WPŁYW MIESZANKI EGZOTERMICZNEJ NA BAZIE Na 2 B 4 O 7 I NaNO 3 NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE STOPU AlSi7Mg

Transkrypt

1 4/ Archives of Foundry, Year 006, Volume 6, Archiwum Odlewnictwa, Rok 006, Rocznik 6, Nr PAN Katowice PL ISSN WPŁYW MIESZANKI EGZOTERMICZNEJ NA BAZIE Na B 4 O 7 I NaNO NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE STOPU AlSi7Mg T. LIPIŃSKI Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie Wydział Nauk Technicznych Katedra Technologii Materiałów i Maszyn 0-79 Olsztyn, ul. M. Oczapowskiego STRESZCZENIE Eksperyment prowadzono na stopie AlSi7Mg (PN-EN 706) według planu czynnikowego dla trzech zmiennych. Mieszankę egzotermiczną zestawiono z NaNO, Na B 4 O 7 i Mg (tab. ). Reduktor (Mg) obliczano w oparciu o reakcje chemiczną. Rezultaty zaprezentowano w postaci graficznej. Rysunki -7 przedstawiono dla dwóch poziomów zmiennych. Badania określiły wpływ mieszanki złożonej ze składników (tab. ) na wytrzymałość na rozciąganie stopu AlSi7Mg. Key words: Al alloys, silumin, crystallization, metallothermy. WPROWADZENIE Podeutektyczne stopy Al-Si m.in. ze względu na niską gęstość, odporność korozyjną, wysokie właściwości mechaniczne zyskały szerokie zastosowanie. Wadą tych stopów jest skłonność do tworzenia gruboziarnistej struktury. Obok rozwiniętych dendrytów fazy α występują ziarna i igły eutektycznej fazy β [,4,5,6]. Tę niekorzystną strukturę można zmieniać np. poprzez modyfikację pierwiastkami i związkami chemicznymi. Odpowiednio dobranym składem chemicznym modyfikatora można jednocześnie prowadzić kompleksową obróbkę siluminu, której zadaniem jest podwyższenie wytrzymałości na rozciąganie stopu. Korzystne wyniki uzyskano stosując obróbkę stopu mieszanką egzotermiczną. W dotychczasowych badaniach stosowano dr hab. inż., tomekl@uwm.edu.pl

2 99 Mg jako reduktor []. Wydaje się interesującym zbadanie jego wpływu na silumin podeutektyczny w obecności Na B 4 O 7 i NaNO.. CEL I METODYKA BADAŃ Celem badań było określenie wpływu mieszanki egzotermicznej na bazie Na B 4 O 7 i NaNO na wytrzymałość na rozciąganie stopu AlSi7Mg. Do obróbki zastosowano mieszankę egzotermiczną, której główne składniki oraz przedział zmian przedstawiono w tab.. Tabela. Udział wagowy składników mieszanki Table. Mass fraction (weight in weight concentration) of mixture components Oznaczenie Składnik Poziomy zmian udziału składnika [%] Podstawowy Zmian Niższy Wyższy X NaNO X Na B 4 O X Mg Badania przeprowadzono na podstawie planu czynnikowego przedstawionej na rys.. () w formie y ˆ = b + b x + b x + b x + b x x + b x x + b x x + b x x x () Rys.. Forma odlewnicza: skrzynka górna, - wlew główny, - komora reakcyjna, 4 skrzynka dolna, 5 - przelew, 6 próbka do badań wytrzymałościowych. Fig.. Section of the casting mold: - cope, down-gate, reaction chamber, 4 drag, 5 strain relief, 6 - sample for strength testing.

