KRYSTALIZACJA ŻELIWA SFEROIDALNEGO Z DODATKAMI Mo, Cr, Cu I Ni

Transkrypt

1 57/22 Archives f Fundry, Year 2006, Vlume 6, 22 Archiwum Odlewnictwa, Rk 2006, Rcznik 6, Nr 22 PAN Katwice PL ISSN KRYSTALIZACJA ŻELIWA SFEROIDALNEGO Z DODATKAMI M, Cr, Cu I Ni S. PIETROWSKI 1, G. GUMIENNY 2 Katedra Systemów Prdukcji, Plitechnika Łódzka, ul. Stefanwskieg 1/15, Łódź STRESZCZENIE W pracy przedstawin prces krystalizacji i mikrstrukturę żeliwa sferidalneg stpweg z ddatkiem chrmu, miedzi, niklu i mlibdenu. Key wrds: crystallizatin, carbidic austempered cast irn (CADI), thermal derivative analysis (TDA) 1. WPROWADZENIE Zakres części maszyn wytwarzanych z żeliwa sferidalneg ciągle się rzszerza. Jest t wynikiem ciągłeg ulepszania jeg: technlgii tpienia i dlewania raz mikrstruktury i wynikających z niej własnści użytkwych. Opracwanie technlgii żeliwa ADI raz trzymywania mikrstruktury bainityczn-martenzytycznaustenitycznej lub bainityczn-austenitycznej w dlewach w stanie surwym zapewnił ich wyskie własnści wytrzymałściwe i plastyczne, a także dużą dprnść na zużycie [1 3]. W pracy [4] pdan, że pracwan żeliw Carbidic Austemperded Cast Irn (CADI), wyskiej dprnści na zużycie. Mżliwść trzymywania węglików w żeliwie sferidalnym przedstawin w pracy [5]. Celem niniejszej pracy był przedstawienie krystalizacji i mikrstruktury żeliwa sferidalneg zawierająceg dwa węgliktwórcze pierwiastki: chrm i mlibden raz dwa pierwiastki grafityzujące: nikiel i miedź. 1 prf. zw. dr hab. inż., spietrw@mail.p.ldz.pl 2 dr inż., grzegum@p.ldz.pl

2 METODYKA BADAŃ Żeliw wytapian w piecu indukcyjnym pjemnści 0,5t i sieciwej częsttliwści. Wsad składał się z plskiej surówki gatunku LS-2, złmu ze stali 45, złmu biegweg, żelazchrmu, żelazmlibdenu, miedzi z elektrd raz technicznie czysteg niklu. Zawartść krzemu w ciekłym żeliwie uzupełnian żelazkrzemem Si75. P rztpieniu wsadu i przegrzaniu żeliwa d temperatury ºC usuwan żużel, a następnie wylewan je d kadzi dlewniczej. Zabieg sferidyzacji żeliwa przeprwadzn metdą Sandwich zaprawą FeSiMg10. P zakńcznym prcesie sferidyzacji żeliw mdyfikwan grafityzując mdyfikatrem SB5 ziarnistści 2 6mm w ilści 0,9% d masy ciekłeg żeliwa w kadzi. Skład chemiczny badaneg żeliwa sferidalneg przedstawin w tabeli 1. Tabela 1. Zakres składu chemiczneg badaneg żeliwa sferidalneg Table 1. The range f chemical cmpsitin f tested ductile cast irn Grupa Skład chemiczny, % żeliwa C Si Mn P S Mg Cr Cu Ni M 1 3,32 2,30 0,51 0,03 0,02 0,048 0,96 0,98 1,02 0,22 2 3,34 2,32 0,47 0,03 0,02 0,046 1,02 0,96 2,47 0,25 3 3,52 2,49 0,48 0,03 0,02 0,051 0,98 1,02 4,25 0,23 3. WYNIKI BADAŃ Reprezentatywną mikrstrukturę (a, b) i krzywe ATD (c) żeliwa grupy 1 przedstawin na rysunku 1 (a c). Jest t żeliw składzie pdeutektycznym. Na krzywej derywacyjnej efekt cieplny AB spwdwany jest krystalizacją austenitu w zakresie temperatury ta = 1217 tb = 1188 C. Następnie w zakresie tb = 1188 C d td = 1136 C krystalizują węgliki pierwtne (Fe,Cr,M) 3 C. W temperaturze td kńczy się krystalizacja węglików pierwtnych, a rzpczyna krystalizacja węglików ledeburytycznych [(Fe,Cr,M) 3 C + γ], która trwa d temperatury tf = 1111 C. Jest t również temperatura pczątku krystalizacji eutektyki w układzie stabilnym, tj. γ + grafit. Prces krystalizacji eutektyki kńczy się w temperaturze th = 1061 C. W prcesie dalszeg chładzania żeliwa, z austenitu wydzielają się węgliki wtórne. Największa ich ilść wydziela się w zakresie temperatury ti = 992 C d tk = 928 C, c pwduje efekt cieplny IJK na krzywej krystalizacji. Wielkść węglików pierwtnych zawiera się w zakresie µm 2, a ledeburytycznych w przedziale µm 2. wielkść węglików wtórnych nie przekracza 4µm 2. Udział prcentwy węglików pierwtnych i ledeburytycznych w mikrstrukturze dlewów wynsi 5 10%. Wkół grafitu kulkweg występuje tczka ferrytu. Mikrstruktura snwy jest perlityczna.

