D 12 zdjęcia

22/13
Solidillcat:ion of Metais and Alloys, No 22, 1995
Krzepniecie Metali i Stop6w, Nr 22, 1995
PAN - Oddtiał Katowice
PL ISSN 0208-9386
WPŁ YW MODYFIKACJI I OBRÓBKI CIEPLNEJ
NA STRUKTURĘ SILUMINÓW PODEUTEKTYCZNYCH
WASILEWSKI Przemysław , DUDYK Maksymilian
Katedra Technologii Bezwiórowych
Filia Politechniki Łódzkiej w Bielsku-Białej
43-309 Bielsko-Biała, ul. Willowa 2, POLAND
STRESZCZENIE
W pracy przedstawiono wyniki badań struktury siluminów podeutektycznych i\K 7
(A lSi7Mg) oraz AK9 (AISi9Mg) rafin owa nych i modyfikowanych sodem, strolllem i anty monem, nieobrob ionych ciepl nie i po obróbce cieplnej. Wyniki badań przedstawiono na
zdjęc iach mikrostruktur wykonanych na mikroskopi e skaningowym . Próbki odlewano w
fonnach piaskowych i metalowych.
Na zdjęc i ac h mikrostruktur widać bardzo wyraźnie skutki przekształcenia budowy
krzemu e utektycz nego podczas obróbki cieplnej, jego fragmentację i sferoidyzację . Wykazano również korzystny wpływ modyfikacji na struktury krzemu eutektycznego w stopach
po obróbce c ieplnej .
l. WPROW ADZENIE, CEL l ZAKRES BADAŃ
w l aściwości odlewn icze oraz wytrzyna korozję i maJą gęstość, znalazly
szerokie zastosowa ni e w budowie maszyn . Szczególnie c h ętn i e są używane w przemyśle
motoryzacyjnym na części silników, skrzyń przekładn iow ych oraz samych pojazdów.
Decydujący wpływ na właściwości tych si luminów wywiera postać krze mu eutektycznego. Korzystną jego budowę można osiągnąć stosując zab ieg i modyfikacJi sodem , strontem lub antymonem. Przez modyfikację sodem lub strontem os i ąga się włóknistą postać
krzemu , która sprzyja zwiększe niu wytrzymałości i wydłużenia stopu . Stosując modyfikację antymonem otrzymuje ·s ię płytkową budowę krzemu ze zmniejszonymi odległościami
międzyfazowymi, co sprzyja szczególnie podwyższeniu wydłużenia i w mniejszym stopniu
wytrzyma łości na rozciąganie.
Siluminy podeutektyczne zawie rają dodatki magnezu pozwalające na ich obróbkę
c i ep ln ą podnoszącą znacznie właściwości mechaniczne tych stopów. Zmodyfikowanie
krzemu eutektycznego sprzyja rozdrobnieniu tego krzemu podczas obróbki cieplnej - jego
fragmentację i sferoidyzację . Osiągnięcie takiej budowy krzemu powoduje większy wzrost
właściwości mechanicznych stopów , niż w przypadku obróbki cieplnej stopów niemodyfikowanych.
Siluminy podeutektyczne ze
malościowe ,
dobrą obrabia lnoś ć,
względu
dużą
na dobre
odporność
107
Dla wykazania jakim przekształceniom ulega krzem eutektyczny w siluminach
podeutektycznych podczas obróbki cieplnej, przeprowadzono odpowiednie baclania dla
stopów AK7 i AK9 niemod yfikowa nych i modyfikowanych: sodem, strontem i a ntymonem, odlewanyc h do form piaskowych i metalowych.
2. SPOSÓB PROW ADZENlA BADAŃ
Do baclail użyto stopów AK7 (A!Si7Mg) oraz AK9 (A !Si9Mg) z przetwórstwa hutniczego Z ML w Kętach . Stopy top iono w p iecu elektrycz nym oporowym o pojem ności
30 kg. Po roztopieniu stopu, w temperaturze 720oC rafi nowano go Rafglinem 2, w ilości
0,3% masy wsadu. Ciekły stop przetrzymywano w piecu przez o kres l godz. w temperaturze 760°C, dla wyeliminowan ia wpływu strontu, który może występować w gąskach
hurniczych . Stopy odlewano do form piaskowych i metalo wych . Jeżeli stop był mody fiko wany - wprowadzano odpow iednia ilość modyfika tora wg tabeli l.
Tabe la 1.
Rodzaj i i l ość dodawanego modyfikatora
Rodzaj modyfikatora
Dodatek modyfikatora %
Sód
0,2
Stront
0,03
Antymo n
0,5
Ze wzgledu na s ł absze działanie antymo nu jako modyfikatora - stopy modyfikowane
antymonem za lewano ty lko do form metalowych. Przygotowanymi stopami zalewano
rorm y piaskowe i metalowe . Temperatura zalewania stopu wynosiła 700°C. Formy
metalowe podgrzewa no do temperatury 250 °C. Wszystkie próbki wykonywano zarówno
w formach piaskowych jak i metalowych z jednego wytopu .
