26/25 Solidifikation or l\lctals and Alloys, No 26, 1996 1\n.e)mięcie l\letali i Stopów, Nr 26, 1996 PAN - Oddzial Katowice J>t. ISSN 0208-9386 OCENA MODYFIKACJI PIERWOTNEJ l WTÓRNEJ ZA POMOCĄ JEDNOCZESNEJ ANALIZY METOD1\ A TO l AED SILUMINU AISiMg (AK9) DUDYK Maksymilian, CIUĆKA Tomasz, PEZDA Jacek, WASILEWSKI Przemysław Filia Połitechniki Łódzkiej w Bielsku-Białej, ul. Willowa 2, 43-309 Bielsko-Biała W pracy przedstawiono wyniki badań procesu krystalizacji metodą jednoczesnej rejestracji ATO i AED siluminu podeutektycznego A1Si9Mg (AK9). Na podstawie otrzymanych wykresów krzepnięcia stopu rafinowanego, modyfikowanego (modyfikacja pierwotna i wtórna) tytanem i strontem. Określono powstałe fazy i charakterystyczne punkty procesu krystalizacji badanego stopu, oraz stopień modyfikacji mający wpływ na właściwości mechaniczne stopu. l. WPROWADZENIE W siluminie hutniczym AK9 (AISi9Mg) według PN-76/H-88027 występują oprócz podstawowych składników aluminium, krzemu, manganu i magnezu również zanieczyszczenia np. cynk, żelazo, miedź. W zwiazku z tym na krzywych krzepnięcia występują efekty cieplne i przewodnościowe bedące skutkiem powstawania odrębnych faz i eutektyk. Przedstawione w referacie badania dotyczą stopu AISi9Mg (AK9) o składzie chemicznym: Stop ten został poddany rafinacji Rafalem l w ilości 0.4%, a następnie modyfikacji zaprawą strontową 0.08% i zaprawą tytanową 0.2% masy wsadu (4,5]. Badanym stopem o temperaturze 700 oc zalewano jednoczesnie formę skorupową z próbkami do analizy ATO i AED. Schemat stanowiska pomiarowego przedstawiony jest w pracach [1,2]. Wykonane badania umożliwiły jednoczesne uzyskanie odpowiednich wykresów zł ożonych z krzywej krzepniecis T (t), jej pochodnej dt/dt [ATD] oraz krzywej przewodności elektrycznej o (t) i jej pochodnej do/dt.
200 2. WYNIKI BADAŃ Krzywe ATD i AED dla siluminu podeutektycznego A1Si9Mg (AK9) rafinowanego F G (r1s/u:) CCI's:J o. 2~ 2 --- 0.20-2 - 1 0.1~ - 6 0.10-8 F' 0.05 l O - 12 Rys. l Krzywe krzepnięcia T i przewodnosci elektrycznej o- oraz ich pochodne (dtidt, do-/dl) stopu AK9 rafinowanego, odlewanego do formy skorupowej. Krzywe ATD i AED dla siluminu podeutektycznego A1Si9Mg (AK9) modyfikowanego przedstawiono na rysunkach 2-4. [115".:) CC 10.0 ;>'[)() -2-1 - 6 -e 10 12 100 HIO 200 Rys. 2. Krzywe krzepnięcia T i przewodności elektrycznejaoraz ich pochodne (dt/dt, do-/dl) dla stopu AK9 modyfikowanego strontem. odlewanego do formy skorupowej. l+
201 (f1s/,.) CC [MS/UJ to. o 2 d T l dt <500 p.l ~: ~-"'Mfl~l pa.-~ 0.1 9.0, 0.3 a. o 530 -- 7.0 6.0 ~.o t. o 3.0 300 1!10 100 -H o eo loo l li() 20C 2\iO 30C 3150 Csl Rys. 3. Krzywe krzepnięcia T i przewodności elektrycznej a oraz ich pochodne (dt!dt. daldt) stopu AK9 modyfikowanego tytanem, odlewanego do formy skorupowej. 0.2 O. l o. o CC/ Il -z -1-6 -s -lo -12-16 Rys. 4. Krzywe krzepnięcia T i przewodności elektrycznej a oraz ich pochodne (dt!dt, dal dl) stopu AK9 modyfikowanego strontem i tytanem, odlewanego do formy skompowej.
