27/10 PROFIL TWARDOŚCI W FUNKCJI ZMIAN STEREOLOGICZNYCH STRUKTURY NA PRZEKROJU WALCÓW ŻELIWNYCH 2. WYNIKI BADAŃ

Transkrypt

1 27/10 Soidification ofmetas and Aoys, No.27, 1996 Knepnięcie Metai i Stopów, Nr 27, 1996 PAN- Oddział Katowice PL ISSN PROFIL TWARDOŚCI W FUNKCJI ZMIAN STEREOLOGICZNYCH STRUKTURY NA PRZEKROJU WALCÓW ŻELIWNYCH SUCHOŃ Jacek, JURA Stanisław, Katedra Odewnictwa Poitechniki Śąskiej w Giwicach Giwice,.Towarowa 7 CYBO Jerzy, SŁUŻALEK Grzegorz Instytt Probemów Techniki Uniwersytet Śąskiego w Katowicach Sosnowiec,.Śnieżna 2 STRESZCZENIE Praca stanowi drgi etap badań zmierzających do powiązania zmian właściwości odew i jego strktry z iościowym opisem proces krystaizacji, a w konsekwencji - do możiwienia sterowania strktrą i właściwościami odew. W niniejszym opracowani przedstawiono propozycję iościowego opis zmian twardości na przekroj kokiowego odew waca htniczego w fnkcji zmian strktry, będących konsekwencją zróżnicowanych warnków krystaizacji wzdłż promienia waca. W anaizowanym przypadk zmiana HB wzdłż promienia beczki jest wyrażona za pomocą parametrów fnkcji okreśającej dział cementyt, perit i grafit w dowonym pnkcie przekroj odew. Podano także praktyczne rozwiązanie pozwaające oszacować dział składników strktry na podstawie pomiar twardości.. WPROWADZENIE Przedmiotem prowadzonych badań były żeiwne wace htnicze, odewane w formie metaowej. Podstawowym wskaźnikiem ich jakości jest twardość. W praktyce przemysłowej parametr ten okreśany jest tyko na powierzchni beczki waca. Nie jest natomiast znany przebieg zmian twardości wzdłż promienia waca. Jednocześnie wiadomo, że własności mechaniczne (w tym twardość) zaeżne są od skład chemicznego i warnków krystaizacji a w konsekwencji od strktry odew. W przypadk grbościennych odewów żeiwnych obserwje się właśnie istotne zmiany strktry na przekroj, wynikłe ze zmiany warnków krzepnięcia meta. Ceem niniejszego opracowania jest okreśenie iościowego związk zmian twardości (profi) przekroj waca żeiwnego ze zmianami stereoogicznymi strktry. 2. WYNIKI BADAŃ Materiał do badań pobrano z beczki 15 waców o średnicy mm. Z beczki i czopa wycięto próbki O 10x 35 mm, na których dokonano pomiar twardości metodą Brinea oraz mierzono dział objętośc iowy grafit, cementyt i perit przy pomocy kompterowego anaizatora obraz w warstwach odegłych od siebie o 5 mm. Zakres zmienności wyników pomiarów zestawiono w tabei t.

2 64 Tabea Zakres zmienności wyników pomiarów twardości (HB 0 7 HBcz) oraz d ział grafit (Vgo 7 Vg,62, cementyt Veo + Vc162) i perit (Vpo 7 Vp62 wzdłż promienia badanych waców Nr s O H Bo HBcz V go V_!m V co Vet V po VP16Z O - odrobiona powierzchnia beczki, CZ- obrobiona powierzchnia czoww odegła o 75 mm od obrobionej powierlchni beczki 3_ OPRACOW ANIE WYNIKÓW BADAŃ 3.1 Fnkcja zmian twardości na przekroj beczki waca Do opis zmian twardości na przekroj beczki waca wykorzystano fnkcję w postaci: HB(g) = h + HBc z (I) +exp[zh (g- Wh)) HB(g) - twardość (Brinea) beczki waca w dowonym pnkcie przekroj odegłym o "g" od powierzchni beczki rys., HBcz - twardość na powierzchni czopa, tożsamiana na podstawie wyników badań z twardością rdzenia waca, Uh,Wh, Zh -parametry fnkcji zmian twardości waca: h - przyrost twardości od rdzenia waca do powierzchni beczki, W h -odegłość od powierzchni beczki do warstwy o najintensywniejszych zmianach HB, Zh -wskaźnik szerokości pasma przekroj waca o najwi ększych zmianach HB. Na podstawie dokonanych pomiarów da każdego waca wyznaczono równania zmian twardości na przekroj beczki. Otrzymane parametry fnkcji (I) zestawiono w tabicy 2. Tabea 2 p f k.. d '.. f k.. d. ł arametry n c 1 twar osc1 1 n CJI U Za o b' J]ętosc10we go s a m ow str k tf' Wyt, i h 138,3 175,4 185,0 182,0 166,3 151,0 136,1 127,6 154,0 140,3 188,9 162,4 163,1 173,4 152,7 w h , z h o 073 o 059 o 048 o 035 o 048 o 066 o 072 o 056 0,078 o 053 o 050 o 061 o 050 o 050 o O , O w O z o 050 o 047 o 053 o 033 o 043 o 062 0, o 070 o 042 o 033 o 061 o 036 o 054 o w z , w z

