ANALIZA PRZYCZYNPOWSTAW ANIA KRYSZT ALÓW KOLUMNOWYCH SPIRALNYCH W ODLEWACH KRZEPNĄCYCH POD DZIAŁANIEM POLA MAGNETYCZNEGO

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "ANALIZA PRZYCZYNPOWSTAW ANIA KRYSZT ALÓW KOLUMNOWYCH SPIRALNYCH W ODLEWACH KRZEPNĄCYCH POD DZIAŁANIEM POLA MAGNETYCZNEGO"

Krzysztof Kurowski
9 lat temu
Przeglądów:

1 33/17 Slidifikatin f Metais and Alłys, N. 33, 1997 Krzepnięcie Metali i Stpów, Nr 33, 1997 P AN - Oddział Katwice t>l ISSN ANALIZA PRZYCZYNPOWSTAW ANIA KRYSZT ALÓW KOLUMNOWYCH SPIRALNYCH W ODLEWACH KRZEPNĄCYCH POD DZIAŁANIEM POLA MAGNETYCZNEGO SZAJNAR Jan, GA WROŃSK! Józef Katedra Odlewnictwa Flitechniki Śląskiej, G li wice, ul. Twarwa 7 W pracy przedstawin analiz~ czynników wpływających na twrzenie się kryształów klumnwych spiralnych w dlewach krzepnących przy wymusznej przez ple magnetyczne knwekcji. Stwierdzn, że pdstawwą przyczyną dchylania si~ kierunku wzrstu kryształów klumnwych jest różnicwanie się st~żenia ddatku stpweg na czle kmórki lub dendrytu. Odchylenie t jest rejestrwane p przekrczeniu pewnej minimalnej zawartści ddatku stpweg. l. Wprwadzenie Oddziaływanie zmienneg pla magnetyczneg przy krzepnięciu dlewu wywłuje takie zmiany w prcesie jeg krystalizacji, których efektem m g& być [1-4]: -rzdrbnienie i ujednrdnienie kryształów równsiwych w dlewach krzepn&cych w tradycyjnych warunkach bj~tściw, - zmniejszenie sze rkści strefy kryształów klumnwych w dlewach krzepn&cych w tradycyjnych warunkach z tą strefą, - zmiana kierunku wzrstu kryształów klumnwych, tj. twrzenie si~ kryształów klumnwych spiralnych. Jak dwdz& wyniki badań własnych, uzyskane we wcześniejszych pracach (5-8],

MAGNETYCZNEGO SZAJNAR Jan, GA WROŃSK! Józef Katedra Odlewnictwa Flitechniki Śląskiej, 44-100 G li wice, ul.

2 128 wymuszna przez zmienne ple magnetyczne knwekcja, wywłuje skutki zależne d następujących czynników pczątkwych prcesu: - szybkści krystalizacji będącej funkcją szybkści dprwadzania ciepła z dlewu, c wiąże się ze spsbem krzepnięcia (bjętściwe lub warstwwe- kierunkwe), - stężenia ddatku stpweg lub zanieczyszczeń w czystym metalu, -prędkści ciekłeg metalu w frmie będącej funkcją indukqji pla magnetyczneg. 2. Zmiana kierunku wzrstu kryształów klumnwych przy krzepnięciu dlewów z cieczy wirującej W celu kreślenia przyczyn zmian kierunku wzrstu kryształów klurnnwych przy krzepnięciu dlewu z ciekłeg metalu będąceg w wymusznym ruchu, przeprwadzn badania dlewając wlewki walcwe (f45 x 180mm) z czystych metali i stpów ZnAl i AlMn (tab. 1). Ruch ciekłej fazy generwan wirującym plem magnetycznym (WPM) wytwarzanym przez induktr umieszczny na zewnątrz frmy. Na pdstawie przeprwadznych badań stwierdzn, że w warunkach krzepnięcia dlewu ze strefą kryształów klumnwych, któremu twarzyszy duży gradient temperatury w fazie stałej i ciekłej raz ciągły frnt krystalizacji, ntwane efekty zastswania wymusznej przez ple magnetyczne knwekcji są następujące: - pdczas krzepnięcia i krystalizacji dlewu w tych warunkach wymuszny ruch ciekłej fazy nie wywłuje praktycznie żadnych zmian w strukturze dlewów z bardz czystych metali, np. Al99,99 i Zn99,99. - w dlewach większym stężeniu zanieczyszczeń łub składnika stpweg, czyli p przekrczeniu pewnej minimalnej zawartści- np. dla A199,7 lub ZnA10,05, uzyskuje się zmniejszenie szerkści strefy kryształów klurnnwych i kryształy w tej strefie zmieniają kierunek wzrstu kątj (rys. 1), - wzrst stężenia składnika stpweg, pwyżej minimalnej wartści Cmin, pwduje nieznaczne zmniejszenie kąta dchylenia kryształów klurnnwych spiralnych (rys. 2).

