24/17 Solidilication ol' Metais w1d Alluys, No.24, 1995 Kr..epniecie Metali i Stopów, Nr 24, 1995 PAN - Odd::.ia/ Katowi ce PL ISSN

Transkrypt

1 24/17 Soidiication o' Metais w1d Auys, No.24, 1995 Kr..epniecie Metai i Stopów, Nr 24, 1995 PAN - Odd::.ia/ Katowi ce PL ISSN WPŁYW PARAMETRÓW STRUKTURY ŻELIW A CHROMOWEGO NA WYTRZYMAŁOŚĆ NA ROZCIĄGANIE I UDARNOŚĆ STUDNICKI Andrzej, JURA Stanisław, KILARSKI Jerzy, PRZYBYŁ Marian, SUCHOŃ Jacek Katedra Odewnictwa, Foitechnika Śąska Giwice, u. Towarowa 7, POLAND STRESZCZENIE W artykue przedstawiono anaizę wyników badat1 niektórych własności mechanicznych że iwa chromowego odpornego na zużycie ścierne w pow i ąza n iu z ich st rukturą meta ograficzną. Badania prowadzono na żeiwie chromowym z dodatkami niku, moibdenu, wanadu, boru i tytanu. Badania wytrzymałości na rozciąganie i udarnośc i przeprowadzono na próbkach odewanych metodą traconego wosku i nieobrobionych mechanicznie. Próbki były w stanie hartowanym w powietrzu i odpuszczonym. Struktura badanych że i w chromowych została opisana za pomocą parametrów stereoogicznych fazy węg ikowej oraz mikrotwardości osnowy. Anaizę zebranych wyników badat1 przedstawiono w postaci równat1 statystycznych i wykresów.. WPROWADZENIE Wysoka odporność na zużycie ście rne żeiw chromowych jest ogółnie znana, gorzej z wiedzą dotyczącą, własności mechanicznych, których znajomość może znacznie rozszerzyć zakres zastosowania tego tworzywa na bardziej odpowiedziane eementy maszyn narażone podczas ekspoatacji na sinie obciążenia statyczne i dynamiczne. Badania włas no ści mechanicznych tj. wytrzymajość na rozciąganie, udarność, wydużenie itd. biaych żeiw stwarzają wiee probemów a szczegónie przygotowanie próbek. W Katedrze Odewnictwa Foitechniki Śąskiej przeprowadzono serię badat1 włas no ści mechanicznych żeiw chromowych na próbkach odewanych nieobrobionych mechanicznie zdając sobie sprawę z tego, że uzyska się gorsze wyniki niż w przypadku badań na próbkach obrobionych mechanicznie. Na przykład I..Cypin [] podaje, że da białych żeiw chromowych wyniki wytrzymałości na zginanie uzyskiwane na próbkach odewanych są o okoo 16% niższe od wyników uzyskiwanych na prów<ach obrobionych mechanicznie. Wydaje się jednak, że nie ma to istotnego znaczenia gdy poszukuje się wpywu parametrów

2 108 struktury żeiwa chromowego na własności mechaniczne. Otrzymane wyniki badań potwierdziły oczekiwany wpływ anaizowanych parametrów struktury na własności mechaniczne, co daje duże możiwości sterowania tymi własno śc iami poprzez ceowe kształtowanie struktury metaograficznej już w czasie krystaizacji żeiwa. 2. MATERIAŁ DO BADAŃ I ICH PRZEBIEG Żeiwami wyjściowymi do caego cyku badań własności mechanicznych były żeiwa chromowe (ok.8 %Cr) o zawartości węg a na dwóch poziomach (2.4 %C i 3.3 %C) wytopione w piecu eektryczym ukowym o wyłożeniu obojętnym. Wytopy dośw iadczane prowadzono w tygowym piecu indukcyjnym o wyłożeniu obojętnym i pojemno śc i 30 kg. Do żeiwa chromowego wyjściowego w czasie wytopów wprowadzono dodatki stopowe tj. Ni, Mo, V, B i Ti w postaci żeazos topó w. Wytopy 3+7 przed zaawaniem form odewniczych modyfikowano stopem z ło żonym Fe-V -B-Ti w iości 0.5 % masy metau. Skiady chemiczne poszczegónych wytopów żeiw przedstawiono w tabei. Tabea Wyniki anaizy chemicznej żeiwa chromowego Resuts of chemica anaysis of chromium cast iron Wywpy SkłuJ ~o:h..:mi c:wy [%1 c S i M n Cr Ni Mo V B T i ! ' O.Q! O.G20 0..\R 0.7X Próbki do bada1\ wytrzymałości na rozciąganie i udarności przygotowano metoda traconego wosku zgodnie z PN-90/H Na rys.! pokazano zdjęcie surowego odewu próbek wraz z uk.adem wewowym uzyskanego z formy ceramicznej. Próbki do badań własności mechanicznych poddano obróbce ciepnej (hartowanie w powietrzu i odpuszczanie w trzech temperaturach) aby uzyskać trzy poziomy twardości próbek tj. około 40, 50 i 60 HRC. Pomiary udarności wykonano na młocie Charpy o energii całkowitej 15 J zgodnie z PN- 79/H na próbkach odewanych bez karbu. Próby statycznego rozciągania przeprowadzono na próbkach odewanych wacowych z łbami zgodnie z PN-91/H na uniwersanej maszynie wytrzymałościowej INSTRON 1195 (zakres obciąże1\ 20 kn przy prędko śc i trawersy 2 mm/ min). Następnie próbki po badaniach wytrzymałości na rozciąganie wykorzystano do pomiarów mikrotwardości osnowy, twardości i parametrów stereoogicznych węgików. Pomiary mikrotwardości osnowy wykonano zgodnie z PN-79/H na twardościomierzu Ranemanna D-32. Zgłady do badań iościowych zostały przygotowane

