Kncpnięcie Metali i Stopów, Nr 27, 1996 PAN -Oddział Katowice PL ISSN

Transkrypt

1 27/4 Sodfcaton ofmetas and Aoys. No.27, 1996 Kncpnęce Meta Stopów, Nr 27, 1996 PAN -Oddzał Katowce PL ISSN PIERWIASTKI ZWIĘKSZAJĄCE EFEKT STARZENIA ODLEWÓW ZE STOPÓW ALUMINIUM- MIEDŹ RZADKOSZ Stansław, ST ASZCZAK Leopod Wydzał Odewnctwa, Akadema Górnczo-Hutncza Kraków, u.reymonta 23 Streszczene W ceu zwększena właścwowśc wytrzymałoścowych odewów ze stopów A - Cu 5,6 + 6, % Cu zastosowano małe dodatk następujących perwastków: Sn, Cd, In, Ag, Mg, B T. Wprowadzano je pojedyńczo ub param (Sn+Cd, S n+ T, Sn+Mg, Cd+Mg). Dodatk te zwększyły R.n po utwardzanu dyspersyjnym. Najwększy wzrost R.n uzyskano w przypadku dodatków: Sn+T, Sn+Cd a następne Sn, In Cd. Mnejszy wzrost R.n uzyskano po zastosowanu dodatków Ag, Mg T; stopy z tym perwastkam charakteryzowały sę wększym wydłużenem A, nż stopy z Sn Cd.. Wprowadzene Właścwośc odewów ze stopów A - Cu, w tym także właścwośc mechanczne, zaeżą od cech mkrostruktury ukształtowanych w jego ścankach. Na cechy te wpływa skład chemczny oraz czynnk zwązane z wykonanem odewów ch obróbką cepną (rys. ). Odewy ze stopów AI-Cu bezpośredno po wycągnęcu z formy charakteryzują sę nskm pozomem właścwośc wyt rzymałoścowych dopero po przesycanu a następne starzenu uzy skują właścwośc zadowaające da praktyk. Sposób prowadzena przesycana starzena oraz końcowe efekty tej obróbk cepnej zwązane są m.n. z zawartoścą medz w stope, obecnoścą dodatkowych perwastków, rodzajem wekoścą zaneczyszczeń (główne ż eaza krzemu ), segregacją, dyspersją składnków mkrostruktury tp. Jednym ze sposobów prowadzących do uzyskana wysokch właścwo śc wytrzymałoścowych odewów z omawanych stopów jest zastosowane małych dodatków ( mkrododatków ) perwastków zwększających umocnene roztworu st ałego w wynku starzena. W pracy przedstawono wynk porównawczych badań oddzaływana małych dodatków nektórych perwastków na przebeg starzena uzyskwane w jego wynku wła ś cwośc mechanczne ( R.n. A 5, HV ) odewanych stopów A - Cu ; perwastk te wytypowano w oparcu o wcześnejsze badana własne [ 1-4 ].

2 22 Ukbd (Od""'jny AI Cu zawartość Cu Czystość po:ygotowanc materałów wsadon> ch Warunk ")'.pana Rafnacja Mody!GK.ja Metody odewana Obróbka cepna Rys.. Czynnk kształtujące mkrostrukturę w odewach ze stopów A - Cu 2.Przygotowane stopów do badań, warunk eksperymentu Badana przeprowadzono na stopach A-Cu zawerających 5,6 -;- 6, % Cu. Badano wpływ następujących perwastków: Sn (0,09 -;- 0,5 % ), Cd (0, 15 -;- 0,4% ), Mg (0, -;- 0,3 % ), Ag (0,3 -;- 0,5 % ), In (0, -;- O, 15 % ), T (0,2 -;- 0,3%) B (0,4%). Wprowadzano je do cekłego stopu wyjścowego pojedyńczo ub param ( Sn + Cd, Sn + T, Sn + Mg, Cd + Mg) w postac czystych meta ub odpowednch zapraw. Wsad metaowy przy wytapanu stopu wyjścowego stanowły : aumnum ARI oraz zaprawa AICu otrzymana z aumnum AR medz katodowej. Topene stopu wyjścowego przeprowadzono w pecu eektrycznym oporowym. Boczk tego stopu topono ponowne w pecu ndukcyjnym w tygu graftowo- szamotowym. Próbk do badań w postac próbek wytyrzymałoścowych wałków cp 25 x 2 mm odewano w podgrzanej kok żewnej. Temperatura odewana była stała wynosła 3 K. Tak otrzymane odewy przesycano następne starzono stosując parametry ( temperatura, czas) ustaone na drodze wstępnych prób.starzene naturane prowadzono w czase do 00 godz., a starzene sztuczne do około 400 godz.. Najnższa temperatura starzena sztucznego wynosła 383 K a najwyższa 463 K. Zawartość nnych penvastków w badanych stopach, poza ceowo wprowadzonym, wynosła: Fe < 0,07 %, S < 0,03 %, Mn <0,005 %, Cr < 0,004 o/o, N < 0,005 /o, Zn < 0,04 %, Pb < 0,007 %, B < 0,001%. Badana właścwośc mechancznych przeprowadzono zgodne z odpowednm poskm normam. 3.Wynk badań W tabe podano właścwośc mechanczne ( Rm, A 5, HV ) uzyskane w wynku utwardzana dyspersyjnego stopów do których wprowadzono dodatk cyny, kadmu, ndu, magnezu, tytanu, srebra bzmutu. Wartośc wydłużena podane w tej

