Modificarea aliajelor neferoase

Modificarea aliajelor neferoase

Modificarea este procesul de imbunatatire artificiala a structurii aliajelor turnate.

Procedeele de modificare se impart in: - metalurgice;

- fizice (dinamice).

Modificarea metalurgica realizeaza schimbarea structurii cu ajutorul unor mici adaosuri introduse in aliajul lichid. Aceste adaosuri, denumite modificatoare, la introducerea lor in topitura chiar in concentratii mici influenteaza puternic procesul de cristalizare si caracterul formarii structurii si proprietatile semifabricatelor, pieselor turnate.

In unele situatii, modificatorii maresc numarul de germeni si favorizeaza astfel obtinerea structurii cu granulatie fina; in alte cazuri ei micsoreaza viteza de crestere a cristalelor, pe anumite directii cristalografice, si ca urmare modifica forma si dimensiunile lor.

Utilizarea modificatorilor in cazul aliajelor neferoase este determinata de urmatoarele doua fenomene: - la majoritatea aliajelor neferoase structura primara de solidificare se pastreaza;

- metalele si aliajele neferoase au o tendinta mult pronuntata de a cristaliza cu granulatie mare la solidificare.

Rezulta ca in cazul aliajelor neferoase influentarea proceselor de cristalizare in sensul obtinerii in materialul turnat a unei granulatii fine si a unui grad avansat de dispersie a fazelor conditioneaza in mod decisiv proprietatile de utilizare ale produselor metalice. In cazul aliajelor neferoase aplicarea modificarii influenteaza de asemenea intr-o masura decesiva proprietatile de utilizare ale materialului, dar exercita in plus o actiune favorabila importanta asupra proprietatilor tehnologice de prelucrare prin deformare plastica si de comportament la tratament termic.

Substantele care servesc drept adaosuri de modificare pot fi clasificate in trei grupe.

Din prima grupa (G1) fac parte modificatorii care formeaza o suspensie puternic dispersata in aliajul lichid. Particulele separate ale acestei suspensii actioneaza drept germeni de cristalizare in jurul carora se formeaza si cresc cristalele. Pentru obtinere unei structuri fine cel mai indicat este introducerea unor adaosuri de metale greu fuzibile care formeaza compusi greu fuzibili in topitura cu rol de germeni de cristalizare. In acest fel se mareste viteza de formare a germenilor fata de viteza lor de crestere rezultatul fiind o granulatie fina.

Adaosurile din aceasta grupa utilizate ca modificatori trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii:

- sa formeze un compus intermetalic cu cel putin unul din componentii aliajului, de preferat cu componentul de baza;

- compusii formati trebuie sa cristalizeze inaintea constituentilor aliajului;

- adaosul trebuie sa formeze compusi la concentratii cat mai mici pentru a nu se modifica compozitia aliajului;

- in cazul in care compusii nu se formeaza prin interactiunea elementului modificator cu componentii aliajului, particulele greu fuzibile pot fi create prin introducerea a doua adaosuri care formeaza compusi intre ei;

- compusul care se formeaza sa aiba proprietatea de a fi un bun suport pentru cristalizarea constituentilor aliajului, deci sa indeplineasca conditia de epitaxie. Rolul de germeni de cristalizare il pot avea numai particulele care au retele cristaline care se conjuga cu reteaua cristalina a fazelor aliajului si a caror parametri de retea difera foarte putin (sub 45 %).

Pentru modificarea grauntilor de solutii solide rolul cel mai eficace il au elementele de tranzitie (Ti, V, W, B, Zr,).

Din a doua grupa de modificatori (G2) fac parte elementele sau compusii lor superficial activi care se pot adsorbi pe suprafetele cristalelor in curs de crestere si pot frana dezvoltarea lor. Fenomenele de adsorbtie nu se produc uniform pe toate fetele si din aceasta cauza in dezvoltarea diferitelor fete ale cristalului (pe anumite directii cristalografice) apare o intarziere care conduce la modificarea formei lui. Franarea vitezei de crestere, pe de alta parte, duce implicit la marirea numarului de germeni de cristalizare si la finisarea granulatiei.

O conditie obligatorie pe care trebuie s-o satisfaca modificatorii din aceasta grupa consta in aceea ca ei trebuie sa fie foarte putin solubili in faza lichida care va cristaliza.

Metalele ca Na, K, Rb, Ba micsoreaza intens tensiunea interfazica topitura-faza solida in crestere, si se pot folosi drept modificatori.

Modificatorii din a treia grupa (G3) realizeaza schimbarea formei si dimensiunilor cristalelor pe baza interactiunii chimice ce se produce intre elementul modificator si topitura in curs de solidificare. Cu modificatorii din aceasta grupa se urmareste schimbarea formei cristalelor unor compusi intermetalici fragili de la forma aciculara sau lamelara la o forma globulara ceea ce duce la cresterea pronuntata a plasticitatii si la inlaturarea fragilitatii.

