24/16 Solidiiitalion ul' 1\'Jetals and Alloys, No.24, 1995 Krzep niecie Metali i Stopóll', Nr 2.J, 1995 PAN - Odd:.ial /{atoll'ice PL ISSN

Transkrypt

1 24/16 Solidiiitalion ul' 1\'Jetals and Alloys, No.24, 1995 Krzep niecie Metali i Stopóll', Nr 2.J, 1995 PAN - Odd:.ial /{atoll'ice PL ISSN OPRACOWANIE TECHNOLOGII ODLEWANIA WYSOKIEJ JAKOŚCI ODLEWÓW PRECYZYJNYCH ZE STALIWA LOH22N5M3 Z DODATKIEM AZOTU ST ACHAŃCZYK Jerzy, GWIŻDŻ Andrzej, PIROWSKI Zenon Instytut Odlewnictwa Kraków, ul. Zakopiailska 73, POLAND ABSTRAKT W prezentowanej pracy przedstawiono problem topienia w piecu indukcyjnym staliwa LOH22NSM3-N2 należącego do drugiej generacji stopów duplex oraz oraz wykonania z tego tworzywa odlewów precyzyjnych według metody " 'Ytapianych modeli. Zakres pracy obejmował badania dotyc zące technologii form ceramicznych, techniki topienia, analizy chemicznej i strukturalnej otrzymanego tworzywa oraz Jakości odlewów. W ich wyniku określono konstrukcję odlewu, a ne tej podstawie modelu, sposób prygotowywan1a form. warunki prowadzema wytopu. rodzaj zastosowanych odtleniaczy i spo- sób pobierania próbek do badań azotu. Wykorzystanie " 'Yillków pracy umożliwiło uzyskiwanie odlewów precyzyjnych o zawartości azotu do 0,2% bez Jakichkolwiek wad wewnętrznych oraz o ustalonych parametrach dotyczących toleran CJI wymiarowych i chropowatości powierzchni. l. WPROW ADZENIE Technika wytwarzania elementów maszyn i aparatury drogą odlewania precyzyjnego należy do metod gwarantujących odwzorowanie dowolnych ksztahów, uzyskanie zacieśnionych tolerancji wymiarowych zgodnych z ISO 8062, otrzymame odlewów o chropowatości powierzchni odpowiadającej normie ISO 2632/III, możliwość przetwarzania różnorodnych tworzyw metalowych. Wykorzystanie lej metody znanej w praktyce przemys ł owej od około 50 lat ze wzg l ędu na wprowadzenie nowych tworzyw formierskich oraz metalowych 1 wzrastające wymagania jakościowe stawiane produktowi finalnemu powoduje wys tępowan i e szeregu zagadnień naukowych i technologicznych wymagających prowadzenia szczególnych prób i badań.

2 102 W omawianym przypadku odlewania na zlecenie klienta zagranicznego części do urządzeń górniczych postawione były bardzo wysokie wymagania ze wzg l ędu na: zawężone tolerancje wymiarowe nie przekraczające na wymiarze zew nętr znym odlewu ±0, l mm, jakość powierzchni - niedopuszczalne żadne wady w kanałach o przekroju kołowym owymiarach r = 0,5 mm oraz na całej powierzchni odlewu, wysoką Jako ść tworzywa metalowego wynikającą z założo nego składu chemicznego oraz niedopuszczalne wyst ępowanie Jakichkolwiek wad wewnętrznych (zagazowanie, porowatość, nakłucia). Rozpracowanie zagadnienia wymagało przeprowadzenia szeregu badań technologicznych i laboratoryjnych, które przeprowadzono w Instytucie Odlewnictwa w Krakowie. 2. BADANIA WŁASNE 2. I. Tok postępowania Badania prowadzono w kierunkach dotyczących : procesu technologicznego wykonywania form odlewniczych [l,2,3 ], ustalenia optymalnych parametrów procesu topienia i odlewania staiiwa niskowęglowego wysokostopowego z dodatkiem azotu oraz oceny składu chemicznego i struktury tworzywa metalowego oraz jakości odlewu (3] Proces technologiczny wykonywania form ceramicznych Proces wykonywania form ceramicznych dla badanego przypadku odlewu segmentu składa się z następujących operacji wykonanie modeli woskowych z typowych mas modelowych w matrycy dwuwnękowej; zaprasowanie pod ciśnieniem 5 atm w temp C, wykonanie zestawu modelowego; dla zagwarantowania optymalnego uzysku modele łączono na każdym boku wlewu głównego o przekroju kwadratowym (14 szt. modeli na boku, 56 szt. na zestawie), mycie zestawu w roztworach detergentów i płukanie w wodzie, wykonanie powłok ceramicznych wg technologii spoiw naprzemiennych; stosuje s i ę dwie ciekłe masy ceramiczne zawieragce Jako spoiwo zhydroiizowany krzemian etylu lub krzemionkę koidalną w roztworze wodnym, nakładane na zestaw naprzemiennie; materiał wypełniający i do posypywania - kwarc krystaliczny; parametry suszenia czas - min 8 godzin, temperatura C, wilgotność względna 40-60%, ilość powłok- 5, \ wytapianie modeli w gorącej wodzie w temperaturre - 90 C w czasie 20 miinut, wyżarzanie form w temperaturze C w czas;b 6 godzin, formy bezpośrednio po wyciągnięciu z pieca są zalewane ciekłym metalem W trakcie prowadzonych prób technologicznych wprowadzono szereg zmierzających do poprawy jakości odlewów zmiany usytuowania modeli w stosunku do osi pionowej wlewu głównego, jako optymalny przyjęto kąt 80, zrezygnowano z dwóch wlewów doprowadzających ze względu na zbyt dużą szybkość zalewania; ostatecznie zastosowano jeden wlew o przekroju 12 mm 2, -.

