HARTOWANIE I ODPUSZCZANIE WALCOWANEGO NA GORĄCO ŻELIWA SFEROIDALNEGO

Transkrypt

1 44/19 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 19 Archives of Foundry Year 2006, Volume 6, Book 19 PAN - Katowice PL ISSN HARTOWANIE I ODPUSZCZANIE WALCOWANEGO NA GORĄCO ŻELIWA SFEROIDALNEGO T. SZYKOWNY 1, T. GIĘTKA 2 Katedra Inżynierii Materiałowej, Wydział Mechaniczny, Akademia Techniczno-Rolnicza w Bydgoszczy, ul. S. Kaliskiego 7, Bydgoszcz STRESZCZENIE Próbki niskomiedziowego żeliwa sferoidalnego o początkowej grubości 3mm austenityzowano w temperaturze 920 C, walcowano ze zgniotem 33% i oziębiano w wodzie. Następnie przeprowadzono odpuszczanie w temperaturze C. Dla celów porównawczych przeprowadzono taką samą obróbkę cieplną żeliwa nieodkształcanego. Wykonano badania metalograficzne, mikrofraktograficzne, dyfrakcyjne rentg e- nowskie oraz pomiary twardości. Key words: ductile cast iron, rolling, hardening, tempering 1. WSTĘP Połączenie obróbki cieplnej z obróbką plastyczną stwarza możliwości podwyższenia własności wytrzymałościowych stopów żelaza z węglem. Zauważyć można obecnie zainteresowanie taką obróbką w stosunku do żeliwa sferoidalnego [1, 2, 3, 4]. Autorzy pracy [1] walcowali na gorąco żeliwo sferoidalne niskostopowe w zakresie temperatury 1050 do 900 C z sumarycznym zgniotem 68%. Żeliwo chłodzono w powietrzu. Połączenie zgniotu na gorąco i normalizacji pozwoliło uzyskać wytrzymałość na ro z- ciąganie 1030 MPa przy wydłużeniu względnym 5,5%. Odkształcenie plastyczne na gorąco nie jest tylko sposobem kształtowania wyrobu, lecz również znacznie podwyższa kompleks jego własności w stosunku do żeliwa lanego. Celem pracy jest próba określenia wpływu walcowania na gorąco żeliwa, na stru k- turę i twardość po hartowaniu martenzytycznym i odpuszczaniu. 1 dr inż., tadeusz.szykowny@atr.bydgoszcz.pl 2 mgr inż., tgietka@atr.bydgoszcz.pl 349

2 2. METODYKA BADAŃ Do badań przyjęto żeliwo sferoidalne niskomiedziowe o składzie chemicznym podanym w tabeli 1. Tabela 1. Skład chemiczny żeliwa, % mas Table 1. Chemical composition of ductile cast iron, % mass Składnik C Si Mn P S Cr Cu Ti Mg %, mas. 3,76 3,07 0,35 0,07 0,04 0,04 0,48 0,024 0,06 Żeliwo posiada strukturę perlityczno-ferrytyczną (około 10% ferrytu) i kwalifikuje się do gatunku żeliwa EN-GJS Żeliwo wytopiono w piecu indukcyjnym tyglowym sieciowej częstotliwości o pojemności 3,5 tony. Sferoidyzację przeprowadzono zaprawą MgCuCe a modyfikację żelazokrzemem FeSi75.Odlano próbki YII do form wilgotnych. Z prostopadłościennych części klina YII pobrano próbki o średnicy 20mm, i grubości 3mm. Próbki poddano obróbce zgodnie ze schematem przedstawionym na rysunku 1. Rys. 1 Schemat obróbki cieplnej żeliwa sferoidalnego, a) odkształcanego wariant I, b) nieodkształconego, wariant II Fig. 1 The diagram of thermal processing of ductile cast irona) straining variant I, b) unstraining variant II Wariant I obróbki żeliwa polegał na austenityzacji w temperaturze 920 C przez 15 min., bezpośrednim walcowaniu ze zgniotem 33 % i oziębianiu w wodzie. W wariancie II obróbki żeliwo hartowano martenzytycznie. Próbki odpuszczano w temperaturze 250, 350, 450, 550, 600 C przez 1 godzinę. Na wszystkich próbkach dokonano pomiarów twardości metodą Rockwella w skali C. Próbki obrobione według wariantu I poddano badaniom mikroskopowym, dyfrakcyjnym rentgeno wskim oraz mikrofraktograficznym przełomów przy użyciu SEM. 350

3 ARCHIWUM ODLEWNICTWA 3. WYNIKI BADAN WRAZ Z ICH ANALIZĄ Mikrostrukturę oraz mikrofraktografię przełomów żeliwa obrobionego wg. wariantu I przedstawia tab. 2 Tabela 2. Wyniki badań metalograficznych i faktograficznych żeliwa Table 2. The results of metallographic investigations and the fractographic of ductile cast iron Temp.odp Mikrostruktura pow. 1000x 0 Mikrofraktografia pow. 1000x C traw. 2% HNO 3 Bez odpuszczania 250 C 350 C 450 C 550 C 600 C 351

