WPŁYW KRZEMU NA STRUKTUR ELIWA WYSOKOWANADOWEGO

Transkrypt

1 44/21 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 21(1/2) ARCHIVES OF FOUNDARY Year 2006, Volume 6, Nº 21 (1/2) PAN Katowice PL ISSN WPŁYW KRZEMU NA STRUKTUR ELIWA WYSOKOWANADOWEGO M. KAWALEC 1, E. FRA 2. Wydział Odlewnictwa, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków, ul. Reymonta 23. STRESZCZENIE W pracy przedstawiono wyniki bada mikrostruktury stopów Fe-C-V oraz Fe-C-V-Si, krystalizujcych w sposób objtociowy, o zawartoci wgla w zakresie 1,5 %, wanadu w zakresie % i krzemu w zakresie 1-3 %. Powstajca w stopach Fe-C-V eutektyka, składa si z ferrytu i wglików wanadu typu VC 1-x, i jest zaliczana do grupy eutektyk włóknistych. Wprowadzanie do układu Fe-C-V dodatków krzemu zmienia geometri krystalizujcej eutektyki z włóknistej na złoon regularnie oraz wglików pierwotnych w postaci dendrytów nieciano-niecanowych na dendryty cianowe. Key words: Fe-C-V alloys, eutectic, eutectic alloy, microstructure, cast iron 1. WSTP Literatura dotyczca eliwa wanadowego o wysokiej zawartoci wanadu jest bardzo uboga. W pracach [1,2] podano informacje o strukturze stopów Fe-12,9%V-2,94%C, w których stwierdzono wystpowanie eutektyki włóknistej γ + VC 1-x o udziale objtociowym wglika wanadu około 20%. Wyniki bada mikrostruktury stopów Fe-C-V zawartoci wgla w zakresie 1,5-4,33% i wanadu w zakresie 7-15% zamieszczono w pracy [3]. Krzem jest pierwiastkiem, który obok wgla ma najwikszy wpływ na struktur i właciwoci zwykłego eliwa. Celem 1 mgr in., kawalec@uci.agh.edu.pl 2 prof. zw. dr hab. in., edfras@uci.agh.edu.pl

2 niniejszej pracy jest zbadanie (ze wzgldu na brak danych literaturowych) wpływu krzemu na struktur wysokowanadowych stopów z Fe-C-V. 2. METODYKA BADA Wytopy dowiadczalne stopów o zmiennej zawartoci C, V i Si wykonano w piecu próniowym typu Balzers i atmosferze argonu. Do wytopów uyto zaprawy Fe- 81,7%V, elaza armco, grafitu technicznie czystego oraz krzemu technicznego o zawartoci 98,5%Si. Formy zostały sporzdzono z mczki molochitowej na szkle wodnym i utwardzane CO 2, a nastpnie wygrzewano je przy temperaturze 550 o C i zalewano ciekłym eliwem w temperaturze 1600 o C. Po wybiciu odlewów z form z otrzymanych odlewów wycinano próbki do bada metalograficznych. Wypolerowane zgłady metalograficzne wytrawiono w celu ujawnienia osnowy i uwidocznienia wglików wanadu, a nastpnie przeprowadzono obserwacje mikroskopowe za pomoc mikroskopu optycznego. Próbki nie trawione obserwowano za pomoc mikroskopu skaningowego przy uyciu elektronów wtórnych. W celu bardziej szczegółowego zbadania geometrii poszczególnych faz, próbki wytrawiano głboko wod królewsk i obserwowano za pomoc mikroskopu skaningowego. 3. WYNIKI BADA I ICH DYSKUSJA Skład chemiczny otrzymanych stopów oraz opis ich struktury podaje tabela 1. Zdjcia na rysunku 1 pokazuj wygld struktury stopów zawierajcych 7.0 % V oraz od 0 do 3% Si. W przypadku stopu bez krzemu (stop 5.1, rys. 1a) uzyskuje si eliwo podeutektyczne z eutektyk włóknist. Przy zawartoci krzemu 1% (stop Si 8, rys. 1b) Tabela 1. Skład chemiczny badanych próbek Table 1. Chemical composition of tested cast iron Numer Skład chemiczny, % stopu C V Si Uzyskana mikrostruktura/osnowa 13 1,5 15,0 0 nadeutektyczna / ferryt Si2 1, nadeutektyczna / ferryt 3.1 1,5 11,0 0 okołoeutektyczna / ferryt Si1 1, eutektyczna / ferryt Si5 1, nadeutektyczna / ferryt 4.1 1,5 9,0 0 podeutektyczna / perlit kulkowy Si6 1,5 9 1 podeutektyczna / perlit kulkowy Si11 1,5 9 3 nadeutektyczna / perlit kulkowy 5.1 1,5 7,0 0 podeutektyczna / perlit kulkowy Si8 1,5 7 1 podeutektyczna / perlit kulkowy Si9 1,5 7 2 eutektyczna / perlit płytkowy Si10 1,5 7 3 nadeutektyczna / perlit płytkowy 390