3 tabe dotyczą próbek o maksymanej wytrzymałośc na rozcągane. W tabe podano także wekość przyrostu R., HV po utwardzanu dyspersyjnym w stosunku do stanu przed obróbką cepną ( efekt starzena ). Tabea Właścwośc mechanczne po utwardzanu dyspersyjnym stopów A-Cu z dodatkam cyny, kadmu, ndu, bzmutu, magnezu, tytanu srebra. L. p. Stop Rm A HV30 Efekt obróbk cepnej Dodatk MPa % MV. 5,82%Cu ,90%Cu 440 1, O 11o/oSn 3. 5,65o/oCu 420 1, ,24o/oSn 4. 5,62o/oCu 415 < ,%Sn 5. 6, 11o/oCu O 15o/oCd 6. 5,82o/oCu ,28%T o/oCu 375 5, %Mg %Cu 415 3, ,12%Sn 9. 5,75o/oCu ,4%B 10. 5,85%Cu ,37%Ag 23 Z danych zestawonych w omawanej tabe wynka, że najwększą wytrzymałość R", uzyskały stopy z dodatkem cyny, a następne ndu kadmu. Stopy z cyną charakteryzuj ą sę jednak mała pastycznoścą. Naeży dodać, że stopy z cyną wykazywały w stane przesyconym wydłużene wynoszące ok.15 %, co wskazuje na to, ż nska pastyczność po starzenu zwązana jest z snym umocnenem roztworu stałego a ne z ewentuanym wadam przesycana ( nadtopenanu ). Wększe wydłużene, aczkowek jeszcze nezadowaające da praktyk, wykazały stopy z kadmem ndem. Omtrwmry wyżt:j knmm:'k. wprywo t:yny, 'móu ) kat'mm tłm.t:rwuwarry 'uy\ równeż w stopach zaneczyszczonych żeazem ; ustrują to na przykładze cyny wynk wcześnejszych badań [4] przytoczone w tabe 2. Perwastkam po zastosowanu których uzyskano neco mnejsze wartośc Rm, ae przy wększym wydłużenu A 5, n ż w przypadku cyny,.p.du kadmu były : srebro, magnez tytan. Wpływ nektórych anazowanych perwastków na umacnane s ę stopów w czase starzena naturanego sztucznego pokazano na rysunkach 2, 3 4. Z krzywych przed stawających ztnany twardośc HV w funkcj czasu starzena wynka, że perwastk: cyna, kadm nd wpływają na przebeg starzena w podobny sposób.

