Slevarenstvi 3-4 2016 by INA SPORT spol. s r.o.

M. Žihalová – D. B o l i b r u c h o v á Vplyv pridávania korektorov železa na kryštalizáciu zliatiny AlSi10MgMn so zvýšeným obsahom železa

Tab. I. Tab. I.

Chemické zloženie zliatin Chemical composition of alloys

O D L I T K Y Z E SL I T I N N E Ž EL E Z N ÝCH KOV Ů

Zliatina AlSi10MgMn

10,220

0,277

0,108

0,448

0,046

0,005

0,008

0,028

zvyšok

AlSi10MgMnFe1

9,730

0,313

0,118

0,980

0,041

0,016

0,009

0,037

zvyšok

AlSi10MgMnFe1 + 0,1 hm. % Ni

12,240

0,540

0,250

2,182

0,068

0,309

0,021

0,407

zvyšok

AlSi10MgMnFe1 + 0,3 hm. % Ni

9,925

0,297

0,100

2,153

0,032

0,273

0,018

> 0,480

zvyšok

AlSi10MgMnFe1 + 0,5 hm. % Ni

9,640

0,283

0,105

1,697

0,033

0,621

0,022

> 0,480

zvyšok

AlSi10MgMnFe1 + 0,2 hm. % V

9,133

0,265

0,116

1,588

0,034

0,084

0,216

0,166

zvyšok

AlSi10MgMnFe1 + 0,2 hm. % V + 0,5 hm. % Cr

8,996

0,291

0,119

1,446

0,033

0,071

0,139

> 0,480

zvyšok

AlSi10MgMnFe1 + 0,2 hm. % V + 1,0 hm. % Cr

8,539

0,290

0,098

1,182

0,031

0,051

0,135

> 0,480

zvyšok

peci a po dosiahnutí teploty 780 ± 5 °C sa do taveniny pridalo železo vo forme predzliatiny AlFe10. Pripravená zliatina (AlSi10MgMnFe1) bola ďalej legovaná Ni, V a Cr. Pri pridávaní Ni do zliatiny bola použitá predzliatina AlNi20. Zliatina AlSi10MgMnFe1 bola tavená v grafitovom tégliku a po dosiahnutí požadovanej teploty (780 ± 5 °C) bol do zliatiny pridaný Ni. Množstvo použitého prídavku niklu do zliatiny bolo 0,1, 0,3 a 0,5 hm. %. Prídavok V do zliatiny bol navrhnutý na 0,2 hm. %. Súčasný vplyv V a Cr bol hodnotený na zliatine s prídavkom 0,2 hm. % V spolu s obsahom Cr 0,5 a 1,0 hm. %. Požadovaný obsah legujúcich prvkov bol pridávaný formou predzliatin AlV10 a AlCr20. Tavenina nebola ďalej modifikovaná, očkovaná ani rafinovaná. Teplota odlievania bola pri všetkých experimentoch 760 ± 5 °C. Tavenina bola odlievaná do kovovej formy predhriatej na 200 ± 5 °C za účelom získania vzoriek na mikroštruktúrnu a spektrálnu analýzu. Chemické zloženie pripravených zliatin je uvedené v tab. I. Na vykonanie termickej analýzy sa použila kovová forma valcového tvaru s termočlánkom NiCr-Ni umiestneným v jej strede. Výsledky a diskusia Zádržné teploty korešpondujúce s tvorbou fáz v analyzovaných zliatinách sa nachádzajú v tab. II. Obr. 1 zobrazuje krivku ochladzovania a jej prvú deriváciu pre zliatinu AlSi10MgMn s prídavkom železa. Prvá derivácia predstavuje okamžitú rýchlosť ochladzovania v závislosti na krivke chladnutia a signalizuje prítomnosť malých zmien na krivke ochladzovania [10]. Na obr. 1 možno pozorovať prvú teplotnú zádrž zliatiny AlSi10MgMnFe1 pri 591,2 °C, kde sa začínajú vytvárať zárodky primárneho Al. Po tejto zádrži teplota kryštalizácie zliatiny opäť postupne klesá. Ďalšia teplotná zádrž nastala pri 575 °C. To je spôsobené latentným teplom reakcie fáz na báze železa. Mikroštruktúra zliatiny obsahuje najmä ihlicovité fázy (obr. 2), teplotná zádrž preto pravdepodobne reprezentuje reakciu L → Al + + Si + Al5FeSi. Zádrž pri teplote 566,7 °C korešponduje s vytváraním a rastom eutektického Si. Na krivke ochladzovania nie je viditeľná teplotná zádrž pri teplote korešpondujúcej s vytváraním fázy Mg2Si. Môže to byť spôsobené nízkym obsahom Mg v pozorovanom mieste alebo podmienkami kryštalizácie, ktoré neviedli k tvorbe fázy Mg2Si (napr. vysoká rýchlosť ochladzovania). Krivky ochladzovania a ich prvé derivácie zliatiny AlSi10MgMnFe1 s prídavkom niklu sú zobrazené na obr. 3, 4 a 5. Kryštalizácia primárneho α-hliníka po pridaní 0,1 a 0,5 hm. % Ni sa začala pri nižšej teplote, ale pri prídavku 0,3 hm. % bola teplotná zádrž pri vyššej teplote. Rôzne správanie kryštalizácie pozorované pri tomto prídavku pravdepodobne viedlo k tvorbe iných intermetalických fáz. Vyšší obsah Cr v zliatine (možný vedľajší vplyv použitej predzliatiny) spôsobil pravdepodobne formáciu tzv. kalových (sludge) fáz (L → Al15(Fe,Mn,Cr)3Si2)

