Modifikace a očkování slitin hliníku

Cílem modifikace a očkování je ovlivnění mikrostruktury (zjemnění primárně vyloučených, křehkých nebo lehce tavitelných fází) a makrostruktury (zjemnění licí struktury) slitiny. K těmto změnám struktury dochází, aniž by došlo ke změně

Modifikace se provádí pomocí modifikátorů. Ty zvyšují stupeň přechlazení taveniny, což umožňuje vznik menších krystalizačních zárodků. Jako modifikátory se používají prvky sodík, stroncium, baryum, draslík, antimon. Siluminy se modifikují tak, že se do taveniny ohřáté na modifikační teplotu přidá určité množství sodíku nebo solí, jež sodík uvolňují (NaCl + KCl + NaF). Možná je i kombinace sodíku a solí. Zajímavé výsledky vykazuje modifikace antimonem, kterého stačí přidat malé množství (0,2 %). Jeho modifikační účinek se v porovnání se sodíkem s časem nemění [7].

Očkování se provádí pomocí očkovadel, která zmenšují makrozrno odlitku.

K očkovadlům se řadí prvky fosfor, titan, bór. Při očkování se kovová očkovadla ponoří do taveniny a zamíchají, očkovací soli se přidávají na hladinu a zvonem se ponoří ke dnu.

Očkováním a modifikací dosáhneme zjemnění struktury (makrostruktury, mikrostruktury) a tím pádem zlepšených mechanický vlastností odlitků [7,13].

_____________________________________________________________________________

29

2.2.2.5 Tepelné zpracování odlitků ze slitin hliníku

Cílem tepelného zpracování je zvýšení mechanických vlastností, snížení vnitřního pnutí nebo ovlivnění způsobu rozložení prvků ve struktuře odlitků. Nejvíce používaným tepelným zpracováním odlitků z hliníkových slitin je vytvrzování, podle něhož se i dělí na vytvrditelné a nevytvrditelné. Méně častým způsobem tepelného zpracování odlitků ze slitin hliníku je žíhání [13].

a) Žíhání

Cílem žíhání je odstranit negativní vlivy předchozích operací na strukturu odlitku.

Všechny druhy žíhání mají stejný technologický postup, který lze rozdělit do tří kroků:

1. Ohřev na žíhací teplotu;

2. Výdrž na žíhací teplotě;

3. Pomalé ochlazování na vzduchu nebo v peci [8].

Po odlévání se uplatňují následující typy žíhání:

Žíhání na odstranění vnitřního pnutí - se provádí při žíhacích teplotách 200-250 °C s výdrží 6 až 8 hodin a následujícím pomalým ochlazováním v peci nebo na vzduchu.

Zahřátím na 250-350 °C docílíme úplného odstranění vnitřního pnutí, ale při těchto teplotách může dojít ke snížení pevnosti. Vnitřní pnutí souvisí s nestejně rychlým chladnutím různých průřezů, tuhou konstrukcí odlitku, nepoddajnou formou [13].

Stabilizační žíhání - je používáno u odlitků pracujících za vyšších teplot, nebo když dochází ke kolísání teplot. Cílem tohoto typu žíhání je rozměrová stabilizace, případně stabilizace mechanických vlastností. Stabilizační žíhání se provádí při teplotách 240-350 °C (vyšší než maximální pracovní teplota odlitku). Ochlazování se provádí nejčastěji na vzduchu [13].

Homogenizační žíhání - se provádí při velmi vysokých teplotách (blízko teplotě solidu).

Výdrž na žíhací teplotě závisí na chemickém složení a na struktuře slitiny. V případě tvářených slitin s jemnozrnnou strukturou je to cca 1 hod., u hrubozrnné licí struktury 3-16 hod. a u ingotů až 40 hod. Ochlazování se provádí v peci nebo na vzduchu. Cílem je odstranění heterogenní struktury vznikající při tuhnutí, resp. krystalizaci odlitku [8].

