OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

Transkrypt

1 52/22 Archives of Foundry, Year 2006, Volume 6, 22 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2006, Rocznik 6, Nr 22 PAN Katowice PL ISSN OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132 J. PEZDA 1 Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku Białej Katedra Technologii Maszyn i Automatyzacji, Zakład Technologii Bezwiórowych ul. Willowa 2, Bielsko Biała STRESZCZENIE W artykule przedstawiono zastosowanie metody Analizy Termiczno-Napięciowo Derywacyjnej do określenia temperatury zabiegów przesycania i starzenia siluminu AK132 (AlSi13Cu2). Badany stop został poddany typowym zabiegom rafinacji i modyfikacji, a następnie obróbce cieplnej. Zakres temperatury dla zabiegów obróbki cieplnej określono na podstawie krzywych ATND. Key words: ATD, ATND, mechanical properties, crystallization. 1. WSTĘP Procesy krystalizacji stopów decydują o uzyskiwanej mikrostrukturze odlewów i tym samym o ich właściwościach użytkowych. Znajomość przebiegu tych procesów jest źródłem informacji dla przygotowania ciekłego metalu oraz kontroli przygotowania stopów w przemyśle. Istotnym czynnikiem w produkcji odlewów staje się więc wykorzystanie teorii procesów krystalizacji do sterowania procesami technologicznymi, w celu uzyskania najlepszej mikrostruktury dla konkretnych wymagań. 1 Metoda Analizy Termiczno-Napięciowo-Derywacyjnej opracowana w Zakładzie Technologii Bezwiórowych pozwala na rejestracje krzywych temperaturowych i napięciowych, na których można zaobserwować efekty cieplne i napięciowe będące skutkiem krystalizacji faz i eutektyk, występujące na tych krzywych w formie charakterystycznych pików. Wartości temperatury odczytane dla punktów charakterystycznych są podstawą do opracowania analizy regresji dla uzyskania zależności matematycznych przedstawiających wpływ zmian ich wielkości na właściwości mechaniczne umocnionego wydzieleniowo stopu AK132. Stop AK132 1 dr inż., jpezda@ath.bielsko.pl

2 359 zaliczany jest do stopów wieloskładnikowych powszechnie wykorzystywanych w przemyśle odlewniczym. Nazywany jest stopem okołoeutektycznym (krzem jako składnik występuje w ilości bliskiej eutektycznej). 2. METODYKA I WYNIKI BADAŃ Badany stop został poddany typowym zabiegom uszlachetniającym (rafinacji i modyfikacji). Stopem tym zalewano formę metalową do wykonywania znormalizowanych próbek wytrzymałościowych według PN-88/H , którą przystosowano do kontroli przebiegu procesów krystalizacji metodą ATND. Obróbkę cieplną przeprowadzono dla stopu AK132 modyfikowanego. Polegała ona na poddaniu materiału przesycaniu i starzeniu. Temperatury tych zabiegów zostały dobrane na podstawie wartości punktów z krzywych topienia ATND Stop rafinowany i modyfikowany Stop handlowy AK132 (AlSi13Cu2), rafinowano Rafalem 1 (0,4% masy wsadu), a następnie modyfikowano zaprawą AlSr10 w ilości 0,6% masy wsadu (0,06% Sr). Wyniki badania składu chemicznego stopu przedstawiono w tablicy 1. Tabela 1. Skład chemiczny rafinowanego i modyfikowanego stopu AK132 Table 1. Chemical conditions of rafined and modified AK132 alloy Stop Si Fe Cu Zn Ti Mn Ni Sn Pb Cr Mg Al. AK132 [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] [%] modyfikowany. 11,57 0,798 2,125 0,42 0,017 0,206 0,031 0,001 0,05 0,04 0,147 Właściwości mechaniczne uzyskane dla stopu rafinowanego i modyfikowanego przedstawiono w tablicy 2. Tablela 2. Własności mechaniczne rafinowanego i modyfikowanego stopu AK132 Table 2. Mechanical properties rafined and modified of AK132 alloy R 0,02 R 0,2 R m A 5 [MPa] [MPa] [MPa] [%] ,3-6 Na podstawie przeprowadzonego procesu topienia stopu, a następnie jego krystalizacji przy jednoczesnym ciągłym pomiarze napięcia i temperatury (metoda ATND) zarejestrowano krzywe topienia i krystalizacji badanego stopu (rys. 1) reszta

3 360 Rys. 1. Krzywe topienia i krystalizacji metody ATND oraz charakterystyczne punkty dla stopu AK132: a) pełny przebieg procesów, b) powiększenie zaznaczonego obszaru. Fig 1. Melting and crystallization curves and characteristic points of AK132 alloys of the ATND analysis: a) full range of proces, b) extension marked area Stop obrobiony cieplnie Kolejnym etapem badań było przeprowadzenie zabiegów obróbki cieplnej stopu w oparciu o założony trzystopniowy plan badań o liczbie czterech zmiennych. Tablica 3. Temperatury i czasy zabiegów obróbki cieplnej stopu AK132 Table 3. Temperatures and times of heat treatment AK132 alloy temperatura temperatura czas wytrzymania starzenia [ o czas starzenia [h] C] przesycania [ o C] [h] A D B E C F