Dla obróbki cieplnej stopów zastosowano przesycanie w temp . 500 °C przez 4 godz.
oraz starzenie sztucwc w temperaturze 165 °C przez 12 godz.
Skład chemiczny badanych stopów AK7 i AK9 mieści ł się w g ran icach określonych
w PN -7!i/H -88027.
3. WYNIKI I OMÓWIENIE BADAŃ
W yn iki badai'l przedstaw iono na fotografiach mikrostruktur stopów . Zgłady głęboko
selektywnie trawione badano na mikroskopie skaningowy m.
Na rys. l przedstawiono mikrostruktury stopu AK7 odlewanego do form piaskowych:
a) ni e modyfikowanego i nie obrobionego cieplnie ; b) rafinowanego, przesyconego i starzonego 24 h; c) rafinowanego, mod yfikowanego sodem, przesyconego i starzonego 12 h; d)
rafinowanego , modyfikowanego strontem, przesyconego i starzonego 12h. Porównując
rysunki a) oraz b) wid ać, że obróbka cieplna stopu niemodyfikowanego niewiele wpływa
108
a)
b)
c)
d)
MikrostllJktury stopu AK7 odlewanego do fonn pi askowyc h (pnw. 1000 x):
Rys.
Fig. l. M icro.l!mccl/ri'S of' tlw .wnd msrcd !IK7 ollov (lllfll{n /000 x):
a) stop niemody likowany i nie obrobiony ciepl nie;
111/IIIO<hfied Wid lieat w; trmted olloy.
h) stup ralinDwany, przesyco ny i starzony 24 h ;
n{i11cd. solurum 111'(1[ ll'l'(ffl'l/ 1111<1 ~4 /1 agcd a/lov.
c) ""P rafinowany, mod ylikowany Na. prze>ycony i starzo ny 12 h:
n:flned. 1vir/i Na modificd. sof/(fion lwa< liWI/I'd and 12 li agcd ul/m·;
d) stop rafinowan y, ni ndylikowany Sr , przesyco ny i starzony 12 h
r<:fined. wirh Na mvdffied ..wluti on hm t rreured wrd l 2 li aged ol/m•;
a)
h)
c)
d)
Ry s. 2 . Mikrostruktury stopu AK 9 odlewanego do form piaskowych (pow . 1000 x):
Fig. 2. MicrvstnlcU;res of t/re sond casted AK9 alloy (magn. 1000 x):
a) stop niemodyfikowany i ni e obrobiony ciep lni e:
111111/0dffi'ed and heat untremed alloy;
h) stop rafinowany , przesycony i starzony 24 h ;
rejined. solmion heat u-ecrted and 24 li aged allay;
c) stup rafinowa ny, modylikowany Na, przesycony i starzony 12 h ;
rejined, with Na mvdifterl, svluticm lr eat treated and 12 h aged alloy;
d) stop ratinowan y, mou yliknwany Sr , przesyco ny i starzony l2 h
r(1in erl. IVith Na mvdffied, solutiml heat trmterl a11d 12 h aged allvy;
109
krzemu eutektycznego, powodując Jedynie niewaczne stępienie krawędzi
krzemu. Natomiast stopy modyfikowane: c) sodem lub d) strontem i obrobione
cieplnie wykazuj<) bardzo duża fragmentację i s feroidyzację kryształów krzemu eutektycznego. co jest wynikiem zmienionej budowy krzemu eutektycznego na w ł óknistą po modyfikacji.
Na rys. 2 pokazano mikrostruktury stopu AK9 odlewanego do· form piaskowych: a)
niemodyfikowanego i nie obrobio nego cieplnie; b) rafinowanego , przesyconego i starzonego 24 h; c) rafinowanego , mody fikowanego sodem, przesyco nego i starzonego 12 h; d)
rafinowanego , modyfikowanego strontem , przesyconego i starzonego 12 h. Podobnie jak
dla stopu AK7 , obróbka cieplna stopu AK9 niemodyfikowanego powoduje tylko pewne
st<; pictJie krawędzi płytek krzemu eutektycznego. Stopy modyfikowane sodem (c) lub
strontem (d) wykazują bardzo znaczną fragmentację i sfe roid yzację kryształów krzemu
eutektycznego.
Na rys. 3 pokaza no mikrostruktury stopu AK7 modyfikowanego spclem, strontem i
antymonem. odlewa nego w formach metalowych : a) rafinowanego , modyfikowanego
sodem , przesyconego i starzonego 12 h; b) rafinowanego, modyfikowa nego strontem,
przesyconego i starzonego 12 h; c) rafinowanego, modyfikowanego antymonem, przesyconego i starzonego 12 h. Widać wyraźnie fragmentację i sferoidyzację krzemu eutektycznego w stopach modyfikowanych sodem i strontem. W stopie modyfikowanym antymonem
krzem eutektyczny po obróbce ciep lnej ma kształt niewielkich wałeczków.