_____________________________________________________________________________

30

Žíhání na měkko - se provádí při teplotách 350-450 °C. Ochlazování na teplotu cca 200 °C probíhá v peci a dále už na vzduchu. Používá se u vytvrzených odlitků, ale obvykle moc používané není [13].

b) Vytvrzování

Vytvrzování je nejvýznamnější způsob tepelného zpracování odlitků z hliníkových slitin. Cílem je zvýšení pevnosti a tvrdosti převážně u odlitků litých gravitačně do pískových nebo kovových forem. Aby bylo možné slitinu vytvrzovat, musí obsahovat přísadový prvek, který má dostatečně výraznou změnu rozpustnosti v tuhém roztoku α (Al). Přísadové prvky, jež tuto podmínku splňují, jsou Cu, Mg, Ni, Zn. Další podmínka, kterou tyto přísadové prvky musí splňovat, se týká jejich obsahu ve slitině, který musí být vyšší, než je jejich rozpustnost při normální ale nižší, než je maximální rozpustnost v tuhém roztoku α (Al) při eutektické teplotě. Celý proces vytvrzování lze rozdělit do tří hlavních kroků [13].

Prvním krokem je rozpouštěcí žíhání, jež se skládá z ohřevu na vhodnou rozpouštěcí teplotu (v praxi 10 až 15 °C pod eutektickou teplotou) a následné výdrži na této teplotě.

Během výdrže na rozpouštěcí teplotě dochází k rozpouštění intermetalických fází obsahujících vytvrzující přísadové prvky [13,14].

Druhým krokem je rychlé ochlazení kritickou nebo nadkritickou rychlostí, aby došlo ke vzniku přesyceného tuhého roztoku. Tato rychlost se nazývá kritická, protože je to nejmenší rychlost, při níž ještě nedochází k rozpadu přesyceného tuhého roztoku [14].

Posledním krokem je tzv. stárnutí. To je proces, při kterém dochází k rozpadu přesyceného tuhého roztoku. Tím dochází ke změně mechanických, fyzikálních i technologických vlastností. Může se realizovat buď za pokojové teploty (přirozené stárnutí), nebo za zvýšených teplot (umělé stárnutí) [7,14].

_____________________________________________________________________________

31

3. EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST PRÁCE

Experimentální část této práce byla zaměřena na sledování krystalizace slévárenské slitiny AlSi12. V první části byla tato slitina odlita do pískové a kovové formy (kokily).

Do pískové formy byl odlit jeden odlitek a do kovové formy dva odlitky, přičemž první do studené kovové formy (25 °C) a druhý do teplé kovové formy (200 °C). V této části práce se hodnotí vliv formy na strukturu odlitku.

Dále byly odlity dva zkušební odlitky do kovové formy o teplotě 25 °C pro odlévání odlitků zkušebních tyčí o průměru 9 mm a 22 mm. U těchto odlitků byl hodnocen vliv průměru na jeho strukturu. V rámci vyhodnocení experimentů bylo provedeno měření tvrdosti odlitků litých do kovové a pískové formy.

3.1 Charakteristika použitých slévárenských forem

Písková forma byla zhotovena z formovací směsi, která byla ručně formována na model. Tvar modelu byl válec o  62 x 70 mm. Po zaformování a vyjmutí modelu vznikla dutina pro budoucí odlitek. Formovací směs se skládala z křemenného ostřiva, bentonitového pojiva a vody. Tento typ formy patří mezi netrvalé. To znamená, že po ztuhnutí taveniny se odlitek „vytluče“, což vede ke zničení formy. Na obr. 3.1 je písková forma připravená pro odlévání.

Kovová forma měla tvar válce o rozměrech 114 x 105 mm a byla vyrobena z litiny s lupínkovým grafitem. Dutina formy měla rozměry  62 x 70 mm. Forma byla vyrobena tradičním třískovým obráběním. Líc formy byl ošetřen ochranným nástřikem.

Tento typ formy patří mezi trvalé, což znamená, že se používají pro velké série odlitků.

Na obr. 3.2 je použitá kovová forma.

