SI21618A - Modificiranje zlitin Al-Si s telurjem - Google Patents

Abstract

Modificiranje zlitin Al-Si s telurjem rešuje problem izdelave livne zlitine z načrtovano mikrostrukturo. Tehnično bistvo izuma je uporaba telurja kot modifikacijskega elementa za uspešno modificiranje evtektskega silicija, pri čemer se grobi igličasti delci spremenijo v drobne delce vlaknate in/ali sferoidalne oblike, ne glede na ohlajevalno hitrost pri strjevanju zlitine. Za učinkovito modifikacijo evtektske zlitine Al-Si in hipoevtetskih zlitin Al-Si je potrebna koncentracija od 0,01 do 0,3 mas.% Te v strjenih zlitinah. Modificiranje zlitin Al-Si s telurjem je enako uspešno pri uporabi telurja v elementarni obliki ali v obliki predzlitine Al-Te (7 mas.%) ter pri modificiranju tehnično čistih in komercialnih zlitin.ŕ

Description

Predmet izuma je modificiranje zlitin Al-Si s telurjem, ki predstavlja uporabo modifikacij skega elementa telurja za spremembo oblike in velikosti evtektskega silicija v zlitinah Al-Si.

Tehnični problem, ki ga rešuje izum je zanesljiva uporaba dodatkov telurja v talino zlitin Al-Si, ki omogočajo učinkovito modifikacijo evtektskega silicija v evtektski zlitini in hipoevtektskih zlitinah, pri različnih postopkih litja.

Pri metalurgiji in izdelavi ulitkov iz zlitin Al-Si je osrednja naloga kontroliran razvoj mikrostrukture, ki se v prvi vrsti nanaša na tvorbo ustrezne velikosti in oblike evtektskega silicija. To se doseže z modificiranjem, pri čemer pride do spremembe grobih delcev igličaste oblike v drobne delce silicija vlaknate in/ali sferoidalne oblike. Z uspešnim modificiranjem se lahko ustvarijo naslednje prednosti:

1. boljše livne lastnosti

2. manjša nagnjenost k toplotnim razpokam

3. bolj ša površina ulitkov

4. boljše mehanske in fizikalne lastnosti

5. izboljšanje učinkov toplotne in /ali termomehanske obdelave zlitin

Modificiranje silicija v aluminijevih zlitinah z dodatkom različnih elementov je že dolgo poznano in se je začelo z odkritjem modifikacij skega učinka natrija (Patcz, A.: DRP 417773, 1920; US Patent 1387900, 1921). Poleg natrija, ki je še danes v rabi, se je za modifikacijo evtektskega silicija najbolj uveljavil stroncij ter v manjši meri antimon. Poznano je več rezultatov raziskav vpliva drugih modifikacij skih elementov, med katerimi je obravnavan tudi učinek telurja vendar le v okviru raziskav vpliva modifikacij skih elementov na udrobnitev primarnega silicija v hiperevtektskih zlitinah Al-Si. Iz značilnih raziskav:

H. Koto: On the Crystal Structure and Crystalline Configuration of the Normal and Modified Si-Al-Alloy. Mem. Coli. Sci. Kyoto Imp. Univ. 18(1935), 17-33;

S. Ghosh, J.W. Mott: Some Aspects of Refinement of Hypereutectic Aluminium-Silicon Alloys. Modem Casting (1964), 721-731;

W. Schneider, W. Reif, A. Banerji. Feinung der Si-Primarphase ubereutektischer AlSi-Gusslegierungen. Aluminium 68(1992), 1064-1071;

sledijo naslednje ugotovitve; za izrazit udrobnitveni učinek je potrebno dodati 5 mas. % Te, pri manjših dodatkih le v primeru dodatka elementarnega telurja lahko pričakujemo rahlo in neenakomerno udrobnitev evtektskega silicija oz. komaj opazen modifikacij ski učinek, dodatek telurja v obliki različnih predzlitin pa lahko povzroči ogrobljenje evtektskega silicija.

Skupna značilnost dosedanjih poznavanj modifikacij skih procesov in izbire ustreznih modifikacij skih elementov, kaže na to, da je problematika modificiranja kovinskih materialov le delno razrešena. Pri tem so v ospredju odprta vprašanja submikroskopskih mehanizmov učinkovanja, optimalni dodatek in zanesljivost udrobnitvenega učinka pri različnih hitrostih ohlajanja med strjevanjem zlitin ter vloga interakcij modifikacij skih elementov z zlitinskimi elementi in elementi v primeseh. Kar zadeva telur kot modifikacij ski element za evtektski silicij, dosedaj ni dostopnih relevantnih podatkov, ki bi bili uporabni v znanstveni ali tehnološki praksi za zlitinski sistem Al-Si.

Skladno pričujočemu izumu, po katerem se uporablja modificiranje evtektskega silicija z uvajanjem modifikacij skega elementa telurja v talino zlitine Al-Si, sledi, da modifikacij ski vpliv telurja prednostno temelji na limitacijskem učinku pri rasti delcev silicija med stijevanjem zlitine. Pri tem ne moremo izključiti tudi inokulativni učinek telurja na tvorbo faz in mikrostruktumih sestavin v zlitinah Al-Si.

