WP YW MODYFIKACJI NA STRUKTUR I MORFOLOGI PRZE OMÓW SILUMINU AlSi11

Transkrypt

1 K O M I S J A B U D O W Y M A S Z Y N P A N O D D Z I A W P O Z N A N I U Vol. 29 nr 1 Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji 2009 REMIGIUSZ ROMANKIEWICZ, FERDYNAND ROMANKIEWICZ ** WP YW MODYFIKACJI NA STRUKTUR I MORFOLOGI PRZE OMÓW SILUMINU AlSi11 Badania modyfikacji siluminu AlSi11 wykaza y, e najlepszy efekt modyfikacji zapewnia dodatek 0,2% AlSr10 (0,02% Sr). Spowodowa on korzystn zmian morfologii eutektycznego krzemu oraz wzrost udarno ci stopu. S owa kluczowe: silumin, modyfikacja, prze om 1. WPROWADZENIE W a ciwo ci odlewniczych stopów Al-Si s determinowane przez stan ich struktury. Decyduj cy wp yw na nie wywieraj takie czynniki, jak: ukszta towanie, wielko i rozmieszczenie sk adników struktury. W stopach podeutektycznych i nadeutektycznych istotne znaczenie maj udzia, kszta t, wielko i rozmieszczenie faz pierwotnych, jak równie morfologia eutektyki. W miar zbli- ania si zawarto ci krzemu w stopach Al-Si do sk adu eutektycznego maleje wp yw pierwotnych faz na w a ciwo ci tych stopów, natomiast wzrasta znaczenie morfologii eutektyki, a zw aszcza eutektycznego krzemu. W stopach eutektycznych i oko oeutektycznych na ogó nie wyst puje drobnokrystaliczna eutektyka Al-Si, zawarty w niej krzem ma budow zbli niaczonych p ytek lub rozetek [1]. Sporadycznie w strukturze mog si pojawia równie gruboziarniste poliedryczne kryszta y pierwotnego krzemu. Takie formy krzemu wywieraj ujemny wp yw na w a ciwo ci mechaniczne stopów Al-Si. W celu korzystnej zmiany morfologii wydziele krzemu stopy Al-Si poddaje si modyfikacji. Modyfikacj eutektycznego krzemu uzyskuje si przez dodanie do stopów Al-Si takich pierwiastków, jak sód, stront lub antymon. Modyfikuj cy wp yw sodu i strontu polega na zmianie morfologii krzepni cia eutektycznego krzemu Mgr in. ** Prof. dr hab. in. Instytut Budowy i Eksploatacji Maszyn Uniwersytetu Zielonogórskiego.

