Solidiflkation o f Metais and Alloys. No 26, Krz.epnięcie Metali i Stopów, Nr 26, 1996 PAN. Oddział Katowice PL ISSN

Transkrypt

1 26/23 Solidiflkation o f Metais and Alloys. No 26, 1996 Krz.epnięcie Metali i Stopów, Nr 26, 1996 PAN. Oddział Katowice PL ISSN POPRA W A JAKOŚCI ŻAROWYTRZYMAŁYCH STOPÓW PRZEZ ZASTOSOWANIE FILTRÓW PIANKOWYCH 1 TR YTEK Andrzej Folitechnika Rzeszowska, ul. W. Poła 2, Rzeszów l. WSTĘP Otrzymanie stopu o wymaganych właściwościach związane jest ze ścisłym zachowaniem wszystkich parametrów technologicznych począwszy od przygotowania wsadu aż do wybicia odlewu z formy. Bardzo ważnym zagadnieniem jest czystość żarowytrzymałych stopów niklu, z których wykonuje się odlewy łopatek i tarcze turbin silników lotniczych. Zanieczyszczenia stopów w postaci wtrąceń niemetalicznych, głównie tlenków, obniżają silnie ich właściwości użytkowe. Szczególnie istotne staje się więc zagadnienie sposobu oczyszczania stopu w stanie ciekłym. Jedną z ważnych metod usuwania stałych zanieczyszczeń w ciekłym metalu jest zastosowanie filtrów. W pracy podjęto próbę ustalenia wpływu wytypowanych filtrów krajowych na czystość stopów żarowytrzymałych. W tym celu przeprowadzono badania polegające na: wytypowaniu futrów piankowych, odlewaniu stopów w gatunku ŻS6KWI i 713C z zastosowaniem filtrów, badania mikrostrukturalne filtrów 1 Badania zrealizowano w ramach pracy magisterskiej pod kierownictwem dr inż. Barbary Olszowskiej-Sobieraj - Wydział Odlewnictwa AGH Kraków.

2 186 i stopów, badania z wykorzystaniem roikroanalizatora rentgenowskiego, ocenie ilościowej wtrąceń niemetalicznych w badanych stopach Działanie strugi ciekłego metalu stawia rygorystyczne wymagania co do materiałów ogniotrwałych stosowanych na filtl)'. Filtl)' wykonane z materiałów ogniotrwałych powinny być odporne na zmęczenie cieplne i oddziaływanie chemiczne oraz mieć dostateczną wytrzymałość mechaniczną w temperaturze ciekłego metalu. Zastosowanie filtra nie powinno powodować obniżenia temperatury ciekłego metalu. Koszt filtrów powinien być zrekompensowany zmniejszeniem ilości braków. 2. MECHANIZM FIL TRACJI Mechanizm filtrowania ciekłego metalu polega na zaklinowaniu większych ziarn wewnątrz kanalików filtra, zatrzymywaniu zanieczyszczeń na powierzchni czołowej filtra (ziarna piasku, cząstki materiałów ogniotrwałych, żużel) i osadzeniu drobnych zanieczyszczeń w całej objętości filtra (rys.l) [ 1 ]. ł /tiw/tslntl CI Ft ltr b) P/o<el< f t/tro<yj ny ftitr Rys. l. Mechanizm filtracji (schemat). Najbardziej odpowiednie do zastosowania są filtl)', w których dominuje mechanizm filtrowania w całej objętości (filtr piankowy) [1,2]. Specyficzna budowa filtra piankowego wpływa na wydłużenie drogi przepływu metalu powodując istotną poprawę_ czystości metalu (rys.2).

3 187 a) b) lo Rys. 2. Filtr piankowy. a) przepływ metalu przez filtr, b) struktura filtrów piankowych

4 188 Wzrost ilośc i zanieczyszczeń we wnętrzu filtra zwiększa opór przepływu metalu. Wyróżnia się trzy etapy filtrowania (rys.3) [3]: Faza I- całkowite wychwytywanie wtrąceń, Faza II - częśc iowe blokowanie filtra, zmniejszanie p rędkośći przepływu, Faza III - całkowita blokada filtra. Pr~dkoś~ przepływu ciekłego stopu fual FilZIIII F11211lll L ~ ~ Czas Rys.3. Krzywa filtrowania c iekłego stopu [4]. 3. BADANIA WŁASNE J.l.Dobór fdtra Piankowe filtry krajowe zalecane do odlewania żarowytr.tymałych stopów niklu metodą wytapianych modeli powinny zawierać, wg danych producenta, Zr % i Si0 2-32%. Filtry te powinny charakteryzować się następującymi właściwościami : ogniotrwałość zwykła sp porowatość zwykła % wytrzymałość na ściskanie ,2-2,5 MPa grubość.ścianki filtra ,4-0,5 mm wielkość oczek filtra ilość oczek na cal długości lo - 15