Obr. 3.1 Písková slévárenská forma

_____________________________________________________________________________

32

Obr. 3.2 Kovová slévárenská forma

3.2 Metalurgická příprava taveniny

Slitina, jež byla použita pro experimentální část této práce, má označení EN AC - AlSi12. Roztavení hutnické housky této slitiny bylo provedeno ve skříňové odporové peci Clasic. Před odlitím byla z povrchu taveniny odstraněna struska a změřena teplota pomocí digitálního teploměru GTH 1100, u kterého byl použit termočlánek NiCr - Ni. Tavenina byla před odlitím modifikována rafinační solí T3 a odlita z teploty 720 °C z grafitového kelímku o objemu 2 dm³. Na obr. 3.3, 3.4, 3.5 a 3.6 jsou již hotové odlitky.

Obr. 3.3 Odlitek připravený v pískové formě

_____________________________________________________________________________

33

Obr. 3.4 Odlitek připravený v kovové formě o teplotě 25 °C

Obr. 3.5 Odlitek připravený v kovové formě o teplotě 200 °C

_____________________________________________________________________________

34

Obr. 3.6 Zkušební odlitky o průměrech 9 mm a 22 mm odlité do kvové formy (25 °C)

3.3 Příprava metalografických vzorků

Příprava metalografických vzorků byla provedena v souvislosti s následným mikroskopickým pozorováním. Prvním krokem pro vytvoření metalografických vzorků bylo mechanické oddělení malé části odlitku. Následně byly tyto oddělené části umístěny do metalografických plastových forem a zality do dentakrylové pryskyřice, viz obr. 3.7 a 3.8. Po jejím ztuhnutí byly takto připravené vzorky broušeny pomocí stroje PHOENIX 4000 na brusných papírech o zrnitosti 120, 240, 400, 600 a 800. Po broušení následovalo leštění na témže stroji za pomoci plstěného kotouče a za použití diamantové suspenze.

Posledním krokem před metalografickým pozorováním bylo leptání povrchu 5 % kyselinou chlorovodíkovou, aby došlo k důkladnému zviditelnění struktury. Na obr. 3.9 jsou již hotové metalografické vzorky, jež jsou připraveny k metalografickému pozorování. Stroj PHOENIX 4000 je zobrazen při broušení na obr. 3.10. Přehled vzorků, které byly pozorovány, je v tab. 3.1.

_____________________________________________________________________________

35

Obr. 3.7 Odebrané vzorky v metalografických plastových formách

Obr. 3.8 Vzorky zalité do dentakrylové pryskyřice

Obr. 3.9 Hotové metalografické vzorky (zleva 1, 2, 3, 4, 5)

Obr. 3.10 Brousící a leštící stroj PHOENIX 4000

_____________________________________________________________________________

36

Tab. 3.1 Přehled metalografických vzorků

Označení vzorku Popis vzorku

1 Zkušební odlitek, průměr 22 mm, kovová forma (25 °C) 2 Zkušební odlitek, průměr 9 mm, kovová forma (25 °C) 3 Odlitek, písková forma (25 °C)

4 Odlitek, kovová forma (25 °C) 5 Odlitek, kovová forma (200 °C)

3.4 Metalografické pozorování struktury vzorků

Pozorování struktury hotových metalografických vzorků bylo prováděno pomocí světelného mikroskopu NEOPHOT 21, viz obr. 3.11. K tomuto mikroskopu je připojena kamera, díky níž lze přenést obraz struktury vzorku na monitor počítače. Vyhodnocení a pořízení obrázků struktury metalografických vzorků probíhalo pomocí softwaru NIS ELEMENT AR. Pozorováno bylo všech pět vzorků při různých zvětšeních, konkrétně při 100, 250 a 500 násobném.

Obr. 3.11 Světelný mikroskop NEOPHOT 21

_____________________________________________________________________________

37

Vzorek číslo 1 - zkušební odlitek tvaru tyče  22 mm, na obr. 3.12 až obr. 3.14 je uvedena struktura slitiny AlSi12, odlévána do kovové formy o teplotě 25 °C.

Obr. 3.12 Struktura odlitku  22 mm, kovová forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 100x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

Obr. 3.13 Struktura odlitku  22 mm, kovová forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 250x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

_____________________________________________________________________________

38

Obr. 3.14 Struktura odlitku  22 mm, kovová forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 500x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

Vzorek číslo 2 - zkušební odlitek tvaru tyče  9 mm, na obr. 3.15 až obr. 3.17 je uvedena struktura slitiny AlSi12, odlévána do kovové formy o teplotě 25 °C.

