REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

Transkrypt

1 22/38 Solidification of Metals and Alloys, No. 38, 1998 Krzepnięcie Metali i Stopów, nr 38, 1998 PAN Katowice PL ISSN REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA CIUĆKA Tomasz, DUDYK Maksymilian, PEZDA Jacek, WASILEWSKI Przemysław Katedra Technologii Bezwiórowych. Filia Politechniki Łódzkiej w Bielsku -Białej Bielsko - Biała, ul. Willowa 2. POLAND. STRESZCZENIE W artykule przedstawiono próbę zastosowania jednoczesnej metody ATD - AED do badań metalograficznych stopów metali nieżelaznych. Badania były prowadzone na stopach AK9, AK11 i AK20 poddanych typowym zabiegom rafinacji i modyfikacji. 1. WPROWADZENIE W Katedrze Technologii Bezwiórowych Politechniki Łódzkiej Filii w Bielsku - Białej opracowano unikalne stanowisko badawcze pozwalające na jednoczesną rejestrację procesu krzepnięcia stopów metali nieżelaznych, znaną już i ogólnie stosowaną metodą termiczno - derywacyjną ATD i zupełnie nową metodą elektryczno - derywacyjną AED. Metoda ta w całości została opracowana i uruchomiona w Katedrze Technologii Bezwiórowych. Polega ona na ciągłym pomiarze przewodności elektrycznej właściwej krzepnącego stopu, zmieniającej się podczas jego krystalizacji. Jednocześnie określona jest krzywa derywacyjna tejże przewodności elektrycznej właściwej i przedstawiona w postaci wykresu krzepnięcia metalu, na którym widać krzywą termiczną T (t) i krzywą przewodności elektrycznej σ (t) wraz z ich pochodnymi. Przebieg procesu krystalizacji stopu przedstawiony w postaci wykresu tworzonego w czasie krzepnięcia metalu w sposób szybki i dokładny odzwierciedla zmiany struktury krzepnącego metalu (powstawanie faz i eutektyk).

2 138 2.METODYKA I WYNIKI BADAŃ Metoda ATD - AED pozwala w sposób jednoznaczny określić poprawność przebiegu zabiegów metalurgicznych. Odmienny kształt krzywych krystalizacji T(t) i przewodności elektrycznej właściwej σ(t) wraz z ich pochodnymi, będzie przedstawiony dla stopów rafinowanych i modyfikowanych (pierwotnie i wtórnie). Próby przeprowadzane były dla siluminów AK7, AK9 i AK11 odlewanych do formy metalowej lub piaskowej. Na rysunku 1 przedstawiono formę i próbniki dla metody ATD i AED. termoelement Rys. 1. Schemat analizy ATD i AED Fig. 1. A diagram of the ATD and AED analysis. Termoelement służący do pomiaru temperatury krystalizacji metodą ATD jest umieszczony w połowie wysokości badanej próbki metodą AED (w połowie między elektrodami służącymi do pomiaru spadku napięcia badanej próbki podczas jej krystalizacji). Na rysunku 2 przedstawiono zbiór krzywych krystalizacji T(t) i przewodności elektrycznej σ (t) badanego stopu AK9 odlewanego do formy metalowej. Charakter krzywych krzepnięcia T i przewodności elektrycznej σ oraz ich poszczególne odcinki świadczą o istniejącej powtarzalności przebiegu krystalizacji dla poszczególnych prób.

3 139 Rys. 2. Wykres krzywych krystalizacji T(t) i przewodności elektrycznej właściwej σ (t) stopu AK9. Fig. 2. Crystallization curves T(t) and electricconduktivity σ (t) of the AK9 alloys. Zarejestrowane próby potwierdziły odrębność krzywych krzepnięcia T(t) i przewodności elektrycznej σ(t) oraz ich pochodnych (dt/dt, dσ/dt), w zależności od przeprowadzonego procesu topienia metalu. Powstawanie poszczególnych faz i eutektyk uwidacznia się w postaci pików na krzywych derywacyjnych tej metody. Na krzywej derywacyjnej metody ATD powstałe fazy i eutektyki obrazowane są efektami termicznymi zachodzącymi w krzepnącej próbce. W metodzie AED zjawiska te przedstawiane są w postaci efektów przewodnościowych. Przewodność elektryczna właściwa σ(t) badanej objętości próbki metalu zależy przede wszystkim od postaci struktury krzepnącego metalu, jak i od ilości powstałych faz i eutektyk. Wielkość i charakter pików przewodnościowych i termicznych występujących w czasie krystalizacji stopu określają intensywność i rodzaj wydzieleń poszczególnych faz. Metody ATD i AED w sposób niewątpliwy uzupełniają się wzajemnie, ponieważ te same punkty charakterystyczne krystalizacji poszczególnych faz są widoczne w obydwu metodach. Pozwala to w dość dokładny sposób interpretować wyniki badań, jak również charakteryzować poszczególne fazy. Z tych względów metoda jednoczesnej rejestracji ATD- AED procesu krystalizacji stopów może być szeroko stosowana w badaniach naukowych i odlewniach stopów metali nieżelaznych. Na rysunku 3 pokazano krzywe krystalizacji T(t) i przewodności elektrycznej σ(t) oraz ich pochodne zarejestrowane podczas krzepnięcia stopu AK11 modyfikowanego strontem odlewanego do formy skorupowej. Struktura eutektyki uszlachetnionej pokazana na tym rysunku świadczy o prawidłowo przeprowadzonym procesie modyfikacji. Wniosek ten potwierdza wykres metody ATD-AED, na którym można zauważyć obniżenie temperatury krzepnięcia eutektyki α + Si tzw. depresję i wzrost przewodności elektrycznej właściwej krzepnącego stopu.

