15/10 Archives of Foundry, Year 2003, Volume 3, 10 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2003, Rocznik 3, Nr 10 PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW TECHNOLOGICZNYCH NA STOPIEŃ ZAGAZOWANIA SILUMINÓW S. PIETROWSKI 1, B. PISAREK R. WŁADYSIAK 3 Katedra Systemów Produkcji, Politechnika Łódzka, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź STRESZCZENIE W pracy wykazano, że dodatek złomu obiegowego do wsadu z gąsek czystych, wzrost temperatury przegrzania i strontu jako modyfikatora siluminu AlSi11Mg zwiększa jego stopień zagazowania. Podano optymalne wartości tych czynników zapewniających najmniejsze zagazowanie odlewów. Key words: silumins, modification, charge, superheating temperature 1. WSTĘP Ogólnie znany jest fakt, że w siluminach wieloskładnikowych dodatki stopowe zmniejszają współczynnik dyfuzji wodoru (D H 10-3, cm 2 /s). Na jego rozpuszczalność w stopach Al-Si wpływają jednak różnie. Zmniejszają rozpuszczalność wodoru następ u- jące pierwiastki: Si, Ag, Sn, Bi, Pb, a zwiększają: Ni, Cr, B, Ce, Mg i Ti. Bardzo silny wpływ na rozpuszczalność wodoru wywiera temperatura przegrzania i odlewania ciekłego siluminu. Z jej zwiększaniem następuje wzrost rozpuszczalności wodoru w siluminach. Podobnie oddziaływuje zwiększenie ilości strontu lub sodu do mo dyfikacji siluminów. Bardzo duży wpływ na wzrost zawodorowania wywiera wytapianie s i- luminów ze złomu obiegowego i wiórów lub też ich dodatek do topionych gąsek siluminów różnych gatunków [1; 3]. Ze względu na pogorszenie właściwości fizycznych, mechanicznych i użytkowych odlewów siluminowych przez pory spowodo wane obecnością wodoru w stopie, dąży się do maksymalnego ograniczenia jego zawartości. 1 prof. dr hab. inż., spietrow@mail.p.lodz.pl 2 dr inż., bpisarek@mail.p.lodz.pl 3 dr inż., rwlady@mail.p.lodz.pl
127 Zagadnienie to jest szczególnie istotne przy produkcji np. kół samo chodowych z siluminów. W związku z tym, w niniejszej pracy przedstawiono wpływ wyżej omówionych czynników na porowatość siluminu AlSi11Mg stosowanego na felgi samochodowe. 2. METODYKA BADAŃ Skład chemiczny badanego siluminu przedstawiono w tabeli 2.1. Tabela 2.1. Skład chemiczny siluminu AlSi11Mg Table 2.1. Chemical composition of silumin AlSi11Mg Skład chemiczny, Si Fe Mg Zn Ti Ni Sn 10,53 0,11 0,32 0,01 0,155 0,004 0,0005 Sr Cr Na Ca B V P 0,035 0,00025 0,00025 0,0008 0,0024 0,0074 0,0005 Stopień zagazowania siluminów badano na próbkach i ich przekrojach poprzecznych w osi symetrii, odlewanych do stalowej kokili, której kształt pokazano na rysunku 2.1. Badania przeprowadzono na urządzeniu VAC-TEST (firmy INDECO) do zmodyfikowanej próby Straube-Pfeiffera przy podciśnieniu 8*10 3 Pa przez 2 min. Rys. 2.1. Kształt i wymiary próbnika Fig. 2.1. A shape and dimensions of the probe Stopień zagazowania oceniano: t p - porowatością P 100, t