S sistematskimi poizkusi so ugotovljene optimalne koncentracije telurja v zlitini med 0,01 do 0,3 mas %.

Dodatek telurja je bil v elementarni obliki (99,99 mas. % Te) ali v obliki predzlitine Al-Te (7 mas. % Te). Velikost dodanih delcev je bila 5 do 10 mm. Odgor telurja je ugotovljen pri dodatku v elementarni obliki do 30 mas. % in pri dodatku v obliki predzlitine Al-Te (7 mas. %) do 15 mas. %.

Poizkusi modificiranja zlitin Al-Si so izvedeni na vzorcih 10 in 100 g zlitin, ki so taljene na zraku (uporovne in indukcijske peči) v keramičnih in grafitnih loncih. Pri taljenju in modificiranju poizkusnih zlitin so dosledno izvajani varnostni ukrepi, pri čemer je uporabljena zanesljiva ventilacija in odsesavanje ter filtriranje plinov. Pri poizkusih je bila temperatura taline med 750 in 850 °C. Modifikator (elementarni telur ali predzlitina Al-Te) je zavit v aluminijevo folijo ter z zvonom potisnjen v spodnjo polovico taline in s pomočjo grafitne palice 5 minut intenzivno premešavana zaradi enakomerne porazdelitve telurja v tekoči zlitini Al-Si. Po 5 do 15 minutah odstajanja modificirane taline je le-ta ulita v keramične lončke in lončke narejene iz oplaščenega peska.

Za merodajne metalografske raziskave so vzorci prerezani, pripravljeni po mehanski metalografski metodi in jedkani z NaOH ter analizirani z metodami optične in strukturne metalografije.

PRIMER 1

Evtektska zlitina Al-Si (12,6 mas. % Si)

V tej seriji poizkusov je izdelana in ulita zlitina brez dodatkov telurja. Mikrostruktura te zlitine ima grobo igličasto morfologijo evtektskega silicija. Mikroskopske študije so pokazale, da se mikrostruktura sestoji le iz evtektske mikrostruktume sestavine (aAi + Si), z naključno orientiranimi grobimi igličastimi delci evtektskega silicija, ki so vloženi v evtektski matrici (Xai, kakor je to razvidno na sliki 1.

Modificiranje evtektske zlitine Al-Si s telurjem povzroči spremembo mikrostrukture, ki se kaže v pojavu primarne faze (Xai in udrobnitvi delcev silicija v (<xai + Si)-evtektiku. Na sliki 2 je prikazana mikrostruktura s telurjem modificirane evtektske zlitine Al-Si, pri čemer je, poleg primarne faze oiai dendritske oblike, prisotna mikrostruktuma sestavina (oiai + Si)-evtektik, ki vsebuje izrazito drobne delce silicija. Takšen udrobnitveni učinek dodatka telurja se doseže tako v primeru dodajanja v elementarni obliki, kakor tudi v obliki predzlitine Al-Te (7 mas. %) ter tudi v primeru modificiranja tehnično čiste ali komercialne zlitine.

PRIMER 2

Hipoevtektska zlitina Al-Si (7 mas. % Si)

V tej seriji poizkusov je enako kot v primeru 1 analizirana zlitina brez dodatkov telurja. Na sliki 3 je lita mikrostruktura, ki kaže primarno fazo cm in (aAi + Si)-evtektik, v katerem je prisoten evtektski silicij v obliki grobih igličastih delcev. Na sliki 4 pa je v modificirani zlitini vidljiv izrazit učinek telurja ne le na izoblikovanje drobnih delcev evtektskega silicija, temveč tudi na udrobnitev in razvejanje primarne faze a_Ai.

Pri hipoevtektski zlitini Al-Si (7 mas. % Si) je dosežen enak modifikacij ski učinek dodatkov telurja v elementarni obliki ali v obliki predzlitine Al-Te (7 mas. %). Raziskave so pokazale tudi enak učinek dodatkov telurja v tehnično čisti in komercialni zlitini.

Claims (5)

1. Modificiranje zlitin Al-Si s telurjem temelji na uporabi modifikacij skega elementa telurja za zanesljivo modifikacijo evtektskega silicija v livnih zlitinah Al-Si.

2. Modificiranje po zahtevku 1 je značilno po tem, da se dodaja modifikacij ski element kot elementarni telur ali v obliki predzlitine Al-Te (7 mas. % Te).

3. Modificiranje po zahtevku 1 je značilno po tem, da je za učinkovito modificiranje koncentracija modifikacij skega elementa telurja v zlitini v območju od 0,01 do 0,3 mas. %.

4. Modificiranje po zahtevku 1 je značilno po tem, da zajema modificiranje tehnično čistih in komercialnih zlitin Al-Si.

5. Modificiranje po zahtevku 1 je značilno po tem, daje zanesljivost udrobnitvenega učinka neodvisna od ohlajevalne hitrosti pri stijevanju zlitin.