/s] V=f(t) L=f(t) Czas [s] Rys. 6. Funkcje długości spirali i prędkości płynięcia suspensji kompozytowej AlMg1+1%SiC Fig. 6. Spiral length and flow velocity functions for the AlMg1+1%SiC composite suspension Czas [s] Rys. 7. Funkcje długości spirali i prędkości płynięcia suspensji kompozytowej AlMg1+2%SiC Fig. 7. Spiral length and flow velocity functions for the AlMg1+2%SiC composite suspension V=f(t) L=f(t) Czas [s] Rys. 8. Funkcje długości spirali i prędkości płynięcia suspensji kompozytowej AlMg1+3%SiC Fig. 8. Spiral length and flow velocity functions for the AlMg1+3%SiC composite suspension

6 298 Na wykresach prędkości uwidacznia się zaburzenie przepływu. To zaburzenie spowodowane jest tym, że metal wpływając do wnęki formy, jednocześnie podnosi się we wlewie głównym, stąd dopiero po pewnym czasie, gdy suspensja osiągnie prędkość maksymalną następuje stabilizacja przepływu. Cząstki SiC są spychane ku końcowi spirali stąd też zakończenie przepływu następuję w sposób gwałtowny. Uzyskane rezultaty wskazują na wyraźny wpływ udziału objętościowego cząstek na lejność kompozytu. Spadek lejności jest spowodowany przede wszystkim wzrostem lepkości suspensji wynikające ze wzrostu udziału objętościowego cząste SiC. Lepkość badanych materiałów zmieniała się od 1,62 mpas dla kompozytu zawierającego 1% SiC do 3,18 mpas dla kompozytu zawierającego 3% SiC. Zarejes trowane dane umożliwiły uzyskać wiele zależności jak prędkość, temperatura czy droga w funkcji czasu i pozwoliły na ich interpretację. LITERATURA [1] Śleziona J.: Kształtowanie właściwości kompozytów stop Al - cząstki ceramiczne wytwarzanych metodami odlewniczymi, Zeszyty naukowe Politechniki Śląskiej z.47, Gliwice [2] Braszczyński J., Zyska A.: Wpływ czasy i temperatury mieszania kompozytów AK7 SIC na rozkład cząstek w osnowie, Krzepnięcie Metali i Stopów nr 36, [3] Konopka Z., Cisowska M.: Ocena płynięcia ciekłego stopu AlMg1 w spiralnej próbie lejności, Archiwum Odlewnictwa, rocznik 2, 22, nr 4. [4] Mutwil J.: Ocena zjawisk fizyko-chemicznych zachodzących podczas wypełniania metalem formy odlewniczej, Wydawnictwo WSI, Zielona Góra CASTABILITY OF THE AlMg1 ALLOY MATRIX COMPOSITES WITH SiC SUMARRY The results of castability experiments of the AlMg1 alloy matrix composites with SiC particles were presented in this paper. During flow of composite suspension through the mould channel the temperature registraction was carried out by means of computer measuring card PCL 818. Flow velocity of composite suspension during flow was calculated. Recenzował dr hab. Jan Szajnar