22/13 Solidillcat:ion of Metais and Alloys, No 22, 1995 Krzepniecie Metali i Stop6w, Nr 22, 1995 PAN - Oddtiał Katowice PL ISSN

Transkrypt

1 22/13 Solidillcat:ion of Metais and Alloys, No 22, 1995 Krzepniecie Metali i Stop6w, Nr 22, 1995 PAN - Oddtiał Katowice PL ISSN WPŁ YW MODYFIKACJI I OBRÓBKI CIEPLNEJ NA STRUKTURĘ SILUMINÓW PODEUTEKTYCZNYCH WASILEWSKI Przemysław, DUDYK Maksymilian Katedra Technologii Bezwiórowych Filia Politechniki Łódzkiej w Bielsku-Białej Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, POLAND STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań struktury siluminów podeutektycznych i\k 7 (AlSi7Mg) oraz AK9 (AISi9Mg) rafinowanych i modyfikowanych sodem, strolllem i antymonem, nieobrobionych ciepl nie i po obróbce cieplnej. Wyniki badań przedstawiono na zdjęc iach mikrostruktur wykonanych na mikroskopie skaningowym. Próbki odlewano w fonnach piaskowych i metalowych. Na zdjęc i ac h mikrostruktur widać bardzo wyraźnie skutki przekształcenia budowy krzemu eutektycznego podczas obróbki cieplnej, jego fragmentację i sferoidyzację. Wykazano również korzystny wpływ modyfikacji na struktury krzemu eutektycznego w stopach po obróbce cieplnej. l. WPROW ADZENIE, CEL l ZAKRES BADAŃ Siluminy podeutektyczne ze względu na dobre w l aściwości odlewnicze oraz wytrzymalościowe, dobrą obrabia lnoś ć, dużą odporność na korozję i mają gęstość, znalazly szerokie zastosowanie w budowie maszyn. Szczególnie c h ętn i e są używane w przemyśle motoryzacyjnym na części silników, skrzyń przekładn iow ych oraz samych pojazdów. Decydujący wpływ na właściwości tych si luminów wywiera postać krzemu eutektycznego. Korzystną jego budowę można osiągnąć stosując zab ieg i modyfikacji sodem, strontem lub antymonem. Przez modyfikację sodem lub strontem os i ąga się włóknistą postać krzemu, która sprzyja zwiększe niu wytrzymałości i wydłużenia stopu. Stosując modyfikację antymonem otrzymuje s ię płytkową budowę krzemu ze zmniejszonymi odległościami międzyfazowymi, co sprzyja szczególnie podwyższeniu wydłużenia i w mniejszym stopniu wytrzyma ło ści na rozciąganie. Siluminy podeutektyczne zawie r ają dodatki magnezu pozwalające na ich obróbkę c i ep ln ą podnoszącą znacznie właściwości mechaniczne tych stopów. Zmodyfikowanie krzemu eutektycznego sprzyja rozdrobnieniu tego krzemu podczas obróbki cieplnej - jego fragmentację i sferoidyzację. Osiągnięcie takiej budowy krzemu powoduje większy wzrost właściwości mechanicznych stopów, niż w przypadku obróbki cieplnej stopów niemodyfikowanych.

2 Dla wykazania jakim przekształceniom ulega krzem eutektyczny w siluminach podeutektycznych podczas obróbki cieplnej, przeprowadzono odpowiednie baclania dla stopów AK7 i AK9 niemodyfikowanych i modyfikowanych: sodem, strontem i a ntymonem, odlewanych do form piaskowych i metalowych SPOSÓB PROW ADZENlA BADAŃ Do baclail użyto stopów AK7 (A!Si7Mg) oraz AK9 (A!Si9Mg) z przetwórstwa hutniczego Z ML w Kętach. Stopy top iono w p iecu elektrycznym oporowym o pojem ności 30 kg. Po roztopieniu stopu, w temperaturze 720oC rafi nowano go Rafglinem 2, w ilości 0,3% masy wsadu. Ciekły stop przetrzymywano w piecu przez okres l godz. w temperaturze 760 C, dla wyeliminowan ia wpływu strontu, który może występować w gąskach hurniczych. Stopy odlewano do form piaskowych i metalowych. Jeżeli stop był mody fikowany - wprowadzano odpowiednia ilość modyfikatora wg tabeli l. Tabela 1. Rodzaj i i l ość dodawanego modyfikatora Rodzaj modyfikatora Dodatek modyfikatora % Sód 0,2 Stront 0,03 Antymon 0,5 Ze wzgledu na s ł absze działanie antymonu jako modyfikatora - stopy modyfikowane antymonem zalewano tylko do form metalowych. Przygotowanymi stopami zalewano rormy piaskowe i metalowe. Temperatura zalewania stopu wynosiła 700 C. Formy metalowe podgrzewano do temperatury 250 C. Wszystkie próbki wykonywano zarówno w formach piaskowych jak i metalowych z jednego wytopu. Dla obróbki cieplnej stopów zastosowano przesycanie w temp. 500 C przez 4 godz. oraz starzenie sztucwc w temperaturze 165 C przez 12 godz. Skład chemiczny badanych stopów AK7 i AK9 mieści ł się w gran icach określonych w PN-7!i/H WYNIKI I OMÓWIENIE BADAŃ W yniki badai'l przedstawiono na fotografiach mikrostruktur stopów. Zgłady głęboko selektywnie trawione badano na mikroskopie skaningowym. Na rys. l przedstawiono mikrostruktury stopu AK7 odlewanego do form piaskowych: a) nie modyfikowanego i nie obrobionego cieplnie; b) rafinowanego, przesyconego i starzonego 24 h; c) rafinowanego, modyfikowanego sodem, przesyconego i starzonego 12 h; d) rafinowanego, modyfikowanego strontem, przesyconego i starzonego 12h. Porównując rysunki a) oraz b) wi d ać, że obróbka cieplna stopu niemodyfikowanego niewiele wpływa

