WIELOMIANOWE MODELE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STOPÓW ALUMINIUM

Transkrypt

1 21/38 Solidification of Metals and Alloys, No. 38, 1998 Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 38, 1998 PAN Katowice PL ISSN WIELOMIANOWE MODELE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STOPÓW ALUMINIUM PEZDA Jacek, DUDYK Maksymilian, CIUĆKA Tomasz, WASILEWSKI Przemysław Katedra Technologii Bezwiórowych. Filia Politechniki Łódzkiej w Bielsku -Białej Bielsko - Biała, ul. Willowa 2. POLAND. STRESZCZENIE W artykule przedstawiono zastosowanie Analizy Termiczno - Derywacyjnej (ATD) oraz Analizy Elektryczno - Derywacyjnej (AED) do próby oceny właściwosci mechanicznych rafinanowanego i modyfikowanego stopu AK9. 1. WPROWADZENIE Analiza Termiczno - Derywacyjna (ATD) i Elektryczno - Derywacyjna (AED) pozwala na określenie przebiegu krystalizacji stopów metali. Przebieg procesu krystalizacji i stopień modyfikacji stopu mają wpływ na jego wlaściwości wytrzymałościowe. W stopie AK9 (AlSi9Mg) występują zarówno pierwiastki stopowe (Si,Mg,Mn,Fe,Zn) jak również zanieczyszczenia (Sb, Pb,Ti,Ni), które również wpływają na wytrzymałość stopu. W związku z występowaniem tych dodatków na krzywych krzepnięcia oraz ich pochodnych występują efekty cieplne i przewodnościowe będące skutkiem powstawania odrębnych faz. Efekty te są widoczne na wykresach w postaci charakterystycznych pików, a ich wielkości liczbowe stają się podstawą do wyznaczenia modeli matematycznych. 2. METODYKA I WYNIKI BADAŃ Stop poddany badaniom to AK9, który został rafinowany, a następnie modyfikowany. Badanym stopem zalewano jednocześnie formę skorupową i kokilę z próbnikami do analizy ATD i AED przedstawioną w pracy [1, 2]. Pozwoliło to na uzyskanie odpowiednich wykresów złożonych z krzywych krzepnięcia T(t) ich pochodnych dt/dt [ATD] oraz przewodności elektrycznej σ(t) i ich pochodnych dσ/dt [AED].

2 132 Na uzyskanych krzywych zamieszczonych na rysunkach 2 i 3 określono punkty charakterystyczne (parametry wejściowe) i ich wartości liczbowe. Następnie na podstawie przeprowadzonych prób wytrzymałościowych stopu określono właściwości wytrzymałościowe R m, A 5 (parametry wynikowe). Założono funkcję obiektu badań w formie wielomianu stopnia drugiego o następującej postaci: z = a 0 +a 1 x 1 +a 2 x 2 +a 3 x 3 +a 11 x 1 2 +a 12 x 1 x 2 +a 13 x 1 x 3 +a 22 x 2 2 +a 23 x 2 x 3 +a 33 x 3 2 gdzie: z - R m, A 5 - czynnik wynikowy, x 1 - wartość zmienna T 1, P 1, x 2 - wartość zmienna T 2, P 2, x 3 - wartość zmienna T 3, P 3, a 0, a 1, a 2, a 3, a 11, a 12, a 13, a 22, a 23, a 33 - współczynniki regresji podlegające obliczeniu Dokonano analizy regresji, co pozwoliło na uzyskanie dla poszczególnych parametrów wytrzymałościowych równań opisujących zależności między właściwościami wytrzymałościowymi stopu (R m, A 5 ), wartościami wejściowymi (punkty charakterystyczne z wykresów). W dalszej części pracy przedstawiono równania regresji i wykresy przestrzenne otrzymane na podstawie analizy regresji. Zależności te zilustrowano na kolejnych rysunkach /4-7/. Rys. 2. Krzywe krzepnięcia T(t) i przewodności elektrycznej σ(t), ich pochodne (dt/dt, dσ/ dt) oraz pkt. charakterystyczne modyfikowanego stopu AK9. Fig. 2. Crystalization curves T(t) and electric conductivity curves σ(t) with the characteristic points for modified AK9 alloy.

