UNIVERZA V LJUBLJANI
NARAVOSLOVNOTEHNIŠKA FAKULTETA
DIPLOMSKO DELO
DOMEN TRŠAR
LJUBLJANA 2021
UNIVERZA V LJUBLJANI
NARAVOSLOVNOTEHNIŠKA FAKULTETA ODDELEK ZA MATERIALE IN METALURGIJO
DODATEK LITIJA ALUMINIJEVIM LIVARSKIM ZLITINAM
DIPLOMSKO DELO
DOMEN TRŠAR
LJUBLJANA, september 2021
UNIVERSITY OF LJUBLJANA
FACULTY OF NATURAL SCIENCES AND ENGINEERING DEPARTMENT OF MATERIALS AND METALLURGY
LITHIUM ADDITION TO ALUMINIUM CAST ALLOYS
DIPLOMA WORK
DOMEN TRŠAR
LJUBLJANA, September 2021
IV PODATKI O DIPLOMSKEM DELU
Število listov: 53 Število strani: 40 Število slik: 37
Število preglednic: 11 Število literaturnih virov: 14
Študijski program: univerzitetni študijski program prve stopnje Inženirstvo materialov
Komisija za zagovor diplomskega dela:
Predsednik: prof. dr. Peter Fajfar Mentor: doc. dr. Mitja Petrič Član: prof. dr. Jožef Medved
Ljubljana, ………..:
V ZAHVALA
Zahvaljujem se svojemu mentorju doc. dr. Mitji Petriču, ki mi je pomagal in me usmerjal pri izdelavi diplomske naloge. Enako se zahvaljujem vsem zaposlenim na Naravoslovnotehniški fakulteti, ki so mi pomagali pri izdelavi praktičnega dela diplome.
Zahvaljujem se tudi svoji družini in dekletu, ki so mi stali ob strani in me podpirali pri pisanju.
VI IZVLEČEK V SLOVENSKEM JEZIKU
Aluminijeve zlitine z dodatkom litija so znane že skoraj 100 let. Uporabljajo jih v letalski in vesoljski industriji. Glavna prednost dodatka litija je zmanjšanje gostote in izboljšanje mehanskih lastnosti aluminijevih zlitin, še posebej modula elastičnosti in trdnosti le teh.
Vsak dodani odstotek litija zmanjša gostoto zlitine za 3 %. Mehanske lastnosti izboljša izločanje faze Al3Li. Glavna pomanjkljivost dotičnih zlitin pa je visoka reaktivnost litija.
Ta reagira s kisikom in dušikom ter tvori pline, ki povzročajo plinsko poroznost.
Obstajajo kompoziti, ki bi v teoriji lahko zamenjali zlitine aluminija in litija, vendar so ti cenovno manj dostopni.
Cilj diplomske naloge je bil raziskati vpliv ohlajevalne hitrosti na kvaliteto ulitkov zlitine AlSi7MgLi in opisati potek strjevanja zlitine. Zlitino smo ulivali v tri različne forme:
jekleno formo, Croning formo in grafitno formo. Z opravljeno termično analizo smo spremljali proces strjevanja vzorcev, litih v merilne celice. Ugotovili smo, da hitrejša ohlajevalna hitrost podaja bolj kakovostne ulitke z manj poroznosti. S programom Thermo-Calc smo izračunali termodinamično ravnotežje zlitin. Proučili smo, katere faze naj bi se pojavile v mikrostrukturi vzorcev. Vzorce smo nato analizirali s pomočjo vrstičnega elektronskega in svetlobnega mikroskopa. Tako smo dokazali tudi obstoj določenih faz ter obrazložili potek strjevanja zlitine. Ta se prične z strjevanjem nove faze AlLiSi. Nadaljuje se s strjevanjem faze α-Al in evtektika (α-Al + AlLiSi). Nato se tvori železova faza Al9Fe2Si2. Sledi strjevanje ternarnega evtektika (α-Al + β-Si + AlLiSi). Nato pride do transformacije železove faze Al9Fe2Si2 v π fazo (Al18Fe2Mg7Si10) Na koncu se strjuje še faza Mg2Si. Mehanske lastnosti zlitine smo izmerili s pomočjo naprave za merjenje trdote po Vickersu. Razvidno je, da je trdota višja pri vzorcih z višjo ohlajevalno hitrostjo.
Ključne besede: Al-Li zlitine, mikrostruktura, mehanske lastnosti, potek strjevanja, izločanje
VII ABSTRACT
Aluminium alloys with lithium addition have been known for nearly 100 years in the aerospace industry. The main advantage of lithium addition is the reduction of the alloy density and the improvement of the mechanical properties, especially the modulus of elasticity and strength. Each added percent of lithium reduces the density of the alloy by 3 %. Improved mechanical properties are caused by the precipitation of the Al3Li precipitate. The main disadvantage of these alloys is the high reactivity of lithium.
Lithium reacts with oxygen and nitrogen and forms gases which cause gas porosity.
There are composites that could in theory replace aluminium and lithium alloys, however these are less affordable.
The aim of the diploma work was to investigate the influence of cooling rate on the quality of AlSi7MgLi alloy and to describe the sequence of solidification of the alloy.
The alloy was cast in three different moulds: steel mould, Croning mould and graphite mould. The method of simple thermal analysis allowed us to monitor the solidification process of the alloy. We found that a faster cooling rate delivers higher quality castings with less porosity. Using the Thermo-Calc program, we calculated the thermodynamic equilibrium of the alloys. We examined which phases are expected to occur in the microstructure of the samples. The samples were then analysed using a scanning electron microscope and a light microscope. This also proved the existence of certain phases and explained the course of solidification of the alloy. This begins with the solidification of the new AlLiSi phase. The solidification sequence continues with the solidification of the Al dendrites and eutectic (α-Al + AlLiSi). The iron phase Al9Fe2Si2
is then formed. Then follows the solidification of the ternary eutectic (α-Al + β-si + AlLiSi). After that comes the transformation of the iron phase Al9Fe2Si2 into the π phase (Al18Fe2Mg7Si10). At the end forms the Mg2Si phase. The mechanical properties of the alloy were measured using a Vickers hardness measuring device. It is seen that the hardness is higher in samples with a higher cooling rate.
Key words: Al-Li alloys, microstructure, mechanical properties, solidification sequence, precipitation
VIII VSEBINSKO KAZALO
1 UVOD ... 1
2 TEORETIČEN DEL ... 2
2.1 ALUMINIJ-LITIJEVE ZLITINE ... 2
2.2 RAZVOJ ALUMINIJ-LITIJEVIH ZLITIN ... 2
2.2.1 Al-Li ZLITINE PRVE GENERACIJE ... 2
2.2.2 Al-Li ZLITINE DRUGE GENERACIJE ... 3
2.2.3 Al-Li ZLITINE TRETJE GENERACIJE ... 4
2.2.3.1 APLIKACIJE Al-Li ZLITIN TRETJE GENERACIJE ... 6
2.2.3.2 LEGIRNI ELEMENTI Al-Li ZLITIN TRETJE GENERACIJE ... 6
2.2.3.3 FAZE IN MIKROSTRUKTURE Al-Li ZLITIN TRETJE GENERACIJE ... 7
2.2.3.4 POTEK STRJEVANJA Al-Li ZLITIN ... 9
2.2.3.5 PROCESNA POT Al-Li ZLITIN TRETJE GENERACIJE ... 11
3 EKSPERIMENTALNI DEL ... 13
3.1 PREISKOVANI MATERIAL ... 13
3.2 PRIPRAVA MERILNIH CELIC ... 13
3.2.1 CRONING MERILNA CELICA ... 13
3.2.2 GRAFITNA MERILNA CELICA ... 14
3.2.3 JEKLENA MERILNA CELICA ... 15
3.3 PRIPRAVA TALINE ... 15
3.4 ENOSTAVNA TERMIČNA ANALIZA ... 19
3.5 THERMO-CALC ... 20
3.6 METALOGRAFSKA ANALIZA ... 20
3.6.1 PRIPRAVA VZORCEV ... 20
3.6.2 VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA (SEM) ... 21
IX
3.6.3 SVETLOBNA MIKROSKOPIJA ... 22
3.7 ANALIZA MEHANSKIH LASTNOSTI ... 23
4 REZULTATI IN DISKUSIJA ... 24
4.1 IZRAČUNI FAZNIH RAVNOTEŽIJ ... 24
4.2 ENOSTAVNA TERMIČNA ANALIZA ... 28
4.3 METALOGRAFSKA ANALIZA ... 30
4.3.1 VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA ... 30
4.3.2 SVETLOBNA MIKROSKOPIJA ... 33
4.4 ANALIZA MEHANSKIH LASTNOSTI ... 36
5 ZAKLJUČEK ... 38
6 LITERATURNI VIRI ... 39
X SEZNAM SLIK
Slika 1: Razmerje litija in bakra skozi leta [3] ... 5
Slika 2: Termična analiza zlitine AlSi7Mg, merjena na dveh mestih v livni formi [9] ... 10
Slika 3: Tradicionalna procesna pot aluminijevih gnetnih zlitin [3] ... 11
Slika 4: Zaprta in odprta Croning celica (a), premazana croning celica z vstavljenim termoelementom (b), dokončno pripravljena Croning merilna celica (c) ... 14
Slika 5: Zaprta grafitna celica (a), razprta grafitna celica z vstavljenim termoelementom (b), dokončno pripravljena grafitna celica (c) ... 14
Slika 6: Zaprta jeklena celica (a), odprta jeklena celica s termoelementoma (b), dokončno pripravljena jeklena celica (c)... 15
Slika 7: Grafitni livni lonec in v njem zvon (a), livna zajemalka iz silikatne opeke premazana z grafitnim premazom (b) ... 16
Slika 8: Talilni lonec v indukcijski peči s pokrovom in cevjo, ki dovaja argon ... 17
Slika 9: Pripravljene merilne celice za litje ... 18
