Aliaje Neferoase Modificate

Generalitati:

Modificarea reprezintă o metodă de tratament a topiturilor înainte de turnare,

care asigură obţinerea unei structuri eutectice fine, structură care conduce la

îmbunătăţirea proprietăţilor de turnare şi a caracteristicilor fizico-mecanice ale aliajelor.

Modificarea se realizează natural, prin solidificare rapidă, dar necesită un agent

de modificare la viteze mici de răcire, corespunzătoare turnării în forme temporare din

amestecuri de formare.

Întrucât aliajele Al-Si prezintă o structură grosolană în stare solidă, este necesară

modificarea acesteia. Modificarea cu sodiu a aliajelor Al-Si este cunoscută de foarte

mult timp. Aliajele de turnătorie din sistemul Al-Si, în care siliciul este elementul

principal de aliere, se pot clasifica în siluminuri hipoeutectice (Si < 11,7%) şi

hipereutectice (Si > 11,7%). Ambele clase de aliaje de aluminiu sunt bifazice. Aliajele

eutectice conţin soluţia solidă α pe bază de aluminiu (matrice) şi un eutectic (soluţia

solidă α + siliciu). În aliajele hipoeutectice, siliciul din eutectic se solidifică sub formă

aciculară sau de plăci, pe când în aliajele hipereutectice, siliciul primar se prezintă sub

formă de blocuri, morfologii nefavorabile proprietăţilor mecanice şi care măresc

fragilitatea şi micşorează prelucrabilitatea prin aşchiere.

În plus, în multe cazuri se constată o asociere a acestor morfologii cu o porozitate a semifabricatelor turnate. Ca urmare, modificatorii se introduc în topitură în mod deliberat, pentru a rotunji faza cu siliciu (eutecticul, în aliajele hipoeutectice şi siliciul primar, în aliajele hipereutectice) care este astfel, mai coerentă cu matricea. Prin modificare, microretasurile sunt mai dispersate în timpul modificarii, determinând o imbunatatire a proprietătilor mecanice si

prelucrabilitatii prin aşchiere a materialului metalic neferos.

Prin tratarea topiturii Al-Si cu modificatori, siliciul eutectic devine fibros, rezultând o structură cvasi-compozită cu caracteristici mecanice îmbunătăţite.

Elementele cu temperatură scăzută de topire şi presiune mare de vapori care asigură o dispersie rapida a modificatorilor în topitură, dar presiunea mare de vapori a unor elemente măreşte pierderile prin evaporare. Pierderile de modificator prin oxidare sunt mai mari în cazul elementelor care formează oxizi cu entalpie libera mai mare în valoare absolută (dar negativă) decât oxidul de aluminiu.

Solubilitatea scazuta în stare solidă şi golul mare de miscibilitate cu punct monotectic la concentraţii scăzute de modificator, ca în cazul sistemului Al-Na, conduce la o creştere a concentraţiei modificatorului la frontul de creştere şi la un efect modificator important.

Ca urmare, sodiul se dizolvă şi se dispersează rapid în topitura fara a se oxida, producând un efect modificator important timp de 20 minute, după care efectul modificator scade rapid.

Stronţiul se dizolvă rapid în topitură, se oxidează slab, efectul modificator este mai slab decât a sodiului, dar rezistă un timp mai îndelungat, chiar şi după 2 3 retopiri.

Teoriile procesului de modificare se referă la fenomenul de modificare a aliajului Al-Si.

1. Teoria subrăcirii se bazează pe teoria formării structurii modificate prin subrăcirea topiturii obţinută la introducerea modificatorului în baia metalică (sodiu).

În starea nemodificată a aliajului Al-Si, siliciul conduce faza de aluminiu şi determină formarea unor plăci mari şi continue.

La adaosul de sodiu, morfologia la interfaţă se modifică astfel încât aluminiul acoperă siliciul, determinând renucleerea constantă a siliciului. Ca rezultat, se formeaza un eutectic globular fin care se solidifică la o subrăcire mai mare decât cea observată printr-o analiză termică. Sodiul reduce tensiunea superficială a aluminiului, iar energia mai mică a interfeţei aluminiu-lichid favorizează creşterea siliciului pe aluminiu.

Sodiul reduce viteza de difuzie a siliciului în topitură, restrângând astfel, creşterea germenilor şi a grăunţilor.

2. Teoria adsorbţiei presupune că modificatorul (sodiul) se adsoarbe pe suprafeţele cristalelor de siliciu, franand astfel, creşterea acestora într-o masura mai mare ca aluminiul.

Prin microscopie electronică s-a stabilit că siliciul modificat este imperfect din punct de vedere cristalografic, comparativ cu siliciul nemodificat, având multe plane perechi cu suprafaţă rugoasă. Siliciul modificat cu stronţiu se exfoliază şi se ramifică formând o structură fibroasă cu plane-perechi în zig-zag.

Această teorie nu explică totuşi formarea structurilor “supramodificate” şi ``submodificate”.

3. Teoria coloidală are la bază presupunerea că modificatorul este un coloid de protecţie care măreşte stabilitatea sistemului în stare dispersată.

La răcirea aliajului Al-Si, aluminiul şi siliciul trec din stare de dispersie atomic în stare cristalină. Aceste particule vor fi stabile în prezenţa modificatorului care măreşte durata de menţinere a lor în stare coloidală. În aliajele nemodificate, particulele coloidale dispar treptat odată cu creşterea cristalelor.

Această teorie consideră formarea eutecticelor ca o coalescenţă a particulelor coloidale, fiind în contradicţie cu legile cristalizării eutecticelor. De asemenea, teoria coloidală nu poate explica deplasarea punctului eutectic şi nici apariţia fenomenului de “supramodificare”.

Modificarea aluminiului si a aliajelor sale:

Prin modificare se înţelege procesul de îmbunătăţire artificială a structurii metalelor şi aliajelor, şi favorizează creşterea valorii caracteristicilor mecanice ale acestora. Calitatea pieselor turnate poate fi îmbunătăţită prin introducerea în topitură a unor mici adaosuri de elemente, care schimbă integral mersul procesului de solidificare.