SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

Transkrypt

1 18/38 Solidification of Metals and Alloys, No. 38, 1998 Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 38, 1998 PAN Katowice PL ISSN SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co PIETROWSKI Stanisław, Instytut Inżynierii Materiałowej i Technik Bezwiórowych, Politechnika Łódzka, Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15 STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań wskazujące, że Cr, Mo i W tworzą prawdopodobnie fazę AlCrMoWSi, która stanowi podkładkę krystalizacji fazy β. Dodatki Cr, Mo, W i Co tworzą również złożone fazy międzymetaliczne AlCrMoWCoMgNiFeSi, AlCoCu 2 FeSi oraz Al 9 (Co,Ni,Fe,Si) 2 występujące w fazie α. 1. WSTĘP Obecnie dąży się do opracowania tłoków o wysokiej trwałości do 1,5 mln km przejechanych przez samochód [1]. Realizacja tego celu będzie możliwa poprzez opracowanie nowych konstrukcji i materiałów tłoków. Wzrost własności mecha-nicznych siluminów, szczególnie w temperaturach pracy tłoka jest możliwy poprzez umocnienie roztworu stałego α w wyniku rozpuszczenia w nim dodatków stopowych oraz wytworzenie nowych faz międzymetalicznych [2]. W związku z tym celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu chromu, molibdenu, wolframu i kobaltu na strukturę i własności mechaniczne siluminów nadeutektycznych. Pierwiastki te mogą spełniać podane wymagania [3, 4].

2 METODYKA BADAŃ Reprezentatywny skład chemiczny badanych siluminów przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1 Skład chemiczny badanych siluminów Chemical composition of silumins Nr Skład chemiczny, % siluminu Si Mg Cu Ni Fe Cr Mo W Co ,52 19,10 1,12 1,21 4,41 4,26 3,99 3,67 Chrom, molibden, wolfram i kobalt wprowadzano do pieca topialnego indukcyjnego w postaci zapraw AlCr (24,8 % Cr), AlMo (15,6 % Mo), AlW (10,3 % W), AlCo (9,8 % Co). Siluminy modyfikowano fosforem, a następnie rafinowano mieszaniną 85 % azotu i 15 % chloru. Umocnienie wydzieleniowe badanych siluminów polegało na przesycaniu z 510 C/8h w wodzie, a następnie starzeniu w 210 C/8h i studzeniu z piecem. Mikroanalizę liniową i powierzchniową rozkładu pierwiastków składowych badanych siluminów wykonano na analizatorze SX50 firmy CAMECA średnicą wiązki 1µm. Rentgenowską analizę strukturalną wykonano na dyfraktometrze D-500 firmy SIEMENS z filtrowanym Fe promieniowaniem CoKα. Badania Rm i HB w temperaturze otoczenia i podwyższonej wykonano na maszynie INSTRON z przystawką temperaturową oraz Briviskopie dla warunków 187,5/2,5/30. 0,42 0,48 0,54 0,76 0,51 0,69-0,49-0,66 3. WYNIKI BADAŃ Liniowy rozkład Si, Mg, Cr i Mo oraz Cu i Ni na reprezentatywnym odcinku pomiarowym w siluminie nr 1 pokazano na rysunku 1 (a-d). W pierwotnym wydzieleniu fazy β widoczny jest jasny obszar, w którym występuje zwiększone stężenie Mo i Cr. W siluminie nr 2 z dodatkiem W w obszarze tym występuje również zwiększone jego stężenie jak to pokazuje rysunek 2 (a-c). Liniowy rozkład Si, Co i Mg oraz Cu i Ni na odcinku pomiarowym pokazuje rys. 2 (d-f). Powierzchniowy rozkład Co, Cu i Mg w mikroobszarze z rys. 2a przedstawiono na rys. 2 (g-i). Z przedstawionych danych wynika, że w siluminach zawierających Mo i Cr tworzą one przypuszczalnie złożoną fazę międzymetaliczną AlCrMoSi, a w siluminach zawierających dodatkowo W fazę AlCrMoWSi, które stanowią podkładki krystalizacji fazy β. Występują one również w roztworze stałym α. Oprócz wymienionych faz, Cr, Mo, W i Co tworzą złożoną fazę AlCrMoWCoMgCuNiFeSi oraz AlCoCu 2 FeSi jak również Al 9 (Co, Ni, Fe, Si) 2, co potwierdzają dane przedstawione na rysunku 3 (a-i) oraz 4 (a-g). Miedź oprócz tego, że wchodzi w skład poprzednio wymienionych faz tworzy również fazy Al 2 Cu i Al 6 Cu 3 Ni, a nikiel fazę Al 3 Ni 2. Magnez występuje przede wszystkim w fazie Mg 2 Si.

3 111 a) b) c) d) Rys. 1. Struktura z odcinkiem pomiarowym (a) i rozkład liniowy Si, Mg (b), Cr, Mo (c), Cu, Ni (d) w siluminie nr 1 Fig. 1. Structure with measuring length (a) and linear distribution of Si, Mg (b), Cr, Mo (c), Cu, Ni (d) of silumin No 1 W tabeli 2 przedstawiono Rm i HB w temperaturze otoczenia badanych siluminów w stanie surowym i po umocnieniu wydzieleniowym, a w tabeli 3 w temperaturze 150 C i 300 C. Wynika z nich, że badane siluminy charakteryzują się wysokimi własnościami mechanicznymi w temperaturze otoczenia i podwyższonej, których nie posiadają aktualnie stosowane siluminy tłokowe.