Slika 10: Proces vstavljanja zvona in zapiranja grafitnega lonca s pokrovom (a), litje taline v zajemalko (b) in litje taline v merilne celice (c) ... 19
Slika 11: Ulitki zlitine AlSi7MgLi dobljeni po litju ... 19
Slika 12: Stroj za brušenje in poliranje vzorcev TegraForce-5 podjetja Struers ... 21
Slika 13: Vrstični elektronski mikroskop (SEM) Thermo Scientific Quattro S ... 22
Slika 14: Svetlobni mikroskop Olympus BX61 ... 22
Slika 15: Naprava za merjenje trdote po Vickersu podjetja Shimadzu ... 23
Slika 16: Termodinamično ravnotežni izopletni fazni diagram sistema Al-Si-Li ... 24
Slika 17: Termodinamično ravnotežni izopletni fazni diagram sistema Al-Si-Li-Mg ... 25
Slika 18: Termodinamično ravnotežni fazni diagram sistema Al-Si-Li-Fe-Mg... 25
Slika 19: Scheilov diagram strjevanja za sistem Al-Si-Li ... 26
Slika 20: Scheilov diagram strjevanja za sistem Al-Si-Li-Mg ... 27
Slika 21: Scheilov diagram strjevanja za sistem Al-Si-Li-Fe-Mg ... 27
XI Slika 22: Ohlajevalne krivulje vseh vzorcev zlitine AlSi7MgLi do sobne temperature (a),
ohlajevalne krivulje vseh vzorcev zlitine AlSi7MgLi do 100 sekund po litju (b) ... 28
Slika 23: Vzorca iz Croning merilne celice (a), vzorec iz grafitne merilne celice (b) ... 29
Slika 24: Ohlajevalna krivulja in njen odvod za vzorec AlSi7MgLi iz Croning hladne forme 29 Slika 25: SEM posnetek mikrostrukture vzorca iz Croning hladne celice z ABS detektorjem (a), SEM posnetek mikrostrukture vzorca iz Croning hladne celice z ETD detektorjem (b) ... 30
Slika 26: Maping EDS analiza na vzorca iz Croning hladne celice ... 31
Slika 27: SEM posnetek mikrostrukture vzorca iz Croning hladne celice ... 31
Slika 28: SEM posnetek mikrostrukture vzorca iz grafitne hladne celice ... 32
Slika 29: SEM posnetek mikrostrukture grafitnega hladnega vzorca ... 33
Slika 30: Mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice z označenimi mikrostrukturnimi sestavinami ... 34
Slika 31: Mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice z označenimi mikrostrukturnimi sestavinami ... 34
Slika 32: Mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice z označenim mestom faze... 35
Slika 33: Mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice z označenimi mikrostrukturnimi sestavinami ... 35
Slika 34: Mikrostruktura vzorca iz grafitne hladne celice (a), mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice (b)... 36
Slika 35: Izmerjene trdote po Vickersu za vzorec iz Croning hladne merilne celice ... 37
Slika 36: Izmerjene trdote po Vickersu za vzorec iz Croning vroče merilne celice ... 37
Slika 37: Izmerjene trdote po Vickersu za vzorec iz grafitne hladne merilne celice ... 37
XII SEZNAM PREGLEDNIC
Tabela 1: Al-Li zlitine druge generacije po AA standardu in njihove kemijske sestave [2] ... 4
Tabela 2: Al-Li zlitine tretje generacije po AA standardu in njihove kemijske sestave [2]... 6
Tabela 3: Tabela tipičnih legirnih elementov tretje generacije ter njihov vpliv na Al-Li zlitine [3] ... 7
Tabela 4: Intermetalne spojine tretje generacije Al-Li zlitin in njihov vpliv na mikrostrukturo oz. mehanske lastnosti [3] ... 7
Tabela 5: Fino izoblikovani delci, ki se izločajo v trdnem v Al-Li zlitinah tretje generacije in njihov vpliv na mikrostrukturo oz. mehanske lastnosti [3] ... 8
Tabela 6: Ostali izločki tretje generacije Al-Li zlitin in njihov vpliv na mikrostrukturo oz. mehanske lastnosti [3] ... 9
Tabela 7: Tabela poteka reakcij med strjevanjem pri danih temperaturah v sistemih Al-Mg-Li [12] ... 9
Tabela 8: Kemijska sestava zlitine AlSi7MgLi v mas. % ... 13
Tabela 9: Izračunane ohlajevalne hitrosti vzorcev zlitine AlSi7MgLi ... 28
Tabela 10: Atomski delež elementov v določenem spektru iz slike 28... 32
Tabela 11: Atomski delež elementov v določenem spektru iz slike 29... 33
XIII SEZNAM OKRAJŠAV IN POSEBNIH SIMBOLOV
GP Guinier–Preston
L tekoče stanje
SEM vrstični elektronski mikroskop Ts temperatura solidus
Tl temperatura likvidus HV trdota po Vickersu d1 prva diagonala
d2 druga diagonala
m masa obtežbe
Vohl ohlajevalna hitrost
T temperatura
t čas
1
1 UVOD
Aluminij-litijeve zlitine so lahke zlitine, ki predstavljajo prihodnost letalske in vesoljske industrije, zaradi svojih dobrih mehanskih lastnosti pa je zlitina v uporabi že od leta 1924.
Dodatki litija aluminijevim zlitinam prispevajo k bistvenemu zmanjšanju teže zlitin, saj vsak dodani odstotek litija zmanjša gostoto zlitine za 3 %. Poleg tega jim poveča modul elastičnosti, trdoto, natezno trdnost in korozijsko odpornost. Visoka trdnost je posledica postopka izločevalnega utrjevanja s formacijo faze Al3Li [1, 2, 14].
Po drugi strani pa taljenje in litje aluminijevih zlitin z dodatkom litija ni enostaven proces, saj litij močno reagira s kisikom in dušikom. Tvorijo se plini, kot je na primer vodik, ki povzroči poroznost. Poleg tega pa sam proces izdelave zlitine ni poceni in je manj dostopen v primerjavi z nekaterimi drugimi aluminijevimi zlitinami [1, 2, 14].
V diplomski nalogi smo raziskovali vpliv ohlajevalne hitrosti na kvaliteto ulitkov zlitine AlSi7MgLi. Pri tem smo zlitino ulivali v Croning formo, grafitno formo in jekleno formo, ter nato opisali še potek strjevanja zlitine. Jeklena in grafitna forma imata večjo ohlajevalno hitrost kot Croning forma. Faze, ki se tvorijo med strjevanjem zlitine, smo najprej teoretično proučili s pomočjo programa Thermo-Calc. Ulite vzorce smo nato pripravili in jih analizirali pod vrstičnim elektronskim in svetlobnim mikroskopom. S tem smo dokazali posamezne faze ter določili potek strjevanja. Izmerili in med seboj primerjali smo tudi trdote naših vzorcev, ki smo jih merili po Vickersu.
2
2 TEORETIČEN DEL
2.1 ALUMINIJ-LITIJEVE ZLITINE
Aluminijeve zlitine z dodatkom litija so na področju letalske in vesoljske industrije znane že skoraj 100 let. Glavna prednost dodatka litija je zmanjšanje gostote zlitine in izboljšanje mehanskih lastnosti, še posebej modula elastičnosti in trdnosti. Vsak dodani odstotek litija namreč zmanjša gostoto zlitine za 3 %. Izboljšanje mehanskih lastnosti je posledica izločanja faze Al3Li. Glavna pomanjkljivost dotičnih zlitin je visoka reaktivnost litija. Tvorijo se plini, ki povzročajo plinsko poroznost v ulitkih med strjevanjem [1, 2, 14].
2.2 RAZVOJ ALUMINIJ-LITIJEVIH ZLITIN
Aluminij litijeve zlitine delimo v tri generacije. Začetki te zlitine, ko so prvič dodali litij v aluminij, sodijo v 1. generacijo, 2. in 3. generacija pa že sodita v novo dobo zlitin aluminija in litija. Zlitine 3. generacije so vsebovale manjši delež litija in večji delež bakra, kot tiste v 2.
generaciji. Manjši delež litija in nekoliko večji delež bakra sta izboljšala mehanske lastnosti [2].
2.2.1 Al-Li ZLITINE PRVE GENERACIJE
Prva komercialna aluminijeva zlitina, ki je vsebovala litij, je bila nemška zlitina z imenom
"Scleron". Ta je bila izdelana leta 1924. Njena kemijska sestava je Al-12Zn-3Cu-0,6Mn-0,1Li.
Obljuba te je bila, da naj bi imela boljšo odpornost proti obrabi, visoko natezno trdnost in dobro odpornost na korozijo in oksidacijo v primerjavi s samim aluminijem. Izkazalo se je, da to ne drži, zato je bila proizvodnja le te ustavljena. Poleg tega, so jo druge zlitine, ki niso vsebovale litija, prekašale v vseh pogledih [2].
Leta 1958 so v ameriškem podjetju Alcoa odkrili, da dodajanje litija zlitini aluminija in bakra, poveča njen modul elastičnosti. Razvili so zlitino AA2020, ki je imela sestavo Al-4,5Cu-1,1Li- 0,5Mn-0,2Cd. Ta je obdržala visoko trdnost pri temperaturah od 150 °C do 200 °C. Pri enakih temperaturah je imela tudi boljšo odpornost na lezenje. Dokler je bila zlitina v uporabi, se je uporabljala za proizvodnjo letal ameriške mornarice RA 5C Vigilante [2].
Delež železa in silicija tipične zlitine AA2020 je bil, v primerjavi z novodobnimi zlitinami, precej visok. Tako železo kot tudi silicij, med strjevanjem povzročita nastanek dveh novih netopnih faz, Al12(FeMn)3Si in Al7Cu2Fe, v velikosti tudi do 10 μm. Posledica tega je bila, da so v zlitini nastajale razpoke [2].
