ZJAWISKA POROWATOŚCI W ODLEWACH ZE STOPÓW ALUMINIUM I MAGNEZU. Wydział Odlewnictwa AGH ul. W. Reymonta Kraków

Transkrypt

1 43/4 Slidificatin f Metais and Allys, Year 2000, Ylume 2, Bk N. 43 Krzepnięcie Metali i Stpów, Rk 2000, Rcznik 2, Nr 43 PAN- Katwice PL ISSN ZJAWISKA POROWATOŚCI W ODLEWACH ZE STOPÓW ALUMINIUM I MAGNEZU Zbigniew BONDEREK. Stanisław RZADKOSZ Wydział Odlewnictwa AGH ul. W. Reymnta Kraków l. Wstęp Stpy lekkie wyskiej wytrzymałści właściwej jak knstrukcyjne twrzywa dlewnicze są bardz trudne pd względem technlgicznym. Należą d nich stpy strukturze typu rztwru stałeg a na snwie AI.-Cu, AI.-Cu-Mg i AI.-Zn-Mg raz stpy na snwie magnezu typu np. Mg-AI.-Zn. Pdbne prblemy technlgiczne, aczklwiek w znacznie mniejszej skali, pjawiają się również w przypadku innych stpów, w tym równie ż pdeutektycznych stpów AI.-Si, w strukturze których dminuje rztwór stały a. Warunkiem uzyskania wyskich właściwści wytrzymałściwych jest dlanie stpów zwartej, drbnziarnistej strukturze pzbawinej nieciągłści wewnętrznych. Właściwści mechaniczne tych stpów silnie zależą bwiem d rdzaju i ilści wad występujących w strukturze, tj. d prwatści skurczwej, gazwej, mikrpęknięć międzykrytalicznych i stałych wtrąceń niemetalicznych. Wynika t z faktu bardz dużej aktywnści tych stpów w stsunku d atmsfery i znaczneg skurczu dlewniczeg. Stpy aluminium, a szczególnie stpy magnezu wykaz ują szczególnie dużą skłnn ść d utleniania pdczas tpienia i dlewania, c sprzyja pwstawaniu licznych wtrąceń niemetalicznych. W wyniku reakcji z taczającą atmsferą pjawiają się tlenki, aztki, węgliki itp. Mżliwa jest m.in. becnść : tlenków typu y-al i a AI 203 lub amrficznych pstaci tlenków, węglików (typu AI 4 C3) lub skupisk faz Al C. Równcześnie stpy te wykazują dużą skłnnść d adsrpcji i rzpuszczania wdru, c sprzyja twrzeniu znacznej prwatści gazwej, a w becnści wtrąceń niemetalicznych pwstawaniu kmpleksów tlenkw-wdrwymi (y-ai 20 3,) 111 i (H) 11 [1-4] W ramach badań przeprwadzn analizę kształtwania nieciągłści struktury występujących w dlewach ze stpów na snwie aluminium i magnezu tj. głównie prwatści gazwych, raz prwatści gazw-skurczwych. Prwatści skurczwe pjawiają się szczególnie w dlewach piaskwych, w mikrbszarach przestrzeni mię-