5 Wykonanie wytopów Wytopy żarowytrzymałych stopów na osnowie niklu wykonano w piecu indukcyjnym próżniowym firmy Balzers. Składy chemiczne stopów użytych do badań zestawiono w tablicy l. Tablica l. Składy chemiczne stopów niklu Gatunek Skład chemiczny % stopu c S i Mn p Cr s Mo Nb+ T i AJ Co Fe w ŻS6KWI 0,14 0,075 0,02-9,9 0,005 4,0-2, ,1 5,1 reszta 713C 0,13 1,62 1,37-12,86 0,005 4,48 2,39 0,87 6,00 0,01 0,55 - reszta Ta Ni Odlewy próbne wykonano bez i z zastosowaniem filtrów piankowych o wielkości oczek 15. Filtry montowane były w układzie wlewowym (tys.4). Formy wygrzewano w temperaturze l 050 C a następnie zalewano stopem o temperaturze 1630 C, w czasie 10 s. FIHr Miejsce klejenia Forma ceramiczna Rys.4. Sposób montowania filtra w formie ceramicznej.

6 Badania makro i mikroskopowe filtrów po pracy Badania makroskopowe Obserwacji makroskopowej poddano wszystkie filtry. Najbardziej typowe charakterystyczne zmiany, które zaobserwowano po przefiltrowaniu stopów, przedstawiono na rysunku 5. Okazuje się że filtry ulegają defom1acji. Rys. 5. Przekrój filtra po pracy. Na górnej powierzclmi widoczne są wżery głównie w środkowym obszarze filtrów. Obszary te zapełnione są tlenkami i zakrzepłym metalem Badania składu chemicznego Analizę składu chemicznego stosowanych w badaniach filtrów przedstawia rysunek r r r-- " FeO ZrOz Rys. 6. Skład chemiczny badanych filtrów piankowych.

7 Między składem chemicznym filtrów podanym przez producenta a badanych przy użyciu mikroanalizy rentgenowskiej występują różnice. 191 Ocena ilości wtrąceń niemetalicznych zatrzymywanych przez filtr Dla oceny skuteczności dz i ałania filtra określono z zastosowaniem ilościowej analizy metalograficznej (metoda siatkowa) ilość wtrąceń w stopie przed i po jego filtracji. Do analizy pobrano trzy próbki metalu przed i trzy po filtracji. Uzyskane wyniki zestawiono w tablicy 2. Tablica 2. Wyniki ilościow ej analizy metalograficznej wtrąceń niemetalicznych. Gatunek Udział objętościoy,y wtrąceń Udział objętościoy,y wtrąceń stopu niemetalicznych w próbkach bez filtra niemetlilicznych w próbkach z filtrem V, (%] Srednie V, (%] V, [% J Srednie V, [%] 0,30 0,26 ŻS6KWI 0,34 0,3 1 0,2-ł 0, 26 0,29 0,28 0,18 0,12 713C 0,2 1 0,20 0, ,21 0,16 4. PODSUMOW ANIE l WNIOSKI Okazało stę, że ilość wtrąceń niemetalicznych zależy od rodzaju stopu. Zastosowane filtry z jednakową skutecznością oczyściły badane stopy (rys. 7). W związku z tym dalsze prace związane będą ze skutecznością wielokrotnego filtrowania i zastosowaniem filtrów o większej ilości oczek.

8 192 Vv 1" o. z o 0.26 ~ Bezfiltra L=:J Z filtrem Wartość średnia o. to ŻS6KWI Gatunek stopu 713C Rys.7. Wpływ filtrowania na udział objętościowy wtrąceń niemetalicznych. Analiza zachodzących zjawisk w procesie filtrowania stopów niklu z zastosowaniem filtrów produkcji krajowej wskazuje na potrzebę prac nad poprawą ich żywotności poprzez zwiększenie odporności na zużycie (obniżenie podatności na tworzenie wżerów, makro i mikropęknięć oraz odkształceń). Odchyłki składu chemicznego stosowanych filtrów od składu podanego przez producenta świadczyć mogą o braku stabilności procesu technologicznego ich wytwarzania. Może to mieć wpływ na właściwości użytkowe tych wyrobów. LITERATURA l. Piech K., Siwecki K.: Charakterystyka i zastosowanie filtrów ceramicznych. Technologia i Jakość, Instytut Odlewnictwa w Krakowie, Kraków Podrzucki Cz.: Perspektywy rozwoju wytwarzania odlewów z żeliwa wysokojakościowego w warunkach krajowych. ZN Metalurgia i Odlewnictwo nr 125, AGH Kawecka-Cebula E., Kalicka Z.: Filtrowanie stali, Hutnik-Wiadomości Hutnicze, 1994, nr 3, str Khan P.R., Su W.M.: Flow of Duetile Iron Through Ceramie Filtersand the Effects on the Dross and fatique Properties. AFS Transactions 1987, s