3 Navedeno odkritje je bilo ključnega pomena za razvoj sodobnih Al-Li zlitin, ki so vsebovale le majhne količine železa in silicija. Ključen je bil tudi dodatek kadmija. Kadmij spodbudi nukleacijo v zlitini in povzroči krepitev izločkov v zlitini. Pomembno je, da delež kadmija ni previsok, saj bi to negativno vplivalo na dukutnilnost [2].
Na razvoju Al-Li zlitin je v istem obdobju delala tudi bivša Sovjetska Zveza. Izdelali so zlitino 01420. Zlitina je imela visoko odpornost proti koroziji, dobro varivost, visok modul elastičnosti in statično trdnost. Najpomembnejša značilnost te zlitine je bila njena gostota. Postala je zlitina z najnižjo gostoto v tistem času. Žal pa zlitina, zaradi svoje slabe obdelovalnosti, letalskim proizvajalcem ni bila tako privlačna. Zamenjale so jo zlitine serije 7xxx [2, 3].
2.2.2 Al-Li ZLITINE DRUGE GENERACIJE
Konec sedemdesetih let 20. stoletja se je pričela 2. generacija Al-Li zlitin. Povod za ponovni razvoj in nadgradnjo Al-Li zlitin so bili neželezni kompoziti. Postali so velika konkurenca aluminiju, zato so jih proizvajalci aluminijevih zlitin ponovno začeli izboljševati. Trg letalske industrije je zahteval izdelavo primernega materiala, ki bi bil dovolj lahek, da bi drastično znižal težo letal ter posledično količino potrebnega goriva. Kljub temu, da so kompoziti imeli nižje gostote, so proizvajalci letal še vedno raje uporabljali Al-Li zlitine, saj so bile njihove cene ugodnejše [2].
Kot je bilo že omenjeno, so zlitine druge generacije vsebovale manj železa in silicija, vendar vseeno dovolj, da je zlitina ohranila svojo žilavost in duktilnost. Z namenom izboljšanja duktilnosti je bil mangan zamenjan s cirkonijem. Cirkonij tvori fino izoblikovane Al3Zr delce, ki nastanejo med strjevanjem. Ti so pomagali pri udrobnjevanju zrn in niso škodovali zlitini tako, kot so ji škodil manganovi fino izoblikovani delci. Odvzet je bil tudi kadmij, saj je ta v zlitini povzročal razpoke [2].
Za izdelavo Al-Li zlitin sta bili odkriti dve novi metodi. Govorimo o metodi metalurgije prahov in o metodi ingotov. Vsaka je imela svoje prednosti in slabosti. Prednost metalurgije prahov je bila mikrostrukturna fleksibilnost in več možnih proizvodnih pristopov, kot sta hitro strjevanje in mehansko legiranje. Slabost je bila visoka cena proizvodnje ter to, da so bili končno izdelani proizvodi majhni. V primerjavi s prvo metodo je bila metoda ingotov veliko cenejša.
Omogočala je uporabo že obstoječih strojev, poleg tega pa so bili njeni končni proizvodi večji [2].
Komercialne zlitine v tej generaciji so patentirali in izdelovali trije veliki proizvajalci aluminija;
ameriško podjetje Alcoa, francosko podjetje Pechiney in britanski Alcan. Izboljšali so zlitine
4 serije 7xxx in zlitino AA2024, ki je bila že nadgradnja zlitine AA2020. Te zlitine so vsebovale 2 mas. % in več litija, 2 mas. % in več bakra, nekaj magnezija in cirkonija. Primere Al-Li zlitin druge generacije si lahko ogledamo v tabeli 1 [2].
Tabela 1: Al-Li zlitine druge generacije po AA standardu in njihove kemijske sestave [2]
Druga generacija Al-Li zlitin je imela omejeno uporabo. Del letala C-17 za prevoz vojaškega tovora je bil iz zlitine AA2090, letalo Airbus A340, ki je bilo iz zlitine AA8090 in AA2090 ter helikopter EH101 iz zlitine AA8090. Uporaba je bila omejena, ker so te zlitine imele visoko anizotropijo mehanskih lastnosti. Razlog tega so bile ostrorobe mikrostrukturne sestavine, nastajanje razpok in težava z razslojevanjem v zlitini. Lokalizacije teh napak so negativno vplivale na duktilnost in žilavost zlitine [2].
Veliko anizotropijo v materialu je povzročal tudi previsok delež litija in prenizek delež bakra.
To je izhajalo iz tvorbe prevelikega deleža δ' (δ' faza bo podrobneje opisana v poglavju 2.2.3.3) izločkov, ki so povzročali ravninski zdrs v kristalni strukturi in lokalizirano plastičnost.
Popravek tega je vodil v razvoj tretje generacije Al-Li zlitin. [3].
2.2.3 Al-Li ZLITINE TRETJE GENERACIJE
Začetek 3. generacije sega v pozna osemdeseta leta 20. stoletja. Zlitine te generacije so vsebovale manj kot 2 mas. % Li, zvišala pa se je tudi vsebnost bakra. Ta je postal njihov glavni legirni element. Manjšalo se je razmerje litija in bakra, kar je razvidno iz slike 1 [2, 3].
5 Slika 1: Razmerje litija in bakra skozi leta [3]
Drugi pomembni element, ki je bil dodan zlitinam te generacije, je cink. Cink je pripomogel k večji korozijski obstojnosti. Zmanjšuje elektrokemično potencialno razliko med kristalno mejo zrna in matrico, s čimer so se izboljšale njihove statične in dinamične korozijske lastnosti [2].
Višja odpornost proti koroziji, skupaj z izboljšavami drugih mehanskih lastnosti (trdnost, žilavost, odpornost na utrujanje) v zlitinah tretje generacije, je privedla do uspešne integracije v sodobno letalsko in vesoljsko industrijo [3].
V tabeli 2 vidimo kemijsko sestavo nekaj komercialnih zlitin tretje generacije, ki so zaradi svojih mehanskih lastnosti trenutno še vedno v uporabi.
6 Tabela 2: Al-Li zlitine tretje generacije po AA standardu in njihove kemijske sestave [2]
2.2.3.1 APLIKACIJE Al-Li ZLITIN TRETJE GENERACIJE
Najbolj znan primer uporabe Al-Li zlitin je bil ameriški raketoplan. Zlitina AA2195 je bila uporabljena za izdelavo zunanjega rezervoarja, ki je vseboval tekoči vodik in kisik. Slednja sta služila kot gorivo pri vzletu. Al-Li zlitine so zmanjšale težo rezervoarja, s tem pa so se precej zmanjšali stroški goriva. Poleg tega so bile mehanske lastnosti Al-Li zlitin primerne za nizkotemperaturne razmere [3, 4].
Zlitina AA2097 se uporablja kot vzdolžna strukturna komponenta trupa bojnega letala F16 [3].
Zlitine AA2198, AA2060, AA2199 se uporabljajo za izdelavo trupa različnih letal. Okvirji trupa pa so iz zlitin AA2395 in AA2055. Krila letal so iz zlitine AA2050 [3].
Al-Li zlitine so v primerjavi z običajnimi zlitinami dražje. Njihova uporaba je omejena le na vesoljsko in letalsko industrijo, kjer so mehanske lastnosti Al-Li zlitin nujno potrebne [3].
2.2.3.2 LEGIRNI ELEMENTI Al-Li ZLITIN TRETJE GENERACIJE
Nekateri legirni elementi in njihovi vplivi so že obravnavani zgoraj. V tabeli 3 lahko vidimo tipične legirne elemente tretje generacije Al-Li zlitin. Podani so tudi njihovi vplivi na lastnosti zlitine.
7 Tabela 3: Tabela tipičnih legirnih elementov tretje generacije ter njihov vpliv na Al-Li zlitine [3]
2.2.3.3 FAZE IN MIKROSTRUKTURE Al-Li ZLITIN TRETJE GENERACIJE
Mikrostrukturne sestavine, ki jih najpogosteje najdemo v mikrostrukturi Al-Li zlitin, lahko razvrstimo v tri glavne kategorije. To so intermetalne spojine, fino izoblikovani delci v trdnem in izločki. Intermetalne spojine so grobi delci, ki nastanejo med strjevanjem in običajno negativno vplivajo na lastnosti zlitin. Fino izoblikovani delci so drobni delci, ki se izločajo med procesom homogenizacije. Njihova naloga je kontrola mikrostrukture s preprečevanjem rekristalizacije pri visokih temperaturah. Fino izoblikovani delci se izločajo po mejah kristalnih zrn. Najbolj pomembna pa je naloga izločkov. Ti so razlog za izločevalno utrjevanje [3].
V tabeli 4 so navedene vse dokumentirane intermetalne spojine v Al-Li zlitinah tretje generacije in njihov vpliv na mikrostrukturo in mehanske lastnosti. Intermetalni spojini Al7Cu2Fe in AlCuFeMn negativno vplivata, medtem ko spojina Al3Fe pozitivno vpliva na mehanske lastnosti zlitin.
Tabela 4: Intermetalne spojine tretje generacije Al-Li zlitin in njihov vpliv na mikrostrukturo oz. mehanske lastnosti [3]
Legirni
elementi Njihov vpliv na Al-Li zlitino
Li, Mg zmanjšanje gostote, utrjevanje trdne raztopine, izločevalno utrjevanje Cu utrjevanje trdne raztopine, izločevalno utrjevanje
Ag pospešuje nukleacijo zrn, zviša ceno zlitine Zn utrjevanje trdne raztopine, korozijska odpornost Zr, Sc, Mn,
Cr
formacija fino izoblikovanih delcev v trdnem, ki kontrolirajo velikost in teksturo zrn
Fe, Si elementa, ki tvorita intermetalne spojine, pomembne za mehanske lastnosti Ti, B udrobnjevanje
Na, K nečistoče
Faza Vpliv na mikrostrukturo oz. mehanske lastnosti Al7Cu2Fe slabo vpliva na lomno žilavost in odpornost na utrujenost
AlCuFeMn razlog nastanka razpok
Al3Fe zmanjša lomno žilavost
8 V tabeli 5 so navedeni vsi dokumentirani fino izoblikovani delci, ki se izločajo v trdnem v Al- Li zlitinah tretje generacije in njihov vpliv na lastnosti. Vsi fini delci, ki jih vidimo v tabeli 5 dobro vplivajo na mehanske lastnosti Al-Li zlitin.
