13/42 OBRÓBKA CIEPLNA BRĄZU ALUMINIOWEGO KRZEPNĄCEGO POD CIŚNIENIEM

Transkrypt

1 13/42 Solidification of Metais and Ałloys, Year 2000, Volume 2, Book No 42 Krzepnięcie Metali i Stopów, Rok 2000, Rocznik 2, Nr 42 P AN-Katowice, PL ISSN OBRÓBKA CIEPLNA BRĄZU ALUMINIOWEGO KRZEPNĄCEGO POD CIŚNIENIEM Barbara WIERZBICKA Katedra Odlewnictwa, Politechnika Częstochowska Al. Armii Krajowej 19, Częstochowa STRESZCZENIE Określono wpływ zabiegu obróbki cieplnej (hartowania i odpuszczania) na mikrostrukturę i twardość HB brązu aluminiowego BA1032 krzepnącego przy oddziaływaniu ciśnienia. Stwierdzono, że zabieg prasowania w stanie ciekłym powoduje na tyle efektywne rozdrobnienie struktury, że może być traktowany jako zamienny zamiast zabiegu ulepszania cieplnego. Natomiast w przypadku konieczności uzyskania silnego umocnienia masywnego odlewu z brązu BA l 032, należy łączyć zabieg prasowania i obróbki cieplnej. l. WPROW ADZENIE Brązy aluminiowe charakteryzują się zespołem właściwości, dzięki którym należą do najczęściej stosowanych stopów miedzi. Obok wysokiej odporno ś ci na działanie korozyjne kwasów nieorganicznych i organicznych, wody zwykłej i morskiej, stopy te posiadają dobre właściwości łożyskowe, dobrą przewodność elektryczną i cieplną oraz piękną złocistą barwę [l]. Ponadto brązy aluminiowe wykazują dobre własności mechaniczne w normalnych i podwyższonych temperaturach, są też odporne na ścieranie i kawitację. Dodatkową cenną cechą tych brązów aluminiowych, w mikrostrukturze których występuje eutektoid, jest możliwość ich obróbki cieplnej. Zabieg ten pozwala na wzrost Rm do 25%, a twardości HB około 20% [l]. W stopach tych

2 118 w przypadku szybkiego chłodzenia może zachodzić przemiana martenzytyczna [2, 3, 4, 5, 6]. Niekiedy podczas chłodzenia ciągłego przemiana martenzytyczna i eutektoidalna mogą przebiegać jednocześnie. Zachodząca w układzie metastabilnym przemiana martenzytyczna stwarza możliwości ulepszania cieplnego (hartowanie i odpuszczanie). Uzyskana w wyniku szybkiego chłodzenia iglasta faza martenzytyczna B' podczas odpuszczania (wygrzewania w temperaturze poniżej przemiany eutektoidalnej) ulega przemianie: B' ---7 a + y z. Faza Yz wydziela się w formie drobnodyspersyjnej, co daje efekt umocnienia materiału. We wcześniej prowadzonych badaniach własnych [7] stwierdzono możliwość umocnienia stopów miedzi poprzez ich prasowanie w stanie ciekłym. W obecnym opracowaniu określono efekt obróbki cieplnej brązu aluminiowego BA l 032, którego struktura pierwotna została ukształtowana przez oddziaływanie ciśnienia w procesie krzepnięcia. 2. METODYKA I WYNIKI BADAŃ Materiał badawczy w postaci odlewów walcowych o wymiarach: h = 105 mm, d= 65 mm uzyskano przez wprowadzenie roztopionego stopu BA l 032 do specjalnej formy metalowej, pozwalającej na prasowanie ciekłego metalu. Budowę stanowiska doświadczalnego i sposób realizacji doświadczenia opisano we wcześniejszych publikacjach [7, 8]. Otrzymano odlew zakrzepły bez oddziaływania ciśnienia (nazywany dalej odlewem grawitacyjnym) oraz odlewy zakrzepłe odpowiednio przy ciśnieniu 170 i 340 MPa. Z odlewów wycięto próbki, które bądź pozostawiono w stanie surowym, bądź hartowano (900 C/ 2 h, zimna woda), bądź też hartowano U.w.) i następnie odpuszczano (500 C/ 2 h). Wykonane zgłady trawiono odczynnikiem Mil8Cu i poddano obserwacji metalograficznej. Następnie pomierzono twardość HB (d= 5 mm, F = 2450 N, t = 30 s). Wyniki pomiarów twardości (średnia z 5 pomiarów) podano w tabeli l, natomiast na rys. l 7 8 przedstawiono mikrofotografie badanych próbek. Tabela l. Wyniki pomiaru twardości HB próbek brązu BAJ 032 Table l. BA1032 bronze hardness (HB)- results of measurements Nr próbki Ciśnienie prasowania [MPa] Stan HBśr l O, l lany O, l ulepszany cieplnie lany ulepszany cieplnie lany ulepszany cieplnie 145

3 119 Rys. l. Mikrostruktura odlewu grawitacyjnego z brązu BA l 032, pow. l 00 x Fig. l. Microstructure of BA1032 bronze gravity casting, magn. 100 x Rys. 2. Mikrostruktura odlewu grawitacyjnego z brązu BA l 032, próbka obrabiana cieplnie (hartowanie 900 C/2 h, odpuszczanie 500 C/2 h), pow. 100 X Fig. 2. Microstructure of BA1032 bronze gravity casting, heat-treated sample (quench hardening 900 C/2 h, tempering 500 C/2 h), magn. 100 X

