P Ř EH L ED OV É R ECEN ZOVA N É ČL Á N K Y
J . P t á č e k 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
sodíku je jen krátkodobý, i když ani o době účinnosti se různí autoři nemohou shodnout. Sodík sám zvyšuje stupeň naplynění, protože má nízkou teplotu tavení (97,5 °C) a bod varu 883 °C, takže se z taveniny rychle odpařuje a v důsledku toho tavenina bublá. Do ní se přidává jako kov nebo ve formě práškových solí nebo také v tabletách. Jednou z příčin mikropórovitosti při modifikaci sodíkem je vodík obsažený v tavenině nebo pohlcený v průběhu modifikačního procesu. Další příčinou zvýšené tvorby mikropórů jsou oxidy obsažené v tavenině. Tyto oxidy znesnadňují odstraňování nežádoucího pohlceného vodíku, čímž v odlitku narůstají mikropóry. Naproti tomu modifikace stronciem nepřináší některé výše uvedené nevýhody a je v současné době hodnocena nejlépe. Negativní vliv obsahu fosforu v tavenině se přesto projeví i při modifikaci stronciem a dokonce je ještě vyšší, než je tomu u sodíku. Struktura modifikovaná Sr je snad o něco hrubozrnnější než u Na, ale účinek dosažení jemného zrna je nesrovnatelně trvanlivější. Stroncium na rozdíl od sodíku zvyšuje stupeň naplynění jen nepatrně. Jeho teplota tavení je mnohem vyšší než u sodíku (757 °C) a bod varu 1364 °C, takže stroncium se z taveniny vcelku neodpařuje, tavenina bublá nepatrně a ztráty stroncia jsou tak minimální. Modifikační účinek stroncia, na rozdíl od sodíku, potřebuje určitou inkubační dobu, řádově cca 30 min, než se účinek modifikace projeví. Negativní vliv stroncia na zabíhavost slitiny, zejména u tenkostěnných odlitků, se projevuje zhruba ve stejném rozsahu jako u sodíku. Tento nežádoucí vliv na zabíhavost je stejný u sodíku i stroncia. Negativní vliv nadměrných dávek sodíku i stroncia [3] U slitiny AlSi8Cu3 se zkoumal vliv dávkování drátu AlSi10 na dosažení požadované úrovně modifikace eutektika křemíku. Úroveň stroncia se pohybovala v rozmezí od 50 do 300 ppm. Toto rozpětí bylo zvoleno z toho prostého důvodu, že bývá často předepsáno a požadováno zákazníky, zpravidla na pokyn
Tab. V. Tab. V.
Vztah mezi množstvím přidávaného stroncia [ppm], rychlostí chlazení [°C/s] a konečnými mechanickými hodnotami pevnosti Rm [MPa] a tažnosti A 5 [%] Relation between the amount of added strontium [ppm], cooling rate [°C/s] and final mechanical values of strength Rm [MPa] and ductility A 5 [%]
Stroncium [ppm]
Rm [MPa]
Rm [MPa]
A 5 [%]
A 5 [%]
2 °C/s
18 °C/s
2 °C/s
18 °C/s
0
169
177
4,2
2,0
200
177
189
4,6
2,3
300
177
205
4,7
2,5
500
181
210
5,0
3,9
600
181
217
5,1
4,2
700
185
225
5,3
4,3
konstruktérů. Ti dokonce často uvedené rozpětí stroncia předepisují přímo na technických výkresech. A jak ukázaly závěry této publikace, ke škodě věci. Z výsledků měření autorů této zprávy je tedy zřejmé, že k dosažení požadované úrovně modifikace eutektika a tím také potřebných mechanických hodnot odlitků postačí 100 ppm stroncia. Obdobně to platí i pro modifikaci sodíkem. Už z tohoto stručného přehledu je zřejmé, že se jedná o výsledek zásadní, a to z hlediska technického i výrobního, ale především přináší snížení potřebných nákladů a zatížení životního a pracovního prostředí. Autoři potvrzují zjištěné