Tabela 5: Fino izoblikovani delci, ki se izločajo v trdnem v Al-Li zlitinah tretje generacije in njihov vpliv na mikrostrukturo oz. mehanske lastnosti [3]
Spodaj je opisanih pet najpogostejših in najpomembnejših faz, ki se izločajo. Ostale izločke in njihov vpliv na mehanske lastnosti pa vidimo v tabeli 6.
δ' FAZA
Al3Li oz. δ' faza se tvori v Al-Li sistemih in je koherentna z aluminijevo matrico. Faza se homogeno izloči med umetnim ali naravnim staranjem gašene mikrostrukture. Njena naloga je utrjevanje zlitine. Faza se v svoji klasični sferični obliki pojavi le pri zlitinah z višjim deležem litija (nad 1.5 mas. %), zato ni tako pogosta v novejših zlitinah. Ta oblika negativno vpliva na mehanske lastnosti. V novih raziskavah pa je bilo odkrito, da faza nastaja na Al3Zr fino izoblikovanih delcev in pa tudi okoli ostalih precipitatov. Poznan pojav δ' faze okoli θ' izločkov povzroči boljšo termično stabilnost ter dodatno utrjevanje [2, 3].
T1 FAZA
V ternarnem sistem Al-Cu-Li poznamo tri T faze. Fazo T1 (Al2CuLi), T2 (Al6CuLi3) in TB
(Al7Cu4Li). T1 je prevladujoča faza v modernih Al-Li zlitinah. Je glavna utrjevalna faza zlitine.
Poleg tega izboljša žilavost. Pojavi se v zlitini, če je ta predhodno deformirana v hladnem in nato starana. Najpogosteje se pojavi, ko je delež litija v zlitini med 0,6 mas. % in 1,5 mas. %.
Elementi Mg, Zn, in Ag pripomorejo k nastajanju T1 faze [2, 3].
θ' FAZA
Al2Cu oz. θ' faza je utrjevalna faza. Pojavi se v sistemih z Al-Cu. Najprej se pojavi kot θ', nato se skrči ter izgine in ostane le faza θ. Njen vpliv na utrjevanje je manj pomemben kot vpliv utrjevanja faze T1. Ko se zlitino predhodno hladno preoblikuje, se θ' faza izniči. Brez predhodnega hladnega preoblikovanja se pojavi veliko delcev θ' faze na enoto volumna.
Obstajajo posebne vrste umetnega staranja, ki pripomorejo k nastanku te faze. Najpogosteje se pojavi, ko je v zlitini delež litija pod 0,6 mas. %. Njena nukleacija je na GP conah [2, 3, 8].
Faza Vpliv na mikrostrukturo oz. mehanske lastnosti
β' - Al3Zr rekristalizacija, kontrola teksture, izboljša odpornost proti utrujenosti Al20Cu2Mn3 kontrola teksture, kontrola trdnosti, izboljša odpornost proti utrujenosti AlCuMn interakcija z dislokacijami med deformacijo
9 S FAZA
Al2CuMg oz. S faza, ki je glavna utrjevalna faza v Al-Cu-Mg sistemih, se pojavi tudi v Al-Cu- Li-Mg sistemih. Fazi S in S' se pogosto obravnavata kot ista faza, saj imata zelo podobno kristalno strukturo. Nastaja z umetnim staranjem. Pri tem moramo biti pazljivi, saj lahko faza pri nepravilnem staranju zraste do 1 μm, kar škodi mehanskim lastnostim [2, 3].
Ω FAZA
Dodajanje srebra Al-Cu-Mg sistemu spodbudi tvorbo Ω faze, poznane tudi kot faza Al2(Cu- Ag)(Li-Mg), kjer Mg nadomesti Li in Ag nadomesti Cu. Tudi faza Ω je utrjevalna faza. Po strukturi je zelo podobna fazi T1. Z večanjem deleža litija, faza T1 zamenja Ω fazo. Pri deležu litija pod 1 mas. % fazi Ω in T1 soobstajata. S hladnim preoblikovanjem pred umetnim staranjem se zmanjša delež Ω faze [3].
Ostali izločki, ki so prisotni v Al-Li zlitinah, pa so podani v tabeli 6.
Tabela 6: Ostali izločki tretje generacije Al-Li zlitin in njihov vpliv na mikrostrukturo oz.
mehanske lastnosti [3]
2.2.3.4 POTEK STRJEVANJA Al-Li ZLITIN STRJEVANJE Al-Mg-Li
Potek strjevanja v sistemih Al-Mg-Li zlitine Al-2,5Mg-0,7Li se začne s strjevanjem primarnega α-Al v obliki dendritov pri 622 °C. Pri temperaturi 368 °C se strjuje stabilna AlLi faza. α-Al reagira s stabilno AlLi fazo v peritektoidni reakciji pri 257 °C in tvorita fazo (Al2LiMg).
Izločanje se zaključi pri 138 °C s sekundarnim evtektikom Al3Mg2. Potek strjevanja z reakcijami, ki potečejo v ternarnem sistemu Al-Mg-Li, lahko vidimo tudi v tabeli 7 [12].
Tabela 7: Tabela poteka reakcij med strjevanjem pri danih temperaturah v sistemih Al-Mg-Li [12]
Faza Vpliv na mikrostrukturo oz. mehanske lastnosti Al2LiMg zmanjša trdnost, poveča raztezek pri porušitvi AlCu GP cone utrjevanje, nukleacijska mesta za θ' fazo
σ - Al5Cu6Mg2 močan učinek pripenjanja na premikajoče se dislokacije γ' - AlAg2 utrjevanje
10 Magnezij drastično zmanjša topnost litija v α-Al, kar povzroči izločanje metastabilne faze δ' po tvorbi α-Al dendritne mreže. Na strjevanje ima velik vpliv razmerje Li/Mg. Pri visokem razmerju Li/Mg metastabilna faza δ' postane stabilna faza δ in prepreči nastajanje ternarne T faze. Če je razmerje Li/Mg nizko, strjevanje poteka, kot je prikazano v tabeli 7 [12].
STRJEVANJE Al-Si-Mg-Li
V zadnjem času se pojavljajo raziskave dodatka litija livarskim zlitinam. Ugotovljeno je bilo, da se strjevanje začne s fazo AlLiSi. Faza AlLiSi se strjuje pri temperaturi 620 °C. Faza α-Al in evtektik (α-Al + AlLiSi) se glede na program Thermo-Calc strjujeta pri 607 °C, sledi ji β- AlFeSi faza pri 565 °C. Strjevanje se konča pri 547 °C z β-Si fazo in Mg2Si [1].
STRJEVANJE Al-Si-Mg
Omembe vreden je tudi potek strjevanja zlitine AlSi7Mg, saj je ta osnova naše preiskovane zlitine. Ohlajevalni krivulji in njuna odvoda za zlitino AlSi7Mg lahko vidimo na sliki 2.
Temperatura je v formi bila merjena na dveh mestih, zato imamo dve ohlajevalni krivulji in dva odvoda [9].
Slika 2: Termična analiza zlitine AlSi7Mg, merjena na dveh mestih v livni formi [9]
Iz slike 2 je razvidno, da se v točki 1 pri temperaturi 614 °C tvori mreža dendritov. V točki 2 se ohlajevanje nadaljuje in prihaja do tvorbe α-Al in AlFeSi faze pri temperaturi 594 °C. V točki 3 prihaja do strjevanja α-Al, β silicija in prav tako faze AlFeSi pri temperaturi 575 °C. V zadnji točki 4 prihaja do strjevanja faze Mg2Si pri 555 °C. Pri velikih ohlajevalnih hitrostih pa se lahko pojavi tudi faza π (AlMgFeSi) in to pri približno enaki temperaturi kot faza Mg2Si [9].
11 2.2.3.5 PROCESNA POT Al-Li ZLITIN TRETJE GENERACIJE
Procesna pot zlitin je pomemben proces, ki vpliva na končne mehanske lastnosti zlitine. Na sliki 3 je prikazan potek tradicionalne procesne poti aluminijevih gnetnih zlitin, ki poteka po korakih navedenih spodaj. Enako velja tudi za procesno pot Al-Li zlitin. Vsak korak v procesni poti na svoj način vpliva na končno mikrostrukturo zlitine [3].
Koraki procesne poti so:
1. taljenje, 2. ulivanje,
3. homogenizacija, 4. počasno ohlajanje,
5. preoblikovanje v vročem, 6. raztopno žarjenje,
7. gašenje,
8. hladno preoblikovanje, 9. naravno staranje, 10. umetno staranje, 11. končni izdelek.
Slika 3: Tradicionalna procesna pot aluminijevih gnetnih zlitin [3]
Taljenje in litje aluminijevih zlitin, ki vsebujejo litij, predstavljata izziv zaradi visoke reaktivnosti litija. Litij je še posebej reaktiven ob prisotnosti vodika in dušika. Litij pri 100 °C reagira s kisikom in tvori Li2O. Enako reagira tudi z vodno paro in poleg Li2O tvori tudi H2. Če sta v peči prisotna CO2 in vlaga, pa se tvorijo majhne količine LiOH in LiOH(H2O). Tekoči litij reagira z dušikom in tvori Li3N [2, 7].