128 - liczbą gazową p LG, t P 3 K t p 4 - zawartością wodoru Z 385 cm H 10, 2 T K p t kg siluminu gdzie: t masa właściwa metalu całkowicie pozbawionego gazów, kg/cm 3, przyjęto t =2,7*10-3 kg/cm 3, p masa właściwa próbki, kg/cm 3, P K ciśnienie, przy którym nastąpiło skrzepnięcie próbki, Pa, T K temperatura, w której nastąpiło skrzepnięcie próbki, K. P K przyjęto jako atmosferyczne, a T K określano jako temperaturę solidus z krzywych ATD. Zbadano wpływ: - dodatku 10; 20 i 30 złomu obiegowego do gąsek czystego siluminu AlSi11Mg, - temperatury przegrzania siluminu: t p =850; 900 i 950C, - zwiększenia ilości modyfikatora, strontu Sr=0,04; 0,05; 0,06 i 0,07 w stosunku do masy ciekłego siluminu, - wytopu z wyłącznie czystych gąsek siluminu AlSi11Mg, modyfikacji Sr=0,035 oraz temperatury przegrzania t p =830C i odlewania t o =750C, na stopień zagazowania siluminu. Silumin rafinowano 10 min. argonem, po zabiegu modyfikacji strontem. 3. WYNIKI BADAŃ Przeprowadzone badania wykazały, że optymalną technologią przygotowania ciekłego siluminu AlSi11Mg do odlewania pod niskim ciśnieniem kół samochodowych, zapewniającą najmniejsze zagazowanie jest: - wytop wyłącznie z atestowanych i zmodyfikowanych Sr w hucie gąsek czy s- tych, - w procesie topienia, temperatura przegrzania siluminu nie może przekroczyć 850C, a odlewania 780C, - ewentualne uzupełnienie modyfikacji strontem musi być w takiej ilości, aby jego końcowa zawartość w siluminie nie przekroczyła 0,035. Otrzymuje się wtedy największą gęstość p i liczbę gazową LG oraz najmniejszą porowatość P i zawartość wodoru Z, jak to przedstawiono w tabeli 3.1.
129 Tabela 3.1. Charakterystyczne wartości zagazowania siluminu przygotowanego wg optymalnej technologii topienia i odlewania Table 3.1. Characteristic values of gas dissolution in silumin prepared with optimum melting and casting technology Nr p *10 3, P, próbki kg/cm 3 LG 1 1 2,570 4,815 0,952 6,927 0,6226 2 2 2,506 7,185 0,928 10,601 0,9529 3 3 2,464 8,741 0,913 13,116 1,1789 Przekrój poprzeczny poszczególnych próbek pokazano na rysunku 3.1 (a-c) a) b) c) Rys. 3.1 (a-c). Przekroje poprzeczne próbek odpowiednio 1-3 dla optymalnej technologii wytapiania siluminów. Fig. 3.1 (a-c). Cross-sections of samples 1-3 adequately for optimum melting technology of silumins Wpływ udziału złomu obiegowego we wsadzie przedstawiono na rysunku 3.2 (a-c) i w tabeli 3.2. a) b) c) Rys. 3.2 (a-c). Wpływ udziału złomu obiegowego odpowiednio: 10; 20 i 30 na ilość i wielkość por w próbkach Fig. 3.2 (a-c). The influence of process scrap participation adequately: 10; 20 and 30 on the amount and size of porosity in samples
130 Tabela 3.2. Wpływ ilości złomu obiegowego na wartości stopnia zagazowania siluminu Table 3.2. The influence of scrap amount on the value of gas dissolution degree of silumin Nr Udział p *10 3, P, LG próbki złomu, kg/cm 3 1 4 10 2,110 21,852 0,782 38,292 3,4417 2 5 20 2,070 23,333 0,767 41,679 3,7461 3 6 30 2,030 24,815 0,752 45,198 4,0624 Z przedstawionych danych wynika, że wzrost udziału procentowego złomu obiegowego we wsadzie zwiększa stopień zagazowania siluminu. Istotnym jest, że zwiększenie intensywności rafinacji argonem oraz wydłużenie czasu jej trwania nie ma wpływu na stopień zagazowania siluminu. Wzrost temperatury przegrzania t p =850; 900 i 950C również powoduje zwiększenie stopnia zagazowania jak to pokazuje rysunek 3.3 (a-c) oraz dane w tabeli 3.3. a) b) c) Rys. 3.3 (a-c). Wpływ temperatury przegrzania t p odpowiednio 850; 900 i 950C na ilość i wielkość por w próbce kontrolnej Fig. 3.3 (a-c). The influence of superheating temperature t p adequately: 850; 900 and 950C on amount and size of porosity in test sample Tabela 3.3. Wpływ temperatury przegrzania t p =850; 900 i 950C na stopień zagazowania siluminu Table 3.3. The influence of superheating temperature t p = 850; 900 and 950C on gas dissolution degree of silumin Nr t p, p *10 3, P, próbki C kg/cm 3 LG 1 7 850 2,220 17,778 0,822 29,609 2,6613 2 8 900 2,204 18,370 0,816 30,819 2,7700 3 9 950 2,200 18,519 0,815 31,124 2,7974
