WPŁYW PRĘDKOŚCI KRYSTALIZACJI KIERUNKOWEJ NA ODLEGŁOŚĆ MIĘDZYPŁYTKOWĄ EUTEKTYKI W STOPIE Al-Ag-Cu

Transkrypt

1 32/14 Archives of Foundry, Year 2004, Volume 4, 14 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 14 PAN Katowice PL ISSN WPŁYW PRĘDKOŚCI KRYSTALIZACJI KIERUNKOWEJ NA ODLEGŁOŚĆ MIĘDZYPŁYTKOWĄ EUTEKTYKI W STOPIE Al-Ag-Cu Z. KONOPKA 1, S.N NOCUŃ 2 Politechnika Częstochowska, Katedra Odlewnictwa, al. Armii Krajowej 19, Częstochowa STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki pomiarów odległości międzypłytkowej λ eutektyki w potrójnym stopie Al-Ag-Cu w zależności od zmiany prędkości wzrostu eutektyki podczas procesu krystalizacji kierunkowej. Dokonane pomiary potwierdzają prawo 2 wzrostu eutektyki regularnej V const. Keywords: unidirectional solidification, ternary alloy, 1. WSTĘP Zastosowanie kontrolowanej krystalizacji kierunkowej układów eutektycznych pozwala sterować procesem technologicznym w celu wytworzenia regularnych struktur. Eutektyki płytkowe zaliczane są do takich właśnie struktur regularnych cechujących się wysokimi i charakterystycznymi właściwościami. Jednym z najważniejszych parametrów mikrostruktury eutektycznej, jest odległość międzypłytkowa λ. Sterowanie strukturą eutektyczną w przypadku procesu krystalizacji kierunkowej osiągnąć można poprzez zmianę charakterystycznych parametrów takich jak prędkość przemieszczania się frontu krystalizacji, gradientu temperatur i przechłodzenia. W rezultacie kontroli takich parametrów jest możliwe wytwarzanie nowych, nieznanych układów o nieznanych dotąd parametrach [1,2]. Do grupy stosunkowo mało poznanych stopów należy potrójny stop Al-Ag-Cu, który charakteryzuje się wysoką odpornością na korozję [3,4]. 1 dr hab. inż., Prof. PCz., konopka@wip.pcz.pl 2 mgr inż., snocun@wip.pcz.pl

2 METODYKA BADAŃ Krystalizację kierunkową badanego stopu o następującym składzie chemicznym: Al 59%, Ag 15%, Cu 26%, przeprowadzono w piecu Bridgemana. Wsadem do przeprowadzenia badania krystalizacji kierunkowej był pręt o wymiarach Ø7,8mm 280mm wytworzony metodą odlewania grawitacyjnego w kokili metalowej. W płaszczu tygla grafitowego umieszczono 8 termoelementów równo rozmieszczonych na jego wysokości, które posłużyły do pomiaru temperatur. Zebrane dane temperaturowe posłużyły w dalszej kolejności do wyznaczenia gradientu temperatury[5]. Metal stopiono i wytrzymywano w temperaturze 930 C przez 120min. Kryst a- lizację kierunkową realizowano przez wysuwanie tygla z pieca z regulowaną prędkością, co pozwoliło zmieniać prędkość wzrostu frontu krystalizacji w zakresie 3, , m/s. Jednokierunkowy przepływ ciepła zapewniało chłodzenie czoła wysuwanej próbki w kąpieli eutektycznego stopu Ga-In o temp. 24 C. W tabeli 1 przedstawiono zestawienie parametrów poszczególnych prób[5]. Równocześnie, chemicznej analizie poddane zostały próbki wycięte z końców pierwotnie odlanych prętów, w celu sprawdzenia występowania segregacji składnika na długości pręta. Tabela 1. Zestawienie parametrów krystalizacji kierunkowej Table1. Parameters of the unidirectional solidification Numer próbki Prędkość wzrostu V [m/s] Kryterium G/V [Ks/m 2 ] L1 3, , L2 5, , L3 6, , L4 7, , L5 8, , L6 9, , Próbki przeznaczone do wyznaczenia odległości międzypłytkowej λ, zostały wycięte z prętów poprzecznie począwszy od granicy frontu krystalizacji, w kierunku przeciwnym do wzrostu w odległościach co 1,5mm. Ocenę struktury próbek przeprowadzono na mikroskopie skaningowym Philips XL 30 FEG. Odległość międzypłytkową określono przy użyciu programu Leica QWin wykonując 300 pomiarów w losowo wybranych miejscach próbki. Wyniki pomiarów poddane zostały obliczeniom statystycznym.