3 108 a) b) c) d) Rys. Fig. l. MikrostllJktury stopu AK7 odlewanego do fonn pi askowych (pnw x): Micro.l!mccl/ri'S of' tlw.wnd msrcd!ik7 ollov (lllfll{n /000 x): a) stop niemodylikowany i nie obrobiony ciepl nie; 111/IIIO<hfied Wid lieat w;trmted olloy. h) stup ralindwany, przesycony i starzony 24 h; n{i11cd. solurum 111'(1[ ll'l'(ffl'l/ 1111<1 ~4 /1 agcd a/lov. c) ""P rafinowany, mod ylikowany Na. prze>ycony i starzony 12 h: n:flned. 1vir/i Na modificd. sof/(fion lwa< liwi/i'd and 12 li agcd ul/m ; d) stop rafinowany, nindylikowany Sr, przesycony i starzony 12 h r<:fined. wirh Na mvdffied.. wluti on hm t rreured wrd l 2 li aged ol/m ; a) h) c) d) Ry s. 2. Mikrostruktury stopu AK 9 odlewanego do form piaskowych (pow x): Fig. 2. MicrvstnlcU;res of t/re sond casted AK9 alloy (magn x): a) stop niemodyfikowany i ni e obrobiony cieplni e: /0dffi'ed and heat untremed alloy; h) stop rafinowany, przesycony i starzony 24 h ; rejined. solmion heat u-ecrted and 24 li aged allay; c) stup rafinowany, modylikowany Na, przesycony i starzony 12 h; rejined, with Na mvdifterl, svluticm lreat treated and 12 h aged alloy; d) stop ratinowany, mouyliknwany Sr, przesycony i starzony l2 h r(1inerl. IVith Na mvdffied, solutiml heat trmterl a11d 12 h aged allvy;

4 109 na budowę krzemu eutektycznego, powodując Jedynie niewaczne stępienie krawędzi kryszlałów krzemu. Natomiast stopy modyfikowane: c) sodem lub d) strontem i obrobione cieplnie wykazuj<) bardzo duża fragmentację i s feroidyzację kryształów krzemu eutektycznego. co jest wynikiem zmienionej budowy krzemu eutektycznego na w ł óknistą po modyfikacji. Na rys. 2 pokazano mikrostruktury stopu AK9 odlewanego do form piaskowych: a) niemodyfikowanego i nie obrobionego cieplnie; b) rafinowanego, przesyconego i starzonego 24 h; c) rafinowanego, mody fikowanego sodem, przesyconego i starzonego 12 h; d) rafinowanego, modyfikowanego strontem, przesyconego i starzonego 12 h. Podobnie jak dla stopu AK7, obróbka cieplna stopu AK9 niemodyfikowanego powoduje tylko pewne st<; pictjie krawędzi płytek krzemu eutektycznego. Stopy modyfikowane sodem (c) lub strontem (d) wykazują bardzo znaczną fragmentację i sfe roid yzację kryształów krzemu eutektycznego. Na rys. 3 pokazano mikrostruktury stopu AK7 modyfikowanego spclem, strontem i antymonem. odlewanego w formach metalowych : a) rafinowanego, modyfikowanego sodem, przesyconego i starzonego 12 h; b) rafinowanego, modyfikowanego strontem, przesyconego i starzonego 12 h; c) rafinowanego, modyfikowanego antymonem, przesyconego i starzonego 12 h. Widać wyraźnie fragmentację i sferoidyzację krzemu eutektycznego w stopach modyfikowanych sodem i strontem. W stopie modyfikowanym antymonem krzem eutektyczny po obróbce ciep lnej ma kształt niewielkich wałeczków. a) h) c) Rys. 3 Mi krostrul-tury stopu AK? odlewanego w fonuach metalowych (pow x): Fig 3. Microstmcmres of t!je die-casted AK7 alloy (111rą;n x): a) stop rafinowany. mod ylikowany Na, przesycony i starzony 12 h; refiner!, ll'itll No 111odifierl. solution hem treared and 12 IJ aged a!loy; h) stop ratinowany. modylikowany Sr. rrzesycony i starzony 12 h: refilll'ri, \Vit/7 Sr nwdified, sollllion heat tiwlted and 12 IJ aged alloy; c) stop ralinowany, modylikowany Sb. przesycony i starzony 12 h refined, IVith S!J modified,.wlution heat treatetl and 12 h oged alloy; Rys. 4 przedstawia mikrostruktury stopu AK9 modyfikowanego sodem, strontem i antymonem, od lewanego w formach metalowych: a) rafi nowa nego, modyfikowanego sodem, przesyconego i starzonego 12 h; b) rafinowanego, modyfikowanego strontem,

