Wpływ rozdrobnienia struktury na wybrane właściwości
wysokoaluminiowych stopów cynku
mgr inż. Grzegorz Piwowarski
Streszczenie
Stopy cynku są obecnie intensywnie rozwijającą się grupą stopów odlewniczych. Posiadają one szereg unikalnych właściwości mechanicznych i użytkowych. Obecnie stopy te zyskują na znaczeniu ze względu na ochronę środowiska, która nakłada coraz ostrzejsze normy energetyczne. A mianowicie, dzięki stosunkowo niskiej temperaturze topnienia do przygotowania ciekłego stopu potrzeba o wiele mniej energii niż dla innych stopów, np. na osnowie Al, o zbliżonych właściwościach. Wspomniane powyżej właściwości tłumiące dodatkowo podnoszą walory tej rodziny stopów. Największą zdolność do tłumienia drgań posiadają stopy odlane do form ceramicznych, zapewniających małą intensywność chłodzenia. Związane jest to z procesem rozrostu ziaren, gdyż im większe jest ziarno tym lepsze są właściwości tłumiące. Z drugiej strony gruboziarnista struktura nie wpływa korzystnie na poziom właściwości plastycznych stopów, które są wymagane w większości zastosowań praktycznych.
Aby zwiększyć właściwości plastyczne stopów w praktyce stosuje się powszechnie zabieg modyfikowania. Zabieg ten polega on na wprowadzeniu do kąpieli metalowej specjalnych zapraw zawierających cząstki faz, które stają się podłożem do zarodkowania w modyfikowanym stopie. Ze względu na podobieństwo budowy struktury wysokoaluminiowych stopów Zn i stopów na osnowie Al, to jest obecność w obu grupach stopów fazy α(Al), do modyfikacji stopów cynku z aluminium stosuje się zasadniczo te same zaprawy, co dla stopów Al. Głównie są to modyfikatory wprowadzające Ti. Stosuje się tutaj modyfikatory na osnowie Al, które jednak wymagają znacznego przegrzania stopu, co jest niekorzystne dla jego właściwości, oraz stosowania zanurzaka, w celu rozprowadzenia zaprawy w kąpieli metalowej. Wad tych pozbawione są zaprawy na osnowie cynku, np. zaprawa ZnTi3.2. Zaprawy powodują rozdrobnienie struktury stopów. Wysokoaluminiowy stop ZnAl10 charakteryzuje się wysokimi właściwościami tłumiącymi i tribologicznymi, oraz stosunkowo dobrymi właściwościami plastycznymi, które mogą być dodatkowo polepszone w wyniku zabiegu modyfikowania prowadzącego do rozdrobnienia struktury.
Celem pracy jest zbadanie wpływu modyfikacji na właściwości tłumiące i wytrzymałościowe (wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie ) tego stopu. Do zabiegu modyfikowania wytypowano znaną z technologii stopów Al zaprawę AlTi3C0.15 popularnie zwaną TiCAl i nową zaprawę ZnTi3.2, dedykowaną do stopów cynku. Obie zaprawy są nośnikami faz międzymetalicznych zawierających tytan, które stanowią efektywne podłoże do zarodkowania fazy α(Al).
Effects of grain refinement on selected properties of hight aluminum zinc
alloys
mgr inż. Grzegorz Piwowarski Abstract
Zinc alloys are currently the intensively developing group of casting alloys. They have several unique mechanical and functional properties. These alloys are gaining importance due to the environment protection, which requires more and more strict power engineering standards. Namely, due to a relatively low melting temperature less energy is needed for preparing a liquid zinc alloy than for other alloys, e.g. on Al matrix, of similar properties. Damping properties additionally increase qualities of this alloys family. The highest ability for vibrations damping characterises alloys cast into ceramic moulds, assuring a low cooling intensity. This is related to a grain growth process, since the larger grains the better damping abilities. On the other side, a coarse-grained structure does not influence favourably the alloys plastic properties, which are required in the majority of practical applications.
In order to improve the alloys plastic properties the modification procedure is usually applied. This procedure is based on an introduction - into a liquid metal - special foundry alloys containing particles, which are becoming the nucleation substrate in the modified alloy. On account of the structure similarity of high aluminium Zn alloys and Al matrix alloys, it means on account of the presence of the α(Al) phase in these both groups of alloys, the same foundry alloys are used for their modification. Mainly these are modifiers introducing Ti. Usually the Al matrix modifiers are applied, which require a significant superheating of the alloy, disadvantageous for its properties. They also require applying a plunger to distribute this foundry alloy in the metal bath. Zinc matrix foundry alloys e.g. ZnTi3.2 are without these faults. Foundry alloys cause the alloy structure refinement. The high aluminium ZnAl10 alloy is characterised by high damping and tribological properties and by relatively good plastic properties, which can be additionally improved by the modification procedure leading to the structure refinement.
The aim of the study is the examination of the modification influence on damping and strength (tensile and elongation) properties of this alloy. The foundry alloy AlTi3C0.15,
known from the Al alloys technology, commonly called TiCAl and the new ZnTi3.2 foundry alloy, dedicated for zinc alloys, were selected for the modification procedure. Both foundry alloys are carriers of intermetallic phases containing titanium, which constitute the efficient nucleation substrate for the α(Al) phase.
