Vplyv pridávania korektorov železa na kryštalizáciu zliatiny AlSi10MgMn so zvýšeným obsahom železa M. Žihalová – D. B o l i b r u c h o v á
Influence of adding the iron correctors on crystallization of the AlSi10MgMn alloy with increased iron content Received: 09.02.2016 Accepted: 22.02.2016 669.715 : 621.745.4 Al alloys—melt treatment
Higher amount of impurities in secondar y aluminium alloys is the most impor tant obstruc tion of wider application of these alloys as the charge material. Iron is considered the most problematic impurit y in aluminium castings, which is mostly present in a form of hard and brit tle intermetallic par ticles. A s the presence of such phases leads to decreasing of mechanical and foundry proper ties of the alloy, they must be removed in a cer tain way. Addition of so called iron correc tors is one of the most economical method of iron neutralising. The ar ticle describes the influence of Ni, V and Cr on the course of cooling the AlSi10MgMn alloy with increased iron content.
Ing. Mária Žihalová Žilinská univer zita v Žiline, Strojnícka fakult a , Katedra technologického inžinierst va University of Žilina, Faculty of Mechanical Engineering, D e p a r t m e nt of Te chn o l o g i c a l En g in e e r in g
prof. Ing. Dana Bolibruchová, PhD. Žilinská univer zita v Žiline, Strojnícka fakult a , Katedra technologického inžinierst va University of Žilina, Faculty of Mechanical Engineering, D e p a r t m e nt of Te chn o l o g i c a l En g in e e r in g
Ú vo d Železo je najčastejšia nečistota vyskytujúca sa už v primárnych hliníkových zliatinách, pričom jeho nežiadúci vplyv je ešte výraznejší v recyklovaných (sekundárnych) zliatinách hliníka. V zliatinách na báze Al-Si vytvára železo intermetalické zlúčeniny, ktoré nepriaznivo vplývajú na mechanické vlastnosti odliatkov [1]. Snahou je však využívanie recyklovaných materiálov najmä kvôli zníženiu výrobných nákladov, čo vyžaduje elimináciu nepriaznivých účinkov nečistôt. Jednou z možností neutralizácie negatívneho vplyvu železa je pridávanie určitých prvkov, tzv. korektorov železa. Do tejto skupiny prvkov patria najmä prvky ako Mn, Co, Be, Ni, Cr a V [2], [3], [4]. Nežiadúci vplyv Fe je spojený s tvorbou intermetalických fáz prítomných v mikroštruktúre zliatiny. Najčastejšie sa vyskytujúcou fázou v zliatinách Al-Si je fáza Al5FeSi, ktorá býva vylúčená v doskovitom tvare (ihlice). Tieto fázy sú krehké a znižujú tak pevnosť materiálu pri ťahovom zaťažení. Prídavkom korektorov, napr. Mn, vznikajú fázy s priaznivejším tvarom (Al15(Fe,Mn)3Si2), ktoré neznižujú mechanické vlastnosti zliatiny tak výrazne. Účinok Mn je však obmedzený do určitého obsahu, a preto je pri vyššie znečistených recyklovaných zliatinách potrebné aplikovať iné korektory [5], [6], [7]. Po pridaní korektorov železa, ako sú Ni, V a Cr, môžu byť v mikroštruktúre prítomné aj ďalšie intermetalické fázy. Pretože sa po pridaní korektorov môže v zliatine vyskytovať veľké množstvo rôznych intermetalických fáz, je potrebné analyzovať kryštalizáciu odliatkov vyrobených zo sekundárnych zliatin hliníka s cieľom posúdiť vplyv prítomných fáz na proces tuhnutia. Najlepším spôsobom je vykonať metalografický rozbor časti odobranej z odliatku alebo špeciálne pripravenej vzorky. Táto metóda je časovo náročná a musí byť vykonaná po odliatí finálnej sekundárnej zliatiny. Spektrálnou analýzou (pokiaľ je k dispozícii) je možné určiť len koncentrácie legujúcich prvkov, avšak nemôže byť použitá na predikciu vnútornej štruktúry, ktorá závisí od použitej zliatiny a rýchlosti ochladzovania. Preto nachádza termická analýza uplatnenie aj v zlievarňach hliníkových zliatin ako rýchla metóda, ktorá môže byť použitá pred samotným odlievaním [8]. Termická analýza umožňuje stanovenie počiatku priebehu rôznych reakcií. Prvotné interpretácie prebiehajúcich javov môžu byť získané priamym pozorovaním krivky ochladzovania, nakoľko reakcie sú väčšinou exotermické a vedú k zníženiu rýchlosti ochladzovania, alebo v niektorých prípadoch môže dochádzať k zvýšeniu teploty vplyvom rekalescencie. Tieto analýzy sa môžu vykonávať tým, že sa vloží jeden alebo viac termočlánkov do formy obsahujúcej tuhnúci kov. Porovnávaním výsledkov z rôznych termočlánkov môžu byť detegované teplotné rozdiely, alebo je možné derivovaním výsledkov teplôt z jedného termočlánku ako funkcie času určiť časy a teploty prebiehajúcich reakcií [9], [10], [11], [12]. Cieľom predkladaného článku je analýza vplyvu vybraných korektorov železa na priebeh tuhnutia zliatiny AlSi10MgMn so zvýšeným obsahom železa pomocou termickej analýzy. Dôsledný rozbor výsledkov termickej analýzy môže takto poskytovať relevantné výsledky o účinku korektorov železa na elimináciu nepriaznivých vplyvov a výslednú kvalitu odliatku. Za týmto účelom boli použité prvky Ni, V a kombinácia V s Cr. Experimentálna časť Na vyhotovenie experimentov bola použitá zliatina AlSi10MgMn. Zliatina bežnej čistoty AlSi10MgMn obsahuje určité množstvo železa, avšak pre lepšie pochopenie vplyvu korektorov železa v sekundárnych zliatinách bol jeho obsah úmyselne zvýšený. Na tento účel bola zliatina roztavená v elektrickej odporovej S l é vá re ns t v í . L X I V . b ř eze n – d u b e n 2016 . 3 – 4
93
O D L I T K Y Z E SL I T I N N E Ž EL E Z N ÝCH KOV Ů
Vplyv pridávania korektorov železa na kryštalizáciu zliatiny AlSi10MgMn so zvýšeným obsahom železa