MODYFIKACJA TYTANEM, BOREM I FOSFOREM SILUMINU AK20

MODYFIKACJA TYTANEM, BOREM I FOSFOREM SILUMINU AK20

Solidification of Metais and Alloys,
Year 2000, Volume 2. Book No . 43
Krzepnięcie Metali i Stopów,
Rok 2000, Rocznik 2, Nr 43
PAN -Katowice PL ISSN 0208-9386
43/50
MODYFIKACJA TYTANEM, BOREM I FOSFOREM
SILUMINU AK20
Stanisław
PIETROWSKI
Produkcji i Zarządzania
Politechnika Łódzka
ul. Stefanowskiego 1/ 15, 90-924 Łódź
Katedra
l.
Inżynierii
Wstęp
Ogólnie wiadomo, że aluminium krystalizuje w sieci sześciennej (Al) o parametrze a= 4,0414 A. Krzem krystalizuje w sieci sześciennej (A4) o parametrze a= 5,4199
A. Z analizy wykresów równowag fazowych Al-B, AI-Ti oraz Ti-B wynika, że tworzą
się odpowiednio fazy: AIB 2 , AlTi, AI 3Ti, TiB, TiB 2 [l] . Ze względu na ich budowę sieci
krystalicznej oraz jej parametry mogą one stanowić podkładki krystalizacji fazy a w
siluminach [2] . Jest bardzo prawdopodobnym, że faza TiB może również stanowić
podkładkę krystalizacji fazy [3, ponieważ krystalizuje w sieci sześciennej (B3) o parametrze a = 4,20 A [2] . Potwierdzają to badania wykonane mikroanali zą rentgenowską
wydzieleń fazy 13, w której stwierdzono obecność: Al, B, Ti , Fe, Mn i Sr przedstawione
w pracach [3-5] .
Zagadnienie to jest szczególnie istotne dla si luminów nadeutektycznych, w których pierwotna faza 13, pomimo modyfikacji fosforem, krystalizuje w postaci dużych
wydzieleń. W pracy [6] wykazano, że istotnie, modyfikacja tytanem i borem siluminów
nadeutektycznych, rozdrabnia fazę 13, szczególnie w połączeniu z fosforem .
Celem niniejszej pracy jest przedstawienie dalszych wyników badań z omówionego zakresu.
2. Metodyka
badań
Badania przeprowadzono na siluminie AK20, którego
w tablicy l.
skład
chemiczny przedstawiono
452
Tablica l
Skł ad chem1cznv SI'l ummu AK20
Skład
chemiczny,%
Si
Cu
Mg
Ni
Fe
19,83
l ' 11
0,83
1,15
0,35
Silumin modyfikowano stopem AITi5B w ilości 0,2%; 0,4% i 0,6% oraz mieszaniną
0,6% A1Ti58 + 0,3% P od masy ciekłego siluminu. Próbki o średnicy d = !Omm odlewano w kokilę.
Mierzono odległość A. między płytkami fazy ~ w eutektyce oraz wielkość wydzieleń
pierwotnych kryształów fazy ~· Określano ją za pomocą średnicy cięciwy, którą określano z zależności [7]:
l n
L=- ~>i
n
i=l
gdzie:
n - liczba przeciętych przez sieczną kryształów fazy ~.
li - długość cięciwy i-tego kryształu
Pomiar dokonywano na przekroju próbki co l mm.
3. Wyniki
badań
Mikrostrukturę siluminu niemodyfikowanego oraz po modyfikacji
0,6% AITi5B + 0,3% P przedstawiono na rysunku l (a, b).
mieszaniną
a)
Rys. L Mikrostruktura siluminu
niemodyfikowanego (a) oraz
po modyfikacji 0,6% AITi5B +
0,3% p (b)
Fig. l. Microstructure of the
unmodified silumin (a)
and the silumin modified with
use 0,6% AITi5B + 0,3% P (b)
453
b)
Cd. rys. l. Mikrostruktura
siluminu niemodyfikowanego
(a) oraz po modyfikacji 0,6%
AITi5B + 0,3% P (b)
Contd. fig. l. Microstructure
o f the unmodified silumin (a)
and th e silumin modified with
use 0,6% A!Ti5B + 0,3% P
(b)
Wpływ ilości
i rodzaju modyfikatora na
wielkość
"s"
kryształów
fazy
~
oraz odle-
głość międzypłytkową A w eutektyce w funkcji odległości "1" od powierzchni próbki
pokazano odpowiednio na rysunku 2 i 3.
