5/42 STRUKTURA STOPU AK 7 MODYFIKOWANEGO TYTANEM I BOREM ORAZ GW AL TOWNĄ. Władysław ORŁOWICZ, Marek MRÓZ STRESZCZENIE

Transkrypt

1 5/42 Soidification of Metais and Aoys, Year 2000, Voume 2, Book No 42 Krzepnięcie Metai i Stopów, Rok 2000, Rocznik 2, Nr 42 PAN-Katowice, PL ISSN STRUKTURA STOPU AK 7 MODYFIKOWANEGO TYTANEM I BOREM ORAZ GW AL TOWNĄ KRYSTALIZACJĄ Władysław ORŁOWICZ, Marek MRÓZ Zakład Odewnictwa i Spawanictwa, Foitechnika Rzeszowska u. W. Poa 2, Rzeszów STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki pomiaru parametru A (odegłości między osiami głównymi dendrytów) fazy cx(a) stopu AK7 modyfikowanego tytanem i borem oraz drogą gwałtownej krystaizacji. WSTĘP Struktura stopu decyduje o jego właściwościach mechanicznych. W przypadku odewów najczęściej uzyskuje się strukturę dendrytyczną. Na przykład w odewach ze stopu AK 7 stanowiącą dendryty fazy a( A) i eutektykę płytkową a( A) + 0(Si). Tak więc podwyższenie właściwości mechanicznych tego stopu można uzyskać stosując różne zabiegi, których efektem będzie rozdrobnienie fazy ex ub modyfikacja eutektyki cx(a) + 0CSi) a więc zmiana kształtu wydzieeó krzemu eutektycznego (z płytkowych na włókniste). W praktyce przemysłowej rozdrobnienie struktury dendrytycznej stopu AK7 uzyskuje się w wyniku wprowadzenia pierwiastków tworzących zarodki krystaizacji heterogenicznej. Najczęściej są to tytan i bor wprowadzane w postaci zapraw z auminium, np. A1Ti5B. W ostatnim czasie szeroko prowadzone są badania nad zagadnieniem podwójnej modyfikacji podeutektycznych stopów A-Si, poegającej na wprowadzeniu do ciekłego metau pierwiastków powodujących zarówno

2 52 rozdrobnienie fazy a(ai) ( tytan i bor), jak i pierwiastków modyfikujących eutektykę a(a) + BCSi) (sód ub stront) [1-3]. Proces szybkiego chłodzenia stopu auminium z krzemem daje podobny efekt jak modyfikacja. Badaniami wpływu gwałtownej krystaizacji na strukturę stopów a w szczegóności stopu AK7 zajmuje się bardzo mało badaczy. Datego ceem pracy było okreśenie wpływu gwałtownej krystaizacji stopu AK7 na strukturę i parametr geometryczny A (odegłość między osiami głównymi dendrytów) fazy a(ai). PRZEBIEG BADAŃ. Materiał do badań Do bada1 stosowano stop AK7 (6,72%Si, 0,25%Mg, 0,31 %M n, O, 15%Fe, 0,015%Cu, O,IOI%Ti, 0,0037% B reszta A) modyfikowany zaprawą AITiSBI. Ze stopu wykonano odewy w formach piaskowych płyt 260x50x5 mm. 2. Krzepnięcie w warunkach bardzo szybkiego chłodzenia Da uzyskania struktury w warunkach gwałtownej krystaizacji od ewy płyt nadtopiono metodą GTA W z wykorzystaniem urządzenia Fatig 315AC/DC. Natężenie prądu wynosiło 200A. Prędkość przesuwu łuku 200 mm/min. Przetopienia wykonano eektrodą woframową 0 4 mm w atmosferze heu i argonu. Da wymuszenia gwałtownej krystaizacji nadtapiane próbki zamontowane były na stanowisku umożiwiającym chłodzenie wodą (rys. ). 4 Rys.. Schemat stanowiska do nadtapiania warstwy wierzchniej odewów; 1- kaorymetr przepływowy, 2 - eektroda woframowa,. 3 - wózek do reguacji prędkości przesuwu strumienia ciepnego, 4 - urządzenie FALITG 315 AC/DC, 5- gaz ochronny.

3 3. Iościowa anaiza strukturana. []ościową anai zę strukturaną wykonano na zgładach wyciętych prostopade do osi wzdłu ż nej przetopier1. Obejmowała ona wyznaczenie parametru A czyi odegłości między osiami głównymi dendrytów fazy a(ai) (rys.2). Strukturę stopu z obszaru przetopienia i materiału rodzimego obrazuje rysunek }:L f pow. Rys.2. Schemat pomiaru parametru A (odegłości między osiami głównymi dendrytów fazy a(ai); H- odegłość od powierzchni ica przetopienia, L - długość inii wzdłuż której ziczano dendryty, f- iczba przecięć dendrytów, pow. - (500x) a) b) c) Rys.3. Struktura stopu AK7 po modyfikacji zaprawą AITi5B (a) oraz po modyfikacji zaprawą A1Ti5B i po gwałtownej krystaizacji: przetopienia wykonane w atmosferze argonu (b) i w atmosferze heu (c) Pow. 200x