3 standardową metodą metaograficzną. Do trawienia dobrano taki odczynnik który barwi tyko osnowę że iw a a węgiki pozostawia jasne. Przygotowano odczynnik o skadzie: 70 %HC1; 2S %H 2 S0 4 ; S %FeCI 3. Tym odczynnikiem zg łady trawiono na gorąco przez S do 10 min. Do iościowego opisu fazy węgikowej wykorzystano komputerowy anaizator obrazu MAGISCAN 2AR firmy Joyce Loeb. Pomiary prowadzono na ekranie monitora z o żonego z 512x512 punktów. Da zastosowanego obiektywu x40 współczynnik kaibracji wynosi J.!mpunkt a powierzchnia poa pomiarowego równa się S8413 J.tm 2 Da każdego obiektu (węgika) i poa pomiarowego wykonano pomiary następujących parametrów stereoogicznych: BL - długość; BB - szerokość; BP -obwód; BD -poe powierzchni; Vv - udział objętościowy obiektów. Przeprowadzono pomiary na 30 poach da każdej próbki. Na rys.2 przedstawiono sposób wykorzystania próbek wytrzymałościowych do badai1 twardości, mikrotwardości osnowy i stereoogii fazy węgikowej. 109 ukł.ad wewowy udarnościowe Rys.! Zdjęcie surowego odewu próbki z ukadem wewowym Fig. Photo of casting - specimens and gating system 30 pó pomiarowych pomiar HRC 06 -=m=-=-. / -p, ~ LJ Rys.2 Próbki do pomiaru twardości, parametrów struktury i rozkad pó pomiarowych Fig.2 Specimens for hardness test, quantitative anaysis and distribuion of measuring fieds

4 WYNIKI BADAŃ I ICH ANALIZA Uzyskane wyniki badań pozwoiły na opracowanie wpływu mikrotwardości osnowy oraz parametrów stereoogicznych węgików na wytrzymajość na rozciąganie i udarność. Wyniki badań własności mechanicznych zestawiono w tabei 2. Tabea 2 Własności mechaniczne badanych żeiw chromowych Mechanica properties of chromiurn cast i1 on Nr 0-.Gm c:.t.: ni c= HRC ~ H V(0.03) wytopu próbd :: K J/cm::! R,. MPa K K79 J-2 49 SK I J HH K KO K7 3.X W pracy wykonano na podstawie wyników pomiarów parametrów stereoogicznych węgików histogramy następujących rozkładów: NaBD=f(BD) -io ści węgików w 15 kasach ich wiekości BD w mm 2, NaC = f( C) - iości węgików w 15 kasach współczynnika kształtu C w 1/ mm 2, VvC=f(C) -udziału objętościowego węgików w 15 kasach wspóczynnika kształtu C w %. Na rys.3 przykładowo przedstawiono histogram VvC da wytopu 5. Współczynnik ks z tałtu C definiowany jest w następujący sposób: c =,f4itif5 BP C przyjmuje warto śc i z przed z iału i da C= węgik ma kształt kuisty. (1)