3 408 50µm 200µm c) 1400 D AB C E F G H I JK t, C 1000 dt/d τ= f'( τ) -1-2 dt/d, C/s τ 800 t = f( τ) τ, s Punkt τ, s t, C dt/dτ, C/s A ,25 B ,35 C ,84 D ,94 E ,44 F ,52 G ,03 H ,07 I ,56 J ,35 K ,55-4 Rys. 1. Reprezentatywna mikrstruktura (a, b) i krzywe ATD wraz z pisem punktów charakterystycznych (c) żeliwa sferidalneg z grupy 1. Fig. 1. Representative micrstructure (a, b) and TDA curves with the descriptin f characteristic pints (c) f 1 grup ductile cast irn.

4 409 Zwiększenie ilści niklu w żeliwie d kł 2,5% (grupa 2) spwdwał na krzywych ATD i w mikrstrukturze żeliwa zmiany pkazane na rysunku 2 (a c). bniżyła się temperatura krystalizacji austenitu d ta = 1202 C i tb = 1091 C. Nastąpił skrócenie czasu d mmentu rzpczęcia krystalizacji węglików pierwtnych z 26s d 6s, c w knsekwencji spwdwał ich krystalizację w wyższej temperaturze tc = 1183 C. Również węgliki ledeburytyczne krystalizują w wyższej temperaturze w zakresie td = 1170 C d tf = 1129 C. Pdbnie, w wyższej temperaturze krystalizuje eutektyka γ + grafit, tj. w zakresie tf = 1129 C d th = 1061 C. Temperatura wydzielania się węglików wtórnych z austenitu bniżyła się d zakresu ti = 976 C d tk = 920 C. Przedstawine zmiany spwdwane są grafityzującym ddziaływaniem zwiększnej ilści niklu na krystalizację żeliwa raz hamwaniem wydzielania węglików wtórnych z austenitu. Nastąpił zmniejszenie ilści i wielkści węglików pierwtnych i ledeburytycznych. Wielkść węglików pierwtnych zawiera się w zakresie µm 2, a ledeburytycznych µm 2. Udział w mikrstrukturze bu rdzajów węglików nie przekracza 6%. Wielkść węglików wtórnych nie zmieniła się, tj. nie przekracza 4µm 2. Zmniejszyła się isttnie ilść ferrytu wkół grafitu. Mikrstrukturę i krzywe ATD żeliwa zawierająceg 4,25% Ni przedstawin na rysunku 3 (a c). Wzrst ilści niklu w żeliwie spwdwał, że nie krystalizują węgliki pierwtne. Na krzywej derywacyjnej nie występuje efekt cieplny BCD d ich krystalizacji. Występuje tylk niewielki efekt cieplny BEF d krystalizacji węglików ledeburytycznych. Krystalizują ne w temperaturze te = tf = 1120 C pdbnej, jak w żeliwie zawierającym kł 1,00% Ni (rys. 1). Krystalizacja węglików wtórnych rzpczyna się w najniższej temperaturze ti = 969 C z badanych żeliw. Wielkść węglików ledeburytycznych zmalała d zakresu µm 2, a ich ilść nie przekraczała 3%. Również w tym żeliwie wielkść węglików wtórnych nie zmieniła się. Mikrstruktura snwy żeliwa była perlityczn-martenzytyczna (rys. 3 a, b). Dla żeliwa zawierająceg pwyżej 4, 00% Ni, zwiększając szybkść stygnięcia dlewów pprzez zmniejszenie grubści ścianki lub ich chłdzenie sprężnym pwietrzem mżna trzymać wyłącznie mikrstrukturę martenzytyczną z węglikami i austenitem szczątkwym. Przykłady tej mikrstruktury przedstawin na rysunku 4 i 5 (a, b).

