10.1 Hodnocení struktury vzork ů pomocí sv ě telné mikroskopie a m ěř ení tvrdosti
10.1.2 Sledování struktury vzork ů pomocí sv ě telné mikroskopie
-194-
skupina obsahovala vzorky z čistého hliníku Al99,5, a to 12 kusů, získaných za stejných podmínek lití, jako vzorky ze slitiny AlSi12. Celkem 57 vzorků bylo ručně, nebo na strojní laboratorní kotoučové pile rozřezáno na malé kusy a zalisováno do plastového nosiče na zařízení STRUERS PRONTOPRESS-2. Plastový nosič byl vyroben z pryskyřice Specifast, která je elektricky nevodivá a transparentní. Lisovací teplota byla volena 165 °C, aby se zabránilo tepelnému ovlivnění vzorků při tomto procesu. Po zalisování vzorku následovala volba vhodného postupu leštícího procesu pro každou skupinu vzorků, z nichž zejména vzorky z čistého hliníku vyžadovaly speciální leštící podmínky. Leštění vzorků probíhalo na zařízení STRUERS ABRAMIN, viz obr. 10-1.
Obr. 10-1 Leštící zařízení Struers ABRAMIN a odebrané vzorky před leštěním
10.1.2 Sledování struktury vzork ů pomocí sv ě telné mikroskopie
Všechny zalisované a vyleštěné vzorky ze všech 3 skupin byly zkoumány pomocí světelného mikroskopu NIKON 510 s kamerou KAPPA DX 40, viz obr. 10-2, při třech zvětšeních s měřítky 300 µm, 100 µm a 50 µm, viz příloha 4. Dále byly vybrány fotografie s měřítkem 100 µm a pro vybrané podmínky lití bylo provedeno měření vzdálenosti sekundárních ramen dendritů (DAS – dendrite arm spacing) na pěti místech všech fotografií pomocí software KAPPA METREO, který provedl i statistické vyhodnocení.
-195-
Obr. 10-2 Použitý světelný mikroskop Nikon 510 s kamerou Kappa DX 40 a vyleštěné vzorky připravené k analýze
Struktury, u nichž bylo prováděno sledování DAS, jsou uvedeny na obr. 10-3 až 10-8 a výsledky měření uvádí tabulka 10.1. Ze získaných struktur je možno vyvodit předpoklady o kompozici, rozmístění a morfologii každé obsažené fáze a bylo možno konstatovat, že vnitřní struktura odlitků odpovídala podmínkám lití.
Obr. 10-3 Slitina AlSi12CuNiMg, kovová forma, teplota lití 675 °C, tloušťka stěny 27 mm
Obr. 10-4 Slitina AlSi12CuNiMg, forma z pískové formovací směsi, teplota lití 675 °C, tloušťka stěny 27 mm
-196-
Obr. 10-5 Slitina AlSi12CuNiMg, forma z CT směsi, teplota lití 725 °C, tloušťka stěny 7 mm
Obr. 10-6 Slitina AlSi12, kovová forma, teplota lití 725 °C, tloušťka stěny 7 mm
Obr. 10-7 Slitina AlSi12, forma z pískové formovací směsi, teplota lití 700 °C, tloušťka stěny 7 mm
-197-
Obr. 10-8 Slitina AlSi12, forma z CT směsi, teplota lití 675 °C, tloušťka stěny 27 mm
Tab. 10.1 Velikosti DAS pro zkoumané vzorky ze slitin AlSi12CuNiMg a AlSi12
Vzorek Číslo
obrázku Slitina DAS Směrodatná odchylka č.1 10-3 AlSi12CuNiMg 15,58 2,79 č.2 10-4 AlSi12CuNiMg 41,86 11,41 č.3 10-5 AlSi12CuNiMg 45,14 15,51
č.4 10-6 AlSi12 13,23 4,11
č.5 10-7 AlSi12 53,54 9,88
č.6 10-8 AlSi12 65,37 13,47
Velikost DAS je ovlivňována rychlostí ochlazování a obvykle se nachází mezi 10 až 100 µm. Pro zkoumané vzorky je při nižších ochlazovacích rychlostech, tj. pískovou slévárenskou formu, hodnota DAS vyšší. Pro slitinu AlSi12CuNiMg je průměrná velikost DAS 34,19 µm a pro slitinu AlSi12 44,05 µm.