2 52 R. Romankiewicz, F. Romankiewicz z p ytkowej na w óknist o du ym stopniu rozga zienia [3]. Dodatek antymonu natomiast przyczynia si do powstania pasemkowej postaci eutektycznego krzemu [5]. W ród pogl dów na mechanizm modyfikacji eutektycznego krzemu sodem lub strontem mo na wyodr bni dwie popularne hipotezy, z których jedna dotyczy zarodkowania, a druga wzrostu fazy krzemowej. W pierwszej hipotezie zak ada si [2], e sód i stront hamuj zarodkowanie eutektycznego krzemu wskutek neutralizacji cz stek fazy AlP pe ni cych funkcj aktywnych heterogenicznych zarodków krzemu. Hipoteza ta, zwana hipotez zatruwania zarodków, wyja nia jedynie zwi kszony stopie przech odzenia modyfikowanych stopów Al-Si, nie wyja nia natomiast obserwowanej w óknistej morfologii krzepni cia eutektycznego krzemu. Druga hipoteza [2, 4] dotyczy wp ywu modyfikatora na wzrost kryszta ów eutektycznego krzemu. Uwzgl dnia si w niej mo liwo zmiany kinetyki wzrostu krzemu (tzw. efekt kinetyczny) oraz mo liwo hamowania wzrostu okre lonych p aszczyzn kryszta ów krzemu (tzw. efekt mi dzyfazowy). W pierwszym przypadku zak ada si, e obecno pierwiastków modyfikuj cych przed frontem krystalizacji utrudnia dyfuzj krzemu do p aszczyzn rosn cego kryszta u. W drugim wypadku przyjmuje si za o enie, e nast puje adsorpcja atomów pierwiastka modyfikuj cego na powierzchni rozdzia u faz kryszta ciecz, co jest czynnikiem hamuj cym wzrost uprzywilejowanych p aszczyzn kryszta ów krzemu, za które uwa a si p aszczyzny {111}. Autorzy postanowili zbada wp yw zmiennych ilo ci strontu i boru [2] na zmian morfologii eutektycznego krzemu w siluminie AlSi11 i udarno stopu. 2. OPIS BADA 2.1. Topienie i modyfikacja Do bada u yto handlowego stopu AlSi11 (AK11) w g skach o sk adzie chemicznym zgodnym z norm PN-76/H Stop topiono w piecu komorowym z u yciem grafitowo-szamotowych tygli. W celu unikni cia ewentualnego wprowadzenia sodu do k pieli metalowej nie stosowano pokrycia ochronnego. Zabiegi modyfikacji prowadzono przy przegrzaniu k pieli metalowej do temperatury 1003 K (730 C). W charakterze dodatku modyfikuj cego stosowano wst pne stopy AlSr10 oraz AlB4. Próbki odlewano po up ywie 10 min od momentu wprowadzenia modyfikatorów. Warunki modyfikacji oraz wyniki badania udarno ci zamieszczono w tablicy 1.

3 Wp yw modyfikacji na struktur i morfologi prze omów siluminu AlSi Wyniki bada W celu okre lenia wp ywu modyfikacji na zmian w a ciwo ci mechanicznych stopu AlSi11 badano udarno próbek stopu zgodnie z norm PN-EN Wp yw modyfikatorów na struktur siluminu oceniano na podstawie mikrofotografii profili prze omów próbek udarno ciowych. Mikrofotografie (rys. 1) wykonano z u yciem mikroskopu optycznego Epityp 2. Morfologi powierzchni prze omów (rys. 2) próbek siluminu AlSi11 badano z u yciem mikroskopu skaningowego JSM 5600-LV. Wp yw warunków modyfikacji na udarno stopu AlSi11 The influence of conditions modification for impact value of alloy AlSi11 Tablica 1 Lp. Warunki modyfikacji Udarno [J/cm 2 ] 1 Bez modyfikacji 6,10 2 Modyf. 0,2% AlB4 11,45 3 Modyf. 0,3% AlB4 15,82 4 Modyf. 0,2% AlSr10 23,53 5 Modyf. 0,3% AlSr10 20,75 6 Modyf. 0,3% AlB4 i 0,2% AlSr10 16,30 Wp yw modyfikacji na zmian struktury siluminu AlSi11 ilustruje rys. 1. Wynika z niego, e dodatki AlB4 (rys. 1b i 1c) oraz AlSr10 (rys. 1d i 1e) spowodowa- y wyra ny efekt modyfikacji, przejawiaj cy si zmian morfologii eutektycznego krzemu w porównaniu z siluminem w stanie niemodyfikowanym (rys. 1a). czny dodatek AlB4 i AlSr10 (rys. 1f) spowodowa rozdrobnienie i równomierniejsze roz o enie fazy. Na udarno siluminu korzystniejszy wp yw wywiera jednak modyfikacja dodatkiem strontu w postaci zaprawy AlSr10. Próbki siluminu AlSi11 modyfikowanego dodatkiem AlSr10 maj wi ksze rozwini cie profilu prze omu (rys. 1d i 1e) ni próbki stopu modyfikowanego dodatkiem AlB4 (rys. 1b i 1c), a zw aszcza stopu bez modyfikacji (rys. 1a). Znajduje to potwierdzenie w obserwowanej morfologii powierzchni prze omów (rys. 2). Próbki siluminu modyfikowanego dodatkiem AlSr10 (rys. 2d i 2e) cechuj si zmian charakteru prze omu na bardziej plastyczny w porównaniu z próbk bez modyfikacji (rys. 2a) oraz po modyfikacji dodatkiem AlB4 (rys. 2b i 2c). Zabieg cznej modyfikacji siluminu AlSi11 zaprawami AlB4 i AlSr10 zapewnia wy sze wska niki udarno ci badanego stopu w porównaniu z modyfikacj wy cznie zapraw AlB4 (tabl. 1), jednak udarno stopu zmniejszy a si w porównaniu z próbkami po modyfikacji zapraw AlSr10.