3 podniesienie wytrzymałości formy ceramicznej do wartości mmimum 600 k.pa w temperaturze 900"C Proces topienia i odlewania stałiwa LOH22N5M3-N~ Azot rozpuszcza się w żelazie tak w stanie ciekłym jak i w stałym, tworząc w stanie stałym mało trwałe azotki żelaza [4,5,6]. Rozpuszczalność azotu w czystym żelazie wpływa na utrwalanie struktury austenitycznej, jej rozdrobnienie i JCSt wprowadzany celowo przy wytapianiu staliwa stopowego odpornego na korozję (6] Azot w strukturze staliwa stopowego LOH22N5M3-N" rozpuszcza się w austenicie [5,6]. W celu opracowania wytycznych technologicznych topienia i zalewania wykonano serię wytopów obejmujących J rodzaje wsadu metaalowego: l. składniki technicznie czyste w postaci żelaza, chromu, niklu, molibdenu, 2. 50% składników jw i 50% złomu obiegowego staliwa LOH22NSM3-N2, 3 złom obiegowy staliwa LOH22N5M3-N2 oraz trzy rodzaje odtleniacza a., Al w ilości 0,1% wsadu b. CaSi28 w ilości 0,2% wsadu, c. Al w t! ości O, l% f- CaSi28 w ilości 0,2% wsadu. Azot wprowadzano w postaci żelazo-chromu azotowanego (70% chromu, 8% azotu, O, 18% węgla) oraz jako składnik stopowy złomu obiegowego. Wytopy prowadzono w indukcyjnym piecu tyglowym o wyłożeniu zasadowym i pojemności 40 kg masy wsadu. Temperaturę przegrzania ustalono na poziomie (, a spustu (. Oznaczeń składu chemicznego dokonywano metodą spektrometryczną. Azot oznaczano na analizatorze TC-336 LECO ANALITfCAL metodą pomiaru przewodności cieplnej. Ustalono zgodnie z zaleceniami firmy LECO, że oznaczenia azotu bądą przeprowadzane na próbkach $6 x 6 mm przygotowanych z wałków o wymiarach $6 x 50 mm odlanych wraz z odlewami. Twardość mierzono na losowo wybranych odlewach. Badania metalograficzne przeprowadzono na próbkach $6 x l O mm. Obejmowały one jakościową ocenę struktury. We wszystkich wytopach otrzymano typową dla tego tworzywa strukturę,. a mianowicie ferryt+ austenit ze śladowymi wydzieleniami węglików (rys. l). W poniższej tablicy przedstawiono parametry technologiczne wytopów, wyniki analizy chemicznej i pomiarów twardości. Tablica l. Rodzaj T przegrz. Omacz. wsadu l c S i Mn p s Cr Ni Mo N HB i odtlen. T spustu I l/a 0,06 1,12 2,00 0,015 0,015 20,9 5,2 2,75 0, II 2/a 1650/1630 0,03 l, lo 1,90 0,015 0, ,8 5,4 2,95 0, III 3/a o 03 1,18 l 70 o 015 0,015 22,0 5, o IV l/b 0,04 0,82 1,90 0,010 0,010 21,2 5,5 2,85 0, V 2/b 1650/1630 0,04 0,95 1,85 0,0,10 0,0,10 21,3 5,5 2,77 O, VI..3./b O &t 0,88 l 80 o 010 o , , VII 1/c 0,05 1,00 2,20 0,010 0,010 20,9 5,1 2,80 0, VIII 2/c 1640/1620 0,04 1,03 2,00 0,010 0,010 21,2 5,5 2,97 0, IX 3/c O 04 1,03 l 82 o 010 O O ID- 21,4 55 2,91 0,17 245