3 Zmi11na twardoid na prkroj banki waca % f o Rys. Zmiana twardości na przekroj waca g(mm) Fnkcja zmian dzi ał o bj ętości ow ego składników strktry na pnekroj odew waca Zmianę dział objętościowego składników strktry na przekroj beczki waców opisano przy pomocy następjących fnkcji: - dział cementyt V c(g) = c +V c +exp[zc (g - WJ] " - dział perit V p(") - p + Vp,.,-! + exp [Z(W P. P-g )] " (2) (3) Vg(g) = - dział grafit g +exp[z.. (W,- g)] V (g)- dział objętościowy anaizowanego składnika strktry w pnkcie przekroj odegłym o "g" od powierzchni beczki, U, W, Z -parametry fnkcji zmian dział o bj ętościowego badanego składnika, U - maksymany gradient dział między powierzchnią beczki a rdzeniem waca, W - odegłość od obrabianej powierzchni beczki do warstwy zawierającej 0,5 U badanego składnika, Z - wskaźnik szerokości pasma przekroj waca o n ajwiększych zmianach dział składnika strktry, V cez, Vpc7.- dział objętościowy cementyt, perit na powierzchni czopa. Parametry U, W, Z fnkcji (2), (3), (4) wyznaczono nmerycznie na podstawie wcześniejszych pomiarów zawartości cementyt Vc(g), perit Vp(g), i grafit VG(g). Otrzymane parametry da waców + 15 zestawiono w tabicy 2. Zmiany dział skład n ików strktry (4)

4 66 okreśone na podstawie fnkcji (2) + (4) przedstawiono na przykładzie waca nr na rys. 2. Anaityczny i graficzny zapis tych zmian dokmentje wzrost dział perit i grafit oraz spadek zawartości cementyt w strktrze koejnych warstw waca w miarę oddaania się od powierzchni beczki, rys ie 25 > 20 " :-... ' !'---.. t-- 10 o a) g(ft\""] 05 eo / V /v---:-- 65 b) Zmiana da grafit na prkroj bccdd waca. 5 i j V r , V V o o c) Rys. 2 Zmiana dział objętościowego na przekroj waca nr (pnkty- wartości pomiarowe) a) cementyt, b) perit, c) grafit g(mm(