4 Osnowa żeliwa nieodpuszczonego składa się z tetragonalnego martenzytu i a u- stenitu z widocznymi pasmami poślizgi i bliźniakami. Badania dyfrakcyjne (rys. 2a) wykazały, że tetragonalność martenzytu c/a jest nieduża i wynosi 1,0268 [5]. Dyfraktogramy żeliwa przedstawiono na rysunku 2. a) b) c) d) Rys. 2. Dyfraktogram żeliwa a) hartowanego, odpuszczanego w temperaturze b) 250 C, c) 350 C, d) 450 C Fig. 2. X-ray diffraction photograph of ductile cast iron a) hardening and tempering in temperature b) 250 C, c) 350 C, d) 450 C Odpuszczanie w temperaturze C powoduje zanik tetragonalności martenzytu (rys. 2b). Austenit zachowuje się w strukturze żeliwa odpuszczonego do 350 C (rys. 2c). Parametr sieciowy austenitu wzrasta z temperaturą odpuszczania natomiast parametr fazy α wykazuje ciągły spadek (rys. 3). 352

5 Twardość, HRC a γ, nm a α, nm ARCHIWUM ODLEWNICTWA 3,65 3,64 3,63 3,62 3,61 3, Todp, 0 C Rys. 3. Wpływ temperatury odpuszczania na parametr sieciowy austenitu i ferrytu Fig. 3. The influence of temperature of tempering on network parameter of austenite and the ferrite Szerokość połówkowa linii (110) fazy α zmniejsza się w miarę wzrostu temperatury odpuszczania (rys. 4). Taka zmiana świadczy o zmniejszaniu się stopnia przesycenia węglem fazy α oraz zmniejszaniem się naprężeń. 2,88 2,878 2,876 2,874 2,872 2,87 2,868 Rys. 4. Szerokość połówkowa ferrytu w zależności od temp. odpuszczania Fig. 4. The half width of ferrite in dependence from temperature tretmening Twardość żeliwa walcowanego i hartowanego wynosi 53,2 i jest większa o 2 jednostki od twardości żeliwa bez deformacji. Twardość po odpuszczaniu w temperaturze 250 C praktycznie nie zmienia się względem żeliwa hartowanego (rys. 5) Todp, o C Rys. 5. Twardość żeliwa jako funkcja temperatury odpuszczania, wariant I, wariant II Fig. 5. The hardness of ductile cast iron as function of temperature tempering, variant I, variant II 353

6 Cechą szczególną żeliwa odpuszczanego w temp. 550 C i 600 C jest wystąpienie w strukturze nowego składnika grafitu wtórnego. Ma on postać drobnych równomiernie rozmieszczonych w osnowie sferoidów (tab. 2). Twardość żeliwa odkształcanego jest w całym zakresie temperatury odpuszczania wyższa od twardości żeliwa wyłącznie hart o- wanego. Przełom żeliwa hartowanego i odpuszczanego w temp. do 450 C ma charakter transkrystaliczny łupliwy, natomiast w temp. 550 i 600 C ciągliwy. 4. PODSUMOWANIE Wprowadzenie zgniotu przed przemianą martenzytyczną podnosi twardość żeliwa i należy przypuszczać również własności wytrzymałościowe. Żeliwo zgniecione utrzymuje wysoką twardość do wyższej temperatury aniżeli nieodkształcone. W celu oceny wpływu zgniotu na gorąco żeliwa hartowanego i odpuszczanego należałoby przeprowadzić badania całego kompleksu własności mechanicznych, a w szczególności własności plastycznych i udarności. LITERATURA [1] N.P. Lakišev, G.W. Ščerbedinski: Goračaja plastičeskaja deformacja vysok o- pročnogo čuguna, MITOM, nr 11, s , (2001). [2] S.M. Dettloff i in.: Ausforming austempered ductile iron, International Scientific Conference, ADI Foundry s Offer for Designers and Users of Castings. Foundry Research Institute, Kraków, s. II/1-8, (2002). [3] E.Guzik: Procesy uszlachetniania żeliwa. Wybrane zagadnienia. Archiwum Odlewnictwa, PAN, Katowice, Monografia, nr 1M, (2001). [4] J. Chengchang, Z. Shigen: Study of new type ductile iron for rolling: Composition design. Materials Science and Engineering, A 419, s , (2006). [5] D. Senczyk: Laboratorium z rentgenografii strukturalnej. Wyd. Uczelniane Politechniki Poznańskiej, Poznań (1974). SUMMARY 354 THE HARDENING AND TEMPERING OF HOT ROLLING OF DUCTILE CAST IRON The samples of low-copper, ductile cast iron withe the initial thickness 3 mm were austenitized in temperature 920 C, they were strain rolled 33% and they were cooled down in the water. Next ductile cast iron was tempered in temperature C. In comparison aims it was made the same heat treating of unstrained ductile cast iron an. The researches were performed using the following methods: metallography, fractography, X-ray diffraction and take measurements and hardnesses Recenzował: prof. zw. dr hab. inż. Stanisław Pietrowski