Poroznost je najpogosteje posledica reakcije litija z zrakom in vodno paro. Zaradi plinov, ki so produkt nekaterih zgoraj omenjenih reakcij, prihaja do plinske poroznosti. Plinska poroznost predstavlja veliko problematiko pri kakovosti ulitkov [7].
12 Da bi preprečili nekatere neželene reakcije v zlitini, se lahko lije v inertni atmosferi z argonom.
To je še posebej pomembno za preprečevanje oksidacije [2].
Pod proces vročega preoblikovanja spadajo načini preoblikovanja materiala, kot so iztiskavanje, kovanje, valjanje itd. Pri tem procesu se material segreje nad temperaturo rekristalizacije. Možne so večje deformacije, brez da bi material pokal. Izboljša se preoblikovalnost materiala [5].
Hladno preoblikovanje poteka na temperaturi okolice. Pri tem so potrebne visoke sile preoblikovanja. Material se pri deformaciji utrjuje. Prihaja do procesa deformacijskega utrjevanja. Pri plastičnih deformacijah kristali v kristalni mreži zdrsnejo drug proti drugemu, kar posledično utrdi material [5, 6].
Poznamo tudi substitucijsko in intersticijsko utrjevanje. To je utrjevanje trdne raztopine.
Raztopljeni elementi se med strjevanjem razporedijo med atome matrice [3].
Glavne faze utrjevanja v Al-Li zlitinah nastanejo in se stabilizirajo med procesom umetnega staranja. Praviloma daljši čas staranja pri višjih temperaturah povzroči manj izločkov, vendar so ti večji. Nasprotno pa nižje temperature podaljšajo proces staranja, vendar tako dosežemo najvišjo trdnost. To se zgodi s procesom izločevalnega utrjevanja [3].
13
3 EKSPERIMENTALNI DEL
3.1 PREISKOVANI MATERIAL
V diplomski nalogi smo izdelali aluminij-litijevo zlitino AlSi7MgLi, ki smo jo dobili tako, da smo osnovni zlitini AlSi7Mg dodali litij čistosti 99.99 mas.% v obliki granul. Kemijska sestava zlitine AlSi7MgLi je razvidna iz tabele 8. Zlitino smo ulivali v več različnih form in v vseh merili temperaturo med strjevanjem. Izvedli smo enostavno termično analizo in na vzorcih z različno ohlajevano hitrostjo smo analizirali mikrostrukturo ter merili trdote.
Tabela 8: Kemijska sestava zlitine AlSi7MgLi v mas. %
3.2 PRIPRAVA MERILNIH CELIC
Za eksperiment smo pripravili pet merilnih celic; dve Croning, dve grafitni in eno jekleno merilno celico.
3.2.1 CRONING MERILNA CELICA
Pripravili smo dve Croning merilni celici. Eno od celic smo pred procesom ulivanja predhodno segreli. Namen segrevanja je bil zmanjšati ohlajevalno hitrost zlitine. Proces priprave obeh form je bil enak.
Croning merilna celica je forma, narejena iz kremenovega peska oplaščenega s fenolno smolo.
Obe celici, eno zaprto, drugo razprto, lahko vidimo na sliki 4a.
Celico smo najprej premazali z grafitno alkoholnim premazom in jo nato zažgali, da se je premaz osušil in utrdil. Grafitni premaz prepreči nezaželene reakcije med talino in stenami forme. Sledilo je vstavljanje termoelementa. Uporabili smo termoelement tipa K. Tega smo premazali z alkoholnim premazom na osnovi cirkonijevega oksida in s tem dosegli, da je bil le določen del termoelementa izpostavljen talini. Premazano celico z vstavljenim termoelementom lahko vidimo na sliki 4b. Celico smo nato zalepili in sestavili. Da se celica med premikanjem ne bi razdrla, smo jo dodatno prevezali z žico. Dokončno pripravljeno celico lahko vidimo na sliki 4c.
Zlitina Al Si Fe Cu Mg Zn Ti Li
AlSi7MgLi preostanek 7,05 0,10 0,05 0,36 0,02 0,09 0,80
14 Slika 4: Zaprta in odprta Croning celica (a), premazana croning celica z vstavljenim
termoelementom (b), dokončno pripravljena Croning merilna celica (c) 3.2.2 GRAFITNA MERILNA CELICA
Pripravili smo tudi dve grafitni merilni celici. Prvo smo predhodno segreli, da bi se zlitina počasneje ohlajala druge pa, da bi dosegli hitrejše ohlajanje, nismo segreli. Nepripravljeno zaprto grafitno celico lahko vidimo na sliki 5a. Celico smo odprli in vanjo vstavili termoelement tipa K, ki smo ga najprej napeljali skozi keramično cevčico, ga premazali z alkoholnim premazom na osnovi cirkonijevega oksida in šele nato vstavili v celico. Razprto celico s termoelementom vidimo na sliki 5b. Celico smo nato zaprli, nanjo pripeli spojko in jo zaprli s prižemo, kot vidimo na sliki 5c.
Slika 5: Zaprta grafitna celica (a), razprta grafitna celica z vstavljenim termoelementom (b), dokončno pripravljena grafitna celica (c)
15 3.2.3 JEKLENA MERILNA CELICA
Pri jekleni celici smo imeli le eno celico in to lahko vidimo na sliki 6a. V celico smo, podobno kot pri grafitni, vstavili termoelement tipa K skozi keramično cevčico. Termoelement smo premazali z alkoholnim premazom na osnovi cirkonijevega oksida. Za razliko od grafitne in Croning celice, smo pri jekleni vstavili dva termoelementa. Enega na dnu celice, drugega na sredini celice, kot je razvidno iz slike 6b. Celico smo nato zaprli s prižemo in nanjo pripeli spojko, kar lahko vidimo na sliki 6c.
Slika 6: Zaprta jeklena celica (a), odprta jeklena celica s termoelementoma (b), dokončno pripravljena jeklena celica (c)
3.3 PRIPRAVA TALINE
Proces priprave taline se je pričel s predhodno pripravo na litje. Najprej smo natehtali 800 g zlitine AlSi7Mg in 8 g granul čistega litija, kar je predstavljajo 1 % mase zlitine AlSi7Mg.
Sledila je priprava zvona, s katerim smo kasneje med procesom taljenja vstavili litij v talino.
Zvon smo pripravili tako, da smo vanj zapakirali granule litija in ga zaprli z aluminijevo folijo in aluminijevo žičko. Zvon in grafitni lonec, ki smo ga tudi predhodno pripravili, lahko vidimo na sliki 7a. Na sliki 7b pa vidimo zajemalko, ki je bila narejena iz kalcijevega silikata premazanega z grafitnim alkoholnim premazom. Z zajemalko smo prenesli tekočo zlitino iz livnega lonca v merilne celice.
16 Slika 7: Grafitni livni lonec in v njem zvon (a), livna zajemalka iz silikatne opeke premazana
z grafitnim premazom (b)
Zlitino AlSi7Mg smo dali v grafitni lonec obdan z izolacijsko volno. Segrevali smo jo v indukcijski peči pri temperaturi višji od 750 °C. Grafitni lonec smo pokrili s pokrovom narejenim iz silikatne opeke. Skozi pokrov sta bili narejeni dve ozki odprtini. Prva je služila za zagotavljanje inertne atmosfere s pomočjo dovajanja argona. Argon smo dovajali z volumskim pretokom 3 l/min. Namen druge odprtine je bil dovajanje litija s pomočjo zvona. Pripravljen livni lonec v indukcijski peči s pokrovom in cevjo, ki dovaja argon, lahko vidimo na sliki 8.
17 Slika 8: Talilni lonec v indukcijski peči s pokrovom in cevjo, ki dovaja argon
Pred litjem smo na mizo razporedili merilne celice. Na sliki 9 lahko vidimo uporabljene merilne celice. Eno grafitno merilno celico in eno Croning merilno celico smo predhodno segreli na 210
°C v elektro-uporovni peči. Ti dve celici smo, zaradi lažjega razlikovanja, poimenovali grafitna vroča celica in Croning vroča celica. Croning hladna celica, grafitna hladna celica in jeklena celica niso bile predhodno segrete.
Merilne celice smo preko konektorjev povezali z 10 kanalno 100 Hz merilno kartico podjetja National Instruments. Kartica je bila povezana z računalnikom, na katerem smo z uporabo programa Labview 8.5 spremljali potek ohlajanja.
18 Slika 9: Pripravljene merilne celice za litje
Pri temperaturi 800 °C je bila zlitina AlSi7Mg v celoti tekoča. Takrat smo talini dodali litij. To smo naredili z pomočjo zvona. Grafitni lonec smo takoj po dodatku litija s pokrovom zaprli, saj je prihajalo do reakcij. Slednje lahko vidimo na sliki 10a. Ko so se reakcije umirile, smo talino prelili iz grafitnega lonca v zajemalko, kar je razvidno iz slike 10b. Iz zajemalke smo nato zlitino ulili v merilne celice, kar lahko vidimo na sliki 10c.
19 Slika 10: Proces vstavljanja zvona in zapiranja grafitnega lonca s pokrovom (a), litje taline v
zajemalko (b) in litje taline v merilne celice (c)
Po litju smo počakali, da se ulitki iz merilnih celic ohladijo. Celice smo odprli in dobili ulitke, ki jih lahko vidimo na sliki 11. Ulitke Croning hladne, Croning vroče in grafitne hladne celice smo nato prerezali in jih pripravili kot vzorce za kasnejše analiziranje.
Slika 11: Ulitki zlitine AlSi7MgLi dobljeni po litju 3.4 ENOSTAVNA TERMIČNA ANALIZA
Termična analiza nam omogoča analizo procesa strjevanja vzorcev litih v merilne celice. Pri ohlajanju prihaja do faznih premen, ki vplivajo na naklon ohlajevalne krivulje. Iz ohlajevalne krivulje s pomočjo prvega odvoda določimo karakteristične točke, iz katerih spremljamo nastanek posameznih mikrostrukturnih sestavin.
