WPŁYW NIEKTÓRYCH ZABIEGÓW OBRÓBKI METALUR- GICZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI ŻELIWA CHROMOWEGO

Transkrypt

1 112/18 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 18 (2/2) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 2006, Volume 6, N o 18 (2/2) PAN Katowice PL ISSN WPŁYW NIEKTÓRYCH ZABIEGÓW OBRÓBKI METALUR- GICZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI ŻELIWA CHROMOWEGO W. WIERZCHOWSKI 1, A. GWIŻDŻ 2 Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, Kraków STRESZCZENIE Na podstawie literatury i doświadczeń własnych wykonano próbę polepszenia własności żeliwa chromowego przeznaczonego na mielniki do mokrego mielenia materiałów ceramicznych i żeliwa chromowego przeznaczonego na mielniki do mokrego mielenia rud miedzi. Osiągnięto znaczne zwiększenie odporności na ścieranie żeliwa w ośrodku erozyjnym zawiesiny wodnej piasku przy stosunkowo małej zawartości chromu (15,9%) dzięki dodatkowi do wsadu manganu do zawartości 2,5% i poprzez zastosowanie modyfikacji żelazostopami FeV i FeTi po roztopieniu metalu. W ośrodku erozyjno-korozyjnym rudy miedzi uzyskano dobrą odporność na ścieranie żeliwa, zawierającego 15,7%Cr po modyfikacji magnezem odporność porównywalną z żeliwem o zawartości Cr około 23%. Key words: chromium cast iron, milling elements, abrasion in erosive-corrosive media, abrasion resistance 1. WSTĘP Dla potrzeb przemysłu cementowego w Polsce, aktualnie produkowane są mielniki w postaci cylpepsów i kul o wymiarach φ13 do φ80 mm z żeliwa chromowego o zawartości Cr do 15% i molibdenu do 1,0 %. W przemyśle materiałów budowlanych do mokrego mielenia piasku o zawartości wody w szlamie około 35% stosuje się mielniki o wymiarach φ16 do φ35mm. Mielniki żeliwne wytwarzane są przez odlewanie, przy czym zazwyczaj stosowana jest technologia odlewania do form piaskowych lub 1 dr inż., wwojtek@iod.krakow.pl 2 mgr inż., topienie@iod.krakow.pl 177

2 technologia odlewania do półkokil metalowych z rdzeniem piaskowym. W przypadku mielników przeznaczonych do mielenia rud cynku i rud miedzi w młynach z płytami gumowymi w zawiesinie wodnej, istotne jest zagadnienie korozji i dlatego niektóre zakłady przetwarzające rudę miedzi stosują mielniki wytwarzane ze złomu stalowego metodą kucia. Mimo, iż żeliwo wysokochromowe stanowi zbiór materiałów stosunkowo dobrze znanych, w dalszym ciągu podejmowane są prace w celu polepszenia ich odporności na ścieranie. Ma to związek przede wszystkim z rozwojem przemysłu materiałów ogniotrwałych. Z niektórych danych literaturowych [1-4] wynika, że aby zapewnić wyższą odporność na zużycie, w wielu przypadkach stosuje się żeliwa o zawartości chromu nawet do 30 % z dodatkiem takich pierwiastków jak Ni, Mo, V i Ti. Dodatek molibdenu polepsza odporność na zużycie w podwyższonych temperaturach, natomiast dodatek Ti,V ewentualnie B wpływa na podwyższenie twardości poprzez stymulowanie wydzielania węglików typu M 7 C 3 oraz wpływ na rozdrobnienie struktury. Twardość tego typu gatunków żeliwa można jeszcze zwiększyć przez zabiegi obróbki cieplnej [4] uzyskując wartości powyżej 60HRC dzięki rozdrobnionej strukturze węglików eutektycznych i węglików wtórnych. 2. MATERIAŁY PRZYJĘTE DO BADAŃ Dla realizacji celu pracy przyjęto metodę porównywania własności między żeliwem aktualnie produkowanym w jednej z firm, a wytypowanymi gatunkami żeliwa. Na podstawie doświadczeń i przemyśleń własnych oraz literatury [1-3], a także wcześniejszych prac Instytutu, wytypowano dwa gatunki żeliwa przeznaczone do badań pod kątem zastosowania ich na mielniki do rozdrabniania mokrego piasku (wytopy i próbki oznaczano literą A) oraz trzy gatunki żeliwa do badań pod kątem zastosowania na mielniki do mielenia rud miedzi (wytopy i próbki oznaczano literą W). W dwóch przypadkach próbki dla obu serii pochodziły z tego samego wytopu: próbki A0 i W0 pochodziły z wytopu A0/W0, próbki A2 i W3 z wytopu A2/W3. Wytop A0/W0 wykonano przez przetopienie złomu złożonego z kul i cylpepsów i pochodzącego z wspomnianej firmy. W pozostałych wytopach ten sam złom był podstawowym materiałem wsadowym, dlatego próbki z wytopu A0/W0 stanowiły materiał odniesienia i w dalszej części nazwany żeliwem wyjściowym. Wytopy wykonano w piecu indukcyjnym tyglowym o pojemności 10kg i wyłożeniu obojętnym. Próbki cylindryczne do badań ścieralności o wymiarach φ8 50mm odlewano do kokili miedzianej. Ponadto odlewano mielniki kule o średnicy φ20 mm w formach (stosach) piaskowych. Odlewy kul wybijano z form piaskowych zaraz po zakrzepnięciu. Podczas każdego wytopu odlewano próbkę do analizy chemicznej. W Tablicy 1 przedstawiono skład chemiczny wykonanych wytopów przy użyciu spektrometru HILGER POLYVAC typ E

