WPL YW PROCESÓW TOPIENIA NA KOROZJĘ SILUMINÓW. Zjawisko korozji można zdefiniować jako niezamierzone przekształcenie

Transkrypt

1 Solidification of Metais and Alloys, No.31, 1997 Krzepnięcie Metali i Stop6w, Nr 31, 1997 PAN- Oddział Katowice; PL ISSN MAKSYMILIAN DUDYK*, TOMASZ CIUĆKA***, STEFAN GADZIŃSKI*, JACEK PEZDA * * *, PRZEMYSŁAW WASILEWSKI** WPL YW PROCESÓW TOPIENIA NA KOROZJĘ SILUMINÓW W pracy przedstawiono laboratoryjną m e todę korozji stopów aluminium i rilledzi. Wykazano, że na wielko ś ć i rodzaj korozji ma rillędzy i1myrill bardzo duż)' wpływ proces topienia, rafinacji i modyfikacji stopu. Określano ilościowo (ubytkiem masy) wielkość korozji oraz charakter powierzchni badanych próbek po korozji. l. WPROW ADZENIE Zjawisko korozji można zdefiniować jako niezamierzone przekształcenie materiału w wyniku reagowania z otaczającym środowiskiem [4]. Zgodnie z tą definicją również inne materiały nie będące metalami na przykład : ceramika, tworzywa sztuczne lub beton również mogą ulegać korozji. Dla tych materiałów (niemetali) zjawisko korozji przebiega głównie w wyniku procesów fizykochemicznych. Natomiast w metalach charakteryzujacych się dobrym przewodnictwem elektrycznym zjawisko korozji ma najczęściej charakter elektrochemiczny [ 4]. Problemy związane z korozj ą metali i ich stopów zasługują obecnie na większą uwagę niż dotychczas ze względu na: - coraz szersze zastosowanie metali i ich stopów we wszystkich dziedzinach techniki, -coraz częstsze stosowanie lżejszych konstrukcji o małych przekrojach z lekkich stopów, - podwyższoną agresywność korozyjną środowiska naturalnego wskutek wzrastającego zanieczyszczenia powietrza i wody. Ponieważ zdecydowana większość procesów korozyjnych zachodzi w srodowiskach wilgotnych, a proces korozji ma wówczas przebieg podobny do procesów obserwowanych w ogniwach galwanicznych. Warstewki cieczy działają jako elektrolity, a przepływ elektronów odbywa się poprzez warstwę metal - środowisko korozyjne. * dr inż. - Folitechnika Łódzka Filia w Bielsku - Białej ** prof. dr hab. inż. - Folitechnika Łódzka Filia w Bielsku - Białej *** mgr inż. - Folitechnika Łódzka Filia w Bielsku -Białej się

2 34 M. Dudyk, T. Ciućka, S. Gadziński, J Pezda, P. Wasilewski Rozpuszczanie się metalu (korozja) jest reakcją anodową przy czym "stały metal" oddając elektrony przechodzi w "uwodnione jony" [4]; Elektrony redukująjony wodoru lub tlenu; (l) 2nH + + 2ne ~ nh 2 n l 2D 2 + nh ne => 2nOH (2) (3) Korozja elektrochemiczna aluminium zachodzi najczesciej wskutek istnienia w warstwie ochronnej mikroogniw typu "warstwa- por", przy czym por jest anodą. Możliwe są również inne typy mikroogniw spowodowane głównie niejednorodnością materiału lub elektrolitu [4]. Dla szerszego poznania korozji stopów aluminium postanowiono przeprowadzić odpowiednie badania. Badania te miały na celu ustalenie wpływu procesów topienia siluminów na charakter i wielkość korozji badanych stopów. 2. METODYKA I WYNIKI BADAŃ Badania odporności na korozję siluminów przeprowadzono za pomocą laboratoryjnej metody zanurzeniowej według PN-76/H Do badań wytypowano stopy: - silumin okołoeutektyczny AK9 (A1Si9Mg) -silumin miedziowy AK64 (A1Si6Cu4) - silumin tłokowy AK20 (A1Si20) Dla porównania wyników korozji badanych siluminów z wynikami stopów miedzi przeprowadzono w podobny sposób badania dla mosiądzu M059 (CuZn39Pb2) i brązu B555 (CuSn5Zn5Pb5) [2]. Wymienione stopy przetapiano z gąsek hutniczych w piecu elektrycznym oporowym i silitowym. Dla stopu AK9 przeprowadwno rafmację a następnie modyfikację eutektyki a+si zaprawą strontową lub antymonem [3]. W nastepnym etapie badań po podwójnej modyfikacji stopu AK9 tytanem a następnie strontem lub antymonem dodano cynk. Dla siluminu miedziowego AK64 przeprowadzono tylko modyfikację strontem [l]. W ten sposób przygotowane stopy odlewano w formach skorupowych wykonanych metodą "gorącej rdzem1icy" [3]. Badania laboratoryjne korozji dla wymienionych stopów wykonano na próbkach w kształcie wałków o wymiarach 0 16x50 mm.