Obr. 3.15 Struktura odlitku  9 mm, kovová forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 100x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

_____________________________________________________________________________

39

Obr. 3.16 Struktura odlitku  9 mm, kovová forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 250x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

Obr. 3.17 Struktura odlitku  9 mm, kovová forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 500x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

_____________________________________________________________________________

40

Vzorek číslo 3 - odlitek tvaru válce  62 x 70 mm, na obr. 3.18 až obr. 3.20 je uvedena struktura slitiny AlSi12, odlévána do pískové formy o teplotě 25 °C.

Obr. 3.18 Struktura odlitku  62 x 70 mm, písková forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 100x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

Obr. 3.19 Struktura odlitku  62 x 70 mm, písková forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 250x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

_____________________________________________________________________________

41

Obr. 3.20 Struktura odlitku  62 x 70 mm, písková forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 500x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

Vzorek číslo 4 - odlitek tvaru válce  62 x 70 mm, na obr. 3.21 až obr. 3.23 je uvedena struktura slitiny AlSi12, odlévána do kovové formy o teplotě 25 °C.

Obr. 3.21 Struktura odlitku  62 x 70 mm, kovová forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 100x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

_____________________________________________________________________________

42

Obr. 3.22 Struktura odlitku  62 x 70 mm, kovová forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 250x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

Obr. 3.23 Struktura odlitku  62 x 70 mm, kovová forma (25 °C), slitina AlSi12, zvětšení 500x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

_____________________________________________________________________________

43

Vzorek číslo 5 - odlitek tvaru válce  62 x 70 mm, na obr. 3.24 až obr. 3.26 je uvedena struktura slitiny AlSi12, odlévána do kovové formy o teplotě 200 °C.

Obr. 3.24 Struktura odlitku  62 x 70 mm, kovová forma (200 °C), slitina AlSi12, zvětšení 100x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

Obr. 3.25 Struktura odlitku  62 x 70 mm, kovová forma (200 °C), slitina AlSi12, zvětšení 250x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

_____________________________________________________________________________

44

Obr. 3.26 Struktura odlitku  62 x 70 mm, kovová forma (200 °C), slitina AlSi12, zvětšení 500x, leptáno v 5 % kyselině chlorovodíkové

3.4.1 Hodnocení struktury vzorků

Hodnocené struktury pěti metalograficky pozorovaných vzorků jsou uvedeny na obr.

3.12 až obr. 3.26. Jak bylo uvedeno dříve, ve všech případech se jedná o struktury slévárenské slitiny AlSi12. Jak je patrné z rovnovážného diagramu, viz obr. 2.15, struktura je tvořena směsí dvou tuhých roztoků ( a β). Protože je malá rozpustnost křemíku v hliníku, cca 1,65 hmot. %, pak se v rovnovážném diagramu označuje tuhý roztok  (Al). Podobně je tomu s rozpustností hliníku v křemíku, která je cca 0,5 hmot. %. Pak se analogicky v rovnovážném diagramu označuje tuhý roztok β (Si).

Tento poznatek byl využit při vyhodnocování struktur pěti sledovaných vzorků odlitků ze slitiny AlSi12.

Dále při hodnocení těchto struktur byl aplikován poznatek o vlivu akumulační schopnosti použitých slévárenských forem. Písková slévárenská forma vykazuje nižší součinitel akumulace tepla než forma kovová, proto odlitky tuhnoucí v kovové slévárenské formě vykazují jemnější strukturu v porovnání s odlitky zhotovenými v pískové formě. Při porovnání struktury zkušebních odlitků tvaru tyče různých průměrů se vycházelo z poznatku, že odlitky menších průměrů tuhnou rychleji a tím je jejich struktura jemnozrnnější. Vliv teploty kovové formy také ovlivňuje odvod tepla

_____________________________________________________________________________

45

z tuhnoucího odlitku. Jak je známo, pískové slévárenské formy vykazují nižší intenzitu odvodu tepla z tuhnoucího odlitku než formy kovové.

