Krz e pnięcie metali 1 stopów t.viii PL I S SN 0208-9386 ISBN 8 3-04-018 20 - Ossoline um 1984 Marian Dudyk, Bogdan Ficek, Przemysław Wasilewski ODDZIAŁYWANIE PARAMETROW PROCESU TOP,ENIA NA STAN MODYFIKOWANIA STRUKTURY SILUMINÓW Wstęp. DążnoŚć do uzyskiwania optymalnych właściwości mechanicznych i technologicznych siluminów narzuca konieczność stosowania odpowiednich metod ich modyfikacji dla uzyskania struktury najkorzystniej s z ej dla danego stopu. Do niedawna stosowana metoda modyfikacji siluminów eutektycznych podeutektycznych sodem, ze względu na szereg trudności technologicznych, została zastąpiona metodami trwałej modyfikacji. W ostatnim czasie wprowadzona do przetwórstwa hutniczego w ZML "Kęty" trwała modyfikacja siluminów strontem wymaga opracowania dla odlewnictwa (szczególnie dla siluminów odlewanych do form piaskowych) najkorzystniejszych parametrów przygotowania ciekłego stopu, zapewniających otrzymanie odlewów o właściwościach zgodnie z PN. Przebieg procesów topienia i modyfikacji odlewniczych stoów AL Si ma decydujący wpływ na zmianę ich właściwości mechanicznych i technologicznych. Wielkość powstających zmian zależy od różnego wpływu parametrów przygotowania ciekłego metalu do odlewania. W związku z tym zagadnieniem dla polepszenia jakości i efektywności wytwarzania odlewów ze stopów Al- Si postanowiono': - określić najkorzystniejsze warunki w procesach topienia i modyfikacji strontem siluminów odlewanych do form piaskowych, - podjąć próbę opracowania metody określani stanu zmodyfikowania siluminu pomiarem przewodności elektrycznej.
134 Marian Dudyk, Bogdan Ficek, Przemysław Wasilewski - podjąć próbę udowodnienia istnienia zależności między właściwościami mechanicznymi i przewodnością elektryczną. Metodyka badań i wyniki Badania wykonano dla stopów AK9, AKll i AK64, modyfikowanych w gąskach handlowych nicrafinowanych i rafino\vanych Rafglinem. Dla wymieni_onych stopów ok re ś,lano wpływ - temperatury za l ewania o d 680 -. 800 C' - czasu przetrzymywania w stanie ciekłym od 10 min do 8 h, - liczby przetopów od l do 7, - procentowej zawartości modyfikatora Sr od 0,021% na zmia'nę właściwości mechanicznych i przewodności elektrycznej. Pomiary właściwości mechaniczych i przewodności elektrycznej wykonywano na próbkach odlanych zgodnie z PN 65/H-88002 i PN 69/H -04370. Przed rozerwaniem i złamaniem próbek wykonano pomiary ich przewodności e lektryczne j na skonstruowanym stanowisku. Schemat obwodu e lektrycznego tego stanowiska przedstawiono na rys. l. Na rysunku tym badana próbka włączona jest w obwód prądu stałego o stałym natężeniu l. Na długości pomiarowej l próbka wykazuje spadek napięcia U, a tym samym zmianę przewodności e lektrycznej, za leżnej od stopnia zmodyfikowani a struktury próbki. Wplyw struktury siluminów na Rys. l. Schemat obwodu stanowiska zmianę ich przewodności i oporności sygnalizowane je st w lite - pomiarowego przewodności elektrycznej raturze [l, 3, 4, 5, 6r Z otrzymanych wyników badati dotyczących wpływu temperatury zalcwania ustalono, że do dalszych badań zastosowana będzie temperatura zalewani.a 740 C.
