WPŁYW WANADU I MOLIBDENU ORAZ OBRÓBKI CIEPLNEJ STALIWA Mn-Ni DLA UZYSKANIA GRANICY PLASTYCZNOŚCI POWYŻEJ 850 MPa

Transkrypt

1 7/8 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2003, Rocznik 3, Nr 8 Archives of Foundry Year 2003, Volume 3, Book 8 PAN - Katowice PL ISSN WPŁYW WANADU I MOLIBDENU ORAZ OBRÓBKI CIEPLNEJ STALIWA Mn-Ni DLA UZYSKANIA GRANICY PLASTYCZNOŚCI POWYŻEJ 850 MPa B. KALANDYK 1, J. GŁOWNIA 2 Wydział Odlewnictwa Akademii Górniczo Hutniczej im. St Staszica Kraków ul. Reymonta 23 STRESZCZENIE Zbadano wpływ dodatków V i Mo na mikrostrukturę i własności staliwa Mn-Ni. Stwierdzono, że w stanie lanym wyeliminowano niekorzystną morfologię ferrytu Widmannstättena, zarówno dla staliwa o zawartości 0,25% jak i 0,35%C. Jednocześnie stwierdzono wpływ wanadu, wielkości i ujednorodnienia ziarna ferrytu na twardość i wytrzymałość badanych gatunków staliwa. W wyniku przeprowadzonej obróbki ciep l- nej uzyskano Re powyżej 900 MPa dla zawartości węgla 0,25% oraz Re powyżej 1000 MPa dla zawartości węgla 0,35%. Key words: low alloyed Mn-Ni cast steels, microalloyed, yield strength 1. WPROWADZENIE Staliwo Mn-Ni należy do gatunków staliwa konstrukcyjnego chętnie stosowan e- go na różne odlewy części maszyn (kadłuby kombajnów, obudowy hydrauliczne, koła łańcuchowe, zębate itp.). Jest ono stosunkowo tanim tworzywem odlewniczym, zape w- niającym przy zawartości 0,25%C uzyskanie minimalnych wartości Re powyżej 550MPa a Rm powyżej 750MPa, przy zachowaniu wydłużenia w granicach 12-20%. Pomimo tych dobrych własności mechanicznych tego tworzywa odlewniczego istnieją przesłanki do ich zwiększenia przez wprowadzenie mikrododatków. O ich korzystnym oddziaływaniu na własności staliwa węglowego i niskostopowego pisał już G. Kniag i- nin [1], podkreślając, że stosowanie mikrododatków jest ekonomicznie uzasadnione. 1 dr inż.; bjk@uci.agh.edu.pl 2 prof. dr hab. inż.; jglownia@uci.agh.edu.pl 69

2 Późniejsze prace badawcze prowadzone w Katedrze Odlewnictwa Staliwa AGH p o- twierdziły dodatnie oddziaływanie mikrododatków na własności mechaniczne staliwa, a w konsekwencji i wykonywanych odlewów, [2-4; 6,7]. O ile w pracach tych zbadano zmianę własności mechanicznych staliwa Mn-Ni w zależności od przeprowadzonej obróbki cieplnej, to wpływ wanadu i molibdenu na mikrostrukturę został opracowany z mniejszym wydźwiękiem utylitarnym. 2. METODYKA BADAŃ Celem badań było określenie zmian mikrostruktury i własności mechanicznych staliwa manganowo niklowego po wprowadzeniu dodatków Mo i V. Skład chemiczny badanego staliwa przedstawiono w tabeli 1. Po wykonaniu zgładów metalograficznych, mikrostrukturę oceniano w stanie lanym i po ulepszaniu cieplnym i normalizowaniu. Badania wytrzymałościowe zostały przeprowadzone na 10 tonowej maszynie firmy MTS. W oparciu o statyczną próbę rozciągania wyznaczono Rm, R 0,2 i A 2,5. Tabela 1. Składy chemiczne badanego staliwa Table 1. Chemical composition (wt. %) of the investigated cast steels Ozn. C Mn Si Cr Ni Mo V Cu O N A 0,23 1,06 0,43 0,28 0,70 0,2 0,11 0, B 0,36 1,13 0,49 0,15 0,96 0,15 0,14 0, Ponieważ badania przeprowadzono na wytopach przemysłowych, obok badań mikrostuktury i badań wytrzymałościowych przeprowadzono także pomiary zawartości tlenu i azotu oraz zawartości wtrąceń niemetalicznych. Badania te miały na celu określenie czystości metalu oraz możliwości poprawy samej technologii wytwarzania stali w warunkach przemysłowych

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA 3. WYNIKI BADAŃ I ICH OCENA Analiza otrzymanych wyników badań mikrostruktury i badań wytrzymałościowych potwierdzają istotny wpływ wanadu i molibdenu. Efekt ten potwierdzono już przez rozdrobnienie ziarna jak również wyeliminowanie niekorzystnej iglastej morfologii ferrytu Widmannstättena (rys. 1, 2). Pomiary mikrotwardości w stanie lanym wykazały, że dla staliwa A o zawartości 0,25%C i wyraźnej strukturze ferrytyczno perlitycznej, otrzymano wzrost twardości ferrytu ze 136 do 198 jednostek. Równocześnie ze wzrostem twardości ferrytu, stwierdzono wzrost twardości perlitu z 227 do 290 HV. Podobny przebieg zmian mikrotwardości otrzymano dla staliwa B (Tabela 2). a) b) Rys.1. Mikrostruktura staliwa A w stanie lanym a) bez V i Mo; b) z V i Mo Fig. 1. Microstructures of cast steel A in as cast a) without V and Mo; b) with V and Mo 71

