ANALITYCZNE ZALEŻNOŚCI POMIĘDZY WARUNKAMI KRZEPNIĘCIA STOPÓW ALUMINIUM, A WŁASNOŚCIAMI MECHANICZNYMI I PARAMETRAMI STRUKTURY

22/9 Archives of Foundry, Year 2003, Volume 3, 9 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2003, Rocznik 3, Nr 9 PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 ANALITYCZNE ZALEŻNOŚCI POMIĘDZY WARUNKAMI KRZEPNIĘCIA STOPÓW ALUMINIUM, A WŁASNOŚCIAMI MECHANICZNYMI I PARAMETRAMI STRUKTURY M. HAJKOWSKI 1 Instytut Technologii Materiałów Politechniki Poznańskiej ul. Piortowo 3, 61-138 Poznań STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki badań nad określeniem analitycznych zależności między właściwościami mechanicznymi odlewów a parametrami struktury i warunkami krzepnięcia (gradient temperatury, kąt nachylenia gradientu temperatury względem osi walca). Badano warunki krzepnięcia za pomocą symulacji i doświadczalnie. Określono jakim zbiorem danych z odlewów (stopy, jakość metalurgiczna, warunki krzepnięcia) należy uczyć sieci neuronowe. Key words: aluminum alloys, solidification, structure, mechanical properties, neural networks 1. WPROWADZENIE Wiedza o prognozowaniu właściwości mechanicznych, niezbędna podczas projektowania odlewów powinna zawierać opisy zależności tych właściwości z wszystkimi istotnymi parametrami struktury krystalicznej. Struktura ta powstaje w różnych warunkach krzepnięcia i zależy głównie od modułu krzepnięcia o dlewu, zróżnicowania szybkości stygnięcia zależnej od użytych materiałów formy, a z drugiej strony od jakości metalurgicznej stopu w stanie ciekłym, np. od warunków topienia i pozapiecowej obróbki stopu w tym również jego modyfikacji. Struktura krystaliczna ma najsilniejszy wpływ na granicę plastyczności przedstawiona jest w literaturze jako związek o charakterze empirycznym: z wielkością krystalitu czego przykładem jest opisane poniżej: 1 dr inż., mieczyslaw.hajkowski@put.poznan.pl

163 równanie Halla-Petcha [1, 2, 3] p = o + K y d 0,5 (1) równanie Halla-Petcha zmodyfikowane przez Marckrotta [4] (dwie fazy) p = os + K 1 d 0,5 + K 2 g 0,5 (2) gdzie: K y, K 1 ; K 2 - współczynniki odpowiednio przypisane stopowi, fazie 1 i 2, np.: w stopie Al-Si, K 1 odnosi się do fazy i wynosi 0,5K d (K d - współczynnik w funkcji p = od + K d d 0,5 ), K 2 do wydzieleń Si w eutektyce i wynosi 0,5K g (K g - współczynnik w funkcji p = og + K g g 0,5 ), d, g - grubości faz np.: w stopie Al-Si: d - podeutektycznej fazy, g -wydzieleń Si w eutektyce, os =( od + og )/2, o, od og - naprężenie potrzebne do pokonania oporu własnejsieci krystalograficznej, Właściwości mechaniczne najczęściej są opisywane zależnościami statystycznymi, które zawierają dowolnie wybrane składniki stopu lub udział fazy (faz) albo parametr (parametry) struktury krystalicznej odlewów. Przedstawione w literaturze zależności granicy plastyczności w funkcji parametrów struktury krystalicznej uwzględniają tylko wielkość głównych wydzieleń (d, g) a pozostałe parametry struktury krystalicznej