131 Literatura [1-3] zaleca, aby zawartość strontu w siluminach była w zakresie 0,04-0,07. Większe jego ilości powodują tworzenie kruchych faz międzymetalicznych Si 2 Sr i SrAl 2 Si 2 oraz zwiększenie porowatości odlewów. W aspekcie przeprowadzonych badań wydaje się, że podany przedział ilości strontu jest znacznie zawyżony. Wpływ końcowej ilości strontu w siluminie, Sr=0,04; 0,05; 0,06; 0,07 na stopień jego porowatości przedstawiono w tabeli 3.4 oraz na rysunku 3.4 (a-d). Tabela 3.4. Wpływ Sr=0,04; 0,05; 0,06; 0,07 na stopień porowatości siluminu Table 3.4. The influence of Sr = 0,04; 0,05; 0,06; 0,07 on the porosity degree of silumin Nr Sr, p *10 3, P, próbki kg/cm 3 LG 1 10 0,04 2,407 10,852 0,892 16,670 1,4983 2 11 0,05 2,403 11,000 0,890 16,926 1,5213 3 12 0,06 2,270 15,926 0,841 25,941 2,3316 4 13 0,07 2,229 17,444 0,826 28,937 2,6009 a) b) c) d) Rys. 3.4 (a-d). Wpływ końcowej zawartości strontu odpowiednio: Sr=0,04; 0,05; 0,06; 0,07 w siluminie na porowatość próbek kontrolnych Fig. 3.4 (a-d). The influence of final content of strontium in silumin adequately: Sr=0,04; 0,05; 0,06; 0,07 on porosity of test samples Z przedstawionych danych wynika, że ze względu na stopień zagazowania siluminu, końcowa zawartość strontu nie powinna przekraczać 0,04. Przedstawione wyniki badań potwierdziły się również w siluminach zawierających 6,5-10,0 Si przy analogicznych ilościach pozostałych pierwiastków (tab. 2.1). Zwiększenie intensywności rafinacji i czasu jej trwania nie wpływa istotnie na zmniejszenie stopnia zagazowania siluminów, spowodowanego zbadanymi czynn i- kami technologicznymi.
132 4. WNIOSKI Z przedstawionych w pracy danych wynikają następujące wnioski: - stopień zagazowania siluminów jest sumą wielu czynników technologicznych, które należy zoptymalizować dla uzyskania wymaganych właściwości odlewów, - najsilniejszy wpływ na zwiększenie stopnia zagazowania siluminów wywiera dodatek złomu obiegowego do wsadu oraz ich temperatura przegrzania powyżej 850C. LITERATURA [1] Poniewierski Z.: Krystalizacja, struktura i właściwości siluminów, WNT, Warszawa, 1989. [2] Wasilewski P.: Siluminy- modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości, Monografia PAN, Komisja Odlewnictwa, z. 21, 1993. [3] Pietrowski S.: Siluminy, Wydawnictwo PŁ, Łódź, 2001. Pracę wykonano w ramach projektu celowego Nr 10 T08 080 2001 C/5426. SUMMARY INFLUENCE OF SELECTED TECHNOLOGICAL FACTORS ON GAS DISSOLUTION DEGREE OF SILUMINS It was revealed in the work, that: addition of process scrap into the charge which consist of clear pig sows, increase of superheating temperature and modification with strontium enlarge amount of gas dissolved in silumin AlSi11Mg. It was served the optimal values of these factors assuring smallest porosity of casts. Recenzował Prof. Janusz Braszczyński