Termično analizo smo izvedli na vseh naših vzorcih. Kot že zgoraj omenjeno, smo za spremljanje temperature uporabljali termoelement tipa K (Ni-NiCr), merilno kartico podjetja National Instruments in program Labview 8.5. Vzorce smo ohlajali na sobni temperaturi. Po pridobitvi podatkov smo izvedli grafično obdelavo podatkov s programom OriginPro 9.0.
20 Izračunali smo tudi ohlajevalne hitrosti, ki smo jih določili v delu od litja do začetka strjevanja, po enačbi 1.
𝑣𝑜ℎ𝑙 = 𝑇1− 𝑇2
𝑡2− 𝑡1 (1) Pri tem so:
vohl - ohlajevalna hitrost T – temperatura (prva, druga) t – čas (prvi, drugi)
3.5 THERMO-CALC
Thermo-Calc je zmogljiv programski paket, ki se uporablja za izračunavanje termodinamično ravnotežnih faznih diagramov za večkomponentne sisteme. Izračuni temeljijo na termodinamičnih bazah podatkov, izdelanih s strokovno oceno eksperimentalnih podatkov z uporabo metode CALPHAD. Na voljo so zbirke podatkov za jekla, Ti-, Al-, Mg-, Ni-zlitine, večkomponentne okside in številne druge materiale [10].
Za našo raziskavo smo uporabljali bazo podatkov TCAL6. Izrisali smo fazne diagrame, diagrame deleža faz v odvisnosti od temperatur in diagrame Scheilovih krivulj, ki podajajo neravnotežni potek strjevanja zlitin. To smo naredili za sestave zlitin, kjer smo poleg Al in Si dodali še dejanske koncentracije Li, Mg in Fe, ki so predstavljene v tabeli 8.
3.6 METALOGRAFSKA ANALIZA
3.6.1 PRIPRAVA VZORCEV
Mikrostrukturno analizo smo opravili na ulitku iz Croning hladne celice in grafitne hladne celice. Za izvedbo kakovostne analize smo morali vzorce najprej pravilno pripraviti z brušenjem in poliranjem, kar smo opravili v štirih korakih s pomočjo naprave TegraForce-5 podjetja Struers, prikazane na sliki 12. Najprej smo vzorca 2 minuti brusili s SiC brusilnim papirjem in vodo. Nato smo z brusilno ploščo Largo, diamantno suspenzijo in lubrikantom brusili 5 minut. Ko smo končali z brušenjem, smo pričeli s poliranjem. To smo naredili s tkanino Mol, diamantno suspenzijo in lubrikantom v trajanju 8,5 minut. Proces smo končali z oksidnim poliranjem, ki je trajalo 2 minuti.
21 Slika 12: Stroj za brušenje in poliranje vzorcev TegraForce-5 podjetja Struers
3.6.2 VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA (SEM)
Vrstični elektronski mikroskop oz. SEM je mikroskop, ki za opazovanje površine uporablja elektronski snop. Snop tipa raziskovano površino po vzporednih črtah. Elektronski snop trči z atomi v vzorcu in proizvaja različne signale, ki vsebujejo informacije o površinski topografiji in sestavi vzorca. Položaj žarka se kombinira z intenzivnostjo zaznanega signala, da se ustvari slika. Sekundarni elektroni, ki jih oddajajo atomi, ko nanje trči elektronski snop, se zaznajo s sekundarnim elektronskim detektorjem. Odbiti elektroni se zaznavajo z detektorji za razpršene elektrone [11].
V raziskavi smo uporabili vrstični elektronski mikroskop Thermo Scientific Quattro S na poljsko emisijo, ki ga lahko vidimo na sliki 13. S SEM smo opazovali mikrostrukture vzorcev iz Croning hladne celice in grafitne hladne celice pri različnih povečavah. Izvedli smo tudi EDS analizo, s katero smo potrdili prisotnost nekaterih faz in mikrostrukturnih sestavin.
22 Slika 13: Vrstični elektronski mikroskop (SEM) Thermo Scientific Quattro S
3.6.3 SVETLOBNA MIKROSKOPIJA
S pomočjo svetlobnega mikroskopa Olympus BX61, ki ga vidimo na sliki 14, smo zajeli mikrostrukture vzorcev iz Croning hladne celice in grafitne hladne celice. Svetlobni mikroskop omogoča opazovanje površine metalografskih vzorcev v svetlem polju pri 50-kratni, 100- kratni, 200-kratni, 500-kratni in 1000-kratni povečavi. Svetlobni mikroskop je opremljen z digitalno kamero za zajemanje slike in programsko opremo za obdelavo in analizo slike.
Slika 14: Svetlobni mikroskop Olympus BX61
23 3.7 ANALIZA MEHANSKIH LASTNOSTI
Mehansko analizo smo izvedli z merjenjem trdote materiala. Trdoto smo merili po Vickersu na napravi podjetja Shimadzu, ki jo vidimo na sliki 15. Meritve smo opravljali en mesec na treh vzorcih; vzorcu iz Croning hladne celice, iz Croning vroče celice in grafitne hladne celice.
Vsakič smo opravili 5 odtisov pri obtežbi 500 g in času odtisa 10 sekund. Dolžine diagonale odtisov smo izmerili s pomočjo svetlobnega mikroskopa in računalnika. Nato smo z dobljenimi diagonalami izračunali trdoto po enačbi 2. Podatke smo grafično obdelali v programu Excel.
𝐻𝑉 =1854,4 × 𝑚 (𝑑1 × 𝑑2
2 )
2 (2)
Pri tem so:
HV – trdota po Vickersu d1 – prva diagonala d2 – druga diagonala m – masa obtežbe
Slika 15: Naprava za merjenje trdote po Vickersu podjetja Shimadzu
24
4 REZULTATI IN DISKUSIJA
4.1 IZRAČUNI FAZNIH RAVNOTEŽIJ
Termodinamično ravnotežje smo izračunali s programom Thermo-Calc. Faze smo pri vseh termodinamično ravnotežnih faznih diagramih opazovali pri 0,8 mas.% Li. V vseh diagramih so bili uporabljeni deleži elementov iz tabele 8.
Najprej smo izrisali termodinamično ravnotežni izopletni fazni diagram za sistem Al-Si-Li s 7,05 mas.% Si, 0,8 mas.% Li in 91,53 mas.% Al. Tega vidimo na sliki 16. Pri temperaturi 715
°C se zlitina pričenja strjevati in nastaja faza AlLiSi. Nato se pri temperaturi okoli 620 °C dodatno pojavi faza α-Al. Pri temperaturi približno 570 °C pa se strjuje ternarni evtektik (AlLiSi + α-Al + β-Si).
Slika 16: Termodinamično ravnotežni izopletni fazni diagram sistema Al-Si-Li
Pri drugem termodinamično ravnotežnem izopletnem faznem diagramu smo nato dodali še 0,36 mas.% Mg. Dobili smo ravnotežni fazni diagram Al-Si-Li-Mg, ki ga vidimo na sliki 17. Ta je le nadgradnja faznega diagrama Al-Si-Li, zato so faze v večini enake. Pri temperaturi 475 °C, se iz trdne raztopine izloča faza Mg2Si.
25 Slika 17: Termodinamično ravnotežni izopletni fazni diagram sistema Al-Si-Li-Mg Navsezadnje smo sistemu Al-Si-Li-Mg dodali še 0,1 mas.% Fe, da smo dobili termodinamično ravnotežni fazni diagram Al-Si-Li-Fe-Mg, ki ga vidimo na sliki 18. Pri tem sistemu se dodatno strjuje železova faza Al9Fe2Si pri temperaturi približno 570 °C. Pri temperaturi 475 °C prihaja na zelo majhnem območju na faznem diagramu do transformacije faze Al9Fe2Si v fazo Al18Fe2Mg7Si10 (π fazo). Pri enaki temperaturi 475 °C se iz trdne raztopine tudi izloča faza Mg2Si. V ravnotežnem sistemu faze Al18Fe2Mg7Si10 pod temperaturo 475 °C ni več prisotne, ostaja le faza Al9Fe2Si.
Slika 18: Termodinamično ravnotežni fazni diagram sistema Al-Si-Li-Fe-Mg
26 Podobne podatke lahko razberemo tudi iz Scheilovega diagrama za sistem Al-Si-Li na sliki 19.
Ta prikazuje strjevanje faz med neravnotežnim strjevanjem. Od temperature 720 °C do temperature 635 °C se strjuje faza AlLiSi. Nato se do temperature 578 °C strjuje AlLiSi in α- Al. Pri konstantni temperaturi 578 °C se strjuje ternarni evtektik (AlLiSi + α-Al + β-Si) s čimer se strjevanje tudi zaključi. Tukaj sta ravnotežno in neravnotežno strjevanje približno enaka.
Slika 19: Scheilov diagram strjevanja za sistem Al-Si-Li
Na Scheilovem diagramu iz slike 20 za sistem Al-Si-Li-Mg vidimo, da se ternarni evtektik (AlLiSi + α-Al + β-Si) ne strjuje več pri konstanti temperaturi. Njegovo strjevanje se prične pri temperaturi 575 °C in konča pri temperaturi 598 °C. Pri tej temperaturi se prične tudi strjevanje neravnotežne magnezijeve faze Mg2Si. Ta bi se v ravnotežnem sistemu izločala po strjevanju.
27 Slika 20: Scheilov diagram strjevanja za sistem Al-Si-Li-Mg
Na sliki 21 vidimo Scheilov diagram za sistem Al-Si-Li-Fe-Mg. Potek strjevanja se pri tem sistemu začne s fazo AlLiSi in poteka do temperature 635 °C. Nadaljuje se s strjevanjem faze AlLiSi in α-Al do temperature 572 °C. Ternarni evtektik (AlLiSi + α-Al + β-Si) se strjuje do temperature 568 °C. Temu se pri temperaturi 560 °C pridružuje strjevanje železove faze Al9Fe2Si2. Nato prihaja do transformacije faze Al9Fe2Si2 v fazo Al18Fe2Mg7Si10 ter nadaljevanje strjevanja AlLiSi, β-Si in α-Al od temperature 560 °C do 558 °C. Nazadnje se pri skoraj konstanti temperaturi 558 °C dodatno strjuje še faza Mg2Si.