4 54 R. Romankiewicz, F. Romankiewicz a) d) b) e) c) f) Rys. 1. Mikrofotografia strefy profilu przeáomu stopu AlSi11: a) bez modyfikacji, b) modyfikowanego 0,2% AlB4, c) modyfikowanego 0,3% AlB4, d) modyfikowanego 0,2% AlSr10, e) modyfikowanego 0,3% AlSr10, f) modyfikowanego 0,3% AlB4 i 0,2% AlSr10 Fig. 1. Microstructure in the fracture area of alloy AlSi11: a) no modif, b) modif. 0.2% AlB4, c) modif. 0.3% AlB4, d) modif. 0.2% AlSr10, e) modif. 0.3% AlSr10, f) modif. 0.3% AlB4 and 0.2% AlSr10

5 Wpáyw modyfikacji na strukturċ i morfologiċ przeáomów siluminu AlSi11 a) d) b) e) c) f) 55 Rys. 2. Powierzchnia przeáomu stopu AlSi11: a) bez modyfikacji, b) modyfikowanego 0,2% AlB4, c) modyfikowanego 0,3% AlB4, d) modyfikowanego 0,2% AlSr10, e) modyfikowanego 0,3% AlSr10, f) modyfikowanego 0,3% AlB4 i 0,2% AlSr10 Fig. 2. Fracture surface of alloy AlSi11: a) no modif., b) modif. 0.2% AlB4, c) modif. 0.3% AlB4, d) modif. 0.2% AlSr10, e) modif. 0.3% AlSr10, f) modif. 0.3% AlB4 and 0.2% AlSr10

6 56 R. Romankiewicz, F. Romankiewicz 3. WNIOSKI Badania modyfikacji siluminu AlSi11 dodatkami AlB4 i AlSr10 wykaza y, e najlepszy efekt modyfikacji zapewnia dodatek 0,2% AlSr10. Korzystna zmiana morfologii eutektycznego krzemu w badanym siluminie spowodowa a w konsekwencji istotny wzrost udarno ci. LITERATURA [1] Chen X. G., Engler S., Wachstumsmechanismen des eutektischen Siliziums, Z. Metallkunde, 1990, Nr 6, s [2] Müller K., Möglichkeiten der Gefügebeeinflussung eutektischer und nacheutektischer Aluminium-Silizium-Gusslegierungen unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften, Doktor-Ingenieur Dissertation, TU Berlin [3] Poniewierski Z., Krystalizacja, struktura i w a ciwo ci siluminów, Warszawa, WNT [4] Romankiewicz F., Romankiewicz R., Modyfikacja siluminu AlSi7, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2004, nr 1 spec., s [5] Wasilewski P., Siluminy modyfikacja i jej wp yw na struktur i w a ciwo ci, Krzepni cie Metali i Stopów, 1995, nr 21, Kraków, Komisja Odlewnicza PAN. Praca wp yn a do Redakcji Recenzent: dr hab. in. Mieczys aw Hajkowski STUDY ON MODIFICATION OF AlSi11 ALLOY S u m m a r y Studies of modification of AlSi11 alloy have shown, that the best results were achieved using 0.2% of AlSr10 additive (0.02% of Sr). The application of this additive caused the advantageous change of eutectic silicon morphology and increase of impact value of alloy. Key words: silumin, modification, fracture