4 54 Anaizę strukturaną wykonano na mikroskopie optycznym Neophot 2 stosując powiększenie 500x. Stwierdzono, że przetopienie wykonane w atmosferze heu było głębsze niż przetopienie wykonane w atmosferze argonu. Jest to wynikiem różnicy w właściwościach fizyko-chemicznych argonu i heu, zwłaszcza wartości energii jonizacji, gęstości i przewodności ciepnej (rys.4) [4]. W związku z powyższym anaizę parametru A. da przetopienia wykonanego w atmosferze heu prowadzono na głębokości 0,2; 0,4; 0,8;,2; I,6 i 3 mm a da przetopier1 wykonanych w atmosferze argonu na głębokości 0,2; 0,4; 0,6 i 0,8 mm icząc od powierzchni ica. Wyniki pomiaru parametru A. przedstawia tabica. ~u E <..> ~ CI> r:::: a. <1> u o ~ 0.08 <..> ;:: -o o 3: <1> t:! o Temperatura"c Ar Rys.4. Wpływ temperatury na przewodność ciepną niektórych składników atmosfer ochronnych. Tabica. Wyniki pomiaru parametr A. (odegłości między osiami dendrytów) fazy a(ai) w stopie AK7 modyfikowanym tytanem oraz borem i przetopionym metodą GTA W w atmosferze heu i argonu (= 200A, v = 200 mm/min). Atmosfera Odegłość od 'A Ochronna powierzchni H, mm x 10 3 cm 0,2 1,86 0,4 1,88 0,8 1,98 He 1,2 2,02 1,6 2,06 H 3,0 2,23 0,2 1,83 Argon 0,4 1,86 0,6 1,90 0,8 1,92

5 55 4. Anaiza składu chemicznego Da okreśenia zmian składu chemicznego a w szczegó n ości zawartośc i tytanu i boru w obszarze przetopienia anaizowano zawartość pierwiastków w przetopieniu od strony ica. Anaizę wykonano warstwa po warstwie zeszifowując materiał od strony ica. Wykonywano ją na spektrometrze emisyjnym BAIRD DV4. Wyniki anaizy składu chemicznego podaje tabica 2. Tabica 2. Skład chemiczny w obszarze gwałtownej krystaizacji stopu AK7 Rod z Odegłość Skład chemiczny,% Gazu od pow.h, mm S i C u Mg M n Fe T i B 0,2 7,24 0,02 0,26 0,33 0,17 0,112 0,0040 He 0,8 7,24 0,02 0,25 0,33 0,16 0,103 0,0038 1,6 7,02 0,02 0,26 0,32 0,17 0,102 0,0038 0,2 7,04 0,02 0,25 0,32 0,16 0,115 0,0048 Argon 0,4 6,86 0,02 0,26 0,32 0,16 0,105 0,0039 0,6 6,82 0,03 0,27 0,30 0,17 0,104 0, Omówienie wyników badań W oparciu o wyniki bada metaograficznych stwierdzić można, że w wyniku gwałtownej krystaizacji uzyskuje się sinie rozdrobnioną strukturę stopu AK7. Wyniki pomiarów parametru 'A pozwoiły narysować zaeżności przedstawione na rysunku 5. Przedstawione wykresy pozwaają stwierdzić, że parametr Ą rośnie w miarę przemieszczania się w głąb przetopienia. Obszary przetopienia położone głębiej wykazują niższe zawartości tytanu i boru. Sugerowałoby to, że zwiększona zawartość tytanu i boru potęguje efekty rozdrobnienia struktury roztworu stałego a(a) wywołane gwałtowną krystaizacją W obszarze przetopienia występuje duże zróżnicowanie temperatury spowodowane równoczesnym dostarczaniem i odprowadzaniem ciepła oraz intensywnym mieszaniem kąpiei. Efektem tego może być zmniejszenie zawartości tytanu i boru na głębokości przetopienia.

6 56 a) E u ~ae~ ~--~--~-4 1. :a::~ t---t f ' 1.aE~ ~--~ , o 0,2 0,4 0,6 0,8 Qegcść <XI ~erzdri ica ~opienia, nm b) ~CX:E03 E u...< 1. f!e~ V -~ , CXE~ o 0,5 1 1,5 2 ~5 3 3,5 Qegcść <XI ~erzdri ica J:I2Ełqieria, nm Rys.5. Zmjana parametru A. dendrytów fazy cx(ai) stopu AK7 po gwałtownej krystaizacji; przetopienia wykonane a) w atmosferze argonu, b) w atmosferze heu. 6. Podsumowanie Przedstawione wyniki pozwaają stwierdzić, że na wiekość rozdrobnienia dendrytów fazy cx(ai) wpływa zarówno zwiększenie szybkości krystaizacji jak i obecność tytanu i boru. Zatem ceowe wydaje się zastosowanie zabiegu podwójnej modyfikacji, poegającej na wywołaniu gwałtownej krystaizacji stopu wcześniej zmodyfikowanego zaprawami.

7 57 LITERATURA. MUIIer K., Reif W.: Possibiities of structura refinement of AI-Si-casting aoys. Krzepnięcie metai i stopów nr 28, 1996, str Romankiewicz F, Reif W.: Badania nad modyfikacją stopu AISi7Mg dodatkami AIB4 i AISrO. Acta Metaurgica Sovaca, nr 3, 1997, str Romankiewicz F, Reif W.: Modyfikacja stopu AISi7Mg. Krzepnięcie metai i stopów nr 28, 1996, str Słania J., Meka K. : Spawanie austenitycznych stai kwasoodpornych drutami proszkowymi w osłonach mieszanek gazowych. Przeg ąd Spawanictwa, 1997 nr 11, str MODIFICA TION OF AK7 ALLOY STRUCTURE THROUGH SUDDEN CRYSTALLISA TION Władysław ORŁOWICZ, Marek MRÓZ Department of Foundry and Weding Engineering, Technica University, Rzeszów u. W. Poa 2, Rzeszów A bstract: The paper presents the resuts of the measurement of A parameter (the distance between main axes of dendrites of the a phase) in the AK7 aoy modified with AITi5B and through sudden erysta isation.