P Ř EH L ED OV É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y

J. P táček

M o d i f i k a c e s l i t i n h l i n í k- k ř e m í k o č i m a l i t e r a t u r y

Pro obě modifikační činidla (sodík, stroncium) však platí zásadní pravidlo: modifikační účinek se zruší použitím přípravků obsahujících chlor nebo fluor a dokonce i jakýmkoli plynem, který v tavenině vytváří bubliny (např. při odplyňování). Tedy nevhodně zařazená operace tohoto typu zcela zruší modifikační účinek. Průběh modifikace slitiny AlSiCu(Mg) [3] Pod pojmem modifikace se rozumí změna velikosti a morfologie křemíku pomocí modifikátoru (sodík, stroncium, antimon, vápník apod.). V prostoru se mění destičková struktura na tyčinkovitou, tedy v řezu destičky tvoří jehlice a tyčinky tvoří globule. Jak je dostatečně známo, tato změna morfologie způsobená modifikací vede k výraznému nárůstu plastických vlastností materiálu. U slitin typu AlSiCuMg vznikají v průběhu tuhnutí slitiny fáze následovně: – Při teplotě 590–595 °C se tvoří primární α-fáze (hliníku) a přitom roste koncentrace Si a Cu. Při teplotě 560–565 °C vzniká eutektická směs Si + α, tím místně roste obsah Cu ve zbytku kovu. Při teplotě cca 550 °C začíná precipitace fází Mg2Si a Al8Mg3FeSi6. – Při teplotě cca 505 °C vzniká jemná eutektická fáze bohatá na měď ve 3 formách. Jsou to fáze Al2Cu, Al-Al2Cu a Al5Mg8Cu2Si6, podle obsahu Cu a Mg. – Pod teplotou 500 °C se pohybuje teplota solidu. U slitin AlSi8Cu3 bývá tato teplota výrazně nižší v důsledku vyššího množství stopových prvků. Princip mechanizmu modifikace spočívá v tom, že modifikátory sníží pnutí mezi eutektickými fázemi, sníží se úhel kontaktu hliníku s křemíkem a hliník bude obalovat křemík a blokovat tak jeho růst. Výsledný dosažený účinek modifikace se poměrně přesně stanoví metodou termické analýzy. Omezení růstu eutektického křemíku Eutektikum v nemodifikovaných slitinách AlSi tvoří dendrity α-fáze a desky eutektického křemíku různé orientace, které se v rovině metalografického výbrusu jeví jako šedé jehlice uložené ve světlé matrici α-fáze, která vyplňuje prostor mezi deskami křemíku. Slévárenské slitiny obsahují velký podíl eutektika nebo jsou i čistě eutektické. Tvar eutektického křemíku (hexagonální desky, jehlice s ostrým zakončením) u nemodifikovaných slitin neupravené slitiny AlSi výrazně snižuje mechanické vlastnosti. A právě modifikace mění destičky eutektického křemíku nevhodného tvaru na mnohem přijatelnější tyčinky nebo dokonce na vlákna. Vyloučení eutektického křemíku ve tvaru tyčinek až vláken vyvolá zvýšení pevnosti Rm, tažnosti A5 a houževnatosti. Jedno z vysvětlení principu modifikace je omezení růstu eutektického křemíku adsorpcí vhodného povrchově aktivního prvku. Tyto aktivní prvky působí už při velmi nízkém obsahu (10 až 1000 ppm). Zamezí se přísun další stavební látky z taveniny, což vede ke zpoždění krystalizace eutektického křemíku. Je známo, že těmito prvky jsou zejména sodík a stroncium. Sodík Mezi typické negativní vlastnosti sodíku patří zvýšení stupně naplynění taveniny. Odplynění taveniny je obtížné, jak je výše uvedeno, protože jak chlor, tak fluor i plyny tvořící v tavenině bubliny (dusík, argon) radikálně snižují účinek modifikace. Kromě toho sodík zvyšuje koeficient smrštivosti v intervalu tuhnutí, což vede ke vzniku rozptýlené pórovitosti. A navíc, jak je obecně známo a také výše uvedeno, sodík má sklon k rychlému propalu, tj. má časově značně omezenou účinnost.