3 00 Formowanie prowadzono ręcznie. Mieszanki po przygotowaniu umieszczano w komorze reakcyjnej znajdującej się pod wlewem głównym. Ciekły metal, poprzez wlew główny (-rys. ), doprowadzany do komory reakcyjnej () inicjował proces egzotermiczny umieszczonych tam pastylek, które przechodząc do stopu powodowały jego ulepszenie. Z komory reakcyjnej metal poprzez układ wlewowy kierowany był do sześciu wnęk (6). Po wypełnieniu przez stop przelewów (5), zalewanie formy przerywano.. WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA Przy występowaniu NaNO na poziomie wyższym zmian (tab. ) oraz przy występowaniu zarówno Na B 4 O 7 jak i Mg na poziomie niższym (%) wytrzymałość wynosi 65 MPa (rys. ). Wraz ze zwiększeniem udziału boraksu lub magnezu do poziomu wyższego nastąpił proporcjonalny wzrost wytrzymałości do 7 MPa. Najwyższą wytrzymałość R m =77 MPa, po obróbce stopu AlSi7Mg mieszanką złożoną z analizowanych składników otrzymano przy ich udziale na poziomie wyższym (%). Rozkład warstwic wskazuje na podobne oddziaływanie Na B 4 O 7 i Mg przy udziale NaNO =% Rys.. Wytrzymałość na rozciąganie (R m ) Na B 4 O 7 Mg <, > [%], Mg <, > [%], NaNO =%. Fig.. Tensil strenght (R m ) AlSi7Mg alloy Na B 4 O 7 <, > [%], Mg <, > [%], NaNO =% Rys.. Wytrzymałość na rozciąganie (R m ) Na B 4 O 7 <, > [%], Mg <, > [%], NaNO =%. Fig.. Tensil strenght (R m ) AlSi7Mg alloy Na B 4 O 7 <, > [%], Mg <, > [%], NaNO =%. Dla udziału NaNO na poziomie niższym (%) oraz dwu pozostałych czynnikach na poziomie niższym (%) wytrzymałość stopu jest równa 47 MPa (rys. ). Przy zwiększeniu udziału Mg do poziomu wyższego zaobserwowano wzrost

4 0 wytrzymałości zaledwie o ok. % do 5 MPa. W porównaniu z rys. wynik ten jest zdecydowanie niższy. Zatem przy obniżeniu ilości NaNO we wprowadzanej do stopu mieszance oddziaływanie Mg jest słabsze. Podobną zależność, aczkolwiek o silniejszym wpływie na analizowany parametr otrzymano dla Na B 4 O 7. Po zwiększeniu udziału tego składnika do %, przy pozostałych dwóch czynnikach na poziomie %, otrzymano wzrost wytrzymałości do 67 MPa. Największą wytrzymałość na rozciąganie dla układu przedstawionego na rys., R m =7 MPa otrzymano dla udziału % NaNO i dwóch pozostałych składników na poziomie wyższym. Intensywność oddziaływania Mg w porównaniu z Na B 4 O 7, przy udziale NaNO na poziomie niższym, jest zdecydowanie niższa. Wpływ tego składnika mieszanki rośnie wraz ze zwiększeniem udziału zarówno NaNO jak i Na B 4 O 7. Przy udziale na stałym poziomie wyższym Na B 4 O 7 oraz dwóch pozostałych składników zmiennych na poziomie niższym wytrzymałość na rozciąganie stopu AlSi7Mg po obróbce R m =67 MPa (rys. 4). Przy wzroście udziału NaNO do poziomu wyższego zaobserwowano wprost proporcjonalny wzrost wytrzymałości do 7 MPa. Podobne oddziaływanie, jednak o większej intensywności odnotowano dla Mg. Przy jego udziale na poziomie wyższym, oraz NaNO =%, R m =7 MPa. Porównując ten rysunek z rys. stwierdzono większą intensywność oddziaływania na analizowany parametr Mg przy współdziałaniu z Na B 4 O 7 niż z NaNO. Również przy udziale w mieszance Na B 4 O 7 na poziomie wyższym Mg wywiera większy wpływ na wytrzymałość niż NaNO. Dla udziału w mieszance egzotermicznej Na B 4 O 7 na poziomie niższym równym % oraz dwóch pozostałych czynnikach na poziomie niższym wytrzymałość R m =47 MPa (rys. 5). Po wzroście zawartości Mg w mieszance do poziomu wyższego wytrzymałość wzrosła do 5 MPa. Większe oddziaływanie w porównaniu z Mg wywarł NaNO. Przy wzroście jego udziału do poziomu wyższego, przy dwóch pozostałych na poziomie niższym, wytrzymałość wzrosła do 65 MPa (rys.). Porównując rys. 4 i 5 stwierdzono większą intensywność oddziaływania NaNO przy udziale Na B 4 O 7 na poziomie niższym. Porównując natomiast zmiany wytrzymałości przy stałym udziale na poziomie niższym NaNO oraz Na B 4 O 7 (rys. i 5) stwierdzono wyższą wytrzymałość dla układu z NaNO na poziomie niższym. Przy Mg na stałym poziomie wyższym (%) oraz zmiennych poziomach NaNO Na B 4 O 7 <, > [%] otrzymano zmiany wytrzymałości w zakresie 5-77 MPa (rys. 6). Przy udziale w mieszance NaNO i Na B 4 O 7 na poziomie niższym, wytrzymałość na rozciąganie R m =5 MPa. Zwiększając kolejno udział zarówno NaNO, jak i Na B 4 O 7 do poziomu wyższego odnotowano wzrost wytrzymałości odpowiednio do 7 i 7 MPa. Oba wymienione czynniki wywołały zmiany proporcjonalne do ich udziałów w mieszance, przy występowaniu jednego z nich na poziomie stałym. Zmiana analizowanego parametru spostrzeżona po obróbce Na B 4 O 7 na poziomie wyższym jest wyższa niż po obróbce NaNO na analogicznym poziomie. Podobny charakter zmian wytrzymałości odnotowano po obróbce stopu AlSi7Mg mieszanką ze stałym udziałem Mg na poziomie niższym (rys.7). Jednak uzyskane wielkości analizowanego parametru są o ok. 6 MPa niższe w odniesieniu do