4 a) b) Rys. 2. Mikrostruktura staliwa B w stanie lanym a) bez V i Mo; b) z V i Mo Fig. 2. Microstructures of cast steel B in as cast a) without V and Mo; b) with V and Mo Wprowadzenie molibdenu i mikrododatku V do staliwa Mn-Ni prowadzi również do zwiększenia własności wytrzymałościowych obydwu gatunków staliwa (Tabela 2). Już przy niższym stężeniu węgla (0,25%C) uzyskano granicę plastyczności powyżej 950 MPa, a przy zawartości 0,35%C 1300MPa (po normalizowaniu i odpuszczaniu). Niskie wartości wydłużenia są charakterystyczne dla wysokiej wytrzymałości, ale po obniżeniu ilości wtrąceń niemetalicznych można jeszcze uzyskać wzrost własności plastycznych. Po dwustopniowym odtlenianiu uzyskuje się bowiem znaczną poprawę plastyczności tych gatunków staliwa [8]. Badania mikroskopowe przełomów ujawniły obecność t y- powych globularnych wydzieleń siarczków MnS, jak również wydzieleń złożonych (CaMn)S [5], które są produktami reakcji odtleniania osadowego. Na badanych przełomach nie stwierdzono obecnoś ci wydzieleń zawierających V lub Mo. Dopiero na wykonanych replikach ekstrakcyjnych stwierdzono obecność owalnych i globularnych drobnodyspersyjnych wydzieleń zawierających V jak również V i Mo. 72

5 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Ponieważ nie stwierdzono pojedyńczych wydzieleń MoC, należy s ądzić, że Mo występuje tylko w węglikach kompleksowych (Mo,V)C. Tabela 2. Własności mechaniczne badanego staliwa Table 2. Mechanical properties of the investigated cast steels Ozn. Rm MPa R 0,2 MPa A 2,5 [%] HV (s. lany) HB osnowy (po ulepszaniu) A , B WN wtrącenia niemetaliczne Ferryt: 198 (136 bez V i Mo Perlit : 290 (bez V i Mo 227) 5,9 Perlit : 362 (bez V i Mo 246) Udział WN [%] 0,093-0,110 0,135-0, WNIOSKI Analiza uzyskanych wyników wskazuje, że istnieje ścisły związek rozdrobnienia i umocnienia mikrostruktury przez drobnodyspersyjne wydzielenia wanadu oraz wanadu i molibdenu. Wprowadzenie tych pierwiastków do staliwa Mn-Ni powoduje wzrost wartości granicy plastyczności ponad 1000 MPa. Jednocześnie stwierdzono przekroczenie zawartości wtrąceń niemetalicznych w badanych gatunkach ponad 0,1%, co niekorzystnie wpłynęło na własności plastyczne. Dlatego należy sądzić, że odp o- wiednio przeprowadzony proces wytapiania, a zwłaszcza jego okres wykańczania może poprawić czystość metalu, a tym samym optymalizację własności wytrzymałościowych i plastycznych. Przedstawione wyniki stanowią inspirację do dalszych badań nad mikrostrukturą i umocnieniem staliwa Mn-Ni z mikrododatkami V i Mo. Badania przeprowadzono w ramach grantu KBN nr LITERATURA [1]. Kniaginin G.: Wpływ małych dodatków niektórych pierwiastków na własności staliwa i stali; Przegląd Odlewnictwa 1979, nr 4, s [2]. Głownia J.: Odlewy ze stali stopowej zastosowanie; FotoBit, Kraków 2002 [3]. Głownia J. Młynarczyk L. - patent [4]. Głownia J., Kalandyk B., Młynarczyk L.: Przegląd Mech. 1999, nr4, s [5]. Balart M.J., Davis C.L., Strangwood M.: Fracture behaviour in medium carbon Ti-V-N and V-N microalloyed ferritic perlitic and bainitic forging steels with enhanced machinability; Materials Scien. Engineering, 2002, p [6]. Kalandyk B.: Praca doktorska, Kraków 1996 [7]. Głownia J., Bujas R., Młynarczyk L.: Wpływ obróbki cieplnej i odtleniania staliwa Mn-Ni na jego udarność; Przegląd Odlewnictwa 1995, nr 1, s

6 INFLUENCE OF V AND Mo AND HEAT TREATMENT OF CONSTRUCTIONAL Mn Ni CAST STEELS ACQUIREMENT OF YIELD STRENGTH ABOVE 850MPa SUMMARY The effect of V and Mo additions on the microstructure of Mn-Ni cast steels was evaluated. In as cast conditions both elements caused an elimination of Widmannatä t- ten ferrite as well at 0,25% as at 0,35%. At the same time confirmed the effect of vanadium on the grain size, homogeneity of ferrite and a hardness and the strength of these cast steel grades. After heat treatment obtained the yield strength above 900MPa at 0,25%C and above 1000MPa at 0,35%C. Recenzował: prof. dr hab. inż. Stanisław Pietrowski 74