98

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

Stroncium [4] Výše uvedené nevýhody modifikace sodíkem vedly k nalezení jiného modifikačního činidla. Většinu požadavků nakonec splňuje stroncium. Jeho modifikační účinek je nesrovnatelně delší (1 až 2 h) a lze jej výrazně prodloužit (až na 10 h) aplikací 0,05–0,20 % berylia. Určitou nevýhodou použití stroncia je sice jeho poněkud nižší účinnost v porovnání se sodíkem; vyšší dávkování tuto nevýhodu odstraní, i když poněkud vzrostou náklady. Velkou výhodou použití stroncia je jeho jednoduché a bezpečné dávkování prostřednictvím předslitiny typu AlSr, zpravidla s obsahem 5 až 10 % stroncia. Nejčastěji má předslitina tvar drátu průměru 10 mm a je vhodná pro menší pece. Pro velké pece se častěji používají levnější housky AlSr, rovněž o obsahu 5 až 10 % stroncia. Při odlévání tenkostěnných odlitků je modifikace bez použití stroncia prakticky nepředstavitelná. Počátek modifikace je dán rozpadem částic SrAl4, vznikem nových částic Al2Si2Sr, z nichž se nakonec získá volné stroncium. A podobně jako u sodíku část stroncia reaguje se zbytkovým fosforem za vzniku fosfidu stroncia. Tím se pochopitelně poněkud oslabí funkce stroncia, takže je třeba s touto skutečností počítat při výpočtu dávky. Jak je zřejmé, čím vyšší zbytkový obsah fosforu kov obsahuje, tím vyšší dávkování stroncia je zapotřebí. Diskuze informací a zkušeností Sodík a stroncium [5] Cílem modifikace slévárenských slitin AlSi je změna destiček primárního křemíku na vláknitou strukturu. Mechanizmus modifikace slitin AlSi spočívá v neutralizaci zárodků fosfidu hliníku (AlP), na nichž křemík přednostně krystalizuje. Kromě toho modifikační prvek absorbuje na rostoucích krystalech křemíku, čímž se omezuje jejich růst. Autoři této firemní publikace preferují stroncium před sodíkem, použití antimonu je na ústupu, s výjimkou Francie a většiny frankofonních států. Obdobný, ale nižší modifikační účinek mají i některé další prvky, jako baryum a vápník, technicky se však neuplatňují. Nespornou výhodou obou činidel je, že jsou vzájemně plně kompatibilní a je možné je s úspěchem kombinovat, navíc ani Na, ani Sr nejsou kompatibilní s antimonem při obsahu fosforu od cca 25 ppm. Přednost použití stroncia před sodíkem má několik důvodů. Stroncium naštěstí nevytváří s vápníkem intermetalické sloučeniny, i tak se však doporučuje obsah Ca držet pod 30 ppm. Velmi důležitým požadavkem je, aby částice Al4Sr v předslitině AlSr byly co nejjemnější. Toho se dosáhne mimo jiné co nejrychlejším ztuhnutím předslitiny AlSr při její přípravě. Právě jemné a pravidelně rozptýlené částice Al 4Sr by měly být hlavním kritériem pro výběr dodavatele vhodné předslitiny. Doba reakce rozpouštění předslitiny AlSr je rovněž významně ovlivněna velikostí částic Al4Sr. Čím jemnější jsou tyto částice, tím rychlejší bývá modifikace, tím jemnější zrno a také tím nižší pohlcení vodíku. Jakýkoli kontakt s chlorem nebo s činidly uvolňujícími chlor kontaktem s taveninou způsobí radikální odstranění dodaného stroncia (platí i pro sodík) prakticky na nulu. Podrobnější údaje uvádí tab. I. Sodík, stroncium a antimon [6] Francouzští odborníci všeobecně preferují modifikaci antimonem před sodíkem i stronciem. Autoři publikace se věnují především typu modifikačního činidla, naplynění a mikropórovitosti. Výsledky jsou uspořádány v tab. II a III.