2 52, dzydendrytycznych, jeżeli nie jest spełniny warunek kierunkweg krzepnięcia dlewów. Pwlne krzepnięcie sprzyja wydzielaniu się gazów d tych pwstających pustek twrząc prwatść skurczw-gazwą. W pracy pdjęt badania wpływu warunków krzepnięcia i zasilania raz wpływ zabiegów rafinacji i mdyfikacji kąpieli metalwej na zwartść struktury i właściwści dlewów z wybranych stpów aluminium i magnezu. W szczególnści pddan analizie zmiany charakteru występwania prwatści skurczwych i gazw-skurczwych w zależnści d miejsca przekrju dlewu i zastswanej technlgii uszlachetniania kąpieli metalwej. 2. Analiza wad w strukturze dlewów W tku analizy wydrębnin duże ilści wad w przekrju dlewów, które pddan identyfikacji. Wybrane mikrbszary pddan badanim metalgraficznym, a wydrębnine charakterystyczne mikrbszary pddan identyfikacji dyfrakcyjnej i przy użyciu mikranalizatara rentgenwskieg. W wyniku analizy stwierdzn, że większść wad w strukturze stpów t prwatści i mikrprwatści gazwskurczwe, wtrącenia tlenkwe i kmpleksy gazw-tlenkwe z drbnymi wtrąceniami tlenkwymi i cząstkami żużlwymi, a także złżne tlenki lub węgliki, jak np. spinele typu MgA Analiza prwatści gazwych i skurczwych w dlewach Przeprwadzn analizę wpływu warunków krzepnięcia na rzwój prwatści stpów. Szczególnie wyraźny przyrst prwatści skurczwej zaznacza się w przypadku krzepnięcia bjętściw-kierunkweg. Prwatść dlewów krzepnących wg schematu kierunkw-bjętściweg jest natmiast wyraźniej uzależnina d zjawisk zagazwania stpów, w całym zakresie grubści ścianek dlewu. Badania wyknan na przykładzie próbek stpu AK 911, A1Cu5Mg i stpu GA8 wyknanych w pstaci dlewów cylindrycznych zmiennej średnicy, - zasilanych bądź d najcieńszej części dlewu (typ A), bądź d części dużej średnicy (typ B). P wyznaczeniu średnieg wskaźnika prwatści dlewów przecinan je i kreślan prwatść składwych elementów dlewów. Pszczególne elementy znaczn następującymi symblami: - typ A, typ B, stan wyjściwy stpu, ~15- f/;60 x 30 mm - typ Ag, typ B g, p rafinacji gazwej, ~15- f/;60 x 30 mm - typ Az, typ Bz, p rafinacji gazw-żużlwej, ~15- f/;60 x 30 mm - typ A, typ B, stan wyjściwy stpu GA8, ~15- f/;60 x 30 mm - typ Ag, typ Bg, p rafinacji żużlwej stpu GA8, ~15- f/;60 x 30 mm - typ Am, typ Bm, stan p rafinacji i mdyfikacji stpu GA8, ~15- f/;60 x 30 Przykładwe wyniki badań wpływu rafinacji i warunków krzepnięcia stpu AK9 I I ujęt na rys. l, a wyniki wpływu prcesów rafinacji i mdyfikacji na zmiany prwatści dlewów ze stpu GA8 przedstawin na rys. 2.

3 53 1-B~Bg-Bz l ;,R. ;,R. c5.ej (/) (/).8 3 r S: n; 3 S: e Średnica próbki,rrm Średnica próbki,rrm Rys. l. Wpływ rafinacji na prwatść dlewów testwych ze stpu AlSi, dlanych d frm piaskwych. Stan stpu - A, B - przed rafinacją, Ag, Bg- p rafinacji gazwej, A" Bz- p rafinacji gazw-żużlwej. A- prwatść próbek testwych krzepnących w warunkach bjętściw-kierunkweg krzepnięcia, B - prwatść próbek testwych krzepnących w warunkach kierunkw-bjętściweg krzepnięcia Fig. l. Influence f refining prcess n prsity f testing casting made f Al.Si ally, casts in sand muld Na przykładzie dlewów testwych wzrastającej grubści ścianek <pl5mm, <p30mm, <p45mm i <p60mm, wyknanych w frmach piaskwych przeprwadzn analizę wpływu warunków krzepnięcia na rzwój prwatści stpów. Szczególnie wyraźny przyrst prwatści zaznacza się w przypadku krzepnięcia bjętściwkierunkweg. Prwatść dlewów krzepnących wg schematu kierunkwbjętściweg jest wyraźnie mniejsza w całym zakresie grubści ścianek dlewu. Badania wyknan na przykładzie próbek stpu AK 911, A1Cu5Mg i stpu GA8. P rafinacji gazwej bserwuje się niewielkie zmniejszenie prwatści próbek większych średnicach dla dlewów krzepnących wg schematu bjętściw-kierunkweg (typ A). Szczególnie wyraźne zmniejszenie prwatści próbek zaznacza się p rafinacji gazw-żużlwej, w przypadku dlewów testwych zasilanych wg schematu kierunkw-bjętściweg (typb)

