37/42 KSZTAL TOW ANIE WARSTWY WIERZCHNIEJ ODLEWU STOPU KOBALTU METODĄ GTAW. Zenon OPIEKUN STRESZCZENIE. l. WSTĘP

Transkrypt

1 37/42 Solidification o f Metais and Alloys, Year 2000, Volume 2, Book No 42 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 2000, Rocznik 2, Nr 42 P AN-Katowice, PL ISSN KSZTAL TOW ANIE WARSTWY WIERZCHNIEJ ODLEWU STOPU KOBALTU METODĄ GTAW Zenon OPIEKUN Zakład Odlewnictwa i Spawalnictwa, Politechnika Rzeszowska ul. W. Pola 2, Rzeszów STRESZCZENIE W wyniku przetopienia powierzchni odlewu ze stopu kobaltu plazmą łuku elektrycznego, przemieszczaną ze zmtenną prędkością, obserwuje stę zróżnicowaną geometrię przetopień. W pracy przedstawiono makro i mikrostruktury przetopieó a także określono wpływ prędkości przemieszczania plazmy łuku elektrycznego na mikrotwardość obszaru przetopienia. l. WSTĘP Odlewnicze stopy kobaltu cechujące się wysoką żarowytrzymałością znajdują zastosowanie głównie w przemyśle lotniczym i astronautycznym. Stopy te mają strukturę składającą się przeważnie z roztworu stałego, który stanowi stabilizowany niklem austenit kobaltowy y oraz węglików, węglikoazotków, borków i innych. Dzięki obecności węgla, chromu, molibdenu i wolframu, które tworzą fazy o zmiennej rozpuszczalności ze zmianą temperatury, stopy te podlegają procesowi przesycania i starzenia. Jednak cechą szczególną tych stopów jest gruboziarnistość ziarn roztworu stałego. Stąd stosowane są różne metody rozdrobnienia ich struktury. Szczególnie przydatna może tutaj być metoda gwałtownej krystalizacji po przetopieniu ich warstwy wierzchniej na przykład plazmą łuku elektrycznego. W związku z tym celem pracy jest poznanie wpływu prędkości przemieszczania plazmy łuku elektrycznego, jako parametru technologicznego procesu GTA W na geometrię przetopień i mikrotwardość W.W. odlewu z żarowytrzymałego stopu kobaltu.

2 BADANIA 2.1. Materiał do badań Badania wykonano na odlewniczym żarowytrzymałym stopie kobaltu typu MAR-M509 (0,72% C, 23,61% Cr, 9,00% Ni, 7.65% W, 1,95% Ta, 0,20% Ti, 1,09% Zr, 0,90% S, i 0,0029% P), otrzymanym w piecu indukcyjnym średniej częstotliwości typu ACEC 15. Stop odlano do formy skorupowej otrzymanej metodą wytapianych modeli. Formę stanowił zestaw próbek wałkowych z wlewem głównym i wlewami doprowadzającymi. Z odlewu wycięto płytki o wymiarach 70 x 36 x 20mm, na których dokonano przetopień Wykonanie przetopień Przetopienia powierzchni płytek ze stopu kobaltu wykonano metodą GT A W stosując natężenie prądu I = 130A. Prędkości przemieszczania plazmy łuku elektrycznego wynosiły VP = 250rnm/min Vp = 500mm;min. VP = 750rnm/min Przetopienia zrealizowano nietopliwą elektrodą wolframową o średnicy 2,4 mm w atmosferze argonu. Do przetopień powierzchni płytek kobaltowych zastosowano urządzenie spawalnicze FAL TIG 315 AC/DC, którego uchwyt zamontowany był na wózku z regulowaną prędkościąjazdy (rys. 1.) Rys. l. Schemat przetapiania warstwy wierzchniej odlewu; l - materiał przetapiany, 2 - elektroda wolframowa, 3 - jeziorko ciekłego metalu, 4 - przetopiona warstwa wierzchnia, 5 -łuk elektryczny Fig. l. Diagram of the fusion of surface Jayer of carting; l - fusion materiał, 2 - tungsten electrode, 3 - lake of liquid metal, 4 - molten of surface Jayer, 5 - arc welding