Na obr. 3.12 až obr. 3.26 lze vidět světlé a tmavé oblasti. Světlé oblasti jsou zrna substitučního tuhého roztoku křemíku v hliníku, kde převládá hliník, a tento substituční tuhý roztok se označuje α (Al). Tmavé oblasti jsou zrna substitučního tuhého roztoku hliníku v křemíku, kde převládá křemík, tento substituční tuhý roztok se označuje β (Si).

3.4.1.1 Sledování dendritické struktury vzorků

V současné době se pro sledování dendritické struktury používá kritérium DAS (dendrite arm spacing), které se stanovuje na základě metalografického pozorování. Na dané dendritické struktuře se vybere sekundární rozvětvení dendritu. Vlastní vyhodnocení DAS spočívá ve změření vzdálenosti několika sekundárních větví a ve vydělení jejich mezer, dle rovnice (5). Na obr. 3.27 je schéma dendritu pro výpočet kritéria DAS.

𝐷𝐴𝑆 = ^𝐿

𝑛−1 , (5)

kde značí: L - celkovou délku dendritu [µm]; n - celkový počet sekundárních os dendritu [1].

Obr. 3.27 Schéma pro stanovení kritéria DAS při hodnocení dendritické struktury odlitků [13]

Hodnocení kritéria DAS vzorků 1, 2, 3, a 4

Z uvedených příslušných struktur byly vypočítány podle vztahu (6) hodnoty kritéria DAS, jež jsou uvedeny v tab. 3.2. Získané hodnoty kritéria DAS byly statisticky vyhodnoceny, podle [15]. Byly vypočítány základní statistické údaje, jimiž jsou aritmetický průměr, směrodatná odchylka a variační koeficient. Pro jejich výpočet byly použity vztahy (6), (7) a (8).

_____________________________________________________________________________ s - směrodatnou odchylku, ν - variační koeficient.

Tab. 3.2 Hodnoty kritéria DAS při hodnocení dendritické struktury vzorků

Číslo měření (kovová forma 25 °C), aritmetický průměr DAS je 12,1 µm, směrodatná odchylka 1,4 µm a variační koeficient 1,2·10^-1. O něco vyšší hodnoty DAS vykazuje odlitek 2 (zkušební

_____________________________________________________________________________

47

odlitek tvaru tyče  9 mm), aritmetický průměr DAS je 13,9 µm, směrodatná odchylka 1,8 µm a variační koeficient 1,3·10^-1. Hodnoty DAS odlitku 1 (zkušební odlitek tvaru tyče  22 mm) jsou: aritmetický průměr DAS je 18,1 µm, směrodatná odchylka 2,6 µm, variační koeficient 1,4·10^-1. Nejvyšší hodnoty DAS jsou u odlitku 3 (písková forma) aritmetický průměr DAS je 23,7 µm, směrodatná odchylka 226 µm a variační koeficient 9,3·10^-2.

Hodnocení kritéria DAS vzorku 5

Hodnocení kritéria DAS vzorku 5 (kovová forma 200 °C) nebylo provedeno kvůli tomu, že struktura je převážně jehlicovitého charakteru fáze  a oblasti tuhého roztoku  nevykazují tak charakteristickou dendritickou strukturu. Na metalografickém vzorku, viz obr. 3.24, je možno informativně zjistit, že hodnota kritéria DAS dosahuje cca 72,7 m.

3.5 Měření tvrdosti odlitků

Na odlitcích označených 3 (písková forma), 4 (kovová forma 25 °C) a 5 (kovová forma 200 °C) byla změřena tvrdost dle normy ČSN EN ISO 6506 - 1. Jedná se o zkoušku tvrdosti podle Brinella, která se používá pro heterogenní materiály. Indentorem byla kulička ze slinutého karbidu o průměru 2,5 mm. Zátěžná síla je předepsána a lze ji bylo provedeno měření, byl povrch odlitků obroušen, aby byly odstraněny nerovnosti na jejich povrchu. Následně bylo pomocí tvrdoměru VEB Werkstoffprüfmaschienen Liepzig provedeno měření tvrdosti, viz obr. 3.28. Vlivem indentoru byly vytvořeny postupně vtisky do příslušných odlitků v pěti různých místech. Získané vtisky byly vyhodnoceny pomocí kamery a softwaru LabNET.CCD. Pomocí kamery byl obraz vtisku přenesen na monitor počítače a pomocí výše zmíněného softwaru byly zjištěny jeho průměry