Zjišťování velikosti DAS bylo prováděno pouze u slitin AlSi12CuNiMg a AlSi12.
U čistého hliníku Al99,5 toto prováděno nebylo, neboť tento materiál žádné dendrity neobsahuje. Na obr. 10-9 je uveden příklad získané struktury čistého hliníku, na níž jsou patrné hranice zrn.
-198-
Obr. 10-9 Čistý hliník Al99,5, forma z CT směsi, teplota lití 675 °C, tloušťka stěny 27 mm
Čistý hliník měl ve struktuře mnoho intermetalických fází (černé body na fotografii) AlFeSi, což bylo způsobeno nízkou čistotou kovu zaviněnou pravděpodobně nečistotami v tavícím kelímku. Na několika snímcích je patrná mikroporózita způsobená plynovými bublinami (póry mají hladkou stěnu) uzavřenými v materiálu během tuhnutí.
Více bublin bylo pozorováno v odlitcích do forem z CT směsi s vodním sklem tvrzenou CO2 a u odlitků zhotovených z vyšších teplot lití.
Ve struktuře odlitků z eutektické slitiny AlSi12 byla pozorována eutektická fáze obsahující jehlice křemíku a tuhý roztok α a také poměrně velké částice nerozpuštěného křemíku s deskovitým nebo jiným nepravidelným geometrickým tvarem. Velikost a morfologie jehlic křemíku byla jemnější (menší jehlice a nerozpuštěné částice) u odlitků litých z vyšších teplot lití, s menší tloušťkou stěny a u odlitků do kovové slévárenské formy. Odlitky z pískové formy a formy z CT směsi měli přibližně stejnou morfologii a velikost křemíkových jehlic. Struktura dendritů byla více rozvětvená ve směru odvodu tepla v odlitcích s větší tloušťkou stěny. Intermetalické fáze nebyly pozorovány ve větším množství, jejich struktura je blíže sledována v kap. 10.2.2. Nečistoty ve formě pískových zrn byly nalezeny v odlitcích do forem z pískové formovací směsi a CT směsi a oxidické blány nebyly přítomny prakticky v žádném odlitku. Porózita, pravděpodobně také způsobená plynovými bublinami, byla vyšší u odlitků s nižší tloušťkou stěny, což bylo způsobeno vyšší ochlazovací rychlostí.
Mikrostruktura pístové hliníkové slitiny AlSi12CuNiMg byla složena z eutektické fáze tvořené α fází, jehlicemi křemíku a vysokým poměrem různých druhů intermetalických fází, viz kap. 10.2.2. Mnoho strukturních vlastností má tato slitina
-199-
stejných jako slitina AlSi12. Kompozice, velikost, morfologie, a jiné vlastnosti eutektika a křemíku jsou zhruba stejná pro obě slitiny. Toto neplatí pro intermetalické fáze.
V kovových formách byly opět přítomny poměrně velké částice nerozpuštěného křemíku nepravidelného geometrického tvaru a ve formách vyrobených z CT směsi s větší tloušťkou stěny odlitku (40, 50 a 60 mm) je možno pozorovat hrubší jehlice křemíku než u odlitků s tloušťkou stěny 7 a 27 mm. Porózita byla opět způsobena plynovými bublinami a nečistoty byly nalezeny ve formě zrn písku. Ve formách z CT směsi s průměry 40, 50 a 60 mm byla pozorována porózita větší, což bylo pravděpodobně způsobeno kombinací vzduchu a plynů vznikajících degradací pojiva. Oxidické blány nebyly pozorovány.