3 129 Tablica l Parametry dlewania wlewków L. p. Metal TP=& T w. vei""zy t lub stp r'cj r'cj [m/s] [s] l A199, , Al99, , Zn99, , Zn99, , Te99, , Cu99, , ZnA10, l' ZnAlO,l , ZnA10, , ZnA10, l' AlMnl l,33 lo 12 AlMnl ,33 lo IP vcieezy - maksymalna prędkść bwdwa ciekłeg metalu w frmie, t - czas ddziaływania pla, cp - dchylenie kierunku wzrstu kryształów klumnwych. 3. Mechanizm twrzenia się kryształów klumnwych spiralnych Na pdstawie przeprwadznych badań udwdnin teze, że przy krzepnięciu dlewu z wymusznym ruchem ciekłej fazy, warunkiem kniecznym dchylania się kierunku wzrstu kryształów klumnwych jest pczatkwa zawartść składnika stpweg C pwyżej pewnej minimalnej wartści (C > Cmi.). Wówczas wymuszny ruch ciekłeg metalu, skierwany wzdłuż frntu krystalizacji pwduje dchylenie kierunku wzrstu kryształów klumnwych. Odchylenie t skierwane jest

ZnA10,2 470 450 l' 11 40 8 ZnAlO,l 505 450 1,11 40 9 ZnA10,5 470 450 1,11 40 10 ZnA10,05 515 450 l' 11 40 11 AlMnl 740 700 l,33 lo 12 AlMnl 800 780 1,33 lo IP vcieezy - maksymalna prędkść bwdwa

4 130 przeciwnie d kierunku strumienia ciekłej fazy (rys. 3). ~ ~kmpięi "'"""""" ~ '""''""' -'><1 9- ::: bjętściwe O ~-- -r-- ~- l ljl l ~ ~..l l Zn99,99 l ~ ;:l s-e : l ~ <S~... l ZnAI0,05 l 2 ti l:: l S2 U E." ;:l l - 0,5 ciągły ll..><: a..><:... plaski l ciągły nieciągły ;;:.. ~ frnt l kmórkwy frnt.c u krystalizacji -g l frnt krystalizacji _l krystalizacji O~~~~~~C~m-;-.~----~-C~~ st-ę-że-n~ie--~.. Rys. l. Zmiana szerkści strefy kryształów klumnwych i kierunku wzrstu kryształów w tej strefie w zależnści d ilści ddatku stpweg przy krzepnięciu dlewu pd wpływem wymusznej knwekcji 23 ~ 22,5 ~c III.&;?: u 21,5 ~ ~ 21 - c: c: ~E.&; :s u- 'tj... ~... Rys. 2. Wpływ temperatury ciekłeg metalu (T prze&) i stężenia aluminium (Al%) w stpie jednfazwym ZnAl na kąt dchylenia kryształów klumnwych l{)

~----~-C~~-. ----st-ę-że-n~ie--~.. Rys. l.

5 131 a) tr ma b) Rys. 3. Schemat kryształów klumnwych wraz warstwą dyfuzyjną wkół pwierzchni człwej kmórki i makrstruktura (Al99,7) w dlewach krzepnących w tradycyjnych warunkach (a) i przy wymusznej knwekcji (b); cp - dchylenie kierunku wzrstu Przy st~żeniu pczątkwym składnika stpweg pniżej Cmin tj. przy płaskim frncie krystalizacji równległy d nieg strumień cieczy, mim zmian gradientu temperatury fazy ciekłej i stalej, nie pwduje zauważalnych zmian w strukturze krystalicznej metalu. Zmiana st~<żenia zanieczyszczeń w czystym metalu lub ddatku stpweg, d bardz małych wartści w kierunku większych, pwduje zmianę mrflgii frntu

i przy wymusznej knwekcji (b); cp - dchylenie kierunku wzrstu Przy st~żeniu pczątkwym składnika stpweg pniżej Cmin tj.

6 132 krystalizacji, ti. przejście z płaskieg d kmórkweg itd. (rys. 1). Zatem dpier przy bardziej rzwinietym frncie (p przekrczeniu steżenia Cmi..) ntuje si~ dchylenie kierunku wzrstu kryształów klumnwych. Również w tych warunkach różnicuje si~ wkół pwierzchni czła kmórki lub dendrytu st~żenie dmieszki w stpie (rys. 3). Pdstawwa przyczyna różnicwania sie steżeń jest ruch cieczy wzdłuż frntu krystalizacji. Ruch ten pwduje zmniejszenie grubści strefy dyfuzyjnej [9-ll]. Grubść warstwy dyfuzyjnej b~dzie mniejsza na pwierzchni czła kryształu d strny nacierająceg strumienia. Szczegółwa analiza ruchu wskazuje również, że grubść warstwy bedzie zróżnicwana. Najmniejsza bedzie na głównej si krystalgraficznej kryształu klumnweg spiralneg (rys. 3). Z tej strny czła kryształu be.dzie dbywał się nie tylk większy dyfuzyjny transprt składnika stpweg w głąb cieczy, ale przede wszystkim knwekcyjne przesyłanie teg składnika z frntu krystalizacji. W wyniku teg uzyskuje się mniejsze stężenie składnika na frncie krystalizacji i w knsekwencji w tej części kryształu. Dwdem na t jest różne stężenie Mn w kryształach klumnwych spiralnych kreślne wzdłuż linii prstpadłej si krystalgraficznej w stpie A!Mnl (rys. 4). d głównej kierunek ruchu -4. c1e czy 30 1 s szerkść kryszt.tu, x 10 [mm] Rys. 4. Rzkład Mn w kryształach klumnwych: linia ciągła - dlewy tradycyjne, linia przerywana - dlewy wyknane w wirującym plu magnetycznym

