WPŁYW RODZAJU SILUMINU I PROCESU TOPIENIA NA JEGO KRYSTALIZACJĘ

Transkrypt

1 10/40 Solidification of Metals and Alloys, Year 1999, Volume 1, Book No. 40 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 1999, Rocznik 1, Nr 40 PAN Katowice PL ISSN WPŁYW RODZAJU SILUMINU I PROCESU TOPIENIA NA JEGO KRYSTALIZACJĘ DUDYK Maksymilian Katedra Technologii Bezwiórowych Filia Politechniki Łódzkiej w Bielsku Białej STRESZCZENIE W pracy przedstawiono przebiegi krystalizacji siluminów AlSi7Mg (AK7), AlSi9Mg (AK9) i AlSi12Cu2Fe (AK132) rejestrowanych jednoczesną metodą ATD i AED. Dla badanych stopów przeprowadzono różne procesy topienia: rafinację, modyfikację pierwotną tytanem oraz modyfikację podwójną tytanem i strontem. Wykazano, że na krzywych krystalizacji wg metody AED oprócz podstawowych pików dotyczących krystalizacji fazy α i eutektyki α+si powstają piki dotyczące procesów wydzieleniowych (np. Al 2 Cu i krzemu nadmiarowego). 1. Wstęp Podstawowy podział siluminów na trzy zasadnicze grupy (podeutektyczne, eutektyczne i nadeutektyczne) dokonywany jest na podstawie zawartości krzemu [1 3]. Ze względu na dość znaczne rozbieżności we właściwościach mechanicznych i technologicznych występujących w danej grupie siluminów, dokonuje się wówczas ich podziału w sposób bardziej szczegółowy [1, 3]. Dla siluminów stosowanych na odlewane części maszyn dokonuje się często podziału na siluminy mocno podeutektyczne np. AK7, podeutektyczne np. AK9 i okołoeutektyczne np. AK11 lub AK132. Podobnie dla siluminów o specjalnym przeznaczeniu (np. tłoki), klasyfikację rozszerza się o siluminy nieco podeutektyczne lub nieco nadeutektyczne [1]. Wymienione siluminy z przetwórstwa hutniczego zawierają, obok podstawowych pierwiastków stopowych, również szereg zanieczyszczeń innymi pierwiastkami dopuszczonymi przez Polską Normę. Wykonując dla tych stopów różne zabiegi technologiczne podczas topienia rafinację i modyfikację, a także rożne sposoby odlewania kokila lub forma piaskowa,

2 104 uzyskuje się wówczas różne procesy krystalizacji, a co za tym idzie, również i różne właściwości mechaniczne i technologiczne odlewu. Postanowiono na przykładzie siluminów AK7, AK9 i AK132 określić różnice w przebiegu ich krystalizacji, stosując różne procesy topienia. 2. Metodyka badań i wyniki Do rejestracji procesów krystalizacji badanych stopów zastosowano jednoczesną metodę ATD i AED [4, 5]. Badania przeprowadzano dla wymienionych stopów z przetwórstwa hutniczego ZML Kęty S.A. Siluminy AK7, AK9 i AK132 po przetopieniu w piecu elektrycznym oporowym poddano zabiegom: rafinacji sześciochloroetanem (C 2 Cl 6 ), modyfikacji pierwotnej zaprawą tytanową, oraz modyfikacji podwójnej zaprawą tytanową i strontową. Zapis graficzny krystalizacji metodą ATD i AED dokonywano dla stopów odlewanych do próbnika metalowego [5]. Otrzymane wyniki przedstawiono na rysunkach 1 5. Rys. 1. Zapis graficzny procesu krystalizacji stopu AK132 po modyfikacji (Sr+Ti) Fig. 1. The graphical record of the crystallization process of the AK132 alloy after modification using (Sr+Ti)

3 105 Rys. 2. Kształty krzywych krzepnięcia t i przewodności elektrycznej σ dla różnych gatunków siluminów po rafinacji Fig. 2. The forms of solidification curves t and electrical conductivity curves σ for various sorts of silumines after modification Rys. 3. Zmiany temperatury t i przewodności elektrycznej σ w czasie krystalizacji badanych siluminów Fig. 3. The changes of temperature t and electrical conductivity σ during the crystallization of tested silumines

