RENTGENOSTRUKTURALNE BADANIA PRZEMIANY EUTEKTOIDALNEJ W ŻELIWIE EN-GJS

Transkrypt

1 30/17 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2005, Rocznik 5, Nr 17 Archives of Foundry Year 2005, Volume 5, Book 17 PAN - Katowice PL ISSN RENTGENOSTRUKTURALNE BADANIA PRZEMIANY EUTEKTOIDALNEJ W ŻELIWIE EN-GJS T. SZYKOWNY 1, J. SADOWSKI 2 Katedra Inżynierii Materiałowej Akademia Techniczno-Rolnicza ul. Kaliskiego 7, Bydgoszcz STRESZCZENIE W pracy przedstawiono badania dyfrakcyjne rentgenowskie żeliwa perlityczno-ferrytycznego o małej skłonności do grafityzacji w stanie stałym, podczas obróbki izotermicznej w przedziale Ar 1. Na próbkach służących do sporządzenia wykresu CTPi określono szerokość połówkową linii dyfrakcyjnych fazy, zawartość i parametr sieciowy austenitu szczątkowego. Prześledzono zmiany zawartości węgla w austenicie, w zależności od temperatury i czasu izotermicznego wytrzymywania. Key words: ductile cast iron, eutectoid transformation, X-ray diffraction 1. WSTĘP Rentgenowskie badania dyfrakcyjne żeliwa sferoidalnego, poddanego obróbce izotermicznej w zakresie bainitycznym (żeliwo ADI) pozwalają na jakościową i ilościową ocenę stanu fizyko-chemicznego substratów i produktów przemiany (zawartość, stopień nasycenia węglem, wielkość ziaren) na poszczególnych jej etapach [1]. Stosując badania dyfrakcyjne rentgenowskie próbek dylatometrycznych żeliwa sferoidalnego wychładzanych przez 6 godzin w obrębie przedziału temperaturowego przemiany eutektoidalnej Ar 1 ujawniono niemonotoniczny wpływ czasu austenityzacji na stopień nasycenia węglem nieprzemienionego austenitu [2]. Interesujące ze względów poznawczych jak i praktycznych byłoby prześledzenie zmian stopnia przesycenia fazy, zawartości nasycenia węglem austenitu 1 Dr inż. Tadeusz Szykowny: Tadeusz.Szykowny@mail.atr.bydgoszcz.pl 2 Dr inż. Jan Sadowski: sadjan@atr.bydgoszcz.pl 247

2 szczątkowego, jako funkcji czasu izotermicznego wychładzania żeliwa w przedziale temperaturowym Ar 1. Informacje te uzupełniłyby wiedzę uzyskaną z badań metalograficznych i pomiarów twardości. 2. MATERIAŁ, PROGRAM I METODYKA BADAŃ Do badań przyjęto jeden gatunek niestopowego żeliwa sferoidalnego perlityczno-ferrytycznego (85% perlitu) o składzie chemicznym (% mas.): C-3,53, Si- 2,81, Mn-1,17, P-0,11, S-0,015, Cr-0,04, Mg-0,08. Stopień nasycenia eutektycznego Sc wynosi 1,04; natomiast współczynnik izografityzacji K G =8,71. Żeliwo wytopiono w żeliwiaku o wyłożeniu kwaśnym ze wsadu składającego się z surówki hematytowej i złomu obiegowego żeliwa sferoidalnego. Sferoidyzację prowadzono przy pomocy stopu ML5 w zbiorniku żeliwiaka, natomiast modyfikację żelazokrzemem FeSi75 na rynnie spustowej. Z odlanych próbek YII pobrano krążki 20x3mm służące do badań. Żeliwo poddano obróbce cieplnej zgodnie ze schematem na rys.1. Rys.1. Schemat obróbki cieplnej żeliwa Fig.1. Scheme of cast iron heat treatment Wszystkie próbki poddano badaniom rentgenostrukturalnym przy zastosowaniu promieniowania lampy z anodą kobaltową filtrowanego żelazem. Rejestracji dyfraktogramów dokonywano w przedziale kątowym 2, w którym występowały linie: (110) ferrytu, dublet (110) (011) martenzytu, (111) austenitu, (200) 248