Slika 21: Scheilov diagram strjevanja za sistem Al-Si-Li-Fe-Mg
28 4.2 ENOSTAVNA TERMIČNA ANALIZA
Na sliki 22 imamo podane izrisane ohlajevalne krivulje naših vzorcev. Slika 22a prikazuje ohlajanje vzorcev do sobne temperature, medtem ko slika 22b prikazuje ohlajanje vzorcev v območju do 100 s. Iz slike 22b je natančneje razvidno ohlajanje grafitne in jeklene celice.
Vidimo, da se Croning merilne celice ohlajajo veliko počasneje kot grafitne celice in jeklena celica. Prav tako vidimo, da se merilni celici Croning vroča in grafitna vroča, ki sta bili predhodno segreti, počasneje ohlajata kot tisti, ki nista bili segreti.
Slika 22: Ohlajevalne krivulje vseh vzorcev zlitine AlSi7MgLi do sobne temperature (a), ohlajevalne krivulje vseh vzorcev zlitine AlSi7MgLi do 100 sekund po litju (b)
Zgornja opažanja lahko potrdimo tudi z ohlajevalnimi hitrostmi iz tabele 9. Največjo ohlajevalno hitrost ima grafitna hladna celica in to 168 °C/s, sledila ji je grafitna vroča celica s 148 °C/s. Za njima je grafitna jeklena celica. V spodnjem delu je njena hitrost znašala 130 °C/s, v srednjem delu pa je hitrost bila nekoliko manjša in sicer 61 °C/s. Najmanjša je bila ohlajevalna hitrost Croning vroče celice s 6 °C/s, nekoliko večja od nje, vendar vseeno počasna ohlajevalna hitrost, pa je bila Croning hladna celica s hitrostjo 8 °C/s.
Tabela 9: Izračunane ohlajevalne hitrosti vzorcev zlitine AlSi7MgLi
ohlajevalna hitrost [°C/s]
jeklena forma sredina 61
jeklena forma spodaj 130
Croning hladna 8
Croning vroča 6
grafit hladna 168
grafit vroča 148
29 Kako ohlajevalna hitrost vpliva na naše ulite vzorce lahko vidimo na slikah 23a in 23b. Opazna je velika količina plinske poroznosti. Te je največ na vzorcu iz Croning vroče celice, najmanj pa jo je na vzorcu iz grafitne celice. Razlog je povezan z ohlajevalno hitrostjo. Pri manjši ohlajevalni hitrosti ima zlitina veliko časa, da reagira z zrakom in stenami forme. Pri večji ohlajevalni hitrosti, kot jo ima grafitna celica, so te reakcije, zaradi zelo kratkega časa strjevanja, omejene.
Slika 23: Vzorca iz Croning merilne celice (a), vzorec iz grafitne merilne celice (b) S pomočjo ohlajevalne krivulje in njenega odvoda lahko opišemo potek strjevanja zlitine AlSi7MgLi. Krivuljo in njen odvod za Croning merilno celico brez predhodnega ogrevanja lahko vidimo na sliki 24.
Slika 24: Ohlajevalna krivulja in njen odvod za vzorec AlSi7MgLi iz Croning hladne forme
30 V prvem delu ohlajanja, med temperaturo 637,2 °C in 618,6 °C, je nastajala faza AlLiSi. V drugem območju ohlajanja, med temperaturo 618,6 °C in 571,4 °C, se je tvoril evtektik (α-Al + AlLiSi) in s pomočjo kasnejše analize mikrostrukture in analizo faznih diagramov, smo odkrili, da so se istočasno tvorili dendriti α-Al. Od temperature 571,5 °C do temperature 566,5
°C se je tvorila železova faza Al9Fe2Si2. Ternarni evtektik (α-Al + β-Si + AlLiSi) je nastajal v območju med 566,5 °C in 554,0 °C. Predzadnja nastala faza je faza Al18Fe2Mg7Si10, ki se je transformirala iz železove faze med temperaturo 554,0 °C in 548 °C, temu pa je sledila še faza Mg2Si, ki se je strjevala v temperaturnem območju med 548,0 °C in 538,1 °C.
4.3 METALOGRAFSKA ANALIZA
4.3.1 VRSTIČNA ELEKTRONSKA MIKROSKOPIJA
Z vrstičnim elektronskim mikroskopom smo zajeli mikrostrukturne posnetke vzorcev iz Croning hladne celice in grafitne hladne celice. Primer mikrostrukturnega posnetka za Croning vzorec lahko vidimo na sliki 25. Posnetke smo zajemali z dvema detektorjema. Na sliki 25a je slika posneta z ABS detektorjem, ki zajema povratno sipane elektrone, na sliki 25a pa vidimo sliko posneto z ETD detektorjem, ki zajema sekundarne elektrone. Z ABS detektorjem smo zajeli več mikrostrukturnih sestavin, zato smo nadaljnje analizirali slike le s tem.
Slika 25: SEM posnetek mikrostrukture vzorca iz Croning hladne celice z ABS detektorjem (a), SEM posnetek mikrostrukture vzorca iz Croning hladne celice z ETD detektorjem (b) Nato smo s pomočjo vrstičnega elektronskega mikroskopa dokazali prisotnost domnevnih faz.
Na sliki 26 vidimo opravljeno maping EDS analizo na Croning hladnem vzorcu. Aluminij je prisoten na mestih, kjer je slika obarvana zeleno. Tukaj so rastli dendriti α-Al. Silicij je na sliki obarvan svetlo modro. Na teh mestih je prisotna faza β-Si. Deli slike, ki so obarvani temno zeleno, so deli, kjer sta prisotna v deležih pol aluminij in pol silicij. Tukaj je nastajala faza AlLiSi. O tem lahko sklepamo zato, ker SEM ne zazna litija, faza AlSi pa ne obstaja. Na sliki
31 sta vidni tudi dve rumeno obarvani polji. Za zgornje, bolj svetlo rumeno polje lahko sklepamo, da je železova faza, saj ni prisotnega magnezija. Spodnje, temno rumeno polje, pa je π faza, saj je prisoten magnezij. Železova faza transformira v π fazo tako, da spremeni kristalno strukturo in kemijsko sestavo, saj vsebuje poleg ostalih elementov tudi Mg. Baker vidimo na svetlo rumenem polju, saj se je baker vgradil v železovo fazo. Prisotnost cinka in titana je zanemarljivo majhna.
Slika 26: Maping EDS analiza na vzorca iz Croning hladne celice
Iz slike 26 je tudi razvidno, da je α-Al prisoten v obliki dendritov. Sklepamo lahko, da so se med procesom strjevanja med temperaturo 618,6 °C in 571,4 °C, ki je vidna na sliki 24, hkrati tvorili evtektiki (α-Al + AlLiSi) in dendriti α-Al.
Iz slike 27, ki prikazuje posnetek mikrostrukture vzorca iz grafitne hladne celice, lahko v rdečem kvadratu vidimo, da železova faza, ki je v obliki igle, predira ternarni evtektik.
Sklepamo lahko, da se železova faza tvori tudi pred nastankom evtektika, kar nasprotuje rezultatom programa Thermo-Calc.
Slika 27: SEM posnetek mikrostrukture vzorca iz Croning hladne celice
32 Na sliki 28 vidimo posnetek mikrostrukture vzorca iz grafitne forme, ki smo ga zajeli s SEM.
S pomočjo tabele 10, ki podaja atomske deleže posameznih elementov na sliki 28, lahko določimo faze. Spekter 1 prikazuje π fazo, saj v tabeli 10 vidimo, da so prisotni elementi Mg, Al, Si in Fe. Spekter 2 in spekter 4 prikazujeta osnovo naše zlitine. To je v večini aluminij z zelo nizko prisotnostjo magnezija in silicija. Spekter 3 prikazuje fazo AlLiSi.
Slika 28: SEM posnetek mikrostrukture vzorca iz grafitne hladne celice Tabela 10: Atomski delež elementov v določenem spektru iz slike 28
Na vrstičnem elektronskem mikroskopu smo nato zmanjšali napetost curka, da smo lahko posneli slike silicija. Na sliki 29 vidimo posnetek mikrostrukture vzorca iz grafitne hladne celice, v tabeli 11 pa atomski delež zajetega spektra. Zajeti spekter 14 vsebuje 95 % silicija, kar nam pove, da je to faza β-Si.
Spektri (at%.) Spekter 1 Spekter 2 Spekter 3 Spekter 4
Mg 10,95 0,34 0 0,24
Al 58,92 98,22 49,88 98,24
Si 25,40 1,45 50,12 1,52
Mn 0,85 0 0 0
Fe 3,88 0 0 0
skupaj 100 100 100 100
33 Slika 29: SEM posnetek mikrostrukture grafitnega hladnega vzorca
Tabela 11: Atomski delež elementov v določenem spektru iz slike 29
4.3.2 SVETLOBNA MIKROSKOPIJA
Ker smo želeli dokazati obstoj faz, smo mikrostrukturno analizo opravili najprej z vrstičnim elektronskim mikroskopom. Te faze smo nato videli in potrdili tudi na svetlobnem mikroskopu.
Na sliki 30 vidimo mikrostrukturo vzorca iz Croning celice brez prehodnega segrevanja. Iz slike je razviden evtektik (α-Al + β-Si). Evtektik (α-Al + Al9Fe2Si2) vidimo v obliki kitajskih pismenk svetleče vijolične barve. Nekoliko manj vijolične barve pa je evtektik (α-Al + Al18Fe2Mg7Si10).