na
budowę
kryszlałów
a)
h)
c)
Rys. 3 Mi krostrul-tury stopu AK? odlewanego w fonuach metalowych (pow . 1000 x):
Fig 3. Microstmcmres of t!Je die-casted AK7 alloy (111rą;n. 1000 x):
a) stop rafino wany. mod ylikowa ny Na, przesycony i starzony 12 h;
refiner!, ll'itll No 111odifierl. solution hem treared and 12 IJ aged a!loy;
h) stop ratinowany. modylikowany Sr. rrzesycony i starzony 12 h:
refilll'ri, \Vit/7 Sr nwdified, sollllion heat tiWlted and 12 IJ aged alloy;
c) stop ralinowany, modylikowany Sb. przesycony i starzony 12 h
refined, IVith S!J modified, .wlution heat treatetl and 12 h oged alloy;
Rys. 4 przedstawia mikrostruktury stopu AK9 modyfikowanego sodem, strontem i
antymonem , od lewanego w formach metalowych: a) rafi nowa nego, modyfikowanego
sodem, przesyconego i starzonego 12 h; b) rafinowanego , modyfikowanego stro nte m,
IIO
przesyconego i star zonego 12 h; c) rafinowanego , modyfikowanego antymonem , przes yconego i starzonego 12 h. Widać rozdrobnienie krzemu eutektycznego o podobnej budowi c
jak w stopach modyfi kowanych sodem i strontem obrabianych cieplnie zalewan ych do
form piaskowych. Stop modyfikowany antymonem i obrabiany cieplnie ma także rozdrob niony krzem. ale w mniejszym stopniu , niż dla stopów modyfikowanych sodem i strontem. Jest to wyniki em innej budowy krzemu po modyfikacji antymonem (pl ytki), ni ż po
modyfikacji sodem i strontem (krzem włókni s ty ).
a)
b)
c)
Rys. 4 . MikrostiUktu ry stopu AK9 odlewanego w fo rmac h metalow yc h (pow . 1000 x):
Fig. 4. Microscm ctures o( t/w die-crtsced AK9 a/lor (111ag11. 1000 x) :
a) stup rali uowan y, modylikowany Na, przesycn ny i st<trzony 12 h ;
rt;/ill ed, wi ch No llwrlified. snlutio11 /ie(l( rreared mul 12 li ll!j nl 111/or:
h) stop rafinowa ny, mod ylikowan y Sr, przesy~:o u y i starzony 12 h;
rejż11 ed, tvi rli Sr rl/odif ied, solw ion hem rrmt ed Ol/d 12 li agerl o/lor;
c) stop rafinowan y. modylikowan y Sh, przesycony i starzo ny 12 11
r ejin ed. with Sb 1110diji ed, .w l ution hel/t treatr•d mul 12 li aged o/lor:
4. PODSUMOWANIE
Na podstawie wyników przeprowadzonych badat1 mo ż n a s twi e rd z i ć, że zasadniczy
na budow ę krzemu eutektycznego - w stopach AK7 i A K!) - po obróbce cieplnej
wywi era mod yfikacj a stopów. Bardzo silnie ujawnia si ę to w stopach odlewanych do form
piaskowych , mod yfikowanych sodem i strontem (rys. l i 2) . Wplyw modyfikacji ujawnia
się równie ż w stopach zalewanych do form metalowych modyfikowanych sodem, strontem
i antymonem (rys. 3 i 4) . Wg wyników przeprowadzonych badal'l mo ż na s twierd z i ć, że
otrzymanie odpowiedniej struktury krzemu eutektycznego powodującej wzrost w ł aściwoś ci
mechanicznych po obróbce ·cieplnej, może mieć miejsce tylko dla stopów zmodyfikowanych. Dlatego obróbka cieplna niemodyfikowanych stopów aluminium - w szczególności
.siluminów podeutektycznych - nie może dać odpowiednich efektów .
wpł y w
III
LITERATURA
[l] Poniewierski Z.: Krystalizacja, struktura i
właściwości
siluminów. WNT, Warszawa,
1989.
[21 Szczerbowski R. : Praca dyplomowa. Filia P.L. w Bie l sku - Białej , '1984.
[31 Wasilewski P. : Siluminy - modyfikacja i jej wpływ na strukturę i
Monografia. PAN, Krzepniecie Metali i Stopów , z. 21, 1992.
właściwości.
INFLUENCE OF MODIFICATION AND HEAT TREATMENT
ON THE STRUCTURE OF SUBEUTECTOID SILUMINS
WASILEWSKI Przemysław, DUDYK Maksymilian
Department of Chipless Technologies
Technical University of Lódź , Brat1Ch in Bielsko- Biał a
43-309 Bielsko Biała , ul. Willowa 2, POLAND
ABSTRACT
Findings of the AK7 (A\Si7Mg) and AK9 (A!Si 9Mg) subeutectoid silumins structure
have been described in this paper. These aluminium ałloys have been refined and with
sodium , strontium and antimany modified. Botl1 silumins have been tested without heat
treatment and after heat treatment. Fi ndings have been represented by microstructure
pictures which have been made on the scanni ng electron microscope.
Results of the eutectic sil ieon structure transformalian cłuring heat treatment and
frag me ntarion and spheroidization of this eutectic can be seen very visibly on the
microstructure pictures. The advantageous inlluence of modification on the eutectic si lieon
structures in tested a łlo ys after heat treatment ałso have been demonstrated .