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA austenitu. Mierzono szerokość kątową linii w połowie intensywności. Parametr sieciowy austenitu określono na podstawie położenia kątowego linii (200). Zawartość austenitu szczątkowego określono metodą bezpośredniego porównania [3]. Zawartość węgla wyrażoną w % masowych w austenicie C wyliczano ze wzoru (1) wg [4]: a 0,35621 C (1) 0,00441 gdzie: a - parametr sieciowy austenitu, nm 3. WYNIKI BADAŃ I ICH OMÓWIENIE Zmiany szerokości połówkowej linii b ½ (110) lub (110) (011) fazy w zależności od czasu izotermicznego wychładzania, w temperaturze 740, 760, 780, 800 i 820 o C przedstawia rys.2, zawartości austenitu szczątkowego rys.3 zawartości węgla w austenicie rys.4. Rys.2. Szerokość połówkowa linii (110) lub (110) (011) fazy w zależności od czasu wychładzania Fig.2. Halfwidth of line (110) of -phase in relation to cooling time 249

4 Rys.3. Zawartość austenitu szczątkowego w zależności od czasu wychładzania Fig.3. Retained austenite content in relation to cooling time Rys.4. Zawartość węgla w austenicie w zależności od czasu wychładzania Fig.4. Coat content in austenite in relation to cooling time 250

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Zależność szerokości połówkowej linii fazy (rys. 2), która jest miernikiem stopnia jej przesycenia węglem [3] wykazuje ciągły spadek wraz z czasem izotermicznego wytrzymywania. Taki sam charakter zależności dotyczy zawartości austenitu szczątkowego i zawartości w nim węgla (rys. 3,4). Czarnymi kropkami zaznaczono na odpowiednich liniach wykresowych czas odpowiadający zajściu przemiany perlitycznej w stopniu 1%. Pustymi kropkami zaznaczono na (rys. 2) czas odpowiadający zajściu przemiany stabilnej w stopniu 1 %. 4. PODSUMOWANIE Jak wynika z rys 2,3,4 zależność rozpatrywanych parametrów charakteryzujących strukturę (b1/2, V, C ) od czasu izotermicznego wytrzymywania ma charakter malejący. Istotnym jest to, iż w początkowym okresie przebywania żeliwa w temperaturze podkrytycznej (do 30 s) b1/2, V, C jest tym wyższe im była niższa temperatura izotermicznego wychładzania. Zależność tą można wytłumaczyć odwęglaniem osnowy poprzedzającym przemianę eutektoidalną. Bodźcem procesu odwęglania jest różnica stężenia początkowego węgla i stężenia równowagowego na granicy grafit-austenit. Jest to różnica stężenia wejściowego (0.96% C) i wynikającego z przecięcia danej izotermy z ekstrapolowaną linią E S. Odwęglanie osnowy jest procesem dyfuzyjnym. Prędkość jego zależy od stopnia przesycenia jak i temperatury wychładzania. W początkowym procesie przemiany mimo, iż przesycenie osnowy jest wyższe dla niskich temperatur wychładzania, to szybkość odpływu węgla z osnowy do wydzieleń grafitowych jest większa dla temperatur bliskich Ar 11. Z przedstawionych wykresów (rys. 2,3,4) wynika, iż przemiana eutektoidalna rozpoczyna się w wysokowęglowych obszarach osnowy. LITERATURA [1] Dymski S., T.Szykowny.: Investiagation of bainitic isothermal transformation products in unalloyed ductile cast iron, Materials Science and Technology Vol.12, s.385, May (1996) [2] Szykowny T., Sadowski J.: Wpływ czasu austenityzacji na izotermiczną przemianę eutoktoidalną w żeliwie sferoidalnym, I Krajowa Konf. Inżynieria Materiałowa Gdańsk 96, Materiały Konf. s.59, Gdańsk (1996) [3] Cullity B.D: Podstawy dyfrakcji promieni rentgenowskich, PWN, Warszawa (1964) [4] Ogi K. i in.: Unterschen einiger Aspekte des Austenitisierungsprozesses bei Gusseisen mit Kugelgraphit, Giesserei-Praxis, Nr 6, s.73, (1989) 251

6 X-RAY STUDY OF EUTECTIODAL TRANSFORMATION IN CAST IRON EN-GSJ SUMMARY In this paper X-ray diffractial investigations of pearlitic-ferritic cast iron were presented. This kind of cast iron in solid state characterized of low graphitibility after isothermal heat treatment in Ar 1 temperature range. On the samples serving to draw TTT curve halfwidth of diffractic line of -phase and lattice parameter of retained austenite were determined. The changes of coal content in austenite in relation to temperature and isothermal cooling time were analyzed. Recenzował: prof. dr hab. inż. Stanisław Pietrowski 252