stopu są opisane globalnie współczynnikami. Taki opis może być stosowany do określenia związku np. granicy plastyczności dla odlewanych materiałów izotropowych. Prognozowanie i ocena właściwości mechanicznych odlewów powinna się opierać na analizie wpływu wszystkich istotnych parametrów struktury krystalicznej na daną właściwość z uwzględnieniem zmiany składu chemicznego stopu, procesów pozapiecowych i warunków krzepnięcia. Czynnikami decydującymi o właściwościach mechanicznych odlewu ze stopu podeutektycznego, poza atomami domieszki (drugiego pierwiastka), są : kąt nachylenia krystalitów względem kierunku obciążenia-, granice krystalitów (d 1,d 2 rys.1), wydzielenia drugiej fazy (g, l rys.1), stopień wzajemnej orientacji krystalitów fazy, charakteryzujący położenie krystalitów względem siebie- Z i dyslokacje powstałe podczas stygnięcia odlewu (krzepnięcie, przemiany fazowe). Rozłożenie krzemu (kąt nachylenia względem kierunku obciążenia- i stopień wzajemnej orientacji- Z) jest niezmienne w warunkach cieplnych stygnięcia odlewu Al- Si w formie odlewniczej ponieważ: w stopie niemodyfikowanym krzem jest ułożony w osnowie w sposób nazywany rozetowym [5] (kulisty szkielet płytkowy); płytki Si są usytuowane bez wyróżnienia uprzywilejowanego kierunku co oznacza, że średni kąt Si wynosi ok. 45 a stopień wzajemnej orientacji Z Si 0, w stopie modyfikowanym krzem ma postać włóknistą [6] różnie rozłożoną (kulisty szkielet włóknisty). W związku z czym także Si 45 i Z Si 0.

164 Rys. 1. Charakterystyczne wymiary dendrytu i wydzieleń Si w eutektyce Fig. 1. Characteristic dimensions of a dendrite and Si-separation in the eutectic Celem pracy było określenie zależności wybranych właściwości mechanicznych z istotnymi parametrami struktury krystalicznej opisanej warunkami krzepnięcia oraz prognozowanie właściwości mechanicznych w układzie struktura-warunki krzepnięcia, ponieważ takie są uwarunkowania fizyczne. 2. BADANIA WARUNKÓW KRZEPNIĘCIA, STRUKTURY KRYSTALICZNEJ I WŁASCIWOSCI MECHANICZNYCH 2.1. Metodyka badań Do badań przyjęto walcowy kształt odlewu ze względu na jego osiową s ymetrię i wynikające stąd ułatwienia w modelu cieplnym i opisie parametrów struktury krystalicznej. Stosowano trzy stopy aluminium zawierające 6,8 % Si i 0,13 % Fe; 8,7 % Si i 0,024 % Fe; 9,5 % Si i 0,32 % Fe. Warunki krzepnięcia odlewów zmieniano stosując różne materiały na formy odlewnicze, w które odlewano stopy niemodyfikowany i modyfikowany strontem (0,03% masy wsadu). Warunki krzepnięcia odlewów opisano średnim wypadkowym gradient temperatury (w pracy posłużono się średnim gradientem G x, G y - odpowiednio w kierunku x tj. promienia walca, w kierunku y tj. osi walca, wyznaczonym na podstawie krzywych stygnięcia) w obszarze wzrostu fazy, który określono z zależności: G w 2 x 2 y G G (3) i kątem nachylenia średniego wypadkowego gradientu temperatury względem osi walca, który obliczono z zależności: G x β G arctg (4) G y

