17/38 Solidification of Metals and Alloys, No. 38, 1998 Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 38, 1998 PAN Katowice PL ISSN 0208-9386 SILUMIN OKOŁOEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co PIETROWSKI Stanisław, WŁADYSIAK Ryszard, PISAREK Bogusław Instytut Inżynierii Materiałowej i Technik Bezwiórowych, Politechnika Łódzka, 90-924 Łódź, ul. Stefanowskiego 1/15 STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań wskazujące, że Cr, Mo i W tworzą prawdopodobnie fazę AlCrMoWSi, która stanowi podkładkę krystalizacji fazy β. Dodatki Cr, Mo, W i Co tworzą również złożone fazy międzymetaliczne AlCrMoWCoMgNiFeSi, AlCoCu 2 FeSi oraz Al 9 (Co,Ni,Fe,Si) 2 występujące w fazie α. 1. WSTĘP Z analizy literatury [1-4] wynika, że w stopach podwójnych Al-Mo, Al-Cr, Al-W i Al-Co krystalizują perytektycznie następujące fazy międzymetaliczne Al 7 Cr, Al 12 Mo, Al 12 W, Al 9 Co 2. W stopach wieloskładnikowych tworzą się fazy Al 13 Cr 4 Si, AlCoCu 2, Al 9 (Fe, Ni) 2, Al 9 (Fe, Co, Ni) 2 oraz (Cr+W+Al 8 Cr 5 ). W literaturze przedmiotu brak jest danych odnośnie tworzonych przez Cr, Mo, W i Co faz w wieloskładnikowych siluminach tłokowych. Celem pracy było zbadanie tworzonych przez te pierwiastki faz oraz ich wpływu na własności mechaniczne siluminów. 2. METODYKA BADAŃ Reprezentatywny skład chemiczny badanych siluminów przedstawiono w tabeli 1. Tabela 1 Skład chemiczny badanych siluminów Chemical composition of silumins Nr Skład chemiczny, % siluminu Si Mg Cu Ni Fe Cr Mo W Co 1 2 12,02 12,65 1,24 1,38 4,45 4,21 3,89 3,67 0,43 0,49 0,67 0,72 0,55 0,63-0,44-0,62
104 Chrom, molibden, wolfram i kobalt wprowadzano do pieca topialnego indukcyjnego w postaci zapraw AlCr (24,8 % Cr), AlMo (15,6 % Mo), AlW (10,3 % W), AlCo (9,8 % Co). Siluminy modyfikowano fosforem, a następnie rafinowano mieszaniną 85 % azotu i 15 % chloru. Umocnienie wydzieleniowe badanych siluminów polegało na przesycaniu z 510 C/8h w wodzie, a następnie starzeniu w 210 C/8h i studzeniu z piecem. Mikroanalizę liniową i powierzchniową rozkładu pierwiastków składowych badanych siluminów wykonano na analizatorze SX50 firmy CAMECA średnicą wiązki 1 µm. Rentgenowską analizę strukturalną wykonano na dyfraktometrze D-500 firmy SIEMENS z filtrowanym Fe promieniowaniem CoKα. Badanie Rm i HB w temperaturze otoczenia i podwyższonej wykonano na maszynie INSTRON z przystawką temperaturową oraz Briviskopie dla warunków 187,5/2,5/30. 3. WYNIKI BADAŃ Liniowy rozkład Si, Mg oraz Cr i Mo na reprezentatywnym odcinku pomiarowym w siluminie nr 1 przedstawiono na 1 (a-c). Wynika z niego, że jednoczesne zwiększone stężenie Cr i Mo występuje w fazie β oraz w roztworze stałym α, w którym również są obszary o zwiększonym stężeniu Cr, a obniżonym Mo i odwrotnie (rys. 1c). Należy przypuszczać, że Cr i Mo tworzą złożoną fazę międzymetaliczną AlCrMoSi, która stanowi podkładkę do krystalizacji fazy β, jak również występuje jako wydzielenie w roztworze α. Oprócz niej tworzą one także fazy Al 12 Mo i Al 13 Cr 4 Si, które występują w roztworze stałym α, a zidentyfikowano je metodą dyfrakcji rentgenowskiej. Na rysunku 2 (a-f) pokazano liniowy rozkład Si, Fe i Si, W i Cr, Co i Mg oraz Cu i Ni na reprezentatywnym odcinku pomiarowym w siluminie nr 2. Powierzchniowy rozkład Co i W w mikroobszarze przedstawionym na rys. 2a pokazano na rysunku 2 (g, h). Z analizy przedstawionych danych wynika, że wolfram powoduje przede wszystkim utworzenie prawdopodobnie bardzo złożonych faz międzymetalicznych AlWCrMoMgFeSi oraz AlWCrMoCoCuNiFeSi. Kobalt tworzy przypuszczalnie fazę AlCoCu 2 FeSi oraz Al 9 (Co, Ni, Fe, Si) 2. Miedź oprócz fazy Al 2 Cu powoduje utworzenie również fazy z niklem Al 6 Cu 3 Ni. nikiel wchodzi w skład poprzednio wymienionych faz oraz tworzy związek Al 3 Ni 2. Magnez występuje przede wszystkim w fazie Mg 2 Si.