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

v mieste termočlánku pred kryštalizáciou primárneho α-Al. Prítomnosť určitého množstva kalových fáz môže byť tiež pozorovaná na typickej mikroštruktúre zliatiny po pridaní Ni (obr. 6). V zliatine s 0,1 a 0,3 hm. % Ni teplotná výdrž korešpondujúca s tvorením železitých intermetalických fáz (Al5FeSi) prebiehala pri nižších teplotách a pri najvyššom prídavku Ni pri vyšších teplotách v porovnaní so zliatinou AlSi10MgMnFe1. Tvorenie železitých intermetalických fáz obsahujúcich mangán typu Al15(Fe,Mn)3Si2 vo forme čínskeho písma bolo zaznamenané iba v zliatinách s prídavkom 0,3 a 0,5 hm. % Ni (teplotná zádrž pri 583,5 a 588,8 °C). Vyšší prídavok Ni môže preto viesť k lepším podmienkam tvorby fáz na báze železa v tvare čínskeho písma a má priaznivý korekčný účinok. Teplotná zádrž eutektickej reakcie bola pri každom prídavku Ni nižšia. Krivky ochladzovania po pridaní V a kombinovaného prídavku V a Cr sú zobrazené na obr. 7, 8 a 9 a typická mikroštruktúra zliatiny po pridaní kombinovaného prídavku V a Cr je na obr. 10. Teplotná zádrž zodpovedajúca primárnemu α-Al po pridaní prídavku V a tiež V s Cr nastávala pri vyšších teplotách. Vyšší obsah Cr v tomto prípade neviedol k identifikácii teplotných zádrží prislúchajúcich tvorbe „sludge“ fáz. Dôvodom môže byt vyšší obsah fáz v zliatine s vyššou špecifickou hmotnosťou, ktorý vedie k sedimentácii fáz na dne formy. Kvôli polohe termočlánku v strede formy nemusia byť tieto fázy identifikované. Eutektická teplota sa po pridaní kombinovaného prídavku V a Cr v porovnaní so zliatinou AlSi10MgMnFe1 znížila a rozdiel med-

Tab. II. Tab. II.

Zádržné teploty a tvoriace sa fázy v zliatine AlSi10MgMn s prídavkom železa a jeho korektorov Thermal arrests and phases formed in the AlSi10MgMn alloy with iron addition and with iron correctors teplota zádrže [°C]

fáza

AlSi10MgMn + 1,0 hm. % Fe

591,2 575,0 566,7