5 410 50µm 200µm c) 1400 B D F A C E G H I JK t, C dt/d τ= f'( τ) -1-2 dt/d, C/s τ 1000 t = f( τ) τ, s Punkt τ, s t, C dt/dτ, C/s A ,36 B ,42 C ,28 D ,52 E ,87 F ,98 G ,04 H ,51 I ,73 J ,46 K ,59-4 Rys. 2. Reprezentatywna mikrstruktura (a, b) i krzywe ATD wraz z pisem punktów charakterystycznych (c) żeliwa sferidalneg z grupy 2. Fig. 2. Representative micrstructure (a, b) and TDA curves with the descriptin f characteristic pints (c) f 2 grup ductile cast irn.

6 411 50µm 200µm c) 1300 F AB E G H I JK t, C dt/d τ= f'( τ) -1-2 dt/d, C/s τ 900 t = f( τ) τ, s -4 Punkt τ, s t, C dt/dτ, C/s A ,11 B ,51 E ,28 F ,29 G ,02 H ,36 I ,54 J ,32 K ,46 Rys. 3. Reprezentatywna mikrstruktura (a, b) i krzywe ATD wraz z pisem punktów charakterystycznych (c) żeliwa sferidalneg z grupy 3. Fig. 3. Representative micrstructure (a, b) and TDA curves with the descriptin f characteristic pints (c) f 3 grup ductile cast irn.

7 412 Rys. 4. Mikrstruktura martenzytyczna z węglikami i austenitem szczątkwym w dlewach grubści ścianki 12mm studznych sprężnym pwietrzem. Fig. 4. The martensitic micrstructure with carbides and austenite residual in casts fr 12mm wall thickness after chilling with tensed air. Rys. 5. Mikrstruktura martenzytyczna z węglikami i austenitem szczątkwym w dlewach grubści ścianki 8mm studznych w pwietrzu tczenia Fig. 5. The martensitic micrstructure with carbides and austenite residual in casts fr 8mm wall thickness after chilling with an air Przedstawine dane wskazują na mżliwść trzymywania nwej grupy żeliwa sferidalneg zwiększnej dprnści na zużycie pprzez wytwrzenie w jeg mikrstrukturze węglików raz snwy martenzytycznej w stanie surwym. Dalsze badania prwadzne będą w kierunku trzymania węglików w snwie ausferrytycznej (żeliw CADI) i bainitycznej, jak również sterwania ich ilścią i wielkścią. 4. WNIOSKI Z przedstawinych w pracy badań wynikają następujące wniski: - w żeliwie sferidalnym z ddatkami M, Cr, Cu i Ni krystalizują węgliki pierwtne (Fe,Cr,M) 3 C, ledeburytyczne i wtórne, - krystalizacja węglików pierwtnych zależy d zawartści Ni w żeliwie; pwyżej 4,0% Ni krystalizują wyłącznie węgliki ledeburytyczne, - krystalizacja węglików pwduje na krzywej derywacyjnej wystąpienie efektów cieplnych,

8 413 - pprzez zawartść ddatków stpwych raz szybkść krystalizacji i stygnięcia dlewów mżna sterwać ilścią i wielkścią węglików raz mikrstrukturą snwy metalwej żeliwa. LITERATURA [1] [2] [3] [4] [5] Pietrwski S., Wpływ składu chemiczneg staliwa i żeliwa sferidalneg raz szybkści stygnięcia dlewów na przemianę austenitu w struktury iglaste w stanie lanym, Zeszyty Naukwe nr 94, Plitechnika Łódzka, Guzik E., Prcesy uszlachetniania żeliwa, wybrane zagadnienia. Archiwumj Odlewnictwa PAN. Oddz. Katwice, 2001, Mngrafia nr 1M. Dymski S., Kształtwanie struktury i właściwści mechanicznych żeliwa sferpidalneg pdczas iztermicznej przemiany bainitycznej, Rzprawy nr 95, ATR Bydgszcz, (1999). Keugh J., Hayrynen K., Cabidic Austempered Ductile Irn (CADI), prezentwane na DIS Meeting, Pietrwski S., Gumienny G., Żeliw sferidalne z węglikami, Archiwum Odlewnictwa, PAN, 2006, Nr 19, s CRYSTALLIZATION OF DUCTILE CAST IRON WITH M, Cr, Cu AND Ni SUMMARY In these paper the crystallizatin prcess and the micrstructure f ductile cast irn with chrmium, nickel, cpper and mlybdenum have been presented. Recenzwał Prf. Marek S. Siński