Schimbarile structurale produse de modificarea aliajelor neferoase se pot clasifica astfel:

- modificare de tipul unu (T1), realizeaza finisarea granulatiei cristalelor primare, indeosebi maruntirea grauntilor dendritici primari. Acest tip de modificare se numeste si afanare.;

- modificare de tipul doi (T2), realizeaza schimbarea formei dendritelor primare prin fragmentarea si subtierea ramurilor, figura 3.62, care conduce la o repartizare mai uniforma atat a fazelor excedentare de compusi primari sau secundari cat si a impuritatilor metalice si nemetalice solide;

- modificare de tipul trei (T3), realizeaza modificarea structurii eutecticelor.

Din punct de vedere practic aplicarea modificarii in aliajele ce contin eutectic in structura primara prezinta interes in doua situatii.

In primul caz constituentul eutectic este constituentul major al aliajului.

Modificarea de tipul trei este aplicata si la schimbarea structurii eutecticelor usor fuzibile (nedorite in structura aliajului) - cazul doi. In acest caz se urmareste, prin adaosuri de modificatori, consolidarea limitelor de graunti ai metalului de baza, suprimand influenta negativa a impuritatilor metalice usor fuzibile.

Fig. 16. Finisarea structurii interne a dendritelor si accentua-rea ramificarii.

Este de mentionat ca in practica elaborarii aliajelor neferoase primele doua tipuri de modificari sunt cunoscute sub denumirea de = afinare=, iar numai modificarea de tipul trei sub denumirea de =modificare=.

Prin urmare, folosirea modificatorilor la dirijarea structurii aliajelor neferoase au permis: - sa se imbunatateasca sensibil proprietatile mecanice ca urmare a finisarii structurii si a uniformizarii acesteia pe toata sectiunea produsului turnat;

- sa se amelioreze proprietatile tehnologice, se elimina probabilitatea formarii fisurilor in piesele turnate si se creaza conditii favorabile pentru intensificarea proceselor de turnare.

Adaosurile de modificare au permis elaborarea a numeroase noi calitati de aliaje neferoase cu proprietati mecanice si tehnologice superioare si in acelasi timp au facut posibila folosirea mai completa a unor materii prime de calitate mai scazuta.

Se constata ca exista o corelatie intre caracterul structurii primare (determinata de pozitia aliajului in diagrama de echilibru fazic) si tipul de modificare care actioneaza in mod preponderent, figura 16:

- in aliajele monofazice cu continut redus de element de aliere la care nu se formeaza la racire precipitate secundare, finetea structurii primare este caracterizata numai prin dimensiunea dendritelor, ca urmare, in aceste aliaje se poate actiona la turnare prin modificarea de tipul unu;

- in aliajele monofazice in care precipita faze secundare finetea structurii este caracterizata atat prin dimensiunea dendritelor cat si prin repartitia precipitatelor in zonele interdendritice; ca urmare la aceste aliaje se poate actiona la turnare atat prin modificarea de tipul unu cat si prin modificarea de tipul doi;

- in aliajele ce contin eutectic (aliaje de turnare), finetea structurii este caracterizata prin morfologia si finetea eutecticului, precum si prin dimensiunea si structura interna a dendritelor proeutectice; ca urmare la aceste aliaje se poate actiona la turnare prin toate cele trei tipuri de modificare, tipul trei devenind preponderent pe masura ce compozitia aliajului se apropie de punctul eutectic.

In general la modificarea dimensiunilor dendritelor primare, deci la modificarea de tipul unu sunt utilizati modificatori din prima grupa; la modificarea finetei ramurilor dendritice, deci la modificarea de tipul doi sunt utilizati atat modificatori din prima grupa cat si din grupa a doua; la modificarea structurii eutecticilor, deci la modificarea de tipul trei, sunt utilizati modificatori din grupa a doua, cat si din prima grupa.

Diagrama din figura 17, indica tipul modificarii si grupa adaosului modificator, in functie de pozitia aliajului in diagrama de echilibru termic.

Fig.17. Reprezentare pentru alegerea tipului de modificare si grupa adaosului modificator, in functie de pozitia aliajului in diagrama de echilibru termic.

Modificarea dimensiunii dendritelor in aliajele de aluminiu. Aluminiul pur si aliajele sale monofazice au o tendinta foarte accentuata spre formarea structurii cu granulatie mare la solidificare si de asemenea spre dezvoltarea pronuntata a zonei cristalelor columnare.

Modificatorii utilizati pentru finisarea structurii (granulatiei dendritelor primare) in aliajele de aluminiu sunt substantele care formeaza particule insolubile greu fuzibile ce actioneaza ca inoculanti de germinare eterogena. Asfel de modificatori sunt: B, Ti, Zr, Ta, V, Mo. Majoritatea acestor elemente dau reactii peritectice cu aluminiul ( metalul de baza).

Bibliografie

1...Varga Bela. Bazele elaborarii aliajelor neferoase, Universitatea Transilvania Brasov, Facultatea Stiinta si Ingineria Materialelor, 1996.

2...Varga Bela. Elaborarea si turnarea aliajelor neferoase, Indrumator de laborator, Universitatea Transilvania Brasov, Facultatea Stiinta si Ingineria Materialelor, 1992.