Oddziaływanie parametrów procesu topienia,., 135 Wpływ czasu przetrzy mywania w stanie ciekłym, prżykładowo dla stopu AKll, na zmianę właściwości mechanicznych przedstawiono narysunkach 2 i 3. As Rm o ' lo HB MPo 0 /o MS/m 5 100 200 74 190 -------4--------------+---------- -- 180 r-. 170 ------ 80 0 f==:-:-- - --r- ---.-... "' 150 -- Wyłrzym. na rozciqg. R m --Twardość. 70 140 'HB --- PrzewodnoSC d 130 - - - Wydużenie As _: - Przewężenie Z --..., l _- --- ------>- - ;" -...........As - ----..-f- - 4 [;':'--..., r--.. 2 HB 120E;;;t:jj 110 ' n 20 18 100--------L-----J-------------m 10 30 60 120 240 360 480 Czas przetrzymy'nc!nia stopu w stanie ciekłym min Rys. 2, Wpływ czasu przetrzymywania w stanie ciekłym stopu AKll mo dyfikowanego Sr, nierafinowanego na zmianę właściwości mechanicznych i przewodności elektrycznej d KV MS/m k.jtm2 24 40 22 t--. r--- 20 30 18 2 c 14 1 o 10 30 :l -- 1\.... "' "' l --..,... "\ Udornosc KV Przewodność ó i'- -... l... 1-- 60 120 240 360 480 Czas przetrzymywana stopu w stanie cieklym min Rys. 3. Wpływ czasu przetrzymywania w stanie ciekłym stopu AKll mody fikowanego.,sr, nierafinowanego na zmianę udarności i przewodności elektrycznej
136 Marian Dudyk, Bogdan _Ficek, Przemysław Wasilewski Podobnie jak dla czasu przetrzymywania liczba przetopów powoduje spadek właściwości mechanicznych i przewodności elektrycznej. Ilustrują to rysunki 4 i 5. As ;... HB 80 Rm MPo 200 --Wytrzym.na rozciag. Rm 19G f-----+-----+----+------1 --Twardość H3 '- ---- --- PrzewodnoiC d -.. z 180 f----==""'9-=-c---+---''---+------1 - - Wydfuż ni As -- - - lo;;;,. ---- -.. - -Prnwę-żen i ez 170 R""".----1----+----+----+-- -=-::=:..:-'-'--+- - - 0 6 150 - R d 'lo MS/m 24 22 70 140 130 '..:::::::!8 60 120 110 HB 50 100 L---------L--------L--------0 14 1 1 Liczbo przt>topow Ry,s. 4. Wpływ liczby przetopów stopu AKll modyfikowanego Sr,, nierafinowanego na zmianę właściwości mechanicznych przewodności elektrycznej d KV MS/m kj/m2 24 22 20 J) 18 2-14 1 r 1._"'::::.':::... 2. ------'L... "- Udarnośc Pczewodność KV d.... ""- ----- "-." ' -....... 3 4 5 6 7 Liczb:: przetopów Rys. 5. Wpływ liczby przetopów stopu AKll modyfikowanego.sr, nierafinowanego na zmianę udarności i przewodności e lektrycznej
Oddziaływanie parametrów procesu topienia l. 137 As Dodatkowy wariant badań określa j ący najkorzystniejszą zawar t aść modyfikatora 'Sr ze względu na właściwości mechaniczne przedstawia przykładowo dla stopu AKll r ys. 6., Rm 1 /o HB MPo 6 110 220 --Wytrzym. na razciąg Rm -- Twa r dość HB 21 or-- -- -PrzewodnoiC d 5 100 20 19 4 90 18 17 Or-- - o - - Wyd uzenieas - - Przewżenie Z,..- F--- l....;;:;;;;-.:..:..-::- d v -- 1/ 1-.A..L ' \ -- -... o,._..... - - Rm o... :--- ----...---- 1----- -- - --- -.--.-;; l... - t--... -- "". 4 ---:: r-- - - --- - - -... / 1------- 3 80 o 15... 70 14 o... 2 13 o ' " l d 1 / 0 MS/m, 6 '}6 24 22 20 18 12 o 1 11 o HB 100 o Q02 Q04 o.o6 qoa 01 0.2 0.4 Q5 o 14 llosc mody1ikotora ;, Rys. 6. Wpływ modyfikacji roznym1 dodatkami Sr na właściwo ś ci mechaniczne i przewodność elektryczną stopu AKll rafinowanego Rafglinem 2 Mikrostruktury stopu AK9 nicmodyfikowanego i prawi dłowo zmodyfikowanego przedstawiają zdjęcia skaningowe po głębokim selektywnym trawieniu na rys. 7. Jak widać z rys. 7a i b stop niemodyfikowany po siada struktu rę ziarnistą, na tle roztworu ot. występują pl.ytkowe wydzie lenia krzemu. Po przeprowadzeniu modyfikacji (rys. 7d i c) krzem eutektyczny uległ znacznemu rozdrobnieniu i wydzieli( się w przcstrzeniach międzydendrytycznych. Na podstawie ogólnych stwierdzeń przez autorów: J. Go brechta [3], J. Klabana i A. Koznarovej [ 5], dotyczących wpływu modyfikacji stopów Al- Si na oporność i przewodność stopu, oraz na podstawie charakteru przebiegu krzywych dotyczących przewodności elektrycznej rj w badanych stopach AK9, AKll i AK64, przed stawionych na rys. 2 6 - postanowiono podją ć próbę u stalenia za leżności ilościowej między -..v;laściwościami mechanicznymi ;_ przewodnością elektryczną siluminów.
138 Marian Dudyk, Bogdan Fi cek, Pr ze mysław Wasilew ski Rys. 7. Mikro s tr uktury s topów AK9 : a, b - niemodyfikow any, c. d - modyfikowany O, 04% Sr Dla okreś ln ia tej za l eżności zastosowano analizę r e gresji y = ax + + b. Obliczenia wykonano na kompute r ze i n i c h pod s tawie s twierdzon o, że istni e je zależność ilościowa międ zy pr zewo dnoś c i ą elektrycz n ą a wlaściwościami me c hani czny mi, przedsta wiona przykładowo dla s topu AK9 na rys. S i 9.