Spektri (at%.) Spekter 1
Al 4,77
Si 95,23
skupaj 100
34 Slika 30: Mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice z označenimi mikrostrukturnimi
sestavinami
Na sliki 31, ki prav tako prikazuje mikrostrukturo Croning hladnega vzorca, je razviden ternarni evtektik (AlLiSi + α-Al + β-Si). Prav tako vidimo primarni AlLiSi poligonalne oblike, razvejane oblike pa je evtektik (AlLiSi + α-Al).
Slika 31: Mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice z označenimi mikrostrukturnimi sestavinami
Pri nekoliko večji povečavi vzorca iz Croning hladne celice, ki jo prikazuje slika 32, se vidi črno obarvan evtektik (α-Al + Mg2Si).
35 Slika 32: Mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice z označenim mestom faze Na sliki 33, ki prikazuje mikrostrukturo vzorca iz Croning hladne celice, lahko vidimo ternarni evtektik. Ternarni evtektik smo videli že na sliki 31 vendar pri manjši povečavi. Pri 500-kratni povečavi, kot je na sliki 33, sta dobro razvidna svetlo vijolično obarvan AlLiSi in temno vijolično obarvan β-Si, oba obdana z α-Al.
Slika 33: Mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice z označenimi mikrostrukturnimi sestavinami
36 S pomočjo svetlobnega mikroskopa smo primerjali tudi velikost zrn α-Al iz vzorcev iz Croning hladne celice in iz grafitne hladne celice. Grafitni vzorec se je ohlajal veliko hitreje kot Croning vzorec, zato je njegova mikrostruktura precej bolj drobna. To lepo vidimo na sliki 34a, ki prikazuje mikrostrukturni posnetek grafitnega vzorca, in na sliki 34b, ki prikazuje mikrostrukturni posnetek Croning vzorca. Obe sliki sta bili zajeti pri enaki povečavi.
Slika 34: Mikrostruktura vzorca iz grafitne hladne celice (a), mikrostruktura vzorca iz Croning hladne celice (b)
4.4 ANALIZA MEHANSKIH LASTNOSTI
Kot že omenjeno, smo trdote merili po Vickersu na treh vzorcih približno en mesec. Rezultati so pokazali, da so trdote bistveno večje pri vzorcu, ki se je hitreje ohlajal. Ugotovili smo tudi, da se trdote večajo s tem, ko se zlitina naravno stara. Slike 35, 36, 37 prikazujejo trdote izmerjene po Vickersu za Croning hladen vzorec, Croning vroči vzorec in grafitni hladni vzorec. Razvidno je, da ima največjo trdoto hitro ohlajani vzorec iz grafitne merilne celice.
Vrednost te je na začetku znašala približno 93 HV, po enem mesecu pa približno 97 HV. Trdota tega vzorca je v enem mesecu narastla za 4,3 %. Vhodna trdota vzorca iz Croning hladne celice je približno 72 HV, po enem mesecu pa okoli 75 HV. Trdota tega vzorca se je v enem mesecu zvišala za 4,2 %. Podobno je naraščala tudi trdota vzorca iz Croning vroče celice. Njena vhodna trdota je bila 73 HV, izhodna pa 76 HV. Trdota se je pri tem vzorcu zvišala za 4,1%. Trendna črta na vseh grafih prikazuje linearno rast trdote po dnevih merjenja.
Razvidno je tudi, da so trdote iz grafitne forme precej višje kot trdote vzorcev iz Croning form in to kar za 30 %.
37 Slika 35: Izmerjene trdote po Vickersu za vzorec iz Croning hladne merilne celice
Slika 36: Izmerjene trdote po Vickersu za vzorec iz Croning vroče merilne celice
Slika 37: Izmerjene trdote po Vickersu za vzorec iz grafitne hladne merilne celice
70 70.5 71 71.5 72 72.5 73 73.5 74 74.5 75 75.5
0 5 10 15 20 25 30
HV0,5
Število dni po litju
Trdota Croning hladen
Linearna (Trdota Croning hladen)
72 72.5 73 73.5 74 74.5 75 75.5 76 76.5 77
0 5 10 15 20 25 30
HV0,5
Število dni po litju
Trdota Croning vroč
Linearna (Trdota Croning vroč)
92 93 94 95 96 97 98 99
0 5 10 15 20 25 30
HV0,5
Število dni po litju
Trdota grafit hladen
Linearna (Trdota grafit hladen)
38
5 ZAKLJUČEK
Cilj diplomske naloge je bil raziskati vpliv ohlajevalne hitrosti na kvaliteto ulitkov zlitine AlSi7MgLi in opisati potek strjevanja zlitine. S pomočjo različnih preiskovalnih metod smo prišli do naslednjih zaključkov:
• Hitrejša ohlajevalna hitrost, kot jo omogoča grafitna forma, nam poda bolj kakovostne ulitke z manj poroznosti. Pri večji ohlajevalni hitrosti so preprečene reakcije litija s formarskim materialom in atmosfero.
• Predčasno segrevanje merilne celice pred procesom litja negativno vpliva na kakovost ulitkov, saj zmanjša ohlajevalno hitrost, kar dopušča čas za reakcije med talino in okolico.
• Hitreje ohlajani ulitki imajo bolj homogeno razporejene faze po mikrostrukturi, prav tako so njihove trdote višje. Pri ohlajevalni hitrosti 8 K/s je trdota za 30 % manjša kot pri ohlajevalni hitrosti 170 K/s.
• Trdota zlitine je narasla za okoli 4,2 % med procesom staranja pri vseh primerih form.
• Potek strjevanja zlitine AlSi7MgLi se prične z strjevanjem nove faze AlLiSi pri temperaturi 637,2 °C. Nadaljuje se s strjevanjem faze α-Al in evtektika (α-Al + AlLiSi) pri temperaturi 618,6 °C. Od temperature 571,5 °C do temperature 566,5 °C se je tvorila železova faza Al9Fe2Si2. Sledilo je strjevanje ternarnega evtektika (α-Al + β-si + AlLiSi) do temperature 554,0 °C. Predzadnja nastala faza je faza Al18Fe2Mg7Si10, ki se je najverjetneje transformirala iz železove faze Al9Fe2Si2 med temperaturo 554,0 °C in 548 °C. Proces se je končal s strjevanjem faze Mg2Si pri 538,1 °C.
• Glede na mikrostrukturno analizo lahko sklepamo, da se železova faza lahko tvori tudi pred nastankom evtektika, kar nasprotuje rezultatom programa Thermo-Calc. Poleg tega je razvidno, da je faza α-Al prisotna v obliki dendritov, kar bi pomenilo, da se med procesom strjevanja tvori evtektiki (α-Al + AlLiSi) in dendriti α-Al.
39
6 LITERATURNI VIRI
[1] ZEKA, B., MARKOLI, B., MRVAR, P., LESKOVAR, B., PETRIČ, M. Izdelava in preiskava nove livarske aluminijeve zlitine z dodatkom litija = Production and Investigation of New Cast Aluminium Alloy with Lithium Addition. RMZ – M&G, 2020, vol. 67, str. 1-7.
[2] PRASAD, E.N., GOKHALE, A.A., WANHILL, R.J.H. Aluminium-Lithium alloys : Processing, Properties and Applications. Uredil S., MERKEN, J., FREELAND.
Amsterdam : Elsevier, 2014, 571 str.
[3] DORIN, T., VAHID, A., LAMB, J. Fundamentals of Aluminium Metallurgy : Aluminium Lithium Alloys : Chapter 11. Uredila C., GRIFFORD. Duxford : Woodhead publishing, 2018, 52 str.
[4] Space Shuttle – Shuttle basics [online]. NASA, obnovljeno 5. 3. 2006 [citirano 10. 5.
2021]. Dostopno na svetovnem spletu: <https://www.britannica.com/technology/work- hardening>.
[5] FAJFAR, P. Predelava materialov. Ljubljana : Naravoslovnotehniška fakulteta, Oddelek za materiale in metalurgijo, 2016, 135 str.
[6] Work hardening [online]. Encyclopedia Britannica, obnovljeno 4. 2. 2020 [citirano 13.
5. 2021]. Dostopno na svetovnem spletu:
<https://www.britannica.com/technology/work-hardening>.
[7] ZEKA, B., MARKOLI, B., MRVAR, P., MEDVED, J., PETRIČ, M. Preiskava ustreznosti formarskih materialov za litje aluminijevih livarskih zlitin z dodatkom Li = Investigation on suitability of moulding materials at casting Al-cast alloy with Li addition. Materiali in tehnologije = Materials and technology, 2021, let. 55, str. 311- 316.
[8] The Aluminum (Al) - Copper (Cu) System [online]. Christian-Albrechts-Universität zu Kiel [citirano 2.7.2021]. Dostopno na svetovnem spletu: <https://www.tf.uni- kiel.de/matwis/amat/iss/kap_8/advanced/a8_2_2.html>.
[9] BÄCKERUD, L., CHAI, G., TAMMINEN, J. Solidification characteristics of aluminium alloys : Volume 2 Foundry alloys. Department of Structural Chemistry : University of Stockholm : Stockholm, 1990, 255 str.
[10] THERMO-CALC SOFTWARE – Thermo-Calc [online]. [Citirano 6.7.2021]. Dostopno na svetovnem spletu: <https://www.thermocalc.com/products- services/software/thermo-calc/>.
[11] Scanning Electron Microscopy (SEM) [online]. [citirano 7. 7. 2021]. Dostopno na svetovnem spletu:
<https://serc.carleton.edu/research_education/geochemsheets/techniques/SEM.html>.
[12] KOZINA, F., BRODARC, Z.Z., PETRIČ, M. Thermodynamic evaluation of Al-2.5 wt.%Mg-0.7wt.%Li. V: Book of abstracts of the 4th Central and Eastern European Conference on Thermal Analysis and Calorimetry (CEEC-TAC4). Uredil A. ROTARU,