• - bez modyfikacji
,
s,
+- modyfikac)a 0,2%(Ti+8)
).Ul1
+-modyfikacJa 0,4%(Ti+B) :
:
~-=- _!TI_o_!!y!i~l!ll.il! Q,§'Y~0'!-1:.8)~ _________
modyfikaGia 0,6%(Ti+B)ł0,3%P
•
30
1
l __
*-
•
20
---~- ---- ----~- ---- ----~--------~·
l
10
--ł=-+
Y
~ --- •
------
'
-
l
...L--or',
T
-~ ~
t--.=: -.- ~==t---~
~-~ -~- ~
---1---------,
o +---------~-------+--------~--------+-------~
l, mm
o
2
4
3
Rys. 2. Wpływ ilo śc i i rodzaju modyfikatora na wielkość "s" kryształów fazy 13 w funkcji odległości "!" od powierzchni próbki
Fig. 2. The influence o f modifier case and the "!" dis ance fro m sample surface on the "s" 13 phase
dimension
454
--- ------r---------r---------T------ -- -.,.----- - ----,
lO
• - bez modyqkacji
,
+-modyfikacJa 0,2%(Ti+B) :
+- modyfikao~a 0,4%(Ti+B)'
m_orlyfiką_c~ą_ 0,6'7'<t(Ti+_B_)~ _________ l__ __
•=
*-modyfikacJa 0,6%(Ti+B)+0,3%P
l
l
- - -
~
•
.,.
~
•
...
- .;,- -'!: - - - -
......1... ..-+_..
+
.f
~
ł
ł
t,,.
1 _,
,
+
- -
::-.- ~ -
- -
~
-+
.......
." 1
.. +
l
l
...
,.
."".f
. . ....: ."
__.;
+
:
l
8
~
....
__ -~ ~- __ ~
l
- - - - - - - - -
~
ł
l
l
l
l
l
---'-( -:.--+------=-l:_----:.*-4~*=:. --t-- -- - t-- -~
~--
6
.."". : : . . . _
-
...._.
l
~
l
•
t
...
l
l
l
l
l
l
l
l
l
4+-------~--------,_------~--------,_------~
o
2
3
4
l, mm
Rys. 3. Wpływ ilości i rodzaju modyfikatora na odległość międzypłytkową "/.." w eutektyce
kryształów fazy f) w funkcji odległości " 1" od powierzchni próbki
Fig. 3. The influence of modifier case and the "1" disance from sample surface on the "/.." eutectic
parameter
Z przedstawionych danych wynika, że modyfikacja tytanem i borem siluminu
zmniejsza wielkość pierwotnych wydzieleń fazy ~· Najsilniejszy efekt jej zmniejszenia
występuje po modyfikacji 0,6% A1Ti5B , na który nie ma już wpływu dodatek 0,3% P
(rys. 2). Podobny jest wpływ modyfikatora na odległość międzypłytkową "A" (rys . 3).
Jednocześnie następuje zmniejszenie wpływu szybkości stygnięcia odlewu na wielkość
fazy~ i odległości "A".
Uzyskane wyniki badań potwierdzają hipotezę, że faza TiB stanowi podkładkę
krystalizacji fazy ~·
4. Wnioski
•
•
•
Z przedstawionych badań wynikają następujące wnioski:
stop AlTi5B jest efektywnym modyfikatorem pierwotnych kryształów fazy ~.
zmniejsza również odległość A między płytkami fazy ~ w eutektyce,
optymalna ilość modyfikatora AITi5B wynosi 0,6% od masy ciekłego siluminu,
dodatek 0,3% P do modyfikatora A1Ti5B nie zwiększa efektu modyfikacji.
455
Literatura
l.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Massalski T. B.: Binary Alloy phase diagrams. American Society for Metals, Metals Park, Ohio 44073, 1986.
Pearson W. B.: Lattice Spacings and Structures oj Metais and Alloys. Pergamon
Press, 1967.
MUIIer K., Reif W .: Possilbilities oj struciurai refinement oj Al-Si-casting Alloys.
Solidification of metais and Alloys. Polish Academy of Sciences. Founry Commission. z. 28, 1996, s. 127.
Romankiewicz F., Reif W. : Modyfikacja stopu AlSi7Mg. Krzepnięcie Metali i stopów. PAN- Komisja Odlewnictwa, z. 28, 1996, s. 200.
Rei f W., MUIIer K. : Improvement oj mechanical properties oj Al-Si-cast alloys by
grain refinement and modiflcation. Advanced Light Alloys and Composites. Kluwer Academic Publishers, NATO ASI Series, 1997, s. 263.
Pietrowski S., Władysiak R.: Wpływ modyfikacji Ti, B i P na krystalizację siluminów nadeutektycznych. VIII Konferencja Tendencje rozwojowe w procesach produkcyjnych, Zielona Góra 1997, s. 99.
Ryś J. : Metalografia ilościowa. Skrypty uczelniane nr 922, AGH, Kraków, 1983.
Recenzował :
prof. dr hab.
inż. Przemysław
Wasilewski