KSZTAŁTOWANIE STRUKTURY NA PRZEKROJU ODLEWU Z SILNIE NADEUTEKTYCZNEGO STOPU Al-Si (Al-30%Si)

Podobne dokumenty
GEOMETRIA NADTOPIEŃ I STRUKTURA USZLACHETNIONYCH POWIERZCHNIOWO ODLEWÓW Z NADEUTEKTYCZNEGO STOPU Al-Si

MODYFIKACJA SILUMINU AK20. F. ROMANKIEWICZ 1 Politechnika Zielonogórska,

MODYFIKACJA SILUMINU AK20 DODATKAMI ZŁOŻONYMI

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AlSi7

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTURĘ I MORFOLOGIĘ PRZEŁOMÓW SILUMINU AK132

MODYFIKACJA SILUMINÓW AK7 i AK9. F. ROMANKIEWICZ 1 Uniwersytet Zielonogórski, ul. Podgórna 50, Zielona Góra

MODYFIKACJA STOPU AK64

ANALIZA KRZEPNIĘCIA I BADANIA MIKROSTRUKTURY PODEUTEKTYCZNYCH STOPÓW UKŁADU Al-Si

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

WPŁYW WARUNKÓW PRZESYCANIA I STARZENIA STOPU C355 NA ZMIANY JEGO TWARDOŚCI

MODYFIKACJA SILUMINU AK12. Ferdynand ROMANKIEWICZ Folitechnika Zielonogórska, ul. Podgórna 50, Zielona Góra

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA MIKROSTRUKTURĘ SILUMINÓW

MODYFIKACJA TYTANEM, BOREM I FOSFOREM SILUMINU AK20

WSKAŹNIK JAKOŚCI ODLEWÓW ZE STOPU Al-Si

KRYSTALIZACJA SILUMINU AlSi17 Z DODATKIEM Cr, Co i Ti

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

Silumin na odlewy motoryzacyjne i sposób kształtowania jego mikrostruktury i struktury geometrycznej powierzchni zwiekszającej odporność na zużycie

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE SILUMINU AlSi17Cu3Mg

ŻELIWNE ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE ODPORNE NA ZUŻYCIE ŚCIERNE

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

ANALIZA KRYSTALIZACJI STOPU AlMg (AG 51) METODĄ ATND

MODYFIKACJA STOPU Al-Si12 PROSZKIEM ZE STOPU Al-Si12

WPŁYW MODYFIKACJI NA STRUKTUR I MORFOLOGI PRZEŁOMÓW SILUMINU AK64

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWA STOPU C 355 KRZEPNĄCEGO W WARUNKACH SZYBKIEJ KRYSTALIZACJI

IDENTYFIKACJA FAZ W MODYFIKOWANYCH CYRKONEM ŻAROWYTRZYMAŁYCH ODLEWNICZYCH STOPACH KOBALTU METODĄ DEBYEA-SCHERRERA

WPŁYW TEMPERATURY WYGRZEWANIA NA UDZIAŁ FAZ PIERWOTNYCH W STRUKTURZE ŻAROWYTRZYMAŁEGO ODLEWNICZEGO STOPU KOBALTU

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

GEOMETRIA NADTOPIEŃ I WSPÓŁCZYNNIKI TERMICZNE PROCESU NADTAPIANIA ODLEWÓW ZE STOPU AZ91

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I TRYBOLOGICZNE SILUMINU NADEUTEKTYCZNEGO PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

OPTYMALIZACJA PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ SILUMINU ALSi17

SZACOWANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK9 NA PODSTAWIE METODY ATND

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK9

WPŁYW MAGNEZU I BIZMUTU NA MODYFIKACJĘ STOPU AlSi7 DODATKIEM AlSr10

MODYFIKACJA BRĄZU SPIŻOWEGO CuSn4Zn7Pb6

SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

ODLEWANIE KÓŁ SAMOCHODOWYCH Z SILUMINÓW. S. PIETROWSKI 1 Politechnika Łódzka, Katedra Systemów Produkcji ul. Stefanowskiego 1/15, Łódź