4 140 Struktura optyczna Struktura do analizy Wyniki analizy metalograficznej metalograficznej Rys. 3. Wykresy ATD i AED modyfikowanego stopu AK11. Fig. 3. ATD and AED curves of the modified AK11 alloy. Przykładowo na rysunku 4, dla obrazowego porównania różnic występujących podczas rejestracji jednoczesną metodą ATD - AED pokazano zestawienie krzywych krystalizacji T(t) i przewodności elektrycznej σ(t) oraz ich pierwszych pochodnych stopu AK9 rafinowanego i modyfikowanego. Rys. 4. Wykresy krzywych krystalizacji T(t) i przewodności elektrycznej właściwej σ (t) rafinowanego i modyfikowanego stopu AK9. Fig. 4. Crystallization curves T(t) and electricconduktivity σ (t) of the rafined and modified AK9 alloys.

5 141 W podobny sposób na rysunku 5 pokazano wykresy krystalizacji stopu AK11 odlewanego do formy metalowej z zaznaczonym punktem na krzywej przewodności właściwej σ(t) w postaci efektu przewodnościowego w którym krystalizuje krzem nadeutektyczny i faza AlSiFeMn. Struktura optyczna Struktura do analizy Wyniki analizy metalograficznej metalograficznej Struktura optyczna Struktura do analizy Wyniki analizy metalograficznej metalograficznej Rys. 5. Krzywe krzepnięcia i charakterystyczne fazy stopu AK11 Fig. 5. Crystallization curves and characteristic phases of the AK11 alloys. 3. WNIOSKI - Przeprowadzone badania wykazały, że przy pomocy metod Analizy Termiczno - Derywacyjnej (ATD) oraz Analizy Elektryczno - Derywacyjnej (AED) można rejestrować przebieg krystalizacji stopów metali nieżelaznych. - Charakterystyczne punkty powstałych faz w procesie krystalizacji wyznaczone metodą (ATD) można również zaobserwować na krzywych metody (AED).

6 142 - Powstawanie poszczególnych faz i eutektyk jest zauważalne na krzywej przewodności elektrycznej właściwej σ(t) w postaci efektów przewodnościowych (pików). LITERATURA [1] Dudyk M., Minkus K., Opracowanie analizy elektryczno-derywacyjnej (AED) do badań krystalizacji siluminów, Krzepnięcie Metali i Stopów, 1994, Z. 19, s [2] Dudyk M., Jednoczesna analiza metodą ATD i AED procesu krystalizacji stopu (Ak9) Krzepnięcie Metali i Stopów, 1995, Z. 22, s [3] Dudyk M., Ciućka T., Pezda J., Wasilewski P., Ocena modyfikacji pierwotnej i wtórnej za pomocą jednoczesnej analizy metodą ATD - AED, Krzepnięcie Metali i Stopów, 1996, Z. 26, s [4] Poniewierski Z.,Krystalizacja, struktura i właściwości siluminów, WNT, Warszawa [5] Wasilewski P., Siluminy - modyfikacja i jej wpływ na strukturę i właściwości. Monografia 1992, Krzepnięcie Metali i Stopów, Z. 21. [6] Dudyk M., Ciućka T., Pezda J., Wasilewski P., Ocena właściwości wytrzymałościowych siluminu Ak9 na podstawie krzywych krystalizacji metody ATD - AED, Krzepnięcie Metali i Stopów, 1997, Z. 30, s RECORDING OF CRYSTALLISATION PROCESS BY MEANS OF ATD-AED METHOD AND THEIR METALLOGRAPHIC ANALYSIS. SUMMARY The evaluation test of structure properties of the AK9, AK11 silumins have been described in this paper. The characteristics points obtained from the solidification curves and from the electrical conductivity curves, as well as from their derivatives have been determined on the state of the solidification and crystalization curves using the metode simultaneous recording ATD and AED.