4 112 a) b) c) d) e) Rys. 2. Struktura z odcinkiem pomiarowym (a) i liniowy rozkład W, Cr (b), powierzchniowy rozkład W (c), liniowy rozkład Si (d), Co, Mg (e), Cu, Ni (f), powierzchniowy rozkład Co (g), Cu (h), Mg (i) w siluminie nr 2 Fig. 2. Structure with measuring length (a) and linear distribution of W, Cr (b), superficial distribution of W (c), linear distribution Si (d), Co, Mg (e), Cu, Ni (f), superficial distribution Co (g), Cu (h), Mg (i) of silumin No 2

5 113 f) g) h) i) Rys. 2 cd. Struktura z odcinkiem pomiarowym (a) i liniowy rozkład W, Cr (b), powierzchniowy rozkład W (c), liniowy rozkład Si (d), Co, Mg (e), Cu, Ni (f), powierzchniowy rozkład Co (g), Cu (h), Mg (i) w siluminie nr 2 Fig. 2 contd. Structure with measuring length (a) and linear distribution of W, Cr (b), superficial distribution of W (c), linear distribution Si (d), Co, Mg (e), Cu, Ni (f), superficial distribution Co (g), Cu (h), Mg (i) of silumin No 2

6 114 a) b) c) d) e) Rys. 3. Struktura (a) i powierzchniowy rozkład W (b), Co (c), Ni (d), Si (e), Cu (f), Cr (g), Fe (h) oraz Mg (i) w siluminie nr 2 Fig. 3. Structure (a) and superficial distribution of W (b), Co (c), Ni (d), Si (e), Cu (f), Cr (g), Fe (h) and Mg (i) of silumin No 2

7 115 f) g) h) i) Rys. 3 cd. Struktura (a) i powierzchniowy rozkład W (b), Co (c), Ni (d), Si (e), Cu (f), Cr (g), Fe (h) oraz Mg (i) w siluminie nr 2 Fig. 3 contd. Structure (a) and superficial distribution of W (b), Co (c), Ni (d), Si (e), Cu (f), Cr (g), Fe (h) and Mg (i) of silumin No 2

8 116 a) b) c) d) e) Rys. 4. Struktura (a) i powierzchniowy rozkład Cr (b), Ni (c), W (d), Co (e), Fe (f), Mo (g), w siluminie nr 2 Fig. 4. Structure (a) and superficial distribution of Cr (b), Ni (c), W (d), Co (e), Fe (f), Mo (g) of silumin No 2

9 117 f) g) Rys. 4 cd. Struktura (a) i powierzchniowy rozkład Cr (b), Ni (c), W (d), Co (e), Fe (f), Mo (g) w siluminie nr 2 Fig. 4 contd. Structure (a) and superficial distribution of Cr (b), Ni (c), W (d), Co (e), Fe (f), Mo (g) of silumin No 2 Tabela 2 Rm i HB w temperaturze otoczenia badanych siluminów w stanie surowym i po umocnieniu wydzieleniowym Rm and HB of silumins in ambient temperature as-cast condition and after precipitation hardening Nr Stan silu- Surowy Umocniony wydzieleniowo Minu HB Rm, MPa HB Rm, MPa Tabela 3 Rm i HB badanych siluminów w temperaturze 150 C i 300 C Rm and HB of silumins in 150 C and 300 C temperature Nr Temperatura badania, C silu Minu HB Rm, MPa HB Rm, MPa

10 WNIOSKI Z przedstawionych w pracy badań wynikają następujące wnioski: chrom, molibden i wolfram tworzą prawdopodobnie złożoną fazę międzymetaliczną AlCrMoWSi, która jest podkładką do krystalizacji fazy β, jak również występuje w roztworze stałym α, chrom, molibden wolfram i kobalt tworzą złożoną fazę międzymetaliczną AlCrMoWCoMgCuNiFeSi wydzieloną w roztworze stałym, kobalt tworzy również fazy z miedzią i żelazem AlCoCu 2 FeSi oraz niklem Al 9 (Co, Ni, Fe, Si) 2 wydzielone w roztworze α, opracowany silumin charakteryzuje się wysokimi własnościami mechanicznymi w temperaturze otoczenia i podwyższonej. LITERATURA [1] Pietrowski S.: Siluminy tłokowe. Monografia. Krzepnięcie Metali i Stopów. PAN - Komisja Odlewnictwa, z. 29, 1997 [2] Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych. WNT, Warszawa, 1992 [3] Smithells Metals Reference Book. Seventh Edition. Edited by E. A. Brandes & G. B. Brook [4] Pearson W. B.: Lattice spacings and structures of metals and alloys. Pergamon Press, 1958 Pracę zrealizowano w ramach projektu celowego Nr 2003/C.T08-7/97 CIRCUM-EUTECTIC SILUMIN WITH ADDITIONS OF CR, MO, W AND CO ABSTRACT The test results indicating that Cr, Mo and W makes probably AlCrMoWSi phase have been presented here. The phase constitutes a pad (nucleus) of the β phase crystallization. Cr, Mo, W and Co additives formes also AlCrMoWCoMgNiFeSi, AlCoCu 2 FeSi and Al 9 (Co,Ni,Fe,Si) 2 complex intermetallic phases occurring in the α phase.