BADANIA MATERIAŁOWE ODLEWÓW GŁOWIC SILNIKÓW

ANALIZA KRZEPNIĘCIA I BADANIA MIKROSTRUKTURY STOPÓW Al-Si

KRYSTALIZACJA EUTEKTYKI W SILUMINACH NADEUTEKTYCZNYCH

WPŁYW ZABIEGÓW USZLACHETNIANIA NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

WPŁYW SZYBKIEJ KRYSTALIZACJI NA WYTRZYMAŁOŚĆ ZMĘCZENIOWĄ ODLEWÓW ZE STOPU C355

WPŁYW MODYFIKACJI NA PRZEBIEG KRYSTALIZACJI, STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE BRĄZU CYNOWO-FOSFOROWEGO CuSn10P

WPŁYW RODZAJU SILUMINU I PROCESU TOPIENIA NA JEGO KRYSTALIZACJĘ

ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA SILUMINÓW WIELOSKŁADNIKOWYCH

EKOLOGICZNA MODYFIKACJA STOPU AlSi7Mg

OKREŚLENIE TEMPERATURY I ENTALPII PRZEMIAN FAZOWYCH W STOPACH Al-Si

WPŁYW MODYFIKACJI SODEM LUB STRONTEM NA MIKROSTRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI MECHNICZNE STOPU AlSi7Mg

SILUMIN OKOŁOEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

DOBÓR PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPU AlSi7Mg0,3

33/15 Solidiiikation of Metlłls and Alloys, No. 33, 1997 Krzejlnięcic Metali i Stopów, Nr JJ, 1997

LEJNOŚĆ KOMPOZYTÓW NA OSNOWIE STOPU AlMg10 Z CZĄSTKAMI SiC

WPŁYW CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI MATERIAŁU NA GRUBOŚĆ POWŁOKI PO ALFINOWANIU

WPŁYW PARAMETRÓW SPAWANIA NA SPRAWNOŚĆ CIEPLNA I SPRAWNOŚĆ TOPIENIA PROCESU GTAW

REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE KOMPOZYTÓW AlSi13Cu2- WŁÓKNA WĘGLOWE WYTWARZANYCH METODĄ ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO

WPŁYW DOMIESZKI CYNKU NA WŁAŚCIWOŚCI SILUMINU EUTEKTYCZNEGO. A. PATEJUK Instytut Materiałoznawstwa i Mechaniki Technicznej WAT Warszawa

KRZEPNIĘCIE KOMPOZYTÓW HYBRYDOWYCH AlMg10/SiC+C gr

ZUŻYCIE ŚCIERNE STOPU AK7 PO OBRÓBCE MODYFIKATOREM HOMOGENICZNYM

ODPORNO NA KOROZJ WIELOSKŁADNIKOWYCH STOPÓW NA OSNOWIE Al-Mg

KRYSTALIZACJA I SKURCZ STOPU AK9 (AlSi9Mg) M. DUDYK 1, K. KOSIBOR 2 Akademia Techniczno Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko Biała

WYSOKOWYTRZYMAŁ Y SILUMIN CYNKOWO-MIEDZIOWY

KOMPOZYTOWE WARSTWY STOPOWE C Cr Mn NA ODLEWACH STALIWNYCH. Katedra Odlewnictwa Wydziału Mechanicznego Technologicznego Politechniki Śląskiej 2

Własności mechaniczne kompozytów odlewanych na osnowie stopu Al-Si zbrojonych fazami międzymetalicznymi

WPŁYW WYBRANYCH CZYNNIKÓW TECHNOLOGICZNYCH NA STOPIEŃ ZAGAZOWANIA SILUMINÓW

TWARDOŚĆ, UDARNOŚĆ I ZUŻYCIE EROZYJNE STALIWA CHROMOWEGO

KRYSTALIZACJA SILUMINU AK20 PO MODYFIKACJI FOSFOREM I SODEM

WYSOKOTEMPERATUROWE WŁASNOŚCI TRIBOLOGICZNE STOPÓW Fe-Al

WIELOMIANOWE MODELE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STOPÓW ALUMINIUM

KRZEPNIĘCIE STRUGI SILUMINU AK7 W PIASKOWYCH I METALOWYCH KANAŁACH FORM ODLEWNICZYCH

OCENA KRYSTALIZACJI STALIWA METODĄ ATD

WPŁYW TEMPERATURY ODLEWANIA NA INTENSYWNOŚĆ PRZEPŁYWU STOPÓW Al-Si W KANALE PRÓBY SPIRALNEJ BINCZYK F., PIĄTKOWSKI J., SMOLIŃSKI A.