3 Wpływ procesów topienia na korozję siluminów 35 Stanowisim laboratoryjne do badania stopów aluminium metoda zanurzeniową w srodowisku korozyjnym przedstawiono na rysunku l. Rys. l. Stanowisko laboratoryjne do badania korozji siluminów Fig. l. A laboratorypost for testing of silumines corrosion Próbki z badanych stopów przetrzymywano w srodowisku korozxjnym w trzech etapach czasowych; 7, 14 i 28 dni. Po każdym etapie przetrzymywania próbki suszono i czyszczono a następnie określano ubytki masy metodą ważenia. Otrzymane ubytki masy badanych próbek zamieszczono w tablicy l. Są to wartości średnie z trzech próbek. Tablica l Ubytki masy próbek badanych siluminów po procesie korozji Mass decrement o f samo l es o f. mvesttgate. d s1 'l urnmes. a ft er corroswn. orocess Nr Stop Srednie ubytki masv% próby aluminium po 7 dniach po 14 dniach po 28 dniach l AK9 z gąsek hutniczych AK9 - rafinowany AK9 - modyfikowany Sr AK9 - modyfikowany Sb AK9 - modyfikowany (Ti+Sr) AK9 - modyfikowany (Ti+Shl AK9 - modyfikowany (Ti+Sr) z dodatkiem cvnku 8 AK9- modyfikowany (Ti+Sb) z dodatkiem cynku 9 AK64 - rafinowany lo AK64- modyfikowany Sr AK20 - rafinowany

4 36 M. Dudyk, T. Ciućka, S. Gadziński, J. Pezda, P. Wasilewski Wyniki badania korozji stopów miedzi przedstawiono w tablicy 2. Tablica 2 Ubytki masy próbek stopów miedzi po procesie korozji M as s d ecremen t s o f sampjes l o f capper a ll oys a ft er carrosjon. process Nr Stop Średnie ubytki masy % próby miedzi po 7 dniach po 14 dniach po 28 dniach 12 Brąz B Mosiądz M Stan powierzchni badanych stopów po 28 dniach przetrzymywania w środowisku koroz)jnym ilustruje rysunek 2. Rys.2. Porównanie stanu powierzclmi próbek po przeprowadzonej korozji Fig. 2. Comparison o f state of surface sampies after carrosi on Na podstawie otrzymanych wyników korozji (tabl. l i 2) ustalono, że zależą one nie tylko od czasu przetrzymywania w ośrodku korozyjnym ale również od rodzaju stopu i zastosowano przebiegu procesu topienia (rafinacja, modyfikacja). Wpływ rodzaju stopu na charakter powierzchni próbek po 28 dniach przetrzymywania w ośrodku korozyjnym przedstawia rysunek 3. Wpływ korozji na jakość powierzchni stopów AK9, modyfikowanych podwójnie tytanem i strontem lub tytanem i antymonem oraz dodatkowo utwardzanych cynkiem przedstawiono na rysunku 4.