3 WYNIKI BADAŃ Badania składu chemicznego końcówek prętów odlewanych nie wykazały s e- gregacji chemicznej żadnego składnika. Rysunki 1 i 2 przedstawiają przykładowe zdjęcia otrzymanych struktur eutektycznych. a) b) c) Rys. 1. Przykładowe struktury badanych próbek, a) L1, b) L3, c) L6 Fig. 1. Exemplary Picture of the specimens, a) L1, b) L3, c) L6

4 246 a) b) c) Rys. 2. Przykładowe struktury badanych próbek (powiększenie 800x): a) L1, b) L3, c) L6 Fig. 2. Exemplary Picture of the specimens (magnification 800x): a) L1, b) L3, c) L6 Tabela 2 przedstawia wyniki wykonanych pomiarów odległości międzyfazowej λ. Tabela 2. Wyniki pomiarów odległości międzypłytkowych Table 2. Results of the measurements spacing between lamellae Numer próbki Prędkość wzrostu V [m/s] Odległość międzypłytkowa [m] Odchylenie standardowe L1 3, , , L2 5, , , L3 6, , , L4 7, , , L5 8, , , L6 9, , , s

5 Odległość międzypłytkowa [m] PODSUMOWANIE Pomiary badanych eutektyk płytkowych ujawniają zmniejszanie się odległości λ wraz ze wzrostem prędkości krystalizacji V. Zależność ta potwierdza znane prawo 2 wzrostu eutektyk regularnych V const. Rysunek 3 przedstawia wykres zależności zmierzonej odległości międzypłytkowej λ od prędkości przemieszczania się frontu krystalizacji V. 2.0x x x x x x x x x10-6 Prędkość wzrostu V [m/s] LITERATURA Rys. 3. Wykres zależności odległości międzypłytkowej λ od prędkości krystalizacji V Fig. 3. The plot of the relation between spacing of the lamellae λ and the solidification velocity V [1] Kurz W., Fisher, D.J.: Fundamentals of solidification, Trans Tech Publications, Third Edition, Switzerland, [2] Fraś E.: Krystalizacja metali, WNT, Warszawa 2003 [3] Dreverman A., Hecht U., Witusiewicz V.: SETA coupled growth in univariant eutectic reaction materiał niepublikowany

6 248 [4] McCartney D.G., Jordan R.M. Hunt J.D.: The structures expected in a simple ternary eutectic system: Part II. The Al-Ag-Cu ternary system, Metallurgical Transactions A, Vol. 11A, 1980 [5] S. Nocuń, Z. Konopka: Wpływ prędkości krystalizacji kierunkowej na udział powierzchniowy faz potrójnego stopu Al-Ag-Cu, V Międzynarodowa Konferencja: Nowe Technologie i Osiągnięcia w Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Częstochowa INFLUENCE OF THE VELOCITY OF THE UNIDIRECTIONAL SOLIDIFI- CATION ON THE SPACING BETWEEN EUTECTIC LAMELLAE IN TER- NARY Al-Ag-Cu ALLOY SUMMARY In this paper it was shown the measurements results of the spacing between eutectic lamellae λ in the ternary Al-Ag-Cu alloy according to changes of the velocity of the unidirectional solidification. Results show that the eutectic growth law 2 V const is true. Recenzował Prof. Jan Szajnar