3 Tablica 1. Skład chemiczny badanych stopów Table 1. Chemical analysis of experimental iron Oznaczenie Zawartość pierwiastków, % gatunku C Si Mn Cr V Ti A0/W0 2,92 0,29 0,92 14,00 0,045 0,007 A1 2,55 0,41 2,57 15,9 0,140 0,080 A2/W3 2,70 0,42 0,98 22,9 0,110 0,085 W1 *) 2,45 0,39 0,63 20,1 - - W2 **) 2,30 0,55 0,92 15,7-0,080 We wszystkich stopach zawartość: P w granicach 0,035-0,025%; S w granicach 0,044 0,025%; Ni w granicach 0,15-0,56%; Cu w granicach o,13-0,33%. *) **) Zaw. N=0,05% Zaw. Mg=0,02% 3. PRZEPROWADZONE BADANIA 3.1. Obserwacje mikrostruktury i badanie twardości Badania twardości (metodą HRC) oraz obserwacje mikrostruktury żeliwa przeprowadzono na próbkach wyciętych z kul φ20mm oraz na próbkach cylindrycznych do badania ścieralności odlanych w kokili miedzianej. Obserwacje metalograficzne wykazały w poszczególnych stopach następującą strukturę: A0/W0 - osnowa perlityczna + wydzielenia węglików wokół ziaren perlitu; A1 - osnowa austenityczna + wydzielenia węglików wokół dendrytów; A2/W3 - osnowa austenityczna + wydzielenia węglików wokół dendrytów; W1 - osnowa austenityczna + wydzielenia węglików wokół dendrytów; W2 - osnowa austenityczna + wydzielenia węglików wokół dendrytów. Udział w strukturze węglików pierwotnych i eutektycznych zmieniał się zgodnie z zawartością chromu, tj. im większa zawartość Cr, tym większy był udział węglików. W Tablicy 4 zestawiono wyniki pomiarów twardości (średnia arytmetyczną sześciu pomiarów dokonanych na próbkach pochodzących z dwóch odlewów). Tablica 2. Wyniki pomiarów twardości Table 2. Results of hardness measurements Oznaczenie gatunku Twardość HRC odlew kuli φ20mm Próbka cylindryczna φ8mm A0/W A A2/W W W