_____________________________________________________________________________

48

(obr. 3.29) a následně získána finální hodnota HBW. Tato hodnota je označena jako HBW, protože se jednalo o indentor ze slinutého karbidu, v případě zakaleného ocelového indentoru by byla finální hodnota označena HBS. Naměřené hodnoty tvrdosti HBW jsou v tab. 3.3.

Obr. 3.28 Měření tvrdosti pomocí tvrdoměru VEB Werkstoffprüfmaschienen Liepzig

Obr. 3.29 Vyhodnocení vtisku pomocí softwaru LabNET.CCD

_____________________________________________________________________________

49

Tab. 3.3 Hodnoty tvrdosti odlitků 3, 4 a 5 podle Brinella

Číslo měření forma 25 °C), aritmetický průměr tvrdosti je 64 HBW, směrodatná odchylka 1,0 HBW a variační koeficient má hodnotu 1,6·10^-2. Odlitek 5 (kovová forma 200 °C) má nižší tvrdost, přičemž aritmetický průměr je 58,2 HBW, směrodatná odchylka činí 1,6 HBW a variační koeficient je 2,7·10^-2. Nejnižší tvrdost má odlitek 3 (písková forma), jehož aritmetický průměr je 55 HBW, směrodatná odchylka činí 2,4 HBW a variační koeficient má hodnotu 4,4·10^-2.

_____________________________________________________________________________ a také o krystalizaci dvou zkušebních odlitků tvaru tyče o průměrech 9 a 22 mm odlitých do kovové formy o teplotě 25 °C. V souvislosti s krystalizací je nutno upozornit, že ve slévárenství se uplatňují dva pojmy, které se z fyzikálního hlediska považují téměř za totožné. Jedná se o pojmy tuhnutí a krystalizace. Pod pojmem tuhnutí máme na mysli natuhávání vrstev odlitku v určitých časových intervalech od líce slévárenské formy. Pod pojmem krystalizace se rozumí přechod taveniny v tuhou krystalickou fázi, tj. za vzniku krystalické struktury odlitků. Nejčastější u odlitků je dendritická struktura (rozvětvené krystaly). Ty vznikají za podmínek pomalého tuhnutí odlitků.

Směr a rychlost odvodu tepla z taveniny ovlivňuje primární krystalizaci, čímž se rozumí růst krystalů přímo z taveniny. V případě vysoké rychlosti odvodu tepla z taveniny je vzdálenost mezi osami dendritu malá a rozvětvení os dendritu jemnější. Přesně naopak je tomu při nízké rychlosti odvodu tepla z taveniny.

Při velmi pomalém odvodu tepla z taveniny (to je např. při odlévání do sádrové formy) se hrubost vnitřní stavby zvětšuje. Také při odlévání do předehřáté kovové formy (200 °C) se hrubost krystalů zvětšuje v porovnání s kovovou formou (25 °C). Rychlost odvodu tepla z tuhnoucího odlitku závisí na charakteru slévárenské formy - na jejím součiniteli tepelné akumulace bF (bF = (FFcF)^1/2). U litinové kovové formy o teplotě 25 °C je bF cca 12 000 Ws^1/2m^-2K^-1. S rostoucí teplotou kovové formy součinitel tepelné akumulace klesá. Avšak kovová forma (25 °C) přispívá k tvorbě vad odlitků, jež se nazývají zavaleniny. Jsou to rýhy na povrchu, které vznikly nespojením proudů taveniny v dutině slévárenské formy z důvodu její vysoké tepelné akumulace. U pískové bentonitové formy je součinitel tepelné akumulace cca 1 200 Ws^1/2m^-2K^-1. Intenzita odvodu tepla v pískové formě je menší, odlitek tuhne, resp. krystalizuje delší dobu za vzniku větších krystalů.