výsledky navíc ještě termickou analýzou. Zvýšené dávkování stroncia > 130 ppm může naopak vést ke vzniku některých vnitřních slévárenských vad, jako třeba k pórovitosti nebo mikropórovitosti. Vliv rychlého chlazení a modifikace stronciem na mechanické vlastnosti [11] Autoři zkoumali slitinu AlSi10Cu1, která je na rozhraní podeutektické a eutektické slitiny. Obsah mědi zpevňuje primární matrici α-fáze a výrazně tak zlepšuje mechanické vlastnosti slitiny. Modifikace eutektického křemíku, tedy β-fáze spočívá ve změně morfologie z křehkých destiček na tvárné tyčinky, což nakonec vede ke zvýšení pevnostních a plastických vlastností slitiny. Zkoumala se 3 rozhodující kritéria průběhu modifikace: vliv modifikačního činidla, rychlost chladnutí slitiny v původním stavu bez modifikace a kombinace těchto faktorů. Modifikace křemíku, tedy β-fáze, byla prováděna stronciem. Zkoumány byly slitiny bez obsahu stroncia a dále slitiny o obsahu 180, 320, 500, 600 a 740 ppm Sr. Zatímco slitina bez obsahu stroncia měla hrubá zrna a neorientované nebo vějířovitě uspořádané jehlice, už od obsahu stroncia 180 ppm byla β-fáze vyloučena ve formě dokonale oblých zrn. Vyšší obsah stroncia než 180 ppm již nepřinesl změnu struktury. Přitom literatura uvádí často jako minimální množství stroncia 300 ppm. Je to velmi zajímavý výsledek a zřejmě odpovídá skutečnosti. Vliv chladnutí slitiny bez modifikace se zkoumal při různých úrovních rychlosti chladnutí. Zatímco nízká rychlost chladnutí 2 °C/s přinesla ještě strukturu jehlicovitou, s dalším růstem rychlosti chladnutí se významně zvyšoval podíl dokonale oblých zrn. Rychlost chladnutí 18 °C/s už přinesla oblá zrna β-fáze v celém rozsahu. Kombinace modifikace stronciem a rychlosti chlazení ukázala, že v celém rozsahu obsahu stroncia a rychlosti chlazení (kromě rychlosti chlazení < 18 °C/s) se získají oblá zrna. Rychlost chladnutí ani obsah stroncia nemá výrazný vliv na matrici α-fáze. S růstem obsahu modifikačního činidla klesá rychlost vlivu chladnutí. Vyšší rychlost chladnutí, v kombinaci s vyšším obsahem stroncia, vede k výraznému nárůstu pevnosti Rm. Naproti tomu plasticita daná hodnotou A5 při rychlém chladnutí a vyšších obsazích stroncia klesá nepatrně, při nízkých obsazích stroncia naproti tomu A5 klesá výrazně (tab. V).
Tab. VI. Velikosti částic Al 4Sr u předslitin AlSr Tab. VI. Size of particles of Al4Sr at AlSr master alloy Předslitiny AlSr
forma
Sr [%]
Fe [%]
Si [%]
velikost aktivních část Al4Sr
průměrná průměrná pevnost tažnost A Rm [MPa] [%]
AlSr10
cihlička
10
0,21
0,24
řádově mm
168,10
AlSr10
tvářený drát
10
0,14
0,04
< 30 µm
165,80
1,70
AlSr5
tvářený drát neurčeno neurčeno neurčeno
< 10 µm
161,50
1,40
AlSr3,5
tvářený drát neurčeno neurčeno neurčeno
< 5 µm
165,00
1,64
100
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
1,88
Vhodnost formy modifikační předslitiny typu AlSr u slitiny AlSi10Mg [12] Příspěvek přináší poznatky z experimentu při použití různých forem a typů modifikačních činidel na bázi stroncia u slitiny AlSi10Mg. Modifikační činidla se tedy od sebe liší velikostí intermetalických fází Al4Sr. Účinek stroncia při modifikaci eutektického křemíku je na rozdíl od sodíku dlouhodobý, v řádu několika ho-