105 a) b) c) Rys. 1. Struktura z odcinkiem pomiarowym (a) i liniowy rozkład Si, Mg (b), Cr, Mo (c), w siluminie nr 1 Fig. 1. Structure with measuring length (a) and linear distribution of Si, Mg, (b), Cr, Mo (c) of silumin No 1 W tabeli 2 przedstawiono Rm i HB w temperaturze otoczenia badanych siluminów w stanie surowym i po umocnieniu wydzieleniowym, a w tabeli 3 w temperaturze 150 C i 300 C. Wynika z nich, że badane siluminy charakteryzują się wysokimi własnościami mechanicznymi w temperaturze otoczenia i podwyższonej.
106 a) b) c) d) e) Rys. 2. Struktura z odcinkiem pomiarowym (a) i liniowy rozkład Si (b), Fe, Si (c), W, Cr (d), Co, Mg (e), Cu, Ni (f) oraz powierzchniowy rozkład W (g), Co, (h), w siluminie nr 2 Fig. 2. Structure with measuring length (a) and linear distribution of Si (b), Fe, Si (c), W, Cr (d), Co, Mg (e), Cu, Ni (f) and superficial distribution of W (g), Co (h) of silumin No 2
107 f) g) h) Rys. 2 cd. Struktura z odcinkiem pomiarowym (a) i liniowy rozkład Si (b), Fe, Si (c), W, Cr (d), Co, Mg (e), Cu, Ni (f) oraz powierzchniowy rozkład W (g), Co, (h), w siluminie nr 2 Fig. 2 contd. Structure with measuring length (a) and linear distribution of Si (b), Fe, Si (c), W, Cr (d), Co, Mg (e), Cu, Ni (f) and superficial distribution of W (g), Co (h) of silumin No 2 Tabela 2 Rm i HB w temperaturze otoczenia badanych siluminów w stanie surowym i po umocnieniu wydzieleniowym Rm and HB of silumins in ambient temperature as-cast condition and after precipitation hardening Nr Stan silu- Surowy Umocniony wydzieleniowo minu HB Rm, MPa HB Rm, MPa 1 2 121 154 369 420 137 172 486 535
108 Tabela 3 Rm i HB badanych siluminów w temperaturze 150 C i 300 C Rm and HB of silumins in 150 C and 300 C temperature Nr Temperatura badania, C silu- 150 300 minu HB Rm, MPa HB Rm, MPa 1 2 118 127 462 488 85 108 162 205 4. WNIOSKI Z przedstawionych w pracy badań wynikają następujące wnioski: chrom, molibden i wolfram tworzą prawdopodobnie złożoną fazę międzymetaliczną AlCrMoWSi, która jest podkładką do krystalizacji fazy β, jak również występuje w roztworze stałym α wraz z fazami Al 12 Mo i Al 13 Cr 4 Si, chrom, molibden wolfram i kobalt tworzą złożoną fazę międzymetaliczną AlCrMoWCoMgCuNiFeSi wydzieloną w roztworze stałym, kobalt tworzy również fazy z miedzią i żelazem AlCoCu 2 FeSi oraz niklem Al 9 (Co, Ni, Fe, Si) 2 wydzielone w roztworze α, opracowany silumin charakteryzuje się wysokimi własnościami mechanicznymi w temperaturze otoczenia i podwyższonej. LITERATURA [1] Pietrowski S.: Siluminy tłokowe. Monografia. Krzepnięcie Metali i Stopów. PAN - Komisja Odlewnictwa, z. 29, 1997 [2] Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieżelaznych. WNT, Warszawa, 1992 [3] Smithells Metals Reference Book. Seventh Edition. Edited by E. A. Brandes & G. B. Brook [4] Pearson W. B.: Lattice spacings and structures of metals and alloys. Pergamon Press, 1958 Pracę zrealizowano w ramach projektu celowego Nr 2003/C.T08-7/97 HYPEREUTECTOID SILUMIN WITH ADDITIONS OF CR, MO, W, CO ABSTRACT The test results indicating that Cr, Mo and W makes probably AlCrMoWSi phase have been presented here. The phase constitutes a pad (nucleus) of the β phase crystallization. Cr, Mo, W and Co additives forms also AlCrMoWCoMgNiFeSi, AlCoCu 2 FeSi and Al 9 (Co,Ni,Fe,Si) 2 complex intermetallic phases occurring in the α phase.