202 [t1s/o] IC [/1S/H] rc,.l 10.0 700 Me 2 9.0 6tiO 0.20-2 e. o owo -4 0.15 7.0 550-6 6.0 600 5.0 o.oe '150 0.10-8 lo -12 l. O -1'1 '100 0.00 _,, 3.0 o 50 100 IeO 200 2W 300 300 [s] Rys. 5. Porównanie stopu AK9 rafinowanego i modyfikowanego, odlewanego do formy skorupowej. Charakterystyczne punkty procesu krystalizacji zarejestrowane metodą ATD i AED przedstawione na rysunku l - stop rafinowany i rysunku 4 - stop modyfikowany. Ich wartości liczbowe odczytane na podstawie krzywych krzepnięcia T i przewodności elektrycznej s jednocześnie porównując rzeczywisty czas krzepnięcia faz, co zostało przedstawione w tabeli l -dla metody ATD i w tabeli 2- dla metody AED. Punkt A określa maksymalny efekt cieplny krystalizacji dendrytów aluminium. W obszarze ograniczonym punktami B - C ciecz wzbogaca się w krzem [3]. W punkcie D występuje przechłodzenie zaczynającej krzepnąć eutektyki AJ+Si, a w punkcie E mamy początek równowagowego krzepnięcia tej eutektyki. Punkt F określa powstawanie potrójnej eutektyki AJ+Mg2Si+Si. Krystalizacja stopu kończy się w punkcie G. Dla metody AED punkty charakterystyczne odpowiadające punktom z metody ATD zaznaczono literami z indeksem Czas wystepowania poszczególnych punktów charakterystycznych dla metody A TD nie zawsze jest jednakowy dla punktów określonych metodą AED. Różnica ta spowodowana jest sposobem pomiaru: - ATD /pomiar punktowy/, - AED l pomiar w objętości materiału /.
203 Tabela l Ch ara kt erystyl k a k crysta l IZaCJI pierwotnej 1 wtornej SI '] ummu AJS l '9M 1g meto d 1ą ATD Sto rafinowany Stop modyfikowan) Por. stopów punkt temperatura czas punkt temperatura c za~ L'iT L'it charakteryst. (OC) (s) charakteryst. (OC) (s) (OC) (s) A 591 15.5 A 601 12 10-3.5 B 587 22 B 595 18 8-4 c 577 31 c 570 38-7 7 D - - D 564 51 - - E 573 39 E 568 63-5 24 F 553 146 F 550 148-3 2 G 534 166 G 530 160-4 -6 Tabela 2 Ch ara k terystyl k a k crysta l IzaCJI pierwotnej 1 wtornej SI '] ummu AJS'!9 M lg meto d lą AED Sto rafinowany Stop modyfikowan) Por. stopów punkt przewodność czas punkt przewodność czas 6 przew. L'it charakteryst. (MS/m) (s) charakteryst. (MS/m) (s l (MS/m) (s) A' 3.5 14 A' 3.6 12 0.1-2 B' 4.1 26.5 B' 3.8 18-0.3-8.5 C' 4.5 38.3 C' 4.3 32-0.2-6.3 D' - - D' 4.8 51 - - E' 4.6 48 E' 5.0 58.5 0.4 10.5 F' 6.1 133 F' 7.0 135 0.9 2 G' 7.3 207 G' 6.0 208-13 l 3. WNIOSKI Z przeprowadzonych badań wynikają następujące wnioski: - Charakterystyczne punkty i powstałe fazy w procesie krystalizacji siluminu AlSi9Mg (AK9) wyznaczone metodą ATD można również zaobserwować na krzywych metody AED. - Dodatek tytanu jako modyfikatora fazy a powoduje wzrost temperatury krystalizacji (pkt.a) przy jednoczesnym skróceniu czasu jej trwania, co m. in. jest spowodowane zwiększeniem ilo ś ci zarodków krystalizacji. Odzwierciedleniem tego zjawiska w metodzie AED jest wzrost przewodności (pkt. A') oraz skrócenie czasu powstawania fazy a. - Stop rafinowany charakteryzuje się brakiem przechłodzenia eutektyki Al+Si (pkt.d) i wyższą temperaturą krzepni ęc ia tejże fazy w stosunku do stopu modyfikowanego (pkt.e).
204 Czas krzepnięcia eutektyki stopu modyfikowanego jest wydłużony w stosunku do stopu rafinowanego. Podobny efekt można zauważyć na krzywych AED - wyższa przewodność i dłuższy czas krzepnięcia dla stopu modyfikowanego (pkt.e'). -Powstawanie eutektyki potrójnej Al+MgzSi+Si jest wyraźniej zauważalne w metodzie AED (pkt.f') niżjej efekt cieplny w metodzie ATD (pkt.f). 4. LITERA TURA [l] Dudyk M., Minkus K.: Opracowanie metody Analizy Elektryczno- Deriwacyjnej (AED) do badania krystalizacji siluminów. Krzepnięcie Metali i Stopów, Z. 19, s. III - 115. Wyd. PAN Oddz. Katowice 1994. [2] Dudyk M., Minkus K.: Analiza Elektryczno - Deriwacyjna siluminu okołoeutektycznego A!Si11 (AK11). Zjawiska Fizyko- chemiczne w Odlewnictwie. S 183-190. Wyd. PAN, Komisja Budowy Maszyn, Oddz. Poznań, Zielona Góra 1994. [3] Pietrowski S., Władysiak R.: Ocena Krystalizacji Siluminów Podeutektycznych Syntetycznych Metodą ATD. Krzepnięcie Metali i Stopów. Z. 22, s. 46-53. Wyd. P AN Oddz. Katowice 1995. [ 4] Poniewierski Z.: Krystalizacja, struktura i właściwości siluminów. WNT, Warszawa 1989. [5] Wasilewski P.: Siluminy- modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości. Monografia. PAN, Krzepnięcie Metali i Stopów, Z. 21, 1992.