KRYSTALIZACJA I SKURCZ STOPU AK9 (AlSi9Mg) M. DUDYK 1, K. KOSIBOR 2 Akademia Techniczno Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko Biała

Transkrypt

1 18/14 Archives of Foundry, Year 2004, Volume 4, 14 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 14 PAN Katowice PL ISSN KRYSTALIZACJA I SKURCZ STOPU AK9 (AlSi9Mg) M. DUDYK 1, K. KOSIBOR 2 Akademia Techniczno Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko Biała STRESZCZENIE W artykule przedstawiono wpływ uszlachetniania (rafinacji, modyfikacji Sr lub Sb) siluminu AK9 (AlSi9Mg) na zmiany kinetyki procesów krystalizacji, określanych na urządzeniu CRISTALDIMAT (ATD). Dla badanych siluminów przedstawiono oryginalne wyniki dotyczące skurczu w czasie krystalizacji oraz wyniki badań dylatometrycznych po zastosowanych zabiegach rafinacji i modyfikacji. Określono wpływ krystalizacji podstawowych faz ( i eutektyki + Si) na zmiany wydłużenia badanych próbek. Na DYLATOMETRZE AUTOMATYCZNYM DA 2 sporządzono dylatogramy i określono ich wpływ na skurcz w stanie stałym badanych siluminów. Key words: crystalization, aluminium alloys, contraction. 1. WPROWADZENIE Wytwarzanie odlewanych części maszyn należy do skomplikowanych procesów technologicznych. Jednym z nich jest proces krzepnięcia i krystalizacji odlewu. Analiza Termiczno - Derywacyjna (ATD) i Analiza Elektro - Derywacyjna (AED) wykorzystywane są od wielu lat do badania procesów krystalizacji podstawowych stopów odlewniczych. W pracy postanowiono dla dalszej kontynuacji badań związanych z tym zagadnieniem określić wpływ rodzaju modyfikatora na zmiany kinetyki procesu krystalizacji i mikrostruktury oraz skurczu w czasie krystalizacji i w stanie stałym, stopu AK9 (AlSi9Mg) [1]. 1 dr inż., mdudyk@ath.bielsko.pl 2 mgr inż., kkosibor@ath.bielsko.pl

2 139 Szeroko zastosowane procesy uszlachetniania struktury siluminów wpływają nie tylko na zmiany właściwości mechanicznych, ale również na zmiany skurczu w czasie krystalizacji i stygnięcia. Analiza otrzymanych zapisów graficznych krystalizacji i zmian wymiarowych odlewanych stopów umożliwi uzyskanie pełniejszych informacji związanych z zachodzącymi zjawiskami w czasie powstawania odpowiedniej struktury odlewu. 2. METODYKA BADAŃ I WYNIKI Do badań zastosowano stop AK9 (AlSi9Mg), dla którego przeprowadzono zabiegi uszlachetniające polegające na rafinacji i modyfikacji strontem lub antymonem. Efekty przeprowadzonych zabiegów metalurgicznych badanych stopów sprawdzono Analizą Termiczno - Derywacyjną (ATD). Zapis graficzny kinetyki procesu krystalizacji stopu AK9 (AlSi9Mg), po wymienionych procesach metalurgicznych uzyskano na urządzeniu CRYSTALDIMAT [2]. Na rysunku 1 przedstawiono wpływ rafinacji i modyfikacji na przebieg krystalizacji w tyglu szamotowym (urządzenia CRYSTALDIMAT) badanych stopów. a) T T E1 T E2 T K Czas krystalizacji [s]

3 140 b) T T E1 T E2 T K Czas krystalizacji [s] c) T T E1 T E2 T K Czas krystalizacji [s] Rys. 1. Krzywe krystalizacji i charakterystyczne punkty temperatury zapisu graficznego metodą ATD stopu AK9 (AlSi9Mg): a rafinowanego, b rafinowanego i modyfikowanego antymonem, c rafinowanego i modyfikowanego strontem. Fig. 1. Crystallisation curves and characteristic points of temperature recording with graphic method ATD of alloy AK9 (AlSi9Mg): a - refined, b - refined and modified antymon, c - refined and modified with strontium. Dla potwierdzenia zmian kinetyki procesów krystalizacji widocznych na otrzymanych zapisach graficznych metodą ATD, po przeprowadzonych procesach

4 141 uszlachetniających (rafinacja i modyfikacja) stopu AK9 (AlSi9Mg), wykonano badania metalograficzne. Otrzymane mikrostruktury badanych stopów przedstawiono na rysunku 2. a) b) c) Rys. 2. Mikrostruktury stopu AK9 (AlSi9Mg) po zastosowanych zabiegach uszlachetniających: a rafinacji, b rafinacji i modyfikacji Sb, c rafinacji i modyfikacji Sr. Fig. 2. Microstructures of the aluminium alloy AK9 (AlSi9Mg) after used interventions refining: a - refinement, b - refinement and modification Sb, c - refinement and modification Sr Wpływ przeprowadzonych zabiegów rafinacji i modyfikacji spowodował również zmiany skurczu podczas krzepnięcia oraz w stanie stałym badanych stopów. Podjęte dla tego kierunku badania wykonano na urządzeniach: dylato metrze odlewniczym [3] i dylatometrze automatycznym DA - 2 [4]. Wielkość i charakter powstałych zmian podczas krystalizacji w formie piaskowej odpowiednio uszlachetnionych stopów ilustrują krzywe skurczowe przedstawione na rysunku 3.