WPŁYW PARAMETRÓW ODLEWANIA CIŚNIENIOWEGO NA STRUKTURĘ i WŁAŚCIWOŚCI STOPU MAGNEZU AM50

KOMPLEKSOWA MODYFIKACJA SILUMINU AlSi7Mg

FILTRACJA STOPU AlSi9Mg (AK9) M. DUDYK 1 Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Akademia Techniczno - Humanistyczna ul. Willowa 2, Bielsko-Biała.

ZMIANA WYBRANYCH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK9 PO OBRÓBCE METALOTERMICZNEJ

PARAMETRY EUTEKTYCZNOŚCI ŻELIWA CHROMOWEGO Z DODATKAMI STOPOWYMI Ni, Mo, V i B

KRYSTALIZACJA, STRUKTURA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI TECHNOLOGICZNE STOPÓW I KOMPOZYTÓW ALUMINIOWYCH

37/42 KSZTAL TOW ANIE WARSTWY WIERZCHNIEJ ODLEWU STOPU KOBALTU METODĄ GTAW. Zenon OPIEKUN STRESZCZENIE. l. WSTĘP

WPŁYW WIRUJĄCEGO REWERSYJNEGO POLA MAGNETYCZNEGO NA SEGREGACJĘ W ODLEWACH WYKONANYCH ZE STOPU BAg-3

ZMIANY MIKROSTRUKTURY I WYDZIELEŃ WĘGLIKÓW W STALIWIE Cr-Ni PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

WPŁYW TWARDOŚCI I MIKROSTRUKTURY STOPÓW ALUMINIUM NA UDARNOŚĆ

WYBRANE MASYWNE AMORFICZNE I NANOKRYSTALICZNE STOPY NA BAZIE ŻELAZA - WYTWARZANIE, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE

ZMĘCZENIE CIEPLNE STALIWA CHROMOWEGO I CHROMOWO-NIKLOWEGO

WYKORZYSTANIE ŁUKU ELEKTRYCZNEGO DO KSZTAŁTOWANIA STRUKTURY I GEOMETRII NADTOPIEŃ NA ODLEWACH ZE STOPU Al-Si

WPŁYW ALUMINIUM NA NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI I STRUKTURĘ STALIWA

ĆWICZENIE Nr 2/N. 9. Stopy aluminium z litem: budowa strukturalna, właściwości, zastosowania.

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA PARAMETRY KRYSTALIZACJI ŻELIWA CHROMOWEGO

S. PIETROWSKI 1 Katedra Systemów Produkcji, Politechnika Łódzka, ul. Stefanowskiego 1/15, Łódź

BADANIE PROCESU KRYSTALIZACJI ODLEWNICZYCH MATERIAŁÓW ODPORNYCH NA ŚCIERANIE

WPŁYW CHROMU, MOLIBDENU I WANADU NA STRUKTURĘ I WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE STALIWA DO PRACY NA GORĄCO

WPŁYW GRUBOŚCI ŚCIANKI ODLEWU NA MORFOLOGIĘ WĘGLIKÓW W STOPIE WYSOKOCHROMOWYM

MECHANIZM ODDZIAL YW ANIA FOSFORU W PROCESIE MODYFIKOWANIA SILUMINÓW NADEUTEKTYCZNYCH

Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr 26, 1996 P Ai'l - Oddział Katowice PL ISSN POCICA-FILIPOWICZ Anna, NOWAK Andrzej

Wpływ metody odlewania stopów aluminium i parametrów anodowania na strukturę i grubość warstwy anodowej 1

MODYFIKACJA BRĄZU CuSn8 I JEJ WPŁYW NA SEGREGACJĘ CYNY

STRUKTURA WARSTWY WIERZCHNIEJ ODLEWU ZE STOPU KOBALTU KSZTAŁTOWANA PLAZMĄ ŁUKU ELEKTRYCZNEGO Z. A. OPIEKUN 1, S. GUT 2

Transkrypt:

95/21 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 21(2/2) ARCHIVES OF FOUNDARY Year 2006, Volume 6, Nº 21 (2/2) PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 KSZTAŁTOWANIE STRUKTURY NA PRZEKROJU ODLEWU Z SILNIE NADEUTEKTYCZNEGO STOPU Al-Si (Al-30%Si) A. W. ORŁOWICZ 1, M. MRÓZ 2 Katedra Odlewnictwa i Spawalnictwa, Politechnika Rzeszowska ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów STRESZCZENIE Praca dotyczy doboru składu chemicznego i kształtowania mikrostruktury, a w szczególności wielkości wydzieleń pierwotnych krzemu w siluminie nadeutektycznym, celem poprawy odporności na zużycie ścierne. Zastosowano stop Al-30%Si zawierający dodatki stopowe (Ni, V, Cr). Poprzez zmianę szybkości chłodzenia uzyskano wydzielenia krzemu o maksymalnej długości od 25 µm do 71,4 µm. Uszlachetnianie powierzchniowe odlewu plazmą łuku elektrycznego pozwoliło uzyskać wielkość wydzieleń krzemu pierwotnego o maksymalnej długości 10 µm. Key words: hypereutectic Al-Si alloy, rapid solidification, silicon particles 1. WPROWADZENIE Producenci samochodów poszukują rozwiązań konstrukcyjnych, które umożliwiają obniżenie ciężaru silników poprzez zastosowanie stopów aluminium. Przyczyną szybkiego wzrostu zastosowania stopów aluminium z krzemem w przemyśle motoryzacyjnym jest ich wysoka wartość ilorazu wytrzymałości na rozciąganie i masy właściwej, dobra odporność na korozję, dobra przewodność cieplna, dobre właściwości technologiczne oraz niski koszt wytwarzania i przetwarzania. Stopu Al-Si są stosowane na bloki i głowice, tłoki, wsporniki, a w najnowocześniejszych konstrukcjach silników na tuleje cylindrowe. Zastosowanie stopów aluminium, szczególnie na elementy, od których wymaga się podwyższonej odporności na zużycie ścierne jest przedmiotem ciągłych prac naukowych. Dotyczą one kształtowania mikrostruktury, doboru 1 prof. dr hab. inż., aworlow@prz.edu.pl 2 dr inż., mfmroz@prz.edu.pl

parametrów profilu powierzchni trącej oraz ustalenia warunków pracy dla zapewniania wysokiej odporności na zużycie ścierne i niskiej podatności do zacierania. Wiadomo, że wraz ze wzrostem zawartości krzemu w stopach Al-Si podnosi się ich twardość i odporność na zużycie ścierne. Z uwagi na to komponenty odlewane, od których wymagana jest zadawalająca odporność na zużycie ścierne wykonuje się ze stopów o składzie nadeutektycznym. W stopach tych o odporności na zużycie ścierne decyduje rozłożenie i wielkość wydzieleń krzemu i innych twardych wydzieleń, takich jak fazy międzymetaliczne, zawierające żelazo, czy też celowo wprowadzone cząstki Al 2 O 3 lub SiO 2. Zazwyczaj za wskaźnik kontroli odporności na zużycie ścierne materiału przyjmuje się jego twardość, zakładając, że im wyższa jest twardość tym wyższa jest odporność na zużycie ścierne. Jest to pewne uproszczenie, ponieważ o szybkości zużycia ściernego decyduje twardość materiału na wierzchołkach nierówności, a nie jego makrotwardość. Z punktu widzenia odporności na zużycie ścierne należy tak kształtować mikrostrukturę materiałów, aby zminimalizować w parze trącej powierzchnię kontaktu twardych i miękkich składników struktury [1]. W przeciwnym wypadku twarde składniki w jednym elemencie pary trącej będą intensywnie niszczyć obszary zawierające miękkie składniki struktury w drugim elemencie pary trącej. Dla przeciwdziałania temu zjawisku należy tak dopracować technologię wytwarzania odlewu, aby uzyskać rozdrobnienie i równomierne rozłożenie twardych składników strukturalnych w materiale elementów pary trącej. Zagadnieniu temu poświęcono wiele prac, a mimo to problem nie został w pełni rozwiązany. Przy opracowaniu technologii wytwarzania odlewów z nadeutektycznego stopu Al-Si celem rozdrobnienia mikrostruktury, stosuje się modyfikację ciekłego stopu oraz szybkie chłodzenie, celem uzyskania dużego przechłodzenia podczas krzepnięcia. Modyfikację siluminu nadeutektycznego prowadzi się najczęściej zaprawą miedźfosfor. Ilość wprowadzonego fosforu powinna zawierać się w przedziale 0,05-0,2% [2-4]. Efekt modyfikacji można spotęgować poprzez chlorowanie stopu. Według [2] zabieg ten uaktywnia działanie zarodków AlP. Według [2,3] dodatek tytanu (0,2% Ti) i boru (0,2%B) wpływa korzystnie na rozdrobnienie pierwotnych wydzieleń krzemu. Tytan i bor oddziaływują ponadto korzystnie w kierunku tworzenia drobnoziarnistej struktury osnowy. Skuteczny efekt rozdrobnienia krzemu pierwotnego uzyskać można jedynie w przypadku stopu, w których wydzielania krzemu uległy całkowitemu rozpuszczeniu w cieczy. W tym celu zaleca się przegrzanie stopu o 80 0 C powyżej temperatury likwidus [4]. W pracy [3] zleca się przegrzanie stopu do temperatury 850-950 0 C i wytrzymaniu go w tej temperaturze w czasie od 1 do 2 godzin. W celu uzyskania drobnych wydzieleń faz utwardzających stosuje się techniki metalurgii proszkowej [5,6]. Coraz częściej stosowane są również kompozyty hybrydowe Al-Si/Al 2 O 3, Al- Si/SiC [7]. Interesujące może być również zastosowanie techniki natryskowej [8,9] oraz techniki uszlachetniania powierzchniowego odlewów skoncentrowanym strumieniem ciepła [10,11]. Przy zastosowaniu tych dwóch ostatnich technik strukturę materiału kształtuje się w warunkach szybkiej krystalizacji, co skutkuje silnym rozdrobnieniem 304

mikro-struktury warstwy wierzchniej odlewu. Dla podwyższenia odporności na zużycie ścierne siluminów nadeutektycznych duże znaczenia ma umocnienie roztworu stałego α, co powoduje zmniejszenie tendencji do wyrywania cząstek twardych faz z osnowy [2]. Prace polskich naukowców [12-13] wykazały, że zastosowanie dodatków pierwiastków wysokotopliwych znacznie podwyższa właściwości użytkowe siluminów nadeutektycznych. Potwierdzają to również wyniki pracy [4] dotyczącej nowego stopu nadeutektycznego Al-Si o podwyższonej odporności na zużycie ścierne. Prace dotyczące odporności na zużycie ścierne i podatności na zacieranie nadeutektycznego stopu Al-Si, który miałby być zastosowany na tuleje silników spalinowych muszą być poprzedzone uzyskaniem zróżnicowanej mikrostruktury, z uwagi na wielkość, kształt i rozłożenie twardych wydzieleń, w szczególności wydzieleń krzemu. Pozwoli to w kolejnym etapie badań na uzyskanie, z zastosowaniem specjalnej techniki, struktury geometrycznej profilu gładzi cylindra silnika, gwarantującej dobre rozłożenie środka smarnego. 2. METODYKA BADAŃ Cel i zakres badań Celem niniejszej pracy było opracowanie odlewów z silnie nadeutektycznego stopu (Al-30%Si) o zróżnicowanej morfologii wydzieleń krzemu pierwotnego. Chcąc osiągnąć postawiony cel należało uwzględnić następujące zagadnienia: dobór składu chemicznego, dobór formy odlewniczej zapewniającej warunki chłodzenia, gwarantujące uzyskanie zróżnicowanej mikrostruktury odlewu, uszlachetnianie warstwy wierzchniej odlewu skoncentrowanym strumieniem ciepła dla uzyskania super drobnych wydzieleń krzemu pierwotnego, ocenę maksymalnej długości wydzieleń krzemu pierwotnego. Materiał do badań W oparciu o dane literaturowe [4,12,13-18] i badania własne zdecydowano, że stop do badań będzie miał następujący skład chemiczny: 30-32%Si, 0,5-0,6%Fe, 1,4-1,6%Cu, 0,4-0,6%Mn, 1,2-1,4%Mg, 1,1-1,3Ni, 0,3-0,5%V, 0,4-0,6Cr, <0,1%Zn, 0,1%Ti, 0,1%B, 0,05%P, <0,01%Sn, reszta Al. Stop przygotowano na bazie aluminium hutniczego oraz czystych metali i stopów wstępnych dla wprowadzenia manganu, niklu i wanadu, chromu oraz tytanu i boru. Stop wykonano z wykorzystaniem pieca indukcyjnego o pojemności 50kg. Temperatura wygrzewania ciekłego metalu wynosiła 900 o C. Stop modyfikowano zaprawą miedźfosfor, a następnie zaprawą Ti-B. Odlewy płyt o wymiarach 30x80 mm u podstawy i wysokości 300 mm uzyskano z formy metalowej (rys.1) podgrzanej do temperatury 300 o C. Podstawę odlewu odtwarzano ochładzalnikiem stalowym chłodzonym wodą przepływającą kanałem chłodzącym. Ochładzalnik zastosowano w celu zróżnicowania mikrostruktury na wysokości odlewu. Metal zalewano do formy od góry. 305

a) b) Rys.1. a) Forma metalowa do wytwarzania odlewów płyt o zróżnicowanej mikrostrukturze- a) Schemat pobierania próbek -b). Fig. 1. a) Metal mold for making plate castings of differentiated microstructure; b) Sampling diagram. Z odlewów wycięto plastry o grubości 10 mm (rys.1). Ze środkowej części plastrów wykonano próbki do badań metalograficznych, tak aby umożliwić ocenę mikrostruktury w odległości 10, 20, 30, 60 i 90 mm od ochładzalnika. Wycinanie próbek wykonano z zastosowanie przecinarki metalograficznej Labotom 3, firmy Struers, tarczą Supra TRD 15. W trakcie cięcia tarcze i próbki były intensywnie chłodzone wodą. Jeden odlew płyty poddano uszlachetnianiu powierzchniowemu techniką szybkiej krystalizacji. Nadtopienia warstwy wierzchniej wykonano metodą GTAW z wykorzystaniem urządzenia Faltig 315AC/DC. Stosowano elektrodę wolframową o średnicy 4 mm, umocnioną tlenkiem toru WTh2. Nadtopienia wykonano z zastosowaniem prądu przemiennego w atmosferze helu. Przepływ helu ustawiono na poziomie 20 l/min. Stosowano natężenie prądu I = 300A, prędkość skanowania łukiem elektrycznym v s = 800 mm/min. Z odlewu płyty uszlachetnionej powierzchniowo szybką krystalizacją wycięto próbki do badań metalograficznych. Cięcia wykonano w płaszczyźnie prostopadłej do osi wzdłużnej nadtopień, dbając przy tym o to, aby tarcza i próbka były intensywnie chłodzone wodą. 3. WYNIKI BADAŃ Badania metalograficzne Próbki po wypolerowaniu i wytrawieniu poddano obserwacji z zastosowaniem mikroskopu Neophot 2. Mikrostrukturę odlewu płyty w obszarach odległych od ochładzalnika o 10, 20, 30, 60 i 90 mm przedstawiono na rysunku 2 a-e. Mikrostrukturę warstwy wierzchniej odlewu uszlachetnionego plazmą łuku elektrycznego przedstawiono na rysunku 2 f. 30 306

a) b) c) d) e) f) Rys.2. Mikrostruktura odlewu płyty w obszarach odległych od ochładzalnika o a) 10 mm, b) 20 mm, c) 30 mm, d) 60 mm, e) 90 mm. Mikrostruktura warstwy wierzchniej odlewu płyty uszlachetnionej plazmą łuku elektrycznego (I = 300A, vs = 800 mm/min, hel) f). Fig. 2. Microstructure of plate casting in areas distant from chiller by: a) 10 mm, b) 20 mm, c) 30 mm, d) 60 mm, e) 90 mm. Microstructure of surface layer of plate casting refined with electric arc plasma (I = 300 A, vs = 800 mm/min, helium) f). 307

Ocena wartości parametru strukturalnego L max Si Ocena parametru strukturalnego L max Si maksymalna długość wydzieleń krzemu wykonano z zastosowaniem mikroskopu optycznego Neophot 2 wyposażonego w zaawansowany system analizy obrazu MultiScan v.08. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli 1. Wyniki te są średnią z 20 pomiarów dla każdego analizowanego obszaru. Szereg autorów przy analizie wydzieleń krzemu uwzględnia również wydzielenia faz międzymetalicznych, przyjmując, że oddziaływują one na właściwości użytkowe odlewów ze stopów Al-Si podobnie jak wydzielenia krzemu. W wykonanej analizie nie uwzględniono wydzieleń faz międzymetalicznych, które były zwykle mniejsze niż wydzielenia krzemu. Tabela 1. Wartości parametru strukturalnego L max Si - maksymalna długość wydzieleń krzemu. Table 1. Value of structural parameter L max Si - maximum length of silicon precipitate. Odległość od ochładzalnika, mm 10 20 30 60 90 L max Si, µm 25,0 35,7 50,0 57,1 71,4 L max Si w obszarze uszlachetnionym plazmą łuku elektrycznego (I = 300A, v s = 800 mm/min, hel) 10 µm Analiza wyników badań W przypadku odlewów tulei cylindrycznych najważniejszą obróbką z punktu widzenia trwałości cylindra jest obróbka gładzi. Otwór cylindra jest obrabiany poprzez honowanie. W procesie honowania dąży się do uzyskania odpowiedniej powierzchni nośnej cylindra. Z uwagi na zabezpieczenie wydzieleń krzemu przed ich wyrywaniem z osnowy w trakcie obróbki mechanicznej powinny one być odpowiednio małe. W trakcie honowania powierzchnia kryształów krzemu ulega wygładzeniu, stanowiąc część powierzchni gładzi. Kryształy krzemu są następnie eksponowane przez usunięcie specjalną techniką cienkiej warstwy osnowy. W ten sposób utworzone zostają zagłębienia pomiędzy kryształami krzemu, które stanowią zbiorniki oleju. Wyniki badań dotyczące wpływu wielkości wydzieleń pierwotnych krzemu na zużycie ścierne wskazują, że w miarę zmniejszania wielkości wydzieleń krzemu odporność stopu na zużycie ścierne rośnie. Dostępne wyniki badań i doświadczenie własne autorów pracy wskazują, że dla doboru mikrostruktury materiału na tuleje, z uwagi na wielkość wydzieleń krzemu należ skupić się nad badaniami stopu o maksymalnej wielkości wydzieleń krzemu pierwotnego od 10 µm do 70 µm. Taką wielkość wydzieleń uzyskano dla stopu o składzie opracowanym dla potrzeb pracy 4. PODSUMOWANIE Poprzez dobór składu chemicznego siluminu nadeutektycznego i szybkości chłodzenia stopu uzyskano wydzielenia krzemu pierwotnego o maksymalnej długości od 25 do 71,4 µm. 308

Powierzchniowe uszlachetnianie odlewu ze tego stopu z wykorzystaniem plazmy łuku elektrycznego pozwoliło na obniżenia wartości maksymalnych, pierwotnych wydzieleń krzemu do 10 µm.. Badania zużycia ściernego i podatności na zacieranie nadeutektycznego stopu Al-Si różniącego się wielkością wydzieleń pierwotnych krzemu pozwoli na ustalenie najkorzystniejszej ich wartości z uwagi na niezawodność pracy pary trącej w układzie tuleja-pierścień-tłok. LITERATURA [1] Subramanian C.: Some consideration towards the design of a wear resistant aluminum alloy. Wear, 155, 1992, 193-205. [2] Poniewierski Z.: Modyfikacja siluminów. WNT, Warszawa, 1966. [3] Pietrowski S.: Siluminy. Politechnika Łódzka, 2001. [4] Andrews J.B, Senevirante M.V.C: A new alloys, highly wear resistant aluminumsilicon casting alloys for automotive engine block applications. AFS Transactions, 53, 1984, 209-216. [5] Prasad B.K., Venkateswarku K., Modi O.P., Yegneswaran A.H.: Influence of the size and morphology of silicon particles on the physical, mechanical and tribological properties of some aluminum-silicon alloys. Journal of Materials Science Letters, 15, 1996, 1773-1776. [6] Timmermans G., Froyen L.: Tribological performance of hypereutectic P/M Al-Si during sliding in oil. Wear, 231, 1999, 77-88. [7] Alps A.T., Zhang J.: Effect of microstructure (particulate size and volume friction) and counterface material on the sliding wear resistance of particulate-reinforced aluminum matrix composites. Metall. Trans., A25, 1994, 969-983. [8] Zhou J., Duszczyk J., Korevaar B.M.: As spray-deposited structure of an Al-20Si- 5Fe osprey perform and its development during subsequent processing. J. Mater. Sci., 26, 1991, 5257-5291. [9] Feng Wang, Yajun Ma, Zhengye Zhang, Xiaohao Cui, Yuansheng Jin: A comparison of the sliding wear behavior of a hypereutectic Al-Si alloy prepared by spray-deposition and conventional casting methods. Wear, 256, 2004, 342-345. [10] Orłowicz W, Mróz M.: Structure and operational characteristics of castings of LM25 with surface layer refined by rapid solidification. Int. Journal of Cast Metals Research, vol.15, 2002, 67-74. [11] Orłowicz W., Mróz M.: Study on suscebility of Al-Si alloy castings to surface refinement with TIG arc. Zeitschrift für Metallkunde, 96, 2005, 12, 1391-1397. [12] Pietrowski S.: Silumin wieloskładnikowy. Opis patentowy, PL179730, 1996. [13] Piątkowski J, Binczyk F.: Przyczyny powiększania twardości siluminu AlSi17 z dodatkami stopowymi po obróbce cieplnej. Archiwum Nauki o Materiałach, 23, 2002, 337-349. [14] Pietrowski S.: Silumin nadeutektyczny z dodatkami Cr, Mo, W i Co. Krzepnięcie Metali i Stopów, 38, 1998, 109-118. 309

[15] Binczyk F, Piątkowski J.: Krystalizacja siluminu AlSi17 z dodatkami Cr, Co i Ti. Archwum Odlewnictwa, 3, 9, 2003, 39-44. [16] Ott R.D., Blue C.A., Santella M.L., Blau P.J.: The influence of a heat treatment on the tribological performance of a high wear resistant high Si Al-Si alloy weld overlay. Wear, 251, 2001, 868-874. [17] Informacje firmy KS Aluminum Technologie AG Division of Kolbenschmidt Pitsburg. [18] Jorstadt J.L.: Applications of 390 alloy an update. AFS Transactions, 1984, 84-116. SHAPING OF CROSS-SECTIONAL STRUCTURE OF CASTING OF STRONGLY HYPEREUTECTIC Al-Si ALLOY (Al-30%Si) SUMMARY Selection of chemical composition and microstructure shaping are discussed, in particular the size of primary silicon precipitates in hypereutectic silicon in order to improve the resistance to wear of cast combustion-engine elements. The applied alloy, Al-30%Si, contains alloying additives (Ni, V, Cr). The primary silicon precipitates of maximum length from 25.0 µm to 71.4 µm were obtained through cooling rate variation. Surface refinement of castings with electric arc plasma permitted obtaining of primary silicon precipitates of maximum length 10 µm. Praca realizowana w ramach projektu badawczego KBN Nr 3 T08C 007 29 Recenzował: prof. Józef Gawroński. 310