5 Wpływ procesów topienia na korozję siluminów 37 Rys. 3. Powierzdmie próbek po korozji: a) stop AK9, b) stop AK64, c) stop AK20 Fig. 3. Surfaces o f sampies after corrosion: a) AK9 alloy, b) AK64 alloy, c) AK20 alloy

6 38 M. Dudyk, T. Ciućka, S. Gadziński, J Pezda, P. Wasilewski Rys. 4. Porównanie powierzduli próbek po korozji stopu AK9: a) modyfikowany tytanem i strontem, b) modyfikowany tytanem i antymonem, c) modyfikowany tytanem i antyńlonem i utwardzany cynkiem Fig. 4. Comparison o f surface o f sampies after corrosion for the AK9 alloy: a) modified using titaniurn and strontiurn, b) modified using titaniurn and antimony, c) modified using titaniurn and antimany and harden by zinc

7 Wpływ procesów topienia na korozję siluminów 39 Na rysunku 5 przedstawiono powierzchnię próbek po korozji stopów miedzi. Rys. 5. Porównanie powierzchni stopów miedzi po badaniach korozji: a) brąz B555, b) mosiądzm059 Fig. 5. Comparison o f surfaces o f copper alloys after corrosion testings: a) bronze B555, b) brass M POD~UMOW ANIE Na podstawie otrzymanych wyników z przeprowadzonych pomiarów można stwierdzić, że wielkość korozji zależy od zastosowanego w badaniach siluminu. Siluminy dwuskładnikowe AK9 i AK20 po rafmacji posiadały jednakową wartość ubytku masy po procesie korozji %(tabl. 1). Natomiast dla stopów miedzi, mosiądz M059 okazał się w porównaniu z brązem B555 około 3-krotnie odporniejszym stopem na przeprowadzona korozję. Nalezy zaznaczyć, że mosiądz M059 miał najmniejsze ubytki masy (0,54 %) w porównaniu w wszystkimi stopami zastosowanymi w badaniach korozji (tabl. l i 2).

8 40 M. Dudyk, T. Ciućka, S. Gacj.ziński, 1 Pezda, P. Wasilewski Na przykładzie stopu AK9 wykazano, że bardzo duży wpływ na wielkość korozji ma zastosowany podczas topienia proces uszlachetniania stopu. Modyfikacja podwójna (strontem i tytanem) stopu AK9 okazała się najkorzystniejsza ze względu na wielkość korozji (0, 70 % ubytku masy). Podwójna modyfikacja antymonem i tytanem z dodatkiem cynku spowodowała największe ubytki masy (2,78 %) w badanych stopach (tabl. l). Ocena makro, powierzchni badanych próbek wykazała występowanie ogólnej korozji elektrochemiemej widocmej na próbkach odlanych ze stopu AK20 i M059 (rys. 3c i rys. 5b). Lokalna korozja elektrochemicma w postaci wżerów powstała na próbkach ze stopu AK9 po modyfikacji. Natomiast dla siluminów potrójnych AK64 (Al+Si+Cu) i AK9 z dodatkiem cynku (Al+Si+Zn), zaatakowała bardzo intensywnie całą powierzchnię próbek ogólna elektrochemicma korozja wżerowa (rys. 3b i rys. 4c). Przeprowadzone przyczynkowe badania korozji siluminów wykazały, że na jej wielkość i rodzaj ma wpływ nie tylko gatunek stopu ale również wykrystalizowane nowe fazy podczas procesów krystalizacji stopu. 4. LITERATURA [l] Dudyk M., Wysokowytrzymały silumin cunkowo- miedziowy, Krzepnięcie Metali i Stopów, 1996, Z 28, S [2] Romankiewicz F., [3] Wasilewski P., Dudyk M., Ciućka T., Pezda J., Prace Katedr Filii Folitechniki Łódzkiej w Bielsku- Białej, Zebranie Sekcji Podstaw Technologii Komitetu Budowy Maszyn, 1996, s [4] Wranglen G., Podstawy korozji i ochrony metali, WNT, Warszawa Maksymilian Dudyk Przemysław Wasilewski Tomasz Ciućka Jacek Pezda Influence o f the melting processes on the siłumines corrosion Summary The labaratory metbod of corrosion of capper,and aluminium alloys have been presented in this paper. The melting, refrning and modification processes influenced the size and type of corrosion. The size o f corrosion and the surface character of testing sampies after corrosion was defmed by mass decrement.