4 106 Rys. 4. Wpływ procesów topienia na kształty krzywych krzepnięcia t i przewodności elektrycznej σ stopu AK132 Fig. 4. The melting processes influence on the forms of solidification curves t and electrical conductivity curves σ for the AK132 alloy Rys. 5. Zmiany temperatury t i przewodności elektrycznej σ w czasie krystalizacji stopu AK132 Fig. 5. The changes of temperature t and electrical conductivity σ during the crystallization of the AK132 alloy

5 Podsumowanie Otrzymane wyniki z przeprowadzonych badań wykazały znaczną różnicę w procesach krystalizacji stopów AK7, AK9 i AK132. Silumin mocno podeutektyczny AK7 krystalizował jako typowy stop dwuskładnikowy. W zapisie graficznym metodami ATD i AED wystąpiły dwa główne efekty (cieplne i elektryczne) krystalizacji fazy α i eutektyki α+si (rys. 2 i 3). Jego odmienność w czasie krzepnięcia i stygnięcia w porównaniu ze stopem również podeutektycznym AK9 zaznaczyła się znacznie większą przewodnością elektryczną σ. Dla siluminu okołoeutektycznego AK132 na krzywych krystalizacji (rys. 2 i 3) zarejestrowano szereg pików. Wynika to z wieloskładnikowej budowy siluminu typu Al Si Cu Fe Mn Mg. Przeprowadzone dla tego stopu różne procesy topienia rafinacja, modyfikacja Sr i podwójna (Sr+Ti) spowodowały znaczne różnice w otrzymanych krzywych krystalizacji (rys. 1, 4, 5). Na otrzymanych krzywych krystalizacji t i dt/dτ oraz σ i dσ/dτ zarejestrowano, oprócz typowych pików związanych z krystalizacją faz α i (α+si), jeszcze piki dodatkowe. Powstanie dodatkowych pików w czasie krzepnięcia i procesów wydzieleniowych mogła spowodować wieloskładnikowa budowa stopu AK132. Uwzględniając dane literaturowe [1 3, 6] w analizie otrzymanych wyników można przypuszczać, że mogą to być: faza żelazowa AlSiFeMn (chińskie pismo) krystalizująca w temperaturze ok. 570 C, eutektyka miedziowa α+al 2 Cu+Si krystalizująca w temperaturze ok. 525 C oraz eutektyka poczwórna typu α+al 2 Cu+Al 6 Cu 2 Fe+Si krystalizująca w temp. ok. 450 C. Zarejestrowane piki w temperaturach poniżej 300 C prawdopodobnie dotyczą procesów wydzieleniowych, np. fazy Al 2 Cu i krzemu nadmiarowego. Odpowiednio opracowane modele matematyczne z zarejestrowanych pików i zmierzonych właściwości mechanicznych pozwolą na szybką kontrolę zastosowanych procesów topienia (rafinację, modyfikację itp.), warunkujących przydatność stopu do odlewania w kokilach i formach piaskowych. Literatura 1. Pietrowski S.: Siluminy tłokowe monografia. Krzepnięcie Metali i Stopów, z. 29, PAN, Oddz. Katowice, 1997 r. 2. Wasilewski P.: Siluminy modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości monografia. Krzepnięcie Metali i Stopów, z. 21, PAN, Oddz. Katowice, 1993 r. 3. Poniewierski Z.: Krystalizacja, struktura i właściwości siluminów. WNT Warszawa 1989 r. 4. Dudyk M., Minkus K: Opracowanie metody Analizy Elektro Deriwacyjnej (AED) do badania krystalizacji siluminów. Krzepnięcie Metali i Stopów, z. 19, PAN, Oddz. Katowice, 1994 r., s Dudyk M., Wasilewski P., Ciućka T., Pezda J.: Simultaneous Recording of Crystallization Process of Aluminium Alloys with ATD and AED Methods. Archives of Metallurgy, vol. 43, 4/1988 r., s Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych, WNT, Warszawa 1992 r.

6 108 INLUENCE OF THE SILUMINE TYPE AND MELTING PROCESS ON ITS CRYSTALLIZATION SUMMARY The courses of crystallization of the silumines AlSi7Mg (AK7), AlSi9Mg (AK9) and AlSi12Cu2Fe (AK132) recorded using simultaneous ATD and AED method have been presented in this paper. The various melting processes: refining, primary modification using titanium and dual modification using titanium and strontium have been realised for investigated alloys. On the crystallization curves obtained by AED method, apart from basic peaks relative to the crystallization of the phase α and eutectic α+si, the peaks relative to the separation processes (for instance Al 2 Cu and excessive Si) have been demonstrated. Recenzował Prof. dr hab. inż. Janusz Braszczyński