Oddzialywanie parametrów procesu topienia 139 '-' "' o HB 70 60 '2 50 '5 ------- :..-- HB= 0,98d +40,31 '-- ::::.. 40 MPa 180 E " 0:: 170 \) 0 JI n... u 15 0 >- :; 1410 13U i 17 18 19 20 21 22 MS/m Przewadnaśc elekt ryczna d Rys. B. Proste regresji i krzywe ufności d la ot e 0,05 stopu AK9 modyfikowanego Sr, nierafinowanego Wnioski Na podstawie przeprowadzonych badań i analizy otrzymanych wyni - ' ków ustalono, że dla u zyskania najkorzystniejszych właściwości mechanicznych badanych stopów należy - stosować temperaturę zalewania w przedziale 720"' 760 C, - nic przetrzymywać cieklego metalu w piecu powyżej l h, - unikać stopowania we wsadzie zlomu obiegowego po 3 - krotnym jego przetopieniu. Dla uzyskania właściwości form piaskowych zgodnie z wymaganiami PN należy do modyfikacji stosować dodatki mechanicznych siluminów odlewanych do
140 Marian, Dudyk, Bogdan Ficek, Przemysław Wasilew ski > V 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 'U 11,0 "' o c o -o 10,5 10.0 9.5 9.0 KV=1 i9d- 8.'19 / 1 ; / ; l/ l\ V l l l V l l l ; / '/ ""' "f V/!J. 1/ r; 1 l /; r ' 11 8.5 11, 15 17 18 19 20Mym Przev.odnosć elektryczno d Rys. 9. Prosta regresji i krzywe u fno ści dla o. c 0,05 stopu AK9 mody fik o w anego Sr, nier afiilaw anego - 0,02t 0,06% Sr d l a stopu AK9, - O,lt0,4% Sr dla stopu AKll, r koło 0, 02% Sr dla stopu AK64. Analiza wyników' badań wykazała, że bardzo czułym wskaźnikiem stopnia zmodyfikowania si luminów jest udarność KV. Najwyższe wartości KV mają stopy AK9 modyfikow ane dodatkiem 0, 02t 0, 04% Sr, a s topy AKll dodatkiem O, l t 0,4% Sr. Modyfikac ja strontem siluminów oddzia łuje w dw óch kierunk ach. Z jednej strony wp ł ywa kor zystnie n a r ozd r obnienie e u tektyki <X( Al ) - S i,
Oddziaływanie parametrów procesu topienia. 141 uzyskanie struktury "uszlachetnionej" i wzrost właściwości mechanicznych. Natomiast z drugiej strony obniża szczelnoś ć stopu spowodowaną poro w a to ścią skurc zową po modyfikacji strontem [ 2]. Na podstawie wykonanych obliczeń staty'stycznych wykazano słusz ność przyjętej metody i przydatność skonstruowanego stanowiska do szybkiej jakościowej oceny stopnia zmodyfikowania struktury siluminów. Wy sokie w spółczynniki korelacji r potwierdzają słuszność związku między prze wodnością elektryczną d a właściwościami mechanicznymi. Prototypowe stanowisko do oceny stopnia zmodyfikowani a siluminów w warunkach produkcyjnych jest chronione zgłoszeniem patentowym i jest wdrażane w dwóch zakład ach odlewniczych do sterowania procesami topienia siluminów. Wykonane badani a dotyczące siluminów modyfikowanych strontem, a następnie rafinowane potwierdziły negatywne oddziaływanie rafinatorów za wi erających chlor. Jednocześnic pozwoliły określić niekorzystny wpływ rafinacji Rafglinem na właściwości mechaniczne stopów modyfikowanych strontem. Na podstawie analizy wynik ów badań można stwie-rdzić, że badane stopy przetapiane z gąsek handlowych i odlewane do form piaskowych wykazują niskie właściwości mechaniczne. Dla ich podwyższenia należałoby w przetwórstwie hutniczym przeprowadzać procesy dokładnej rafinacji, a do modyfikacji stosowa ć proponowane w pracy p rocentowe dodat Ki strontu lub rafinację i modyfikację strontem przep rowad za ć na stopach niemodyfikowanych w odlewniach. Literatura [ 1 ] z. Bonderek, E. Borg, M. Zając: Usprawnienie procesów i zwiększenie efektywności produkcji odlewów z metali nieżelaznych, ZPWO, Radom, ref. 11, Kraków 1980. [ 2] M. Dudyk, B. Ficek, P. Wasilewski: Sprawozdanie z Il etapu pracy M R - 20, Instytut Odlewnictw a?o li techniki Ś ląskie j, G li wice 1981; nie publikowane.
142 Marian Dudyk 1 Bogdan Ficek 1 Przemy s law Wasilew ski [3] J. Gobrccht: Giesscrei 1 65 1 7 (1978) 158. [ 4 ] K. HBne r : Giesserei 1 65 1 15/ ( 1978) 409. [s] J. Klaban 1 A. Koznarova : Slev arcnstvi 1 10 (1974) 413. [ 6] P. Rezniek 1 J. Sacha: Slevarenstvi, l (1981 ) 25. '