FILTRACJA STOPU AlSi9Mg (AK9) M. DUDYK 1 Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Akademia Techniczno - Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko-Biała.

Transkrypt

1 8/17 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2005, Rocznik 5, Nr 17 Archives of Foundry Year 2005, Volume 5, Book 17 PAN - Katowice PL ISSN FILTRACJA STOPU AlSi9Mg (AK9) M. DUDYK 1 Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Akademia Techniczno - Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko-Biała. STRESZCZENIE W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczących zastosowania piankowych filtrów ceramicznych do uszlachetniania stopu AlSi9Mg. Wykazano że filtracja siluminów bardzo znacząco wpływa na zmiany kinetyki ich krystalizacji. Efekty zastosowanych procesów filtracji zilustrowano na mikrostrukturach, otrzymanych ze zgładów wykonanych po poprzecznym przecięciu filtrów, zalanych badanym stopem. Key words: filtration, modyfication, crystalization, aluminium alloys. 1. WPROWADZENIE Odlewane stopy aluminium są przez konstruktorów szeroko stosowane na odlewane części maszyn. Do wytwarzania części maszyn metodą odlewania, najczęściej ( obok stopów żelaza) stosuje się siluminy. Właściwości mechaniczne i technologiczne odlewów ze stopów Al Si zależą przede wszystkim od: konstrukcji odlewów, przeprowadzonego procesu topienia, wykonania formy oraz obróbki cieplnej. Obecnie, w krajowym odlewnictwie stopów aluminium, najczęściej stosuje się procesy uszlachetniania, polegające na rafinacji i modyfikacji [1i2]. Stopy aluminium z przetwórstwa hutniczego mogą być zanieczyszczone tlenkami i wtrąceniami niemetalicznymi (z wymurówki pieca, tygli itp.). Siluminy są najczęściej zanieczyszczone wysokoskładnikowymi tlenkami, w skład których wchodzą głównie tlenki glinu i magnezu ( np. αal 2 O 3 korund) [1]. Usuwanie wtrąceń niemetalicznych z ciekłego stopu dokonuje się najczęściej poprzez rafinację [1] i obecnie coraz częściej wprowadzaną filtrację [4 i 5]. Filtracja należy do fizycznych procesów oczyszczania 1 Dr inż. M.Dudyk, mdudyk@ath.bielsko.pl 83

2 (z wyjątkiem filtrów aktywnych) odlewanych metali żelaznych i nieżelaznych, polegająca na przepuszczeniu ciekłego stopu przez ośrodek porowaty jakim jest filtr. Wzrastające wymagania wytrzymałościowe i użytkowe stawiane odlewom ze stopów aluminium stwarzają konieczność przeprowadzania odpowiednich procesów umożliwiających maksymalną eliminację zawartych zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia (wtrącenia) w zależności od ilości, rodzaju i rozmieszczenia bardzo znacząco obniżają właściwości mechaniczne i technologiczne odlewanych części maszyn. W związku z tym postanowiono dla tego obszaru wiedzy, przeprowadzić badania dotyczące procesów filtracji stopów aluminium. 2. METODYKA BADAŃ i WYNIKI Badania procesów filtracji wykonano na przykładzie stopu AlSi9Mg (AK9). Do procesów filtracji zastosowano piankowe filtry ceramiczne na bazie SiC, produkcji Ferro Term, Sp. z o. o w Łodzi o odpowiednich wymiarach i porowatości [6]. Badanym stopem AlSi9Mg po rafinacji preparatem ALRAF zalewano jednocześnie w temperaturze C kokile do badań właściwości mechanicznych (R m, A 5, HB i KCV) oraz próbnik metody Analizy Termiczno Derywacyjnej i Elektro Derywacyjnej (ATD AED) [7]. W podobny sposób (tym samym stopem) zalewano jednocześnie wymienione kokile i próbnik ale po włożeniu do nich piankowych filtrów ceramicznych dla przeprowadzenia filtracji stopu. Na rysunku 1 przedstawiono mikrostruktury stopu AlSi9Mg otrzymane po procesach rafinacji i filtracji wymienionymi filtrami ceramicznymi. Otrzymane wyniki zapisu graficznego przewodności elektrycznej σ=f(τ) i temperatury t = f(τ) oraz ich pochodnych, po przeprowadzonych procesach rafinacji i filtracji przedstawiono na rysunku 2. Na korzystny efekt procesów filtracji, ma znaczący wpływ mechanizm osadzania i przywierania wtrąceń zawartych w stopie, na ściankach piankowych filtrów ceramicznych. Efekty zastosowanych procesów filtracji stopu AlSi9Mg zilustrowano na mikrostrukturach, otrzymanych z zgładów wykonanych po poprzecznym przecięciu zalanych filtrów. 84