5 142 a) T T E1 Wydłużenie w fazie [mm] Wydłużenie bezwzględne [mm] ,052 0,136 b) T T E1 Wydłużenie w fazie [mm] Wydłużenie bezwzględne [mm] ,038 0,099 c) T T E1 Wydłużenie w fazie [mm] Wydłużenie bezwzględne [mm] ,0655 0,128 Rys. 3. Krzywe skurczowe oraz charakterystyczne parametry w czasie krystalizacji stopu AK9 (AlSi9Mg): a rafinowanego, b rafinowanego i modyfikowanego Sb, c rafinowanego i modyfikowanego Sr. Fig. 3. Contraction curves and characteristic points during crystallization of the aliminium alloy AK9 (AlSi9Mg): a - refinement, b - refinement and modification Sb, c - refinement and modification Sr.

6 143 Badania dylatometryczne polegały na kontrolowanym nagrzewaniu i studzeniu próbki (0,01 0 C/s) z jednoczesnym pomiarem jej długości. Zmiany wydłużenia dl próbek wykonanych z badanych stopów w funkcji temperatury w 3-krotnym cyklu nagrzewania i chłodzenia przedstawiono na rysunku 4. a) Wydłużenie bezwzględne 0,3644 mm s 0,04 mm b) Wydłużenie bezwzględne 0,3438 mm s 0,01 mm c) Wydłużenie bezwzględne 0,3513 mm s 0,02 mm Rys. 4. Wpływ procesów uszlachetniania na zmiany wydłużenia stopu AK9 (AlSi9Mg): a rafinowanego, b rafinowanego i modyfikowanego Sb, c rafinowanego i modyfikowanego Sr. Fig. 4. Influence processes of refining on changes of extension of alloy AK9( AlSi9Mg): a - refined, b - refined and modified Sb, c - refined And modified Sr.

7 PODSUMOWANIE Przeprowadzone badania procesów krystalizacji metodą ATD stopu AK9 (AlSi9Mg) po różnych procesach uszlachetniania rafinacji i modyfikacji wykazały znaczne zmiany w zapisach graficznych kinetyki krzepnięcia (rys. 1). Przeprowadzona modyfikacja strontem lub antymonem skróciła czas krystalizacji badanych stopów, obniżyła temperaturę krystalizacji eutektyki + Si w porównaniu ze stopem tylko rafinowanym (rys. 1). Zarejestrowany krótszy czas krystalizacji badanych stopów po modyfikacji antymonem (rys. 1b) spowodował między innymi przesycenie roztworu stałego zanieczyszczeniami typu Fe, Mn, itp. Na zapisie graficznym procesu krystalizacji nie zaobserwowano fazy AlSiFeMn widocznej jako chińskie pismo, która to zwykle tworzy się z tych zanieczyszczeń. Potwierdzeniem efektów uszlachetniania badanych stopów są różniące się między sobą mikrostruktury stopu rafinowanego w porównaniu ze stopami modyfikowanymi antymonem lub strontem (rys. 2). Otrzymane oryginalne wyniki badania skurczu w czasie krystalizacji pozwoliły określić wydłużenia dl próbek w czasie krystalizacji fazy i eutektyki + Si. Otrzymane krzywe skurczowe (rys. 3) po przeprowadzonych procesach uszlachetniających różnią się między sobą [5]. Modyfikacja strontem lub antymonem spowodowała trójetapowy przebieg skurczu podczas krystalizacji - do chwili wystąpienia skurczu liniowego (rys. 3b, 3c). Natomiast stop AK9 (AlSi9Mg) tylko po przeprowadzonej rafinacji charakteryzuje się skurczem dwuetapowym (rys. 3a). Na podstawie otrzymanych wyników badań dotyczących skurczu stopów w stanie stałym zilustrowanych dylatogramami (rys. 4) stwierdzono, że po modyfikacji antymonem zmiany wydłużenia bezwzględnego po trzech kolejnych cyklach (nagrzewania i chłodzenia) są najmniejsze (rys. 4b) w porównaniu ze stopami po rafinacji i modyfikacji strontem (rys. 4a, 4c) [6]. LITERATURA [1] M. Dudyk: Przewodność elektryczna właściwa w procesach krystalizacji siluminów. Budowa i Eksploatacja Maszyn. ZN 38. Filia Politechniki Łódzkiej w Bielsku Białej. Bielsko Biała [2] Z. Jura, J. Jura: Crystaldimat. Automatyczny Analizator Termiczno Derywacyjny. PPUH Z-TECH. Gliwice [3] Z. Jura, J. Jura: Dylatometr odlewniczy. PPUH Z-TECH. Gliwice [4] Z. Jura, J. Jura: Dylatometr Automatyczny DA - 2. PPUH Z-TECH. Gliwice [5] G. Pucka, J. Śleziona, W. Żak: Krzepnięcie i skurcz liniowy kompozytu na osnowie stopu AK12 zbrojonego cząstkami Al 2 O 3 i SiC. Krzepnięcie Metali i Stopów. Z44. PAN Katowice 2000.

8 145 [6] S. Pietrowski: Siluminy tłokowe. Krzepnięcie Metali i Stopów. Z29. PAN Katowice CRYSTALLIZATION AND CONTRACTION ALLOY AK9 (ALSI9MG) SUMMARY In the article introduced influence of enriching (refinement, modification Sr or Sb) aluminium alloy AK9 (AlSi9Mg) on changes of kinetic crystallization proceses defined on device CRISTALDIMAT (ATD). For investigated alluminium alloy introduced oryginal results relating contraction during of crystallization and results dylatometric researches afetr used interventions of refinement and of modification. Qualified influence crystallization of basic phases ( and eutektic + Si) on changes of extension investigated samples. On automatic dilatometer DA-2 prepared dilatogrames and defined their influence on contraction in solid state investigated aluminium allos. Recenzował prof. Stanisław Pietrowski