5 IIO przesyconego i starzonego 12 h; c) rafinowanego, modyfikowanego antymonem, przesyconego i starzonego 12 h. Widać rozdrobnienie krzemu eutektycznego o podobnej budowic jak w stopach modyfikowanych sodem i strontem obrabianych cieplnie zalewanych do form piaskowych. Stop modyfikowany antymonem i obrabiany cieplnie ma także rozdrobniony krzem. ale w mniejszym stopniu, niż dla stopów modyfikowanych sodem i strontem. Jest to wynikiem innej budowy krzemu po modyfikacji antymonem (pl ytki), ni ż po modyfikacji sodem i strontem (krzem włókni s ty ). a) b) c) Rys. 4. MikrostiUktu ry stopu AK9 odlewanego w fo rmac h metalowych (pow x): Fig. 4. Microscm ctures o( t/w die-crtsced AK9 a/lor (111ag x): a) stup rali uowany, modylikowany Na, przesycnny i s t<trzony 12 h; rt;/illed, wi ch No llwrlified. snlutio11 /ie(l( rreared mul 12 li ll!jnl 111/or: h) stop rafinowany, modylikowany Sr, pr zesy~:o u y i starzony 12 h; rejż 11 ed, tvirli Sr rl/odif ied, solw ion hem rrmted Ol/d 12 li agerl o/lor; c) stop rafinowany. modylikowany Sh, przesycony i starzony r ejined. with Sb 1110dijied,.w lution hel/t treatr d mul 12 li aged o/lor: 4. PODSUMOWANIE Na podstawie wyników przeprowadzonych bada t1 mo ż n a s twi e rd z i ć, że zasadniczy wpł y w na budow ę krzemu eutektycz nego - w stopach AK7 i AK!) - po obróbce cieplnej wywiera mod yfikacj a stopów. Bardzo silnie ujawnia si ę to w stop ach odlewanych do form piaskowych, mod yfikowanych sodem i strontem (rys. l i 2). Wplyw modyfikacji ujawnia się równie ż w stopach zalewanych do form metalowych modyfikowanych sodem, strontem i antymonem (rys. 3 i 4). Wg wyników przeprowadzonych badal'l mo ż na s twierd z i ć, że otrzymanie odpowiedniej struktury krzemu eutektycznego powodującej wzrost w ł aściwo ś ci mechanicznych po obróbce cieplnej, może mieć miejsce tylko dla stopów zmodyfikowanych. Dlatego obróbka cieplna niemodyfikowanych stopów aluminium - w szczególności.siluminów podeutektycznych - nie może dać odpowiednich efektów.

6 III LITERATURA [l] Poniewierski Z.: Krystalizacja, struktura i właściwości siluminów. WNT, Warszawa, [21 Szczerbowski R. : Praca dyplomowa. Filia P.L. w Bie l sku - Białej, '1984. [31 Wasilewski P.: Siluminy - modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości. Monografia. PAN, Krzepniecie Metali i Stopów, z. 21, INFLUENCE OF MODIFICATION AND HEAT TREATMENT ON THE STRUCTURE OF SUBEUTECTOID SILUMINS WASILEWSKI Przemysław, DUDYK Maksymilian Department of Chipless Technologies Technical University of Lódź, Brat1Ch in Bielsko - Biał a Bielsko Biała, ul. Willowa 2, POLAND ABSTRACT Findings of the AK7 (A\Si7Mg) and AK9 (A!Si 9Mg) subeutectoid silumins structure have been described in this paper. These aluminium ałloys have been refined and with sodium, strontium and antimany modified. Botl1 silumins have been tested without heat treatment and after heat treatment. Fi ndings have been represented by microstructure pictures which have been made on the scanni ng electron microscope. Results of the eutectic sil ieon structure transformalian cłuring heat treatment and frag mentarion and spheroidization of this eutectic can be seen very visibly on the microstructure pictures. The advantageous inlluence of modification on the eutectic si lieon structures in tested a łlo ys after heat treatment ałso have been demonstrated.