165 Badania struktury krystalicznej zrealizowano za pomocą komputerowego analizatora obrazu Multiscan i mikroskopu skaningowego firmy LEO (typ 1430). Badania właściwości mechanicznych wykonano na maszynie wytrzymałościowej firmy Roel & Korthaus (typ RKM 250/50) wyposażonej w ekstens ometr elektroniczny. 2.2. Wyniki badań i ich analiza Badania warunków krzepnięcia Wyniki badań średniego wypadkowego gradientu temperatury przedstawiono w tab.1, a kąta jego nachylenia względem osi walca w tab.2. Tablica 1. Średni wypadkowy gradient temperatury G w w obszarze wzrostu dendrytów fazy w odległości x=5mm od osi walca Table 1. Average resultant temperature gradient G w in the -phase dendrite growth region in the distance x=5mm from cylinder axis Odległość Średni wypadkowy gradient temperatury - G w, o C/cm Stop od podstawy walca, mm Warunki fizyko-chemiczne procesu krzepnięcia odlewu Mi-Och Mi-Och-p Kw-Och Kw-Kw Kw-Kw-p Kw-Kw-m Ch-Ch Śr-Śr 15 28,2 0,8 31,7 0,6 17,8 0,7 4,2 0,5 5,6 0,5 4,8 0,4 - - AlSi8,7 AlSi6,8 AlSi9,5 (AK9) 25 22,6 0,9 25,3 0,8 12,1 0,8 3,1 0,3 4,1 0,3 3,4 0,3 - - 35 16,4 0,6 17,5 0,9 10,1 0,5 2,9 0,4 3,8 0,5 3,0 0,3 - - 45 14,6 1 15,5 1 8,2 1 2,6 1 3,4 1 2,7 1 - - 15 26,9 0,7-18,8 0,7 4,6 0,6-5,3 0,5 10,8 0,8 16,3 0,9 25 21,8 0,6-13,3 1,0 3,3 0,4-3,4 0,4 7,2 0,9 12,6 0,6 35 13,5 0,4-9,2 0,5 3,0 0,5-3,1 0,5 5,7 0,3 10,1 0,8 45 15 12,0 1 28,4 0,7 - - 7,7 1 19,2 0,7 2,6 1 4,7 0,5 - - 2,7 1-4,0 1-8,9 1-25 21,7 0,5-13,7 0,8 3,6 0,5 - - - - 35 15,8 0,8-10,6 0,4 3,3 0,4 - - - - 45 13,5 1-9,0 1 3,0 1 - - - - 1 wartości ekstrapolowane, Mi, Kw, Ch, Śr masa odpowiednio z mikrosfer, piasku kwarcowego, chromitowego, Och- ochładzalnik z Cu na dole podstawy walca, p - krzepnięcie w polu magnetycznym, m - stop modyfikowany Badania parametrów struktury krystalicznej Z przeprowadzonych badań wynika, że parametry struktury krystalicznej fazy w odlewach z podeutektycznych stopów Al-Si wykonanych z różnych stopów i o różnej jakości metalurgicznej krzepnących w zmiennych warunkach cieplnych (intensywność wymiany ciepła i zróżnicowanie przepływu ciepła w kierunku osiowym i promieniowym) można zapisać w ogólnej postaci: średnią grubość gałęzi dendrytów, funkcją potęgową bi d a i G w (5) średni kąt nachylenia dendrytów względem osi walca, funkcją potęgową b a i (6) i G

166 Tablica 2. Kąt między średnim wypadkowym gradientem temperatury (podczas krzepnięcia dendrytów fazy ) i osią walca w odległości 5mm od osi walca Table 2. The angle between the average resultant temperature gradient (during solidification of - phase dendrites) and the cylinder axis in the distance x=5mm from the cylinder axis Stop AlSi8,7 AlSi6,8 AlSi9,5 (AK9) Odległość od podstawy walca, mm Kąt między wypadkowym gradientem temperatury i osią walca G, [ o ] Rodzaj formy (warunki fizyko-chemiczne procesu krzepnięcia odlewu) Mi-Och Mi-Och-p Kw-Och Kw-Kw Kw-Kw-p Kw-Kw-m Ch-Ch Śr-Śr 15 4,4 3,5 11,5 39,2 43,9 44,3 25 5,6 4,4 18,4 56,9 56,3 53,4 - - 35 7,6 6,5 26,4 59,3 62,8 56,3 - - 45 9,8 1 