5 Kasy WSI>óczynuika kszt:~tu C Ił " mo 1.akrtsy kiu i o.jn- 0. 1))-ł 0.. ~ :! :! '! JS O.;łJ~ 0. ;\33-ł o... ooo O. oł667 ~ ) 8 :> o.s:u.a 6 0.5;\: ' JJ.ł O.HUOO > ~ ~ 2 o ~ ~ g Kasy C 111 Rys.3 Ro z kład udziału objęto ściowego węg i ków w kasach współczynnika ks z tałtu C - WYTOP 5 Fig.3 Distribution of vołume fraction of carbides in casses of form factor C - MELT 5 Obiczenia statystyczne prowadzono metodą regresji krokowej. Przyjęto iniowy mode równania regresji, który ujmował mikrotwardość osnowy oraz paramet~y stereoogiczne węgików. W wyniku obiczeń uzyskano następujące zaeżności matematyczne:. Wpływ parametrów struktury na wytr z ymałość na rozciąganie Rm = f.lhv- 9.4 Vv Vve" (2) Parametry srarysryczne: A=517 MPa, Srd=49 MPa, R=0.81, F=., a=o. 2. Wpływ parametrów struktury na udarność K = O.OOOS f.lhv Vv NaBD (3) Parametry srarysryczne: A=4.84 Jcm 2, Srd=0.20 J/cm 2, R=0.83, F=8.40, a=0.1 gdzie: 11HV - mikrotwardość osnowy, Vv -udział objętościowy węgików w %, Vve" - udział objętościowy węgików w preferowanych 4 ( ) kasach współczynnika ksztatu C w %, NaBD* -iość węgików w preferowanych 8 ( ) kasach ich wiekości w mm 2, A -warro.fć śre dnia, Srd -odchyenie standardowe, R -wpóct""nik koreacji, F -rest Fishera, a -poziom isrornoki.

6 PODSUMOWANIE Przeprowadzone badania potwierdzają tezę, że parametry struktury żeiw chromowych mają istotny wpyw na wasności mechaniczne. Z wyznaczonych zaeżności widać, że da badanej grupy żeiw wysoka mikrotwardość osnowy oraz duży udzia objętościowy węgików gbniżają własności mechaniczne, natomiast ujawnia się korzystny wpływ drobnych węgików o wysokim współczynniku ksztatu C zbiżającym się do. Poprawę wy trzymałości na rozciąganie i udarność można uzyskać poprzez zmiękczenie osnowy co wiąż e się z obni żeniem twardości żeiwa. Podobnego wyniku można się spodziewać dob ierają c żeiwo z mniejszym udziałem fazy węgikowej. Powyższe zabiegi mogą jednak prowadzić do znacznego pogorszenia odporności na ścieranie, co często nie jest wskazane. Metodą na podwy ższe nie własności mechanicznych bez ujemnych skutków da odporności na zuż y c ie może być modyfikacja fazy węgikowej w kierunku tworzenia podczas krystaizacji dużej iości drobnych węgików o wysokim wspóczynniku ksztatu tj. węgików o zaokrąg on yc h ksztatach. LITERATURA. Cypin I. I.: Bieyje iznosostojkije czuguny - struktura i swojstwa. "Mietaurgija", Moskwa Laird G.,Niesen R.L.,Macmian N.M. : On the nature of eutectic carbides in Cr-Ni white cast iron. Metaurgica Transactions A, vo.22a, E-Ghazay S.A. : Optimizing structure, toughness and wear performance of 15 % Cr cod work cast too stee. Stee Research, No 2, C waj na J.: Iościowy opis struktury stopów narzędziowych i jego zastosowanie. Zeszty Naukowe Po.Śąsk.iej. Hutnictwo, z.39, Radu1ovic M.,Fiset M.,Peev V.: The infuence of vanadium on fracture toughness and abrasion resistance in high chromium cast irons. Journa of Materias Science, No 29, 1994, Fusheng H.,Chaochang W.: Modifying high Cr-Mn cast iron with boron and rare earth Si aoy. Materia s Science And Technoogy, vo.5, Badania własne Katedry Odewnictwa Poitechnik.i Śąskiej. THE INFLUENCE OF STRUCTURE OF CHROMIUM CAST ffion ON TENSILE STRENGHT AND IMPACT RESISTANCE This pa per presents the infuence o f structure of chromi u m cast iron with Ni, Mo, V, B, Ti on tensie strenght and impact resistance. The specimens were performed by ost wax process. Structure of chromium cast iron after heat treatment was described by the stereoogica parameters of carbides and microhardness of matrix. Resuts of the investigations are presented as mathematica reationships and diagrams.