Studium zjemňování zrna nadeutetických slitin hliníku a křemíku

Abstract

Nadeutektické slitiny hliníku s křemíkem jsou takové slitiny, které obsahují více než 12 hm. % křemíku. Tyto slitiny mají výhodné vlastnosti, protože obsahují velký objem tvrdých a otěruvzdorných částic eutektika a primárního křemíku.a tím jsou technologicky zajímavé. Avšak morfologie částic eutektického křemíku je převážně jehlicovitá nebo destičkovitá a částice primárního křemíku jsou široké a fasetovitě uspořádané, což vytváří koncentraci napěti a snižuje mechanické vlastnosti materiálu. Proto je třeba zjemnit velikost těchto částic a změnit jejich morfologii. K zjemnění ptimárního křemíku se přidává fosfor jako nejoblíbenější metoda , která využívá heterogenní nukleaci ke zvýšení poču částic primárního křemíku a tím snížení jeho střední velikosti. Fosfor je využíván ve formě předslitiny Al-CuP nebo CuP. Mechanismus zjemňování (očkování) je dobře použitelný, proto že rozpuštěný fosfor je v kombinaci s hliníkem a vytváří krystaly fosfidu hliníku AlP Krystaly fosfidy hliníku zvyšují v tavenině počet nukleačních center pro křemík, který tuhne později. Předchozí práce ukázaly, že zjemňující účinek závisí na rozpustnosti a zachycení fosforu v tavenině. Velikost částic primárního křemíku také závisí na teplotě a časovém průběhu očkování. Může být použito kombinace fosforu a sodíku. Má to však zřejmě reciproký účinek, např. sodík nejen, že adsorbuje na povrchu částic křemíku v eutektické fázi, ale také adsorbuje na povrchu nukleačních zárodků AlP. V souladu s termodynamickými podmínkami krystalizačních pochodů, krystalizace křemiíku v eutektické fázi začíná pouze po ukončení krystalizace primárního křemíku . Takže doba přidání zjemňujícího prostředku (očkovadla) do taveniny je velmi důležitá. Předložená studie se zabývá popisem zjemňování zrna nadeutektických slitin hliníku s křemíkem , což má umožnit lepší pochopení vztahu mezi rozpustností fosforu a mechanismu očkování Práce se týká slitin pro odlitky s 18-20hm. % Si s očkováním předsllitinou AlCuP. Tato předslitina byla použita ke zkoumání účinku fosfidu hliníku AlP na částice primárního křemíku. Práce byla cílena na využití předslitiny AlCuP pro výrobu pístů automobilů KAMAZ v reálných podmínkách vietnamského průmyslu.

Hypereutectic aluminum silicon alloys is aluminum silicon alloys with silicon content is more than 12.5 wt%. Hypereutectic aluminum silicon alloys are technological interest because of the advantageous properties imparted to them by the high volume fraction of hard eutectic and primary silicon particles. However, the morphology of the eutectic silicon particles is generally needle or plate-like and the primary silicon particles are large and faceted, producing stress concentrations that degrade the mechanical properties of the material. Therefore, it is necessary to refine the size of these particles and to modify their morphologies.

To refine primary silicon, phosphorus addition has been adopted as the most popular method which utilizes heterogeneous nucleation as a way to increase the number of primary silicon particles and, thus, reduces its average size. Phosphorus was used in the kind of Al-CuP master alloy or CuP master alloys. The refinement mechanism is well accepted that dissolved phosphorus combines with aluminum and forms aluminum phosphide (AlP) crystals. Aluminum phosphide crystals in the melt increase the amount of nucleation sites for silicon which solidifies later. The previous studies show that, refinement effects depend on phosphorus solubility and retained phosphorus. The particle size of primary silicon also depends on refinement temperature and refinement time. Using both of phosphorus and sodium compound could be established. They maybe have a reciprocal influence, for example sodium not only adsorbs on surface of silicon particles in eutectic phase but also adsorbs on surface of nucleation sites (AlP). Follow thermodynamic of crystallization process, crystallization process of silicon in eutectic phase only begins after crystallization process of primary silicon already finishes. Thus, the time for refiner addition into the melt is very important.

The present study is to provide a description of hyper-eutectic aluminum silicon alloys refinement, enabling a better understanding relation between phosphorus solubility and refinement mechanism. This study performed casting of aluminum silicon alloys of 18-20 wt.% silicon content with the refinement of master alloys (AlCuP). This master alloy was used to investigate the effects of the aluminum-phosphide on the primary silicon practices.

The focus of this study is on the application of AlCuP master alloy during manufacture process of piston of Kamaz automobile in the reality conditions of Vietnam industry. The alloys was used with 18-20 wt.% silicon content.