5 Twardość w fnkcji iościowej charakterystyki zmian dział objętościowego składników strktry Na podstawie podobieństwa fnkcji () oraz (2), (3) i (4) można zbdować formły, w których zmiany twardości na przekroj waca są zdeterminowane przez adekwatne zmiany dział cementyt, perit b grafit w strktrze. W wynik otrzymano następjące wyrażenia opisjące zmianę twardości na przekroj waca żeiwnego. Twardość w jęci parametrów fnkcji zmian dział cementyt H B( g) = HB 0 U c +H Bez 60 { + exp[zc (g- WJ]} Twardość w jęci parametrów fnkcji zmian dział perit HB(g) = HB 0 P +H Bez 50 { +exp[zp (g- WP)]} Twardość w jęci parametrów fnkcji zmian dział grafit x HB(g) = HB 0 + HBcz 15 { +exp[za (g- Wa)]} (5) (6) (7) HBo - twardoś ć na powierzchni beczki, HBcz- twardość na powierzchni czopa (tw. rdzenia waca), której średnia wartość da wszystkich badanych waców wynosi 283 HB, U,, W,, Z,- parametry fnkcji zmian dział objętościowego cementyt, Up. W p. Zp- parametry fnkcji zmian dział objętościowego perit, U@, W 8, Z 8 - parametry fnkcji zmian dział objętościowego grafit. Ponieważ formły (5) + (7) posiadają tę samą postać, pozwoiło to na zbdowanie zaeżności, w której zmiana twardości na przekroj waca będzie fnkcją dział wszystkich badanych ::dników strtry metaograficzne U HB(g) = -- 0 ' + P + ' + HB 120 +exp[zc(g-w,)] +exp[zr(g-wr)] +exp(z,(g - w,)] cz (8) Bardzo dobrą zgodność przedstawionej aproksymacji zmian twardości w jęci parametrów fnkcji dział składników strktry z wartościami pomiarowymi HB(g) dokmentją zyskane parametry statystyczne równań : da (5): R=0.92, S=18.81, F=710.2, a=0.025 da (6): R=0.90, S=21.26, F=520.5, a=0.025 da (7): R=0.93, S=I6.56, F=853.1, a=o.o da (8): R=0.92, S=8.9, F=609.9, a=0.025 Przebieg fnkcji (S) + (8) jest identyczny jak formły (), rys.. Przedstawione reacje wskazją jednocześnie, że wzrost twardości jest proporcjonany do wzrost dział cementyt (por. równ. (2) i (5), (8)), którego zawartość zwiększa się w strktrze kosztem dział grafit i perit wraz z maejącą odegłością od powierzchni beczki. Konkzja o wpływie dział składników strktry zaeżnie od położenia warstwy wynika z anaizy znak człon (g-w); da

6 68 cementyt (g-we) w równani (2) jest zgodne z (5) i (8) natomiast da perit (Wp-g) i grafit (W 8 -g) w równaniach (3) i (4) ma przeciwny znak niż w reakcji (6) + (8). 3.4 Udział składników strktry okreśony na podstawie pomiar twardości Wzgędy praktyczne wskazją także na ceowość opracowania fnkcji, która pozwoiłaby na okreśenie dział składników strktry (grafit, cementyt i perit) w dowonej warstwie przekroj waca na podstawie znanych (z pomiarów HB) parametrów Uh, Wh, Zh. Metodyka opracowania takiej fnkcji jest identyczna jak wskazana w rozdziae 3.3. Poddany weryfikacji statystycznej mode możiwia dokonanie następjącego zapis: - dział cementyt HB 0 U V c(g) = h (R=0.88, S=2.93, F=402, a.=0.05) (9) 3800{1 + exp[zh (g- W h))} - dział perit Vp(g)=81.4- HBo Uh (R=0.83,S=2.66,F=266,a.=O.I) (10) 51 00{1 + exp[zh (g - W h)]} - dział grafit V g(g) = HBo Uh 13700{1 + exp[zh (g- W h)]} (R=0.94, S=0.53, F=928, a.=0.005) (Ił) HBo - twardość na powierzchni beczki, Uh, W h, Zh- parametry fnkcji zmian twardości beczki. Anaiza równań (9) + (11) i wyników pomiarów V(g) wskazje, iż wyraz wony podanych zaeżności odpowiada wartościom dział objętościowego badanych składników na powierzchni czopa waców (Vccz"" 13.23%, Vpcz "" 81.4%, Vgcz"" 5,37% obj.). 4. PODSUMOW ANIE Przedstawione wyniki badań, a zwłaszcza ich anaityczne jęcie, dokmentją iościowy związek między profiem twardości przekroj waca i zmianami jego strktry. Uzyskane formły pozwaają na obiczenie twardości w dowonym pnkcie przekroj grbościennego odew żeiwnego na podstawie znajomości parametrów fnkcji opisjących zmiany dział objętościowego składników strktry. Umożiwiają tym samym okreś enie wpływ anaizowanych składników na zmiany HB(g) w koejnych warstwach przekroj odew. Drga grpa zaeżności pozwaa na przewidywanie przebieg zmian dział objętościowego poszczegónych składników strktry wzdłż promienia waca na podstawie pomiarów twardości. Zmiany HB(g) i V(g) są konsekwencją zróżnicowanych na przekroj kokiowego odew waca warnków krzepnięcia. Da zyskania możiwości sterowania strktrą i własnościami odew, w koejnym etapie powinna zostać podjęta próba powiązania omawianych zaeżności z iościowym opisem proces krystaizacji kokiowych odewów waców htniczych.