Pdstawwa przyczyna różnicwania sie steżeń jest ruch cieczy wzdłuż frntu krystalizacji. Ruch ten pwduje zmniejszenie grubści strefy dyfuzyjnej [9-ll].

7 PODSUMOW ANIE Pdstawwe przyczyny zmiany kierunku kryształów klumnwych przy krzepni~ciu dlewu z ciekłeg metalu b~dąceg pd wpływem pla megetyczneg (wymusznej knwekcji) t: - steżenie pczątkwe składnika stpweg w stpie lub zanieczyszczeń w czystym metalu pwyżej pewnej minimalnej wartści, - istnienie kmórkweg lub dendrytyczneg frntu krystalizacji, - różnicwanie si~ stężenia dmieszki lub zanieczyszczeń wkół czła kmórki lub dendrytu. LITERATURA [l] Szajnar J.: Zmiany w strukturze i właściwściach dlewów z AlMnl wyknanych pd działaniem pla megnetyczneg, Mat.XIX Symp.Nauk. AGH Kraków, 1993, s.lol-105. [2] Szajnar J., Gawrński J.: Kierwanie krystalizacją dlewu w plu magnetycznym, Raprt kńcwy prjektu badawczeg nr Ol KBN, Flitechnika Śl. Gliwice, [3] Szajnar J.: Magneticke ple jak mdyfikatr struktury slitin, Ma ter. XII medzinardna knfer. "Ockvadla a predzliatiny", Strjenska fakulta Vyskej Skly dpravy a spjv v Żilinie, Rajecke Teplice, , s [4] Szajnar J.: Warunki hmgenizacji struktury dlewów krzepnących w plu magnetycznym, KMiS, 1996, nr 27. [5] Szajnar J.: Analysis f clurnnar crystals grwth during the slidificatin in magnetic field, Prc. II Cnf."Mving Bundaries '93", Milan June 1993, Wessex Instit. ftechnlgy Suthamptn, University fprtsmuth, s [6] Szajnar J.: Mdel teretyczny i weryfikacja dświadczalna prcesu wzrstu kryształów klumnwych dchylanych pwstających pdczas krzepni~cia dlewów w plu elektrmagnetycznym, Rap.kńcwy prj.bad. nr 3 P KBN,

stpweg w stpie lub zanieczyszczeń w czystym metalu pwyżej pewnej minimalnej wartści, - istnienie kmórkweg lub dendrytyczneg frntu krystalizacji, - różnicwanie si~ stężenia dmieszki lub zanieczyszczeń

8 134 Plitechnika Śl. Gliwice, czerwiec [7] Szajnar J.: Mdelwe warunki wzrstu kryształów klumnwych z cieczy wirującej, KMiS, 1995, nr 22, s [8] Szajnar J.: Gawrński J., Chlewa M., Wpływ wymuszneg ruchu i temperatury ciekłeg metalu na kąt dchylenia kryształów klumnwych w dlewach krzepnących w plu magnetycznym, Archiwum Technl.i Maszyn i Autmatyzacji, 1996, vl. 16, nr l, s [9] Turnbull D. i in. : Transprt Prcesses f Fluid Flw in Slidific., Metais Park, Ohi, [10] Ki-Bae K. i in.: Effects f fluid flw n the slute redistributin f high purity aluminurn ingt, Prc. 62nd Wrld Fundry Cng. Philadelphia, 1996, p [11] Kurz W., Fischer D.J.: Fundamentais Slidificatin, Trans Tech Public., USA, 1984.

i Maszyn i Autmatyzacji, 1996, vl. 16, nr l, s. 81-89. [9] Turnbull D. i in. : Transprt Prcesses f Fluid Flw in Slidific., Metais Park, Ohi, 1971. [10] Ki-Bae K. i in.: Effects f fluid flw n the slute redistributin f high purity aluminurn ingt, Prc.

Podobne dokumenty

ZMIANY W ROZKŁADZIE MIEDZI JAKO PRZYCZYNA PRZEMIANY STRUKTURY W ODLEWACH WYKONYWANYCH W POLU MAGNETYCZNYM

61/4 Archives of Foundry, Year 2002, Volume 2, 4 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2002, Rocznik 2, Nr 4 PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 ZMIANY W ROZKŁADZIE MIEDZI JAKO PRZYCZYNA PRZEMIANY STRUKTURY W ODLEWACH