4 361 Właściwości mechaniczne uzyskane dla stopu umocnionego wydzieleniowo przedstawiono w tablicy 4. Tablica 4. Własności mechaniczne stopu AK132 obrobionego cieplnie Table 4. Mechanical properties of AK132 alloy R 0,02 R 0,2 R m A 5 [MPa] [MPa] [MPa] [%] ,6-5,2 Na podstawie wielkości punktów charakterystycznych i właściwości mechanicznych stopu AK132 po obróbce cieplnej, uzyskano zależności (1 4) przedstawiające wpływ wielkości wejściowych na właściwości mechaniczne. R 0,02 = 4955,9-14x 1 + 0,01x 1 2 5,72x 2 + 0,52x ,1x 3 + 0,02x ,08x 4 0,47x 4 2 (1) R 2 = 0,90 R 0,2 = 7974,6 25,7x 1 + 0,02x 1 2 2,48x 2 + 0,35x 2 2 9,07x 3 + 0,02x 3 2-0,06x 4 0,02x 4 2 (2) R 2 = 0,88 R m = 816,8 + 2,45x 1-0,002x ,99x 2-0,89x ,2x 3 + 0,02x ,08x 4 + 0,44x 4 2 (3) R 2 = 0,84 A 5 = 1360,5 5,04x 1 + 0,005x ,47x 2-0,19x 2 2 0,07x 3-0,01x 3 2 0,38x 4 + 0,02x 4 2 (4) R 2 = 0,81 gdzie: x 1 temperatura przesycania, x 2 czas przesycania, x 3 temperatura starzenia, x 4 czas starzenia. Na rysunkach 2 5 przedstawiono w formie graficznej wpływ zmiany temperatury i czasu zabiegów obróbki cieplnej na uzyskane właściwości mechaniczne siluminu AK132. Rys. 2. Wpływ zmiany wartości punktów charakterystycznych na R 0,02 : a) T 1,T 2 (t 1 =2h, t 2 =8h); b) t 2, t 1 (T 1 =550 o C,T 2 =180 o C). Fig. 2. Influence values of points on the R 0,02 : a) T 1,T 2 (t 1 =2h, t 2 =8h); b) t 2, t 1 (T 1 =550 o C,T 2 =180 o C).

5 362 Rys. 3. Wpływ zmiany wartości punktów charakterystycznych na R 0,2 : a) T 1,T 2 (t 1 =6h, t 2 =4h); b) t 2, t 1 (T 1 =550 o C, T 2 =180 o C). Fig. 3. Influence values of points on the R 0,2 : a) T 1,T 2 (t 1 =6h, t 2 =4h); b) t 2, t 1 (T 1 =550 o C, T 2 =180 o C). Rys. 4. Wpływ zmiany wartości punktów charakterystycznych na R m : a) T 1,T 2 (t 1 =2h, t 2 =4h); b) t 2, t 1 (T 1 =550 o C, T 2 =180 o C). Fig. 4. Influence values of points on the R m : a) T 1,T 2 (t 1 =2h, t 2 =4h); b) t 2, t 1 (T 1 =550 o C, T 2 =180 o C). Rys. 5. Wpływ zmiany wartości punktów charakterystycznych na A 5 : a) T 1,T 2 (t 1 =4h, t 2 =4h); b) t 2, t 1 (T 1 =520 o C, T 2 =230 o C) Fig. 5. Influence values of points on the A 5 : a) T 1,T 2 (t 1 =4h, t 2 =4h); b) t 2, t 1 (T 1 =520 o C, T 2 =230 o C)

6 WNIOSKI Na podstawie przedstawionych wyników badań należy stwierdzić, że obróbka cieplna stopu AK132 wpływa na wzrost jego właściwości wytrzymałościowych. Dobór wartości temperatury oraz czasu zabiegów przesycania i starzenia, biorąc pod uwagę parametry wytrzymałościowe zakończono określając ich zakresy: a) temperatura przesycania o C, b) temperatura starzenia 180 o C [dla A 5 stosowanie temp. powyżej 215 o C], c) czas przesycania 2,5 3,5 godzin, d) czas starzenia 4 5 godzin. Dla podanych zakresów wielkości wejściowych zmiennych uzyskano maksymalne wartości parametrów wytrzymałościowych stopu AK132. LITERATURA [1] Wasilewski P.: Siluminy - modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości. PAN Krzepnięcie metali i stopów, Zeszyt 21, Monografia, Katowice 1993 r. [2] Pietrowski S., Siluminy tłokowe. PAN Krzepnięcie metali i stopów, Zeszyt 29, Monografia, Katowice 1997 r. [3] Pietrowski S.: Siluminy. Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, Łódź 2001 r. [4] Górny Z..: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych, WNT, Warszawa 1992 r. [5] Pieprznik S.: Obróbka cieplna odlewów, Skrypt Politechniki Częstochowskiej, Czestochowa 1970 r. [6] Pezda J., Określanie właściwości mechanicznych siluminu AK132 na podstawie metody ATND., PAN Krzepnięcie metali i stopów, Zeszyt 44, Katowice 2000 r. SUMMARY HEAT TREATMENT OF THE AK132 ALLOYS The heat treatment of the AK132 alloys have been described in this paper. The characteristics points obtained from the crystallization curves and from the voltage curves, as well from their derivatives have been determined on the state of the solidification and crystallization curves using the metode simultaneous recording ATND. Temperature on the characteristics points have been base of the optimization test of heat treatment. Recenzował Prof. Stanisław Pietrowski