26/36 Solidifikation or Mctllls a.nd Alloys, No 26, t 996

Transkrypt

1 26/36 Solidifikation or Mctllls a.nd Alloys, No 26, t 996 Kncrmięcie Metllli i Stopów, Nr 2(,, 1996 PAN. Oddzial Katowice PL ISSN ODPORNE NA KOROZJĘ ŻELIWO WYSOKOCHROMOWO-MOLIBDENOWE KOSOWSKI Adam, ST ASZCZAK Leopold, S TYRKOSZ Jan, TYRALA Edward Wydział Odlewnictwa AGH, ul Reymonta 13, Kraków STRESZCZENIE W referacie omówiono wyniki badań wł aściwości odlewniczych, mechanicznych, skrawalności oraz odporności na ścieranie, kaw i tację i korozję żeliwa zawierającego ok. 1,1%C, ok. 30%Cr i ok. 1%Mo. Jest to żeliwo podeutektyczne o osnowie ferrytycznej. Wyniki badan wskazują na dużą jego odporność na korozję ogólną i wżerową w ośrodkach zawieragcych jony chloru. Żeliwo to może być stosowane na elementy pomp i urządzen pracugcych w agresywnych środowiskach chemicznych. l. WPROW ADZENIE Odlewy z żeliwa wysokochromowego znajdują szerokie zastosowanie na elementy konstrukcyjne od których wymagana jest odpomość na korozję. Żeliwo to nadaje się bardzo dobrze do pracy w ośrodkach korozyjnych o charakterze utleniającym. Na powierzchni odlewów tworzy się wtedy pasywna warstwa ochrorma, regenerująca się w czasie dalszej eksploatacji. Jednak takie czynniki jak: brak tlenu, obecność jonów chloru i nagłe zmiany temperatury powodują niszczenie warstwy ochronnej, co sprzyja rozwojowi korozji. Istnieje możliwość zwiększenia pasywności omawianego żeliwa w ośrodkach zawierających jony chloru poprzez wprowadzenie do żeliwa molibdenu [1-5]. Korzystny wpływ tego pierwiastka na zdolność do pasywacji jest znany w odniesieniu do innych stopów żelaza zawierających chrom [3]. Badania prowadzone w Katedrze Metaloznawstwa i Obróbki Cieplnej Odlewów Wydziału Odlewnictwa AGH. prezentowane m.in. w pracach (4, 5] pozwoliły ustalić następujący skład chemiczny żeliwa chromowo-molibdenowego, które może być stosowane jako tworzywo na odlewy do pracy w środowiskach korozyjnych zawierających jony chloru: C=l, l - 1,35 %,

2 280 Mn= 0,4-0,7 %, Si=O,S- 0,8 %, Cr = % i Mo = 1,0- l,3 % Iw przypadku bardzo agresywnych środowisk może mieć miejsce potrzeba zwiększenia zawartości molibdenu/. Dla żeliwa o składzie mieszczącym się w powyższym zakresie przeprowadzono badania właściwości odlewniczych, mechanicznych, niektórych własciwości użytkowych /odporność na scieranie, na korozję, na kawitację / i technologicznych /skrawalność /. Uzyskane wyniki porównano z żeliwem nie zawierającym molibdenu i w niektórych przypadkach z żeliwem gatunku Z1Cr30. Żeliwo do powyższych badań wytapiano w piecu indukcyjnym z tyglem grafitowoszamotowym, wsad stanowiły : surówka martenowska, złom stalowy, żelazochrom niskowęglowy /64 % Cr/, mangan i krzem technicznie czyste oraz żelazomolibde n zawierający 71,5 % Mo. Do ciekłego metalu, przegrzanego do temperatury l 723 K, wprowadzano aluminiurn i tytan w ilości po 0,3 % każdego i odlano pręty $30 x 