4 Dla dodatkowej oceny struktury przeprowadzono pomiary zawartości składników magnetycznych struktury żeliwa przy użyciu aparatu FERRIKOMP firmy VA- SKUT Budapeszt. W żeliwie stopowym chromowym, w temperaturze otoczenia, takimi składnikami mogą być węgliki i perlit. Uzyskane wyniki przedstawiono w Tablicy 5. Jak widać potwierdzone zostały wyniki obserwacji metalograficznych: najwyższą liczbę 90% wykazał stop A0/W0 zawierający w strukturze w zasadzie tylko fazy magnetyczne perlit i węgliki. Tablica 3. Zawartość składników magnetycznych struktury Table 3. Magnetic coponents conents Oznaczenie gatunku Zawartość składników magnetycznych struktury, % A0/W0 90 A1 10 A2/W3 20 W1 10 W Badania ścieralności erozyjnej Badania ścieralności erozyjnej przeprowadzono przy użyciu urządzenia skonstruowanego wcześniej w związku z innymi pracami [np. 5]. Pracuje ono na zasadzie pompy odśrodkowej z zamkniętym cyklem przepływu ośrodka erozyjno-korozyjnego (próbki rozmieszczone są na obrzeżach wirnika). Zastosowano prędkość obrotową 450min -1, co daje szybkość przemieszczania się próbek względem zbiornika z medium erozyjnym wynoszącą 3,7m/s. Do badań ścieralności użyto próbki cylindryczne o wymiarach: φ8 50mm. Jako parametr opisujący odporność na zużycie stopów uznano intensywność zużycia Z [mg/h] określającą ubytek masy w jednostce czasu. Wszystkie próby prowadzono w ciągu standardowego czasu 40h. Próbki z wytopów zawierających w oznaczeniu literę A (A0/W0, A1 i A2/W3) badano w ośrodku erozyjnym wodnej zawiesiny piasku kwarcowego (2,5dm 3 piasku o ziarnistości frakcji głównej 0,20/0,32/0,40 i jednorodności 84% i 4dcm 3 wody). Wyniki badań przedstawiono na rys. 1. Próbki z wytopów zawierających w oznaczeniu literę W (A0/W0, W1, W2, A2/W3) badano w ośrodku erozyjnym wodnej zawiesiny rudy miedzi (rozdrobnionej i przesianej przez sito o wielkości oczka 2mm o podobnej proporcji: 2,5dm 3 do 4dcm 3 wody). Wyniki badań przedstawiono na rys

5 Rys. 1. Obraz graficzny wyników badań odporności na zużycie w zawiesinie wodnej piasku Fig. 1. Graphic image of abrasion resistance test in the sandwater slurry 4. WNIOSKI Rys. 2. Obraz graficzny wyników badań odporności na zużycie w zawiesinie wodnej rudy miedzi. Fig. 2. Graphic image of abrasion resistance test made in the copper ore-water slurry 4.1. Dodatek Mn w ilości 2,5%, przy zawartości 15,9% chromu w żeliwie, w połączeniu z modyfikacją w stanie ciekłym, przed rozlaniem do form, dodatkami FeV i FeTi, w ilościach zapewniających zawartości 0,10 do 0,14%V i około 0,08%Ti, jest sposobem lepszym i tańszym na zwiększenie odporności żeliwa 181

6 na ścieranie w ośrodku erozyjnym zawiesiny wodnej piasku niż zwiększenie zawartości chromu do 23% Żeliwo chromowe przeznaczone na mielniki do pracy w ośrodku erozyjnokorozyjnym zawiesiny wodnej rudy miedzi powinno mieć skład chemiczny zapewniający osnowę austenityczną (przede wszystkim odpowiednia zawartość chromu), przy czym dobrą metodą polepszenia odporności na zużycie ścierne w tych warunkach może być modyfikacja magnezem. LITERATURA [1] Simitro I., Maldonado-Ruiz, Abraham Velasco, Rafael Colas, David Lopez: Wear resistance of chromium-high carbon cast irons. In. J. Cast Metals Res., 2003, 15, s [2] Murgas M., Berta I.: Austenitic abrasion resistant cast iron. Materials Engineering, Vol. 10, 2003, No.3, s.15. [3] Toru Noguchi I inni :Strength evaluation of cast iron grinding balls by repeated drop test. WEAR 231, 1999, s [4] Bryniarska J. I inni: Wpływ obróbki cieplnej na strukturę i twardość żeliwa wysokochromowego. Prace I. ODL. Rok X XXVIII, Z.4, [5] Pirowski Z., Gwiżdż A.: Odporność erozyjnao korozyjna staliwa Cr-Ni-Mo z dodatkiem azotu; Acta Metallurgica Slovaca, nr 2/98, str INFLUENCE OF SOME METALLURGICAL TREATMENT METHOD ON THE PROPERTIES OF CHROMIUM CAST IRON SUMMARY On the basis of the technical literature and the authors own experience an attempt was made to improve the properties of chromium cast iron designed for milling elements for wet grinding of sand and for wet grinding of copper ore, especially to increse the abrasion resistance in erosive-corrosive media. A considerable improvement of abrasion resistance of chromium cast iron with a relatively small chromium content (15,9%) in the erosive sand-water slurry medium was achived owing to an introducing of 2,5%Mn and after inoculation with the FeV and FeTi ferroalloys in the melt. A moderately good abrasion resistanceof chromium cast iron (15,7%Cr) was received in the erosive-corrosive medium of copper ore-water slurry, after magnesium inoculation - the abrasion resistance comparable to cast iron containing about 23%Cr. Recenzował: Prof. Andrzej Białobrzeski 182