3 133 Rys. 3. Krzywe krzepnięcia T(t) i przewodności elektrycznej σ(τ ), ich pochodne (dt/dt, dσ/ dt) oraz punkty charakterystyczne rafinowanego stopu AK9. Fig. 3. Crystalization curves T(t) and electric conductivity curves σ(t) with the characteristic points for rafined AK9 alloy. 2.1.Równania regresji i wykresy przestrzenne dla parametru R m a) stop rafinowany, niemodyfikowany R m = a o +a 1 x 1 +a 11 x 1 2 +a 23 x 2 x 3 /dla metody ATD/ R m = a o +a 1 x 1 + a 2 x 2 +a 3 x 3 +a 11 x 1 2 +a 13 x 1 x 3 +a 23 x 2 x 3 +a 33 x 3 2 /dla metody AED/ a) b) Rys.4. Wpływ temperatur /T 1,T 3 / i przewodności /P 1,P 3 / na wytrzymałość R m. Fig. 4. Influence of temperatures /T 1,T 3 / and electric conductivity /P 1,P 3 / on the strenght R m. b) stop rafinowany i modyfikowany

4 134 R m = a 0 +a 3 x 3 +a 33 x 3 2 /dla metody ATD/ R m = a 0 +a 2 x 2 /dla metody AED/ a) b) Rys.5. Wplyw temperatur /T 2,T 3 / i przewodności /P 2,P 3 / na wytrzymałość R m. Fig. 5. Influence of temperatures /T 2,T 3 / and electric conductivity /P 2,P 3 / on the strenght R m Równania regresji i wykresy przestrzenne dla parametru A 5 a) stop rafinowany, niemodyfikowany A 5 = a 0 +a 3 x 3 +a 11 x 1 2 +a 13 x 1 x 3 /dla metody ATD/ A 5 = a 0 +a 1 x 1 +a 2 x 2 +a 3 x 3 +a 11 x 1 2 +a 22 x 2 2 /dla metody AED/ Rys.6. Wplyw temperatur /T 1,T 3 / i przewodności /P 1,P 3 / na wydłużenie A 5. Fig. 6. Influence of temperatures /T 1,T 3 / and electric conductivity /P 1,P 3 / on elongation A 5..

5 135 b) stop rafinowany i modyfikowany A 5 = a 0 +a 11 x 1 2 +a 13 x 1 x 3 /dla metody ATD/ A 5 = a 0 +a 1 x 1 +a 2 x 2 +a 11 x 1 2 /dla metody AED/ Rys.7. Wplyw temperatur /T 2,T 3 / i przewodności /P 2,P 3 / na wydłużenie A 5. Fig. 7. Influence of temperatures /T 2,T 3 / and electric conductivity /P 2,P 3 / on elongation A WNIOSKI Na podstawie otrzymanych równań można w krótkim czasie ( sek.) po zalaniu formy oszacować właściwości wytrzymałościowe stopu, co pozwala na szybką korektę oraz zastosowanie odpowiednich zabiegów uszlachetniających w razie niesatysfakcjonujących wielkości parametrów wytrzymałościowych. Równie ważna jest stała kontrola stopu (próby wykonywane co pewien czas) w produkcji seryjnej i masowej elementów o podwyższonych właściwościach mechanicznych gdzie jakość stopu decyduje o jego zastosowaniu do wykonania konkretnych odlewów. LITERATURA [1] Dudyk M., Minkus K., Opracowanie analizy elektryczno-derywacyjnej (AED) do badań krystalizacji siluminów, Krzepnięcie Metali i Stopów, 1994, Z. 19, s [2] Dudyk M., Jednoczesna analiza metodą ATD i AED procesu krystalizacji atopu (AK9) Krzepnięcie Metali i Stopów, 1995, Z. 22, s [3] Dudyk M., Ciućka T., Pezda J., Wasilewski P., Ocena modyfikacji pierwotnej i wtórnej za pomocą jednoczesnej analizy metodą ATD - AED, Krzepnięcie Metali i Stopów, 1996, Z. 26, s [4] Poniewierski Z.,Krystalizacja, struktura i właściwości siluminów, WNT, Warszawa [5] Wasilewski P., Siluminy - modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości. Monografia 1992, Krzepnięcie Metali i Stopów, Z. 21. [6] Dudyk M., Ciućka T., Pezda J., Wasilewski P., Ocena właściwości wytrzymałościowych

6 136 siluminu AK9 na podstawie krzywych krystalizacji metody ATD - AED, Krzepnięcie Metali i Stopów, 1997, Z. 30, s SUMMARY POLYNOMIAL MODELS OF MECHANICAL PROPERTIES OF ALUMINIUM ALLOYS The evaluation test of mechanical properties of the AK9 silumin have been described in this paper. The characteristics points obtained from the solidification curves and from the electrical conductivity curves, as well as from their derivatives have been determined on the state of the solidification and crystalization curves using the metode simultaneous recording ATD and AED. On the state of these characteristic points, the mathematical modeles in from of the quadratic multinominal have been defined of define the mechanical properties of the AK9 silumin (R m, A 5 ).