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA a) b) Pow. 500 X Pow. 500 X Rys.1. Mikrostruktury stopu AlSi9Mg: a -stop rafinowany, b -stop rafinowanyi filtrowany Fig.1. Microstructures of AlSi9Mg alloy: a refined alloy, b refined and filtered alloy 85

4 a) b) Rys.2. Krzywe krystalizacji stopu AlSi9Mg: a - stop rafinowany, b - stop rafinowany i filtrowany Fig.2. The courses of alloy AlSi9Mg crystalisation: a - refined alloy, b - refined and filtered alloy 86

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rozmieszczenie i postać zatrzymanych wtrąceń po przeprowadzonych procesach filtracji ilustrują mikrostruktury zamieszczone na rysunkach 3 i 4. Pow. 100X Pow. 500X Rys.3. Mikrostruktury zalanego filtra stopem AlSi9Mg - zewnętrzna krawędź filtra Fig.3. Microstructures of the filter filled with AlSi9Mg alloy - the outer edge of the filter 87

6 Pow. 100X Pow. 500X Rys.4. Mikrostruktury zalanego filtra stopem AlSi9Mg środek filtra Fig.4. Microstructures of the filter filled with AlSi9Mg alloy the inside of filter 88

7 ARCHIWUM ODLEWNICTWA 3. PODSUMOWANIE Podjęta próba określenia wpływu uszlachetniania stopu AlSi9Mg, poprzez rafinację i filtrację wykazała na podstawie otrzymanych wyników że filtracja ma bardzo znaczący wpływ na zmiany przebiegu procesów krystalizacji a przez to również na zmiany struktury odlewów ( rys.1i2). Procesy filtracji, zastosowanymi piankowymi filtrami ceramicznymi, spowodowały znaczne zmiany w kinetyce krystalizacji badanych stopów widoczne w zapisie graficznym metody ATD-AED (rys.2). Przeprowadzone procesy filtracji w porównaniu ze stopami nie filtrowanymi, wpłynęły na zmiany morfologii eutektyki α + Si a przede wszystkim na jej główny składnik krzem eutektyczny (rys.1). Przedstawione wyniki badań potwierdzają korzystny wpływ procesów filtracji siluminów dla poprawy struktury odlewów, przeznaczonych na odpowiedzialne części maszyn. Na podstawie zapisu graficznego metody ATD-AED, stwierdzono obniżenie temperatury krystalizacji eutektyki α + Si stopu filtrowanego; t=530 0 C w czasie τ=13s w porównaniu ze stopem nie filtrowanym; t=572 0 C w czasie τ=10s. Oryginalnymi wynikami wykonanej pracy są mikrostruktury, otrzymane ze zgładów wykonanych na wyciętych zalanych filtrach. Ilustrują one postać struktury stopu oraz miejsca zatrzymanych zanieczyszczeń niemetalicznych i metalicznych. Przedstawione wyniki badań potwierdzają korzystny wpływ procesów filtracji siluminów dla poprawy struktury odlewów, przeznaczonych na odpowiedzialne części maszyn. LITERATURA [1] Poniewierski Z.: Krystalizacja, strukrura i właściwości siluminów. WNT,Warszawa(1989). [2] Pietrowski S.: Siluminy. Wydawnictwo PŁ Łódź (2001). [3] Lech Z., Sęk G. Sas: Urządzenie do rafinacji gazowo-żużlowej i modyfikacji stopów aluminium. Wydawnictwo PAN Poznań (1996). [4] Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych przygotowanie ciekłego metalu, struktura i właściwości odlewów, WNT, Warszawa (1992). [5] Dudyk M., Wasilewski P.: Wpływ procesu filtracji na właściwości mechaniczne i technologiczne siluminów. Wydawnictwo, PAN, Poznań (1993). [6] Asłanowicz M., Ościłowski A., Stachańczyk J.: Filtracja ciekłych metali z użyciem filtrów ceramicznych produkcji FERRO-TERM, Przegląd Odlewnictwa, nr 9 10 (2002). [7] Dudyk M.: Przewodność elektryczna właściwa w procesach krystalizacji siluminów. Wydawnictwo, PŁ Filia w Bielsku-Białej (2001). Pracę wykonano w ramach realizacji Projektu Badawczego Nr 3T08B04727 Ministerstwa Nauki i Informatyzacji. 89

8 THE FILTRATION OF ALLOY AlSi9Mg (AK9) SUMMARY In the article original research data of foam ceramic filters usage for the alloy structure improvement have been presented. It shows profound influence of silumine on their both kinetic changes and crystallization. The results of the processes incorporated are illustrated in the microstructures received form the polished surfaces. The latter were made after filters cross-section where the filters filled with alloy. Recenzował: prof. dr hab. inż. Stanisław Pietrowski 90