8,2 1 34,9 1 64,7 1 63,3 1 61,6 1 - - 15 4,7-8,2 45,6-46,0 43,6 41,5 25 5,8-16,2 53,4-57,4 54,2 49,3 35 9,4-32,4 58,9-62,9 61,3 52,6 45 14,7 1-38,8 1 62,1-64,7 1 66,8 1 58,9 1 15 4,2-10,3 43,4 - - - - 25 5,3-19,1 52,2 - - - - 35 7,6-29,8 56,1 - - - - 45 9,5 1-36,7 1 59,9 1 - - - - 1 wartości ekstrapolowane, opis oznaczeń podano w tab. 1 stopień wzajemnej orientacji dendrytów, funkcją liniową Z a i G bi (7) gdzie: a i, b i współczynniki dla odlewów z określonego stopu i zbioru odlewów z różnych stopów o podobnej jakości metalurgicznej, krzepnących w zmiennych warunkach cieplnych wynoszą: a=94,4 b=-0,49 dla d, a=8,5 b=0,42 dla, a=0,01 b=-0,87 dla Z. Natomiast zależność geometrycznych parametrów wydzieleń Si: g 1, I 1 i fazy żelazowej g 2 z średnim wypadkowym gradientem temperatury- G w można zapisać w ogólnej postaci funkcją potęgową bi g, I lub g a i G w (8) 1 1 2 tylko dla odlewów z określonego stopu i o podobnej jakości metalurgicznej, ponieważ g 1 i I 1 zależą również od jakości metalurgicznej stopu (np. modyfikacji), a g 2 od zawartości żelaza (gdzie: a i, b i - współczynniki dla odlewów z określonego stopu o podobnej jakości metalurgicznej. Badania właściwości mechanicznych Badania właściwości mechanicznych przeprowadzono na próbkach uzyskanych z odlewów z w/w stopów, krzepnących w warunkach identycznych w jakich bad ano parametry struktury krystalicznej. Analizę istotności wpływu badanych geometrycznych parametrów struktury krystalicznej na wybrane właściwości mechaniczne odlewów z podeutektycznych

167 stopów Al-Si przeprowadzono za pomocą regresji wielokrotnej na poziomie istotności 0,05 stosując program Statistica. Wyniki tej analizy przedstawiono w tablicy 3. Parametry struktury krystalicznej oddziałują na wybrane właściwości mechaniczne odlewów w różny sposób, mierzony ich liczbą (parametry istotne) i kolejnością intensywności wpływu na badane właściwości. Zależność wybranych właściwości mechanicznych od parametrów struktury krystalicznej odlewów (parametry struktury podano w kolejności od najintensywniejszego wpływu) jest następująca: ze stopu AlSi8,7 niemodyfikowanego (bez odlewów krzepnących w polu magnetycznym) wydłużenie A 1 =114-95g 1 + 0,1-0,22d - 3,4I 1 *, R=0,999 (9) granica plastyczności R 0,2 =105,3+ 329,1g 1-65,9I 1 + d -0,43-56,5Z *, R=0,957 (10) wytrzymałość na rozciąganie R m = -163,9 + 377,4g 1 + 0,48-1,17d + 90,75Z, R=0,999 (11) Zależność właściwości mechanicznych od parametrów struktury krystalicznej i udziału faz dla odlewów z całego zbioru stopów i warunków krzepnięcia wynosi: wydłużenie A 1 =-3007u 2 +71,49u e +10,9g 1-1,8I 1-0,39d -0,22-0,07g 2 *+3,2Z *, (12) R=0,979 granica plastyczności R 0,2 = 133,7u e + 18,7g 1-2,2g 2-0,63d -1,3I 1 + 0,4 *, R=0,996 (13) wytrzymałość na rozciąganie R m = 222,8u e +19,2g 1-2,2g 2 +0,83-0,74d -2690u 2-1,74I 1 +20,7Z *, (14) R=0,998 gdzie: u e ułamek udziału powierzchniowego eutektyki, u 2 ułamek udziału powierzchniowego fazy zawierającej żelazo.