4 104 pow. 100 x magn. 100 x pow 500 x magn 500 x Rys. l. Mikrostruktura odlewu- wytop 3 austenit + ferryt + węgliki Traw LBI Fig l. Casting microstrukture- melt J. austenite- ferrite- carbides Eth. LBI

5 PODSUMOWANIE Na podstawie przeprowadzonych prób sformułowano następujące wytyczne technologiczene odlewów precyzyjnych segmentu ze staliwa LOH22N5M3-N~ o masie do 70 g: zestaw modelowy: szt. modeli, Jeden wlew doprowadzający o przekroju około 12 mm 2, modele nachylone w stosunku do osi pionowej wlewu głównego pod kątem 80, forma ceramiczna: suszenie poszczególnych powłok - minimum 8 godzin w ustalonych warunkach, warunki wyżarzania ( /6 godzin, zalewanie form bezpośrednio po wyjąciu z pieca, rodzaj wsadu można stosować zarówno materiały technicznie czyste, jak też złom obiegowy nawet do l 00%, sposób wprowadzania azotu zarównow postaci żelazo-chromu azotowanego (ok. 8% azotu), jak i zawarty w złomie obiegowym wykazuje przysfojenie ponad 95%, temperatura przegrzania kąpieli metalowej : 1640-l650 C, temperatura spustu metalu C, odtlenianie Ol% Al + 0,2% CaSi28, oznaczanie zawartości azotu: odlewane próbki <)>6 mm. Wykorzystanie wyników pracy umożliwiło uzyskiwanie odlewów precyzyjnych o zawartości azotu do 0,2% bez jakichkolwiek wad wewnętrznych oraz o ustalonych parametrach dotyczących tolerancji wymiarowych i chropowatości powierzchni LITERATURA l. Stachańczyk J. : Materiały stosowane w procesie wytwarzania wysokiej jakości odlewów precyzyjnych. SympozJum "Najnowsze rozwiązania technologiczne i materiałowe w procesie wytwarzania odlewów precyzyjnych". Instytut Odlewnictwa. Krak.ów " Karwiński A.. Metody badań właściwości formy ceramicznej wykonanej wg metody wytapianych modeli. Sympozjum "Najnowsze rozwiązania technologiczne i materiałowe w procesie wytwarzania odlewów precyzyjnych". Instytut Odlewnictwa. Kraków Stachańczyk J. i inni Opracowanie technologii odlewania wysokiej jakości odlewów precyzyjnych ze staliwa LOH22N5M3-N 2 Praca badawcza 10. Kraków WendorffZ. Metaloznawstwo. WNT Warszawa Malkiewicz T.: Metaloznawstwo stopów żelaza. PWN Warszawa! Kniaginin G.. Staliwo. Metalurgia i odlewnictwo. Wydawnictwo "Ś l ąsk" Katowice 1977.

6 106 ABSTRAKT Elaboration of casting techriology of high quality with N additive steel LOH22N5M3-N 2 investment castings. The problems of induction melting of steel LOH22N5M3-N ~ alloy belonging to the second duplex generation and applicalion above for production investment castings was described. The range of investigations consists the technology of ceramie moulds, melting technique, chemical analysis, structural analysis of the received castings and their quality. Casting constmction, pattern, method of mould preparing, melting conditions, kind of used deoxidizers and sampling methods were obtained as t he results o f above research works. On the base of above research works results was possible obtained o f precision castings with N consist below 0,2 %, without any interna! defects and whit fixed dimensional tolerences and surface roughness