3 eliwo pozostaje podeutektycznym lecz dodatkowo (poza eutektyk włóknist) pojawia si eutektyka złoona regularnie. Zwikszenie zawartoci krzemu do 2% (stop Si 9, rys. 1c) spowodowało przejcie do eliwa eutektycznego, zanik eutektyki włóknistej i pojawienie si w jej miejsce eutektyki złoonej regularnie. Dalsze zwikszenie krzemu do 3% (stop Si10, rys. 1d) oznacza przejcie do stopu nadeutektycznego, którego struktura składa si z pierwotnych, cianowo-dendrytycznych wglików wanadu oraz eutektyki złoonej regularnie. Przykłady mikrostruktury ziarna eutektyki włóknistej i złoonej regularnie pokazuj zdjcia na rysunku 2. Z przeprowadzonych badan strukturalnych wynika, e dodatki krzemu przesuwaj lini przemiany eutektycznej w lewo w stosunku do układu Fe-C-V. Warto równie zwróci uwag, e w stopach nadeutektycznych bez krzemu wgliki pierwotne przyjmuj kształt dendrytów niecianowych (rys. 3a, b), za z krzemem dendrytów cianowych (rys. 3 c-e). a) b) c) d) Rys. 1. Mikrostruktura próbek nietrawionych: a) próbka wyjciowa, b) po dodaniu 1%Si, c) po dodaniu 2%Si, d) po dodaniu 3%Si Fig. 1. Microstructure of the non-etched specimens: a) base sample, b) after addition 1% of Si, c) after addition 2% of Si, d) after addition 3% of Si 391

4 a) b) Rys. 2. Mikrostruktura ziarna eutektycznego, trawione wod królewsk a) eutektyka włóknista, b) eutektyka złoona regularnie Fig. 2. Microstructure of eutectic grain, the aqua regia etched a) fiber eutectic and b) complex regular eutectic a) b) c) d) Rys. 3. Dendrytyczne niecianowe wgliki w stopach Fe-C-V, a, b) cianowe wgliki w stopach Fe-C-V- Si, c-e) Fig. 3. Nonfaceted dendritic carbides in Fe- C-V alloys, a,b), faceted dendritic carbides in Fe-C-V-S alloys, c-e) e) 392

5 a) b) c) Rys. 4. Mikrostruktura osnowy stopów a) ferrytyczna, b) z perlitem kulkowym, c) z perlitem płytkowym Fig. 4. Microstructure of alloys matrics, a) ferritic, b) spheroidal pearlite, c) lamellar pearlite Krzem powoduje równie zmiany w osnowie eliwa wysokowanadowego. Stopy o zawartoci wanadu 15 i 11% posiadaj osnow ferrytyczn nawet po dodaniu 2% Si (rys. 4a). W pozostałych badanych stopach, to jest o mniejszej zawartoci wanadu mieszczcej si w granicach od 7 do 9 % pojawia si osnowa perlityczna. W stopach zawierajcych 9.0% V i do 3% Si oraz w stopach zawierajcych 7 % V i do 1 Si wystpuje perlit kulkowy (rys. 4b), za w stopach zawierajcych 7 % V i 2-3 % Si perlit płytkowy (rys. 4c). 4. PODSUMOWANIE 1. Wprowadzenie krzemu do stopów wysokowanadowych: przesuwa lini przemiany eutektycznej w lewo w stosunku do układu Fe-C-V, powoduje zmian geometrii krystalizujcej eutektyki z włóknistej na złoon regularnie, zmienia morfologi pierwotnych wglików wanadu z niecianowo dendrytycznej na cianowo dendrytyczn, zmienia morfologi osnowy z perlitu kulkowego na perlit płytkowy w stopach Fe 1,5% C 7%V. 2. Osnow ferrytyczn uzyskuje si w stopach o zawartoci wanadu 11 15%, wgla 1,5 % i krzemu 0 2 %. 393

6 3. Osnow perlityczn wykazuj stopy o zawartoci wanadu 7 9%, wgla 1,5% i krzemu 0 3%. LITERATURA [1] E. Fra, E. Guzik: Pierwotna mikrostruktura stopów Fe-C-V. Archiwum Hutnictwa, tom 25, zeszyt 4, s , [2] E. Fra: Krystalizacja metali. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa [3] M. Kawalec, E. Fra: Wpływ wanadu na kształtowanie struktury eliwa. Archiwum Odlewnictwa, rocznik 6, nr 18, s.57 64, Praca naukowa finansowana ze rodków na nauk w latach jako projekt badawczy nr 3 T08B SILICIUM INSFLUENCE ON THE FORMATION OF HIGH VANADIUM CAST IRON STRUCTURE SUMMARY In the paper microstructural evaluation of Fe-C-V as well as Fe-C-V-Si alloys are made. Volumetric solidification of alloys containing of carbon: 1,5%, vanadium: 7 15% and silicon 1 3% was studied. In particular, effect of silicon on primary and secondary microstructure these alloys has been investigated. It was stated that silicon changes kind of eutectic from fiber nonfaceted-nonfaceted to complex regular and morphology of primary carbides from nonfaceted dendrites to faceted dendrites. Recenzował: prof. Edward Guzik. 394