5 0 układu z Mg na poziomie wyższym. W obu tych układach Na B 4 O 7 intensywniej wpływa na zmianę wytrzymałości na rozciąganie stopu AlSi7Mg Rys. 4. Wytrzymałość na rozciąganie (R m ) NaNO <, > [%], Mg <, > [%], Na B 4 O 7, =%. Fig. 4. Tensil strenght (R m ) AlSi7Mg alloy NaNO <, > [%], Mg <, > [%], Na B 4 O 7, =% Rys. 5. Wytrzymałość na rozciąganie (R m ) NaNO <, > [%], Mg <, > [%], Na B 4 O 7 =%. Fig. 5. Tensil strenght (R m ) AlSi7Mg alloy NaNO <, > [%], Mg <, > [%], Na B 4 O 7 =% Rys. 6. Wytrzymałość na rozciąganie (R m ) NaNO <, > [%], Na B 4 O 7 <, > [%], Mg=%. Fig. 6. Tensil strenght (R m ) AlSi7Mg alloy NaNO <, > [%], Na B 4 O 7 <, > [%], Mg=% Rys. 7. Wytrzymałość na rozciąganie (R m ) NaNO <, > [%], Na B 4 O 7 <, > [%], Mg=%. Fig. 7. Tensil strenght (R m ) AlSi7Mg alloy NaNO <, > [%], Na B 4 O 7 <, > [%], Mg=%.

6 0 4. PODSUMOWANIE Analizując zmiany wytrzymałości na rozciąganie mieszanka egzotermiczna stwierdzono istotny wpływ wszystkich trzech czynników. Największą efektywnością odznacza się Na B 4 O 7, szczególnie w zestawieniu z Mg. Wpływ samego magnezu jest niewielki, dopiero w połączeniu z innym składnikiem mieszanki jego oddziaływanie na R m jest szczególnie korzystne. Dla stałego udziału Mg, dwa pozostałe występujące składniki wpływają na siebie lekko osłabiając oddziaływanie, jakiego można było się spodziewać z sumy ich pojedynczych oddziaływań (przy udziale jednego z nich na stałym poziomie niższym, a zmianie udziału drugiego). LITERATURA [] S.Borkowski: Sterowanie jakością tworzyw odlewniczych na przykładzie żeliwa. WNT Warszawa 999. [] H.K.Jung, P.K.Seo, C.G.Kang: Microstructural characteristics and mechanical properties of hypo-eutectic and hyper-eutectic Al-Si alloy in the semi solid forming process. Journal of Materials Processing Technology. 00, p.p [] T.Lipiński, Эффективноть воздействия микродополнений хиических соединений на механические свойства сплава АК9. Mechanical Engineering of the Baltic Region Baltic Association of Mechanical Engineering Experts No, Kaliningrad (00), pp.5-7. [4] I.Nova, J.Exner, Z.Hosek, I.Novakova: Crystallization of Al-Si alloys in the course of high pressure die-casting. Archives of foundry Katowice (004),vol.4, N o 4, pp.5-. [5] R.M.Pillai, K.S.Biju, B.C.Pai: A simple inexpensive technique for enhancing density and mechanical properties of Al-Si alloys. Journal of Materials Processing Technology 946 (004), p.p [6] F.Romankiewicz, W.Rejf: Modyfikacja stopu AlSi7Mg. Krzepnięcie Metali i Stopów nr 8 (996) s. 00. INFLUENCE EXOTHERMIC MIXTURE CONTAINS WITH Na B 4 O 7 AND NaNO ON TENSILE STRENGTH AlSi7Mg ALLOY SUMMARY The experiments were conducted on alloy AlSi7Mg, following a factor design for independent variables. Mixtures composed of NaNO, Na B 4 O 7, and Mg were used for alloy treatment. The amount of a reducing agent (Mg) necessary to carry out the process was calculated on the basis of chemical reactions. The mass fraction (weight in weight concentration) of individual variables is presented in Table. Results of study present by graphical forms. Figures -7 present tensile strength (R m ) for each variable, at extreme (lower or higher) levels of the other two. Recenzował Prof. Stanisław Borkowski