K těmto teoretickým poznatků, ověřeným ve slévárenské praxi, je také nutno přihlížet při hodnocení výsledků získaných řešením této bakalářské práce.

_____________________________________________________________________________

51

Pro zhodnocení dendritické struktury bylo využito kritérium DAS, které se vyhodnocuje pomocí vzdálenosti sekundárních větví dendritu a jeho mezer. Jak je uvedeno ve zdroji [13], tak s klesající hodnotou DAS je struktura odlitku jemnější.

S jemnější strukturou souvisí i vyšší mechanické vlastnosti a chemické složení použité slitiny AlSi12, které je více homogenní. Nejnižší hodnoty kritéria DAS má odlitek 4 (kovová forma 25 °C) s aritmetickým průměrem DAS 12,1 µm, z čehož vyplývá, že jeho struktura by měla být nejjemnější. Vyšší hodnoty DAS vykazuje odlitek 2 (zkušební odlitek tvaru tyče  9 mm; kovová forma 25 °C), aritmetický průměr DAS je 13,9 µm a odlitek 1 (zkušební odlitek tvaru tyče  22 mm; kovová forma 25 °C), aritmetický průměr DAS je 18,1 µm. Nejvyšší hodnoty DAS jsou u odlitku 3 (písková forma), aritmetický průměr DAS je 23,7 µm. U odlitku 5 (kovová forma 200 °C) byla zjištěna pouze orientační hodnota kritéria DAS a to cca 72,7 m.

Tyto výsledky odpovídají teoretický předpokladům, protože nejnižší hodnoty kritéria DAS mají odlitky zhotovené v kovových formách o teplotě 25 °C, tudíž formách s nejvyšší intenzitou odvodu tepla. S vyšší intenzitou odvodu tepla souvisí i nižší hodnota aritmetického průměru kritéria DAS u zkušebního odlitku tvaru tyče s menším průměrem (9 mm). Nejnižší intenzitu odvodu tepla, a tudíž i nejvyšší aritmetický průměr kritéria DAS vykazuje odlitek zhotovený v pískové formě o teplotě 25 °C, přičemž u kovové formy předehřáté na 200 °C byla zjištěna pouze orientační hodnota kritéria DAS.

Také při sledování souvislosti mezi tvrdostí a krystalizací je možno vidět určitou analogii, především u odlitku odlévaného do kovové formy o teplotě 25 °C. Nejvyšší aritmetický průměr tvrdosti má odlitek 4 (kovová forma 25 °C) s aritmetickým průměrem 64 HBW. Tento odlitek má nejvyšší aritmetický průměr HBW, protože tuhnutí, resp.

krystalizace je rychlejší díky nejvyšší intenzitě odvodu tepla, kvůli které má nejjemnější strukturu, a tudíž i lepší mechanické vlastnosti než ostatní odlitky. O něco nižší tvrdost má odlitek 5 (kovová forma 200 °C), přičemž aritmetický průměr je 58,2 HBW. Nejnižší tvrdost má odlitek 3 (písková forma), jehož aritmetický průměr je 55 HBW.

_____________________________________________________________________________

52

5. ZÁVĚR

Tato bakalářská práce byla zpracována na téma „Sledování krystalizace slévárenských slitin“ a je rozdělena do dvou hlavních částí - teoretickou a experimentální.

Teoretická část práce je rovněž rozdělena na dvě části. První část je zaměřena na průběh krystalizace kovů a slitin, na možnosti ovlivňování krystalizace a na tvary krystalů a na podmínky jejich růstu. Druhá část obsahuje základní informace o hliníku a jeho slitinách, jako jsou například: výroba a použití čistého hliníku, vliv prvků ve slitinách hliníku, tepelné zpracování hliníku a jeho slitin apod.

V experimentální části práce byla sledována krystalizace slitiny AlSi12 tří odlitků

V experimentální části práce byla sledována krystalizace slitiny AlSi12 tří odlitků

In document Strana pro oficiální zadání (Page 28-0)