4 120 Rys. 3. Mikrostruktura odlewu ze stopu BAJ 032 prasowanego w stanie ci e kłym przy p= 170 MPa, pow. 100 x Fig. 3. Microstructure of BA1032 bronze casting pressed in liquid state at 170 MPa pressure, magn. 100 x Rys. 4. Mikrostruktura odlewu ze stopu BA l 032 prasowanego w stanie ciekłym przy p= 170 MPa, próbka obrabiana cieplnie, pow. 100 x Fig. 4. Microstructure of BA1032 bronze casting pressed in liquid state at 170 MPa pressure, heat-treated sample, magn. 100 x

5 121 Rys. 5. Mikrostruktura odlewu ze stopu BA l 032 prasowanego w stanie ciekłym przy p = 340 MPa, po w. 100 x Fig. 5. Microstructure o f BA 1032 bronze casting pressed in liquid s ta te at 340 MPa pressure, magn. 100 x Rys. 6. Mikrostruktura odlewu ze stopu BA l 032 prasowanego w stanie ciekłym przy p = 340 MPa, próbka obrabiana cieplnie, pow. 100 x Fig. 6. Microstructure of BA1032 bronze casting pressed in liquid state at 340 MPa pressure, heat-treated sample, magn. 100 x

6 122 Rys. 7. Faza martenzytyczna obserwowana w próbce pobranej z cxilewu grawitacyjnego, poddanej zabiegowi hartowania ( h, zimna wcxia), pow. 400 x Fig. 7. Martensitic phase observed in a sample taken from the gravity casting, subjected to quench hardening (900 C/2 h, cold water), magn. 400 x Rys. 8. Faza martenzytyczna obserwowana w próbce pobranej z odlewu prasowanego pod ciśnieniem p= 170 MPa, poddanej zabiegowi hartowania (900 C/2 h, zimna woda), pow. 400 x Fig. 8. Martensitic phase observed in a sample taken from the casting pressed at 170 MPa pressure, subjected to quench hardening ( h, cold water), magn. 400 x

7 123 Analizując wyniki badań można stwierdzić, że zarówno obróbka cieplna, jak i przyłożenie nacisku na krzepnący stop BAl 032 powodują silne rozdrobnienie struktury. Wpływ ciśnienia jest szczególnie widoczny przy ciśnieniu prasowania 170 MPa, dalszy wzrost ciśnienia powodował stosunkowo niewielkie zmiany mikrostruktury. Ilościowo efekt umocnienia można szacować na podstawie zmian twardości. I tak: obróbka cieplna odlewu grawitacyjnego spowodowała przyrost HB o 21%, natomiast w wyniku prasowania ciśnieniem 170 MPa twardość HB wzrosła o l 0%. Łącznie przeprowadzony zabieg prasowania i obróbki cieplnej spowodował przyrost twardości o 24%. Z danych tych wynika, że obróbka cieplna odlewu prasowanego owocuje mniejszym niż dla odlewu grawitacyjnego efektem umocnienia. Można przypuszczać, że drobnodyspersyjna struktura odlewu prasowanego (rys. 3, 5) zawiera częściowo fazę martenzytyczną ~-oraz eutektoid (a. + Y2). Zabieg hartowania próbki prasowanej pozwala na uzyskanie w pełni ukształtowanej iglastej fazy martenzytycznej (rys. 8), podczas gdy w strukturze hartowanego odlewu grawitacyjnego (rys. 7) przechłodzona faza zawiera także produkty przemiany eutektoidalnej. 3. PODSUMOW ANIE Dla potrzeb praktyki przemysłowej można przyjąć, że zabieg prasowania można traktować jako zamienny zamiast zabiegu ulepszania cieplnego. Natomiast w przypadku konieczności uzyskania silnego umocnienia masywnego odlewu z brązu BA1032 należy łączyć zabieg prasowania i obróbki cieplnej. LITERATURA [l] Górny Z.: Odlewnicze stopy metali nieżełaznych. WNT, Warszawa 1992 [2] Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo teoretyczne. Skrypt AGH nr 984, Kraków 1985 [3] Adamski Cz., Bonderek Z., Piwowarczyk T.: Mikrostruktury odlewniczych stopów miedzi oraz cynku. Wyd. "Śląsk", Katowice 1972 [4] Tokarski M.: Metaloznawstwo metali i stopów nieżelaznych w zarysie. Wyd. "Śląsk", Katowice 1985 [5] Rostokev W., Dworak J. R. : Interpretation of Metallographic Structures. Academic Press, London 1965 [6] Chadwick G. A.: Metallography of phase transformations, London 1972 [7] Wierzbicka B.: Właściwości i struktura stopów miedzi krzepnących pod ciśnieniem. Przegląd Odlewnictwa, nr l, 1995, s. 9 [8] Wierzbicka B.: Krzepnięcie pod ciśnieniem stopów aluminium. Przegląd Odlewnictwa, nr 3, 1991, s. 98

8 124 HEA T TREA TMENT OF THE ALUMINIUM BRONZE SOLIDIFIED UNDER PRESSURE ABSTRACT There has been described the influence of heat treatment (quench hardening and tempering) on the microstructure and Brinell hardness (HB) of BA1032 aluminium bronze solidified under pressure. It has been stated that pressing operation performed in liquid state causes an effective refinement of the structure to such a degree that the process can be considered as interchangeable with heat treatment. However, when a noticeable hardening of the structure is necessary for a massive casting of BA1032 bronze, both pressing and heat treatment should be applied.