Odległość od podstawy walca: 25; 35; 45 mm 168 Tablica 3. Parametry struktury krystalicznej mające istotny wpływ na właściwości mechaniczne odlewów krzepnących w różnych warunkach fizycznych (w kolejności od najintensywniejszego wpływu) Table 3. Parameters of crystalline structure significantly affecting mechanical properties of the castings solidifying under different physical conditions (starting from the most significant one) Warunki Krzepnięcia* 1, 2, 3, 4, 5 1, 2, 3, 4, 5 3m Właściwości Rodzaj stopu syntetyczny handlowy mechaniczne AlSi6,8 AlSi8,7 AlSi9,5 A 1 Z, d,, I 1 g 1,, d g 1, d, Z, R 0,2 d,, g 1 g 1, I 1 d, I 1, d,, g 1 R m, d, g 1, Z, g 1,, d, Z I 1, d,, g 1 A 1 I 1, Z, g 2, d, I 1, Z, g 1,, d, x R 0,2, d, g 1 I 1, g 1,, Z, x R m, d, g 1, Z, I 1, g 1,, d, Z x 1, 2, 3, 4, 5 A 1 x I 1, g 1,, Z, d x 3m R 0,2 x g 1, I 1, d, x 1p, 3p R m x g 1, I 1, d, x d - średnia grubość gałęzi 1 i 2- rzędu dendrytów fazy, - średni kąt nachylenia dendrytów fazy względem osi walca, Z - średni stopień wzajemnej orientacji dendrytów fazy, g 1 - średnia grubość krzemu w eutektyce, l 1 - średni iloraz długości i grubości krzemu w eutektyce, g 2 - średnia grubość rozgałęzionych kryształów fazy zawierającej żelazo * Forma: 1- Mi-Och, 2 - Kw- Och, 3 - Kw-Kw, 4 - Ch-Ch, 5 - Śr-Śr, oznaczenia: m - stop modyfikowany, p - krzepnięcie w polu magnetycznym o indukcji magnetycznej B=4,2 kgs Ocenę tendencji wpływu określonego parametru struktury i udziału faz na właściwość mechaniczną opisaną wieloparametrową zależnością statystyczną za pomocą regresji wielokrotnej należy określić na podstawie znaku przy współczynniku korelacji (parametru struktury, udziału fazy) a nie znaku w tej zależności przy danym parametrze struktury krystalicznej i udziału fazy. Podane zależności są słuszne w zakresie zmian: d =(17 57) m, =(15 59) o, Z =0,19 0,86, I 1 =2,3 14,8, g 1 =(0,66 3,7) m, g 2 =(0,79 22,5) m, u 2 =0,0031 0,0099, u e =0,47 0,71. 3. PROGNOZOWANIE STRUKTURY I WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH ODLEWÓW 3.1. Określanie warunków krzepnięcia z symulacji procesu krzepnięcia Prognozowanie struktury i właściwości mechanicznych odlewów za pomocą wzorów empirycznych wymaga posiadania informacji np. o wartościach gradientu temperatury, pochodzących z kosztownych i czasochłonnych badań doświadczalnych. Metodą szybszą i tańszą uzyskania danych jest symulacja procesu krzepnięcia odlewów.

169 Najlepiej przybliżony rozkład gradientu temperatury w odlewie podczas wzrostu fazy z symulacji programem PAM CAST Simulor do doświadczalnych został przedstawiony w tab. 5 i został uzyskany w warunkach symulacji określonych w pracy [7], a najważniejsze z nich wynoszą: współczynnik wymiany ciepła w W/m 2 K: między odlewem i ochładzalnikiem z Cu, Od-Och =4500, między odlewem i formą Od-Kw =10 4, między formą i otoczeniem Kw-Ot =20, współczynnik przewodności cieplnej w W/mK: stopu fazy ciekłej L =90 i stałej S =130, masy formierskiej Kw =0,66. Tablica 4. Wartości doświadczalne (D) i z symulacji (S) lokalnego czasu krzepnięcia oraz średniego gradientu temperatury w kierunku y i x podczas krystalizacji fazy. Table 4. Experimental (D) and simulation (S) data of local solidification time and average temperature gradient in y and x directions during crystallization of the phase Sposób uzyskania wyniku Współrzędne punktu w odlewie (y;x) w mm (5;0) 15;0 25;0 35;0 45;0 5;0 15;0 25;0 35;0 25;5 25;9 3 35;5 Czas krzepnięcia, s Gradient temperatury, C/cm Kw-Kw D 67 92 104 112 123 5,9 1 3,4 1 1,8 1 1,4 1 2,5 2 2,7 2 2,6 2 S 69 95 110 122 133 5,0 1 2,4 1 1,4 1 1,0 1 1,7 2 2,1 2 1,6 2 Kw-Och D 4 11 21 31 46 36,5 1 17,3 1 11,4 1 9,3 1 4,1 2 5,4 2 3,9 2 S 3,7 9,4 16,8 24,7 34.9 37,2 1 11,7 1 5,8 1 3,2 1 2,3 2 3,2 2 3,9 2 1 składowa gradientu w kierunku y, 2 składowa gradientu w kierunku x, 3 G x z odcinka x=9mm y oznacza odległość od dolnej powierzchni odlewu walcowego w ułożeniu do zalewania, x=0 współrzędna osi walca. Obliczone z symulacji wartości wypadkowego gradientu temperatury G S i kąta jego nachylenia GS różnią się od tych z doświadczenia. Za pomocą współczynnika korekcyjnego można doprowadzić do poprawy zgodności z doświadczeniem (np. w odległości y=25 mm). W tej odległości na przekroju poprzecznym próbki o średnicy 18 mm otrzymano, że średni wypadkowy gradient temperatury (3 odległości) wynosi dla odlewu krzepnącego w formie Kw-Kw: G wd =1,32G ws, GD =1,1 GS, a dla krzepnącego w formie Kw-Och: G wd =1,95G ws, GD =0,84 GS. Poprawę zgodności G ws i GS wykonano stosując współczynniki korekcyjne k G i (k ) jako iloraz wyniku średniego z doświadczalnego G wd ( GD ) i z symulacji G ws ( GS ). Przeprowadzone porównanie właściwości mechanicznych (uśrednionych dla przekroju walca o średnicy 14mm) obliczonych (prognozowanych) pośrednio na podstawie symulowanych G wsk i GSk w odległości x=5 mm, z wynikami badań (D) na próbkach wytrzymałościowych podano w tab. 5. G y G x

Kw-Och Kw-Kw 170 Tablica 5. Porównanie wartości prognozowanych P i doświadczalnych D właściwości mechanicznych na przekroju osiowym walca w odlewach krzepnących w formach Kw-Kw i Kw- Och Table 5. Comparison of forecasted (P) and experimental (D) data of mechanical properties at the axial cross-section of the cylinder in the castings solidifying in the Kw-Kw and Kw-Och moulds y=25 mm y=35 mm Warunki uzyskania Właściwości mechaniczne wyników A 1, % R 0,2, MPa R m, MPa A 1, % R 0,2, MPa R m, MPa P 6,4 79,9 156,8 5,5 80,9 154,0 D 6,7 82,7 146,4 5,5 83,7 145,1 D-P 0,3 2,8 (-)10,4 0 2,8 (-)9,9 (D-P)100/D, % 4,5% 3,4% (-) 6,8% 0% 3,2% (-) 6,7% P 30,1 83,9 161,5 24,9 77,9 166,5 D 30,2 86,2 171,5 28,1 87,8 177,2 D-P 0,1 2,3 10 3,2 9,9 (-)10,7 (D-P)100/D, % 0,3% 2,7% 4,5% 5,8% 11,3% 6% Próbki do badań weryfikacyjnych właściwości mechanicznych, pochodzące z omawianych odlewów, miały średnicę i długość części pomiarowej równe 14mm. Okrąg o promieniu x=5mm dzieli kołową powierzchnię poprzeczną części pomiarowej ( 14 mm) na połowy, stąd uznano, że wyznaczone dla x=5mm odpowiednie właściwości z symulacji będą reprezentatywne dla całego przekroju. Wyniki prognozowane A 1 i R 0,2 można uznać za zadawalające (tab.5). Uzyskane w taki sam sposób wartości właściwości mechanicznych na przekroju wzdłużnym odlewu różnią się znacznie od tych obliczonych na podstawie doświadczalnych parametrów struktury krystalicznej. 3.2. Prognozowanie właściwości mechanicznych odlewów za pomocą sieci neuronowych Prognozowanie właściwości mechanicznych odlewów można przeprowadzić za pomocą podanych zależności opracowanych metodą statystyczną. Uważa się, że lepszy efekt prognozowania uzyskuje się stosując sieci neuronowe [8, 9, 10]. Badano sieci w postaci jedno i wielowyjściowej w celu określenia jaka postać wyjściowa sieci jest odpowiednia dla różnych konfiguracji zbioru danych. Uczenie sieci przeprowadzono przy użyciu algorytmu wstecznej propagacji błędu za pomocą programu Qnet 97, stosowano tzw. sigmaidalną funkcję aktywacji. Sieci do prognozowania parametrów geometrycznych struktury krystalicznej w odlewach ze stopów Al-Si w funkcji wypadkowego gradientu temperatury i kąta jego nachylenia mają dwie postacie wyjściowe (rys. 2: wielowyjściowa- StW - wszystkie parametry i jednowyjściowa- StJ - jeden parametr struktury krystalicznej na wyjściu).

171 G w G G w G d Z g 1 I 1 g 2 d Typ StW Typ StJ Rys. 2. Postacie sieci warunki krzepnięcia parametry struktury krystalicznej Fig. 2. Network forms, solidifying conditions, and crystalline structure parameters Sieci do prognozowania właściwości mechanicznych na podstawie parametrów geometrycznych struktury krystalicznej w odlewach o strukturze częściowo zorientowanej ze stopów Al-Si mają również dwie postacie wyjściowe pokazane na rys. 3 (wielowyjściowa WW i jednowyjściowa WJ). Prognozowane parametry fazy (d,, Z ) w funkcji gradientu temperatury i kąta jego nachylenia siecią neuronową wielo i jednowyjściową są w dobrej zgodności z wynikami doświadczalnymi dla zbioru odlewów wykonanych w różnych warunkach przygotowania metalurgicznego stopów i krzepnących w różnych warunkach. Przy prognozowaniu parametrów wydzieleń Si eutektycznego (g 1 i I 1 ), w przypadku różnych warunków przygotowania metalurgicznego stopów, należy wziąć pod uwagę zawartość modyfikatora, a dla fazy żelazowej (g 2 ), o różnej zawartości Fe w stopach, uwzględnić zawartość Fe albo stosować sieć opracowaną dla zbioru odlewów z określonego stopu, o podobnej jakości metalurgicznej i wtedy uwzględnia się tylko warunki krzepnięcia. d Z g 1 I 1 g 2 u e u 2 d Z g 1 I 1 g 2 u e u 2 R 0,2 R m A 1 R 0,2 Typ WW Typ WJ Rys. 3. Postacie sieci parametry struktury krystalicznej właściwości mechaniczne Fig. 3. Network forms, crystalline structure parameters, mechanical properties Prognozowanie siecią neuronową właściwości mechanicznych (wydłużenie, granica plastyczności, wytrzymałość na rozciąganie), na podstawie parametrów struktury krystalicznej, daje dobre odwzorowanie wyników doświadczalnych również w trójwyjściowym układzie sieci. Bardzo dobrą korelację wyników doświadczalnych dla