3 Badania metalograficzne Z przetopionych płytek wycięte zostały próbki w kierunku prostopadłym do osi wzdłużnej przetopień. Z kolei wykonano zgłady metalograficzne próbek przez polerowanie mechaniczne, wykorzystując papiery ścierne i tarcze filcowe nasycone tlenkiem aluminiowym. Makro - i mikrostrukturę ujawniono trawiąc zgłady elektrolitycznie 50% roztworem wodnym HN0 3 przy napięciu ok. 9V. Tak przygotowane zgłady poddawano obserwacji przy użyciu świetlnego mikroskopu metalograficznego Neophot 2 i elektronowego mikroskopu skaningowego Novascan 30. Z obszernego materiału ilustracyjnego na rysunkach 2 i 3 przedstawiono wybrane makro i mikrofotografie. Rys. 2. Makrostruktura i mikrostruktury: warstwa przetopiona a), stop typu MAR M509 b). Prędkość przetapiania Y p= 250mmirnin Fig. 2. Macrostructure and microstructures: molten of surface layer a), alloy of MAR- M509 type b). Speed of molten of surface layer Y p= 250mmirnin

4 336 Rys. 3. Makrostruktura i mikrostruktura z obszaru przetopionego. Prędkość przetapiania wynosiła V p= 750mm/min Fig. 3. Macrostrukture and microstructure from molten area. Speed of molten of surface layer V p= 250mm; min 2.4. Badania mikrotwardości Pomiarów mikrotwardości przetopionych warstw dokonano przy użyc iu mikrotwardościomierza Matsuzawa Seiki Co LTD, piramidką Vickersa przy obciążeniu l OOg. Wyniki tych pomiarów zilustrowano w formie wykresów: JlHVlOO = f(odległość od powierzchni) (rys. 4.) 460~ ~~ ~ strefa Jnelopiona g 440 "r" 5: 420 : (J ~ 380 "E ns 360 ~ ~ 320 ~ '0.,8 _),1.. połlierzchnia... ' ' "' " rmteriał rodzimy strefa Jnejśdo.va o o ~ o , ,------~ o Odległość od powierzchni, mm Rys. 4. Wpływ prędkości przetapiania powierzchni odlewu ze stopu kobaltu na mikrotwardośćjego W.W.: Y p= 250mm/min----, V p= 500mm/min, VP= 750mm;min Fig. 4. Effect of speed molten of surface cobalt casting alloy on the its microhardness surface layer: Y p= 250mm/min----, V 9 = 500mm/min, Yp= 750mm1rrun

5 PODSUMOWANIE Stwierdzono, że w wyniku uszlachetniania W.W. odlewu z żarowytrzymałego odlewniczego stopu kobaltu plazmą łuku elektrycznego, uzyskano strukturę warstw złożoną z wysoko dyspersyjnych ziarn dendrytycznych przesyconego roztworu stałego - austenitu kobaltowego y z mikrocząstkami faz rozmieszczonymi w przestrzeniach między wtórnymi gałęziami dendrytów. W wyniku przetopienia i gwałtownej krystalizacji uzyskano znacznie twardsze warstwy od osnowy stopu. Zaobserwowano, że o geometrii przetopienia a także twardości powierzchni decyduje prędkość przemieszczana V P skoncentrowanego strumienia ciepła jakim jest plazma łuku elektrycznego: dla Y p= 250mmirnin, głębokość i szerokość W.W. wynosi odpowiednio ok. 2,8 mm i 15 mm, a średniajej mikrotwardość ok. 420 jj.hvloo, dla V p= 500mm/min, głębokość i szerokość W.W. wynosi odpowiednio ok. 1,7 mm i 10 mm, a średniajej mikrotwardość ok. 440 jj.hvloo, dla VP = 750mm/min, głębokość i szerokość W.W. wynosi odpowiednio ok. 0,8 mm i 3,8 mm, a średniajej mikrotwardość ok. 405 j..l.hvioo. Zastosowanie techniki gwałtownej krystalizacji W. W. pozwala na skuteczny wzrost jej twardości, a przede wszystkim na uzyskanie ultradrobnych ziarn roztworu stałego y wzbogaconych w chrom co może zwiększyć żaroodporność tych stopów. LITERATURA [l] Ch. T. Sims, W.C. Hagel: The Superalloys, wyd. J. Wiley and Sons, New York, Toronto, Sydney, London, 1972, [2] B. Mikułowski: Stopy żaroodporne i żarowytrzymałe- nadstopy, wyd. AGH, Kraków, 1997, [3] Z. Opiekun, W. Orłowicz: Budowa warstwy wierzchniej odlewniczych stopów kobaltu, Przegląd spawalnictwa, nr 4, 1998.

6 338 FORMING OF SURFACE LA YER OF CASTING CO B ALT ALLOY GTAWMETHOD Zenon OPIEKUN Technical Uniwersity of Technology ul. W. Pola 2, Rzeszów Abstract In present work the influence of remelting by plasma ars welding of surface layer of cast cobalt alloy MAR- M509 type has been tested. The test have been based on the measurments of microhardness and metallgraphic tests. Surface layers determine very fine dentritic grain and they constitute layers of different thickness.