MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

Transkrypt

1 12/40 Solidification of Metals and Alloys, Year 1999, Volume 1, Book No. 40 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 1999, Rocznik 1, Nr 40 PAN Katowice PL ISSN MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6 GŁAZOWSKA Izabela, ROMANKIEWICZ Ferdynand Politechnika Zielonogórska, Instytut Inżynierii Produkcji i Materiałoznawstwa, Zielona Góra ul. Podgórna 50, tel.(068) w. 516, 547, faz iglazows@hook.oi.pz.zgora.pl Romankiewicz@adm.pz.zgora.pl STRESZCZENIE Badania wykazały korzystny wpływ modyfikacji cyrkonem na strukturę i własności mechaniczne brązu CuSn4Zn7Pb6. Skuteczność modyfikującego oddziaływania cyrkonu poprawił mikrododatek fosforu. Modyfikacja spowodowała rozdrobnienie struktury i bardziej równomierny rozkład ołowiu, co wpłynęło korzystnie na własności mechaniczne stopu. Mikrododatek fosforu zastosowany łącznie z cyrkonem spowodował wzrost wartości wskaźników: R m o 20%, A 5 o 10%, HB o 20%. 1. Wprowadzenie Brąz cynowo-cynkowo-ołowiowy CuSn4Zn7Pb6 (spiż)stosowany jest na odlewy części maszyn, tuleje, łożyska pracujące przy obciążeniach statycznych i w temperaturze otoczenia, oraz na armaturę wodną i parową. Jest odporny na korozję wodną i ścieranie. Posiada bardzo dobrą lejność skrawalność oraz odporność na temperaturę do 225 o C. Dodatek ołowiu jest wprowadzany w celu podwyższenia własności ślizgowych stopu oraz szczelności odlewu [1]. Ołów zwiększa zakres temperatur krzepnięcia odlewu, stąd zawartość jego w powierzchniowej i środkowej części przekroju odlewu jest różna (segregacja grawitacyjna i strefowa) [2]. Na rozłożenie ołowiu w strukturze krzepnącego brązu ma wpływ zabieg modyfikacji przeprowadzony podczas topienia. Poprzez modyfikację osiąga się rozdrobnienie struktury z równomiernym rozkładem ołowiu, co wpływa korzystnie na właściwości mechaniczne brązu. Jako modyfikator dla brązów stosuje się mikrododatek cyrkonu. Skuteczność modyfikującego oddziaływania cyrkonu poprawia mikrododatek fosforu. [3].

2 Topienie i modyfikacja Do badań użyto brąz handlowy CuSn4Zn7Pb6 o składzie chemicznym zgodnym z PN-79/H Zabieg topienia i modyfikacji przeprowadzono w piecu indukcyjnym IMSK-10 w tyglach grafitowo szamotowych, pokrytych powłoką izolacyjną, pod warstwą pokrycia ochronnego. Zabiegi modyfikacji przeprowadzano po roztopieniu metalu i przegrzaniu go do temperatury 1150 o C. W pierwszej kolejności dodawano fosforu w postaci stopu wstępnego CuP12, a następnie cyrkon w postaci CuZr30. Wytopy przeprowadzono wg programu podanego w tabeli 1. Badano wpływ mikrododatków na strukturę stopu i jego właściwości mechaniczne. 3. Badania właściwości mechanicznych Wyniki badań własności mechanicznych wartości wskaźników R m, A 5, HB przedstawiono w tabeli 1 i na rys. 1. Tabela 1 Wyniki pomiarów wskaźników R m, A 5, HB Nr wytopu R m [MPa] A 5 [%] HB odtleniony 0,05%P ,08%Zr %P+0,08%Zr ,05%P+0,08%Zr ,08%P+0,08%Zr Z zestawienia powyższych wartości wynika, że mikrododatek fosforu stosowany łącznie z cyrkonem korzystnie wpływa na właściwości mechaniczne brązu. Fosfor spowodował wzrost R m o 20%, A 5 o 10% i HB 020%.

3 121 Rys. 1 Wpływ modyfikacji na właściwości mechaniczne brązu CuSn4Zn7Pb6. Fig. 1 The influence of modification process on mechanical properties of the CuSn4Zn7Pb6 tin bronze. 4. Badania struktury Strukturę badanego stopu analizowano przy użyciu mikroskopu optycznego stosując powiększenie 250 razy. Modyfikacja spowodowała korzystną zmianę mikrostruktury. Obraz mikrostruktury przedstawiono na rys. 2 i 3. Brąz odtleniony fosforem wykazuje rozwinięte dendryty fazy α z nierównomiernym rozmieszczeniem eutektoidu α+δ oraz wydzieleń ołowiu (rys. 2). Dodatek cyrkonu spowodował znaczne rozdrobnienie dendrytów fazy α równomierniejszy rozkład eutektoidu α+δ oraz ołowiu w przestrzeniach między dendrytycznych (rys. 3). 5. Wnioski Modyfikacja cyrkonem spowodowała korzystne zmiany właściwości mechanicznych i struktury badanego brązu. Mikrododatek fosforu wprowadzony do kąpieli razem z cyrkonem podwyższył skuteczność efektów modyfikacji.

4 122 Rys. 2 Mikrostruktura brązu CuSn4Zn7Pb6 odtleniony 0,05%P (250x) Fig. 2 Microstructure of the CuSn4Zn7Pb6 tin bronze deoxided with 0,05%P (250x) Rys. 3 Mikrostruktura brązu CuSn4Zn7Pb6 modyfikowany 0,08%P+0,08%Zr (250x) Fig. 3 Microstructure of the CuSn4Zn7Pb6 tin bronze modified with 0,08%Pand0,08%Zr (250x)

5 123 Literatura 1. Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych. WNT, Warszawa 1992, 2. Romankiewicz F.: Krzepnięcie miedzi i jej stopów. PAN, Poznań, Zielona Góra 1995, 3. Głazowska I.: Badania nad poprawą skuteczności i trwałości modyfikacji brązów cynowych. Praca doktorska (w opracowaniu) Zielona Góra ABSTRACT Investigations on the modification of CuSn4Zn7Pb6 tin bronze with zirconium additive revealed the advantageous influence of that reagent on the microstructure and mechanical properties of the alloy. The effectiveness of zirconium influence was additionally improved by phosphorus microaddition. The modification processes caused both the structure refinement and the uniform distribution of plumbum particles in microstructure, with influenced advantageously on improvement of mechanical properties. The microadditive of phosphorus caused the increase of values the following factors: R m to 20%, A 5 to 10%, HB to 20%. Recenzowali: Prof. dr hab. inż. Janusz Braszczyński Prof. dr hab. inż. Przemysław Wasilewski