4 54 /-+-A --Ag -&-Am l -+-B --Bg -&-Bm ~ ~ c.i 4.c.J (J) 4 (f) -r 3: -r 3 3: e 3 Q_ Q_ Średnica próbki, mm Średnica próbki,mm Rys. 2. Wpływ rafinacji na prwatść dlewów testwych ze stpu GA8, dlanych d frm piaskwych. Stan stpu- A, B- przed rafinacją, Ag, Bg- p rafinacji żużlwej, Am, Bm- p rafinacji i mdyfikacji Fig. 2. Influence f refining prcess n prsity f testing casting made f MgAlZn ally, casts in sand muld. A,B - prir t refining, Ag. B g- ally after slag refining, Am, B m- after refining and mdyficatin prcess, A- prsity f the sample slidyfying in vlume crystalisatin, B - prsity f the sample slidyfying in directinal cristalisatin W przypadku badań dlewów testwych wyknanych ze stpów magnezu bserwuje się niec większe zróżnicwanie stpów prwatści dlewów w zależnści d średnicy próbki testwej, przy czym również i w tym przypadku próbki wycięte z dlewów typu B wykazują zasadnicz niec mniejszą prwatść. Zmniejszenie prwatści w wyniku zmiany spsbu dprwadzenia ciekłeg metalu d dlewu jest wyraźniejsze dla próbek większej średnicy. Efekt rafinacji stpu badaneg spwdwał niewielkie zmniejszenie prwatści pszczególnych próbek dlewu, a wyraźniejsze bniżenie prwatści zaznacza się ddatkw p zabiegu mdyfikacji stpu preparatem zardkującym typu Nucieant 200. Wyniki badań wpływu zabiegów rafinacji i mdyfikacji na właściwści stpu GA8 ujęt w tabeli l.

5 55 Tabela l. Wpływ rafinacji i mdyfikacji na właściwści i prwatść dlewów ze stpu GA8 Table l. Influence f refining and mdyficatin prcesses n prperties and prsity f casting made f MgALZn ally Rdzaj preparatu Ilść prep. Liczba Rm,MPa A5,% Sr. wielkść Czas rafin. gazwa Q ziarn/mm , ,6 16,1 Magnezali 0,4% 0, ,6 5,2 46,23 rafinacja.- 0,6% 0, ,8 4,8 58,66 Rafinacja+ żużel 0,2 % 0, ,2 5,6 158,8 Mdyfikujący M6 0,3% 0, ,8 5,2 132,2 Magrex Ml + 0,4% 0, ,2 5,8 145,60 Nucieant 200 0,6 % 0, ,2 5,6 180,72 3. Pdsumwanie W wyniku przeprwadznych badań wpływu warunków krzepnięcia na zwartść struktury stpów stwierdzn wyraźny przyrst prwatści, na przykładzie dlewów testwych wzrastającej grubści ścianek <pl5mm, <p39mm, <p45mm i 60 mm, wyknanych w frmach piaskwych. Szczególnie wyraźny przyrst prwatści zaznacza się w przypadku krzepnięcia bjętściw-kierunkweg. Prwatść dlewów krzepnących wg schematu kierunkw-bjętściweg jest mniejsza w całym zakresie grubści ścianek dlewu. - badania prcesu rafinacji stpów aluminium i magnezu wykazały znaczną intensywn ś ć prcesów ekstrakcji zanieczyszczeń i wyraźny ich wpływ na właściwści stpu. Prwat ś ć dlewów testwych siąga znaczne rzmiary w przypadku małej szybkści chłdzenia i mał intensywneg zasilania pszczególnych stref dlewów. - w tku badań stwierdzn intensywne ddziaływanie rafinujące żużla Magnezal dla stpu GA8 raz skuteczne ddziaływanie pastylek preparatu mdyfikująceg typu Nucieant 200. Zmiany prwatści próbek p mdyfikacji pastylkami mdyfikującymi są krzystniejsze w prównaniu d zmian prwatści stpu rafinwaneg. Praca wyknana w ramach badań statutwych nr w AGH LITERATURA l. Pattle D.- Advances in degassing aluminurn allys, Fundryman, v.81, 5, Schichtel G. - Magnesium- Taschenbuch, VEB Verlag technik, Berlin, Makarw G.S.: Rafinirvanije aluminievych spłavw gazami;.metallurgia Pstłek H., Adamski C.-Wpływ napięć międzyfazwych na rafinujące ddziaływanie żużli -Archiwum Hutnictwa, T 38, z 4, Kraków 1981 Recenzwał: prf. dr hab. Inż. Józef Dańk