172 zbioru testującego uzyskuje się z sieci opracowanych dla zbioru odlewów z określonego stopu, krzepnących w różnych warunkach cieplnych i przygotowania metalurgicznego stopu (niemodyfikowany, modyfikowany). 4. WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań można sformułować następujące wnioski: 1. Podczas prognozowania właściwości mechanicznych odlewów o strukturze częściowo zorientowanej, należy uwzględnić parametry struktury wpływające istotnie na daną właściwość, ponieważ ich wpływ jest różny pod względem ich liczby i intensywności. 2. Właściwości mechaniczne można prognozować statystycznymi zależnościami wieloparametrowymi lub siecią neuronową jedno i wielowyjściową nauczoną zbiorem danych z odlewów z różnych stopów i o różnej jakości metalurgicznej krzepnących w różnych warunkach. Parametry struktury krystalicznej na wejściu tej sieci muszą być prognozowane siecią jednowyjściową nauczoną zbiorem danych z odlewów z określonego stopu i o podobnej jakości metalurgicznej. LITERATURA [1] Ashby M. F., Jones D. R. H., Materiały inżynierskie, Warszawa, WNT 1995. [2] Francois D., Pineau A., Zaoui A., Comporement Mecanique des materiaux, vol. 1, Editoins HERNES Paris 1991. [3] Górny Z., Odlewnictwo stopów metali nieżelaznych na przełomie XX i XXI wieku. Tworzywa odlewnicze, w: Nowoczesne tendencje w odlewnictwie metali nieżelaznych, Instytut Odlewnictwa, Kraków 1997, s. 1 36. [4] Tensi H. M., Hogerl J., Metallographische Gefügentersuchungen zur Qualitätssicherung von AlSi-Gu bauteilen, Metallwissnschaft und Technik, 1994, 48, nr 10, s. 776 781. [5] Pietrowski S., Siluminy, Łódz, Wyd. Politechnika Łódzka 2001. [6] Najafabadi Alam M. A., Ourdjini A., Eliott R., Impurity modification of aluminium-silicon eutectic alloys, Cast Metals 1995, v. 8, nr 1, s. 43 50. [7] Hajkowski M., Ignaszak Z., Mikołajczak P., Experimental and Simulated Temperature Gradient During Growth -phase of Al-Si Alloy Castings, Medżiagotyra 2003, nr, s. 13 16. [8] Gavard L., Bhadeshia H.K., MacKay D.J., Suzuki S., Bayesian neural network model for austenite formation in steels, Mat. Sci. Techn., 1996, mr 12, s. 453 463. [9] Sayeh M. R.,Viswanathan R., Dhali S.K., Neural networks for the assessment of impact on composite materials, w: Composite-Technology, 6 th Annaul Conference, Carbondale 1990, s. 77 86.

173 [10] Tadeusiewicz R., Problem wyboru właściwej architektury sieci neuronowej, Informatyka w Technologii Materiałów, 2001, nr 1, t.1, s. 3 22. FORECAS TING OF MECHANICAL PROPERTIES OF THE CASTINGS MADE OF HYPOEUTECTIC SILUMINS SUMMARY The paper presents results of the research aimed at determining analytical relationships between mechanical properties of the castings, their structural parameters, and solidification conditions (temperature gradient, slope angle of temperature gradient with respect to cylinder axis). Solidification conditions were examined with simulation methods and experimentally. It was determined what cas ting related data file (alloys, metallurgic quality, solidification conditions) should be used for teaching of neural network. Recenzował Prof. Józef Gawroński