4 24 Tabea 2 Wpływ cyny na właścwośc mechanczne (R",, A 5, HV) utwardzanych dyspersyjne stopów AICu(5,5-:- 5,8%Cu) zaneczyszczonych żeazem. L. p. Fe,% Sn,% R.n As HV30 Efekt obróbk cepnej MPa % t.r,. MPa MłV. 0,09 0, , &7 2. 0,25 0, , , 0, , ,75 0,12 3 2, Hamują one procesy starzena naturanego ( strefowego ) przyspeszają procesy starzena fazowego w wyższych temperaturach. Wynkem tego jest znaczne skrócene czasu starzena nezbędnego da uzyskana maksmum twardośc wytrzymałośc ( do 6-8 godz.). Z rysunku 2 wynka ponadto, że dodatk magnezu do stopu A-Cu powodują dużą jego skłonność do starzena naturanego. Może meć to wpływ na przebeg efekt starzena sztucznego w przypadku jeś odewy będą dłużej wytrzymywane przed starzenem sztucznym po zabegu przesycana. Może to równeż wpływać na procesy starzena w stopach zawerających nne mkrododatk. Na podstawe wynków badań stopów do których wprowadzono jednocześne dwa perwastk ( tabea 3 rysunek 4 ) można stwerdzć, ż w przypadku nektórych kompozycj, na przykład Sn + Cd Sn + T, wytrzymałość na rozcągane po utwardzanu dyspersyjnym jest wększa nż w przypadku stopów z pojedyńczym dodatkam cyny, kadmu tytanu. Zwększyło sę także wydłużene stopu. Natomast w przypadku nnych kompozycj, takch jak Cd + Mg Sn + Mg efekty utwardzana dyspersyjnego są mnejsze w porównanu ze stopam zawerającym pojedyńcze perwastk. Można z tego wnosć ż magnez osłaba umacnający wpływ cyny kadmu. Otrzymane wynk potwerdzają koneczność badana nterakcj perwastków w procesach starzena. Tabea 3 Właścwośc mechanczne po utwardzanu dyspersyjnym stopów AI-Cu z dodatkam dwóch perwastków L. p. Stop R. A s HV30 Dodatk MPa %. 5,7o/.Cu + Sn + T 465 5,5 144 O 12%Sn O 286%T 2. 6,2%Cu +Cd+ Mg 395 2,8 144 O 15%Cd O 11%Mg 3. 6,2o/.Cu + Cd + Mg 3 4,0 140 o 15o/.Cd O 28%Mg 4. 6,1%Cu + Sn +Mg O 11 %Sn O 26%Mg 5. 5,8o/.Cu + Sn + Cd O IO%Sn; O 12%Cd

5 25 o! eo SS -- --!!!... - A T - - _...Cd _.o. n Czas starzena, h o "E 110? \ J '!_ ' V /, Mg! ' w B / "'u Czas starzena, h Rys.2. Zmany twardośc HV stopów A-Cu z różnym dodatkowym perwastkam podczas starzena naturanego 4.Anaza wynków wnosk Zastosowane małych dodatków nektórych perwastków pozwaa na znaczne zwększene właścwośc wytrzymałoścowych odewów ze stopów AI-Cu. Odpowedne kompozyce tych perwastków mogą być korzystnejsze od pojedyńczych dodatków, na przykład kompozycje podwójne: S n+ T Sn+Cd. Dowodem na to są także czne weoskładnkowe stopy o dużej wytrzymałośc (> 4 MPa) opsywane w teraturze techncznej. Są także perwastk, które mogą osłabać korzystny wpływ nnych składnków chemcznych stopów. Informacje o wzajemnym oddzaływanu perwastków mogą być uzyskane na drodze eksperymentanej.

6 : 110 'E.. o 90 ao O,o1 a) '! 0,1 ; A / 1./Jn ;,...! }"V : j ):'f,/j;j //,/ :-.t' 10 cz.u IWzena [h] ; 110 o 'E.. 90 ao b) 0,01 0,1 10 Czas mrzena,h 0 Rys.3. Zmany twardośc HV stopów A-Cu z różnym dodatkam podczas starzena w temperaturze 393 K W przypadku odewnczych stopów A-Cu uzyskane maksymanych właścwośc mechancznych ne może być jedynym kryterum przydatnośc poszczegónych perwastków jako składnków stopu,abowem stotne jest równeż ch oddzaływane na właścwośc technoogczne, take jak ejność czy skłonność do pęknęć na gorąco. Lteratura dostarcza nformacj o wpływe pojedyńczych perwastków na te właśc wośc, brak jest natomast danych dotyczących oddzaływana różnych złożonych kompozycj. Podkreśa to koneczność kompeksowego podejśca do zagadnena stosowana mkrododatków w anazowanych stopach. Perwastk stosowane jako modyfkatory stopów A-Cu (take jak na przykład tytan ) mają znaczene ne tyko w aspekce zmany mkrostruktury perwotnej w odewach,ae także jako perwastk zwększające efekt umocnena

7 roztworu stałego podczas starzena, zapewnając przy tym dobre właścwośc pastycme stopów. W techncmych stopach zawerających żeazo pozytywną roę odgrywać będą także perwastk, które ne powodują dużej poprawy wskaźnków wytrzymałoścowych po utwardzanu dyspersyjnym, ae zmenając morfoogę faz z żeazem, zwększają wydłużene stopów ; perwastkam takm są mangan, chrom nke[ 3 ] > ::&: 110 o "2 t a) 0, Czas stuzena,h :!: t- 80. b) ,1 10 Czas Wrzena, h 0 Rys.4. Zmany twardośc HV stopów A-Cu z różnym dodatkam podczas starzena w temperaturze 433 K

8 28 W odnesenu do wynków badań omawanych w referace można sformułować następujące wnosk:.cyna stosowana w ośc 0,09 -:- O, 5 % jest perwastkem najsnej zwększającym wytrzymałość na rozcągane stopów A-Cu po utwardzanu dyspersyjnym; jednocześne zmnejsza ch właścwośc pastyczne; sne wpływają na podwyższene R., także dodatk ndu kadmu. Ze wzgędu na właścwośc pastyczne najkorzystnej, w badanej grupe perwastków, wpływają tytan, bzmut, srebro magnez. Cyna, kadm nd wykazują podobny wpływ na przebeg procesów starzena; hamują one starzene naturane (strefowe) przyspeszają starzene sztuczne /szczegóne w wyższych temperaturach/. Równoczesne dodatk T + Sn Cd + Sn pozwaają uzyskać wyższy pozom wytrzymałośc na rozcągane wększe wydłużene nż pojedyńcze dodatk. Magnez stosowany razem z cyną ub kadmem osłaba wpływ obydwu tych perwastków na właścwośc mechancze uzyskwane po starzenu. LITERATURA [] Rzadkosz S., Adamsk C., Wąsk J. - Dyspersyjne utwardzane wysokowytrzymałoścowych stopów na osnowe aumnum. III Sympozum Naukowe "Przemany strukturane w stopach odewnczych - Teora efekty użytkowe". Rzeszów 1987, s.15-. [2] Staszczak L., Rzadkosz S., Kucharsk M., Kaczor E., Tyrała E. - Wpływ dodatków stopowych warunków krzepnęca na struktw ę właścwośc odewów z wysokowytrzymałoścowych stopów opartych o układ A-Cu.Praca naukowobadawcza w ramach CPBP AGH Wydzał Odewnctwa.Kraków [3] Rzadkosz S., Staszczak L., Kucharsk M. - Wpływ wybranch perwastków na efekt utwardzana dyspersyjnego stopu A1Cu5 zaneczyszczonego żeazem krzemem. IV Sympozum Naukowe "Przemany strukturane w stopach odewnczych - Teora efekty użytkowe... Rzeszów 1989, s [4) Rzadkosz S., Staszczak L., Adamsk C. - The effect of some addtves on the mechanca propertes o f dsperson-hardened castngs made n A-Cu aoys.archves o f Metaurgy, 41, 1996, 2, s De den Ausagemeffekt der Gusse aus AI-Cu Legerungen verstarkemden Eemen te Urn de Festgketn der G.sse aus A-Cu Legerungen zu stegern, setze man fogence Zusatzeemente en: Sn, Cd, In,Ag, Mg, B, und T. Sę wurden separat oder paarwese engef.hrt (Sn+Cd, Sn+T, Sn+Mg, Cd+Mg). Dese Zusatzeemente vergróberten Rm nach dem Dspersonsharten. Zu dem schnełsten Ansteg von Rm geang man be den Zusatzeementen: Sn+T, Sn+Cd und danach Sn, In und Cd. En angsamerer Ansteg von Rm wurde be den Zusatzeementen Ag, Mg und T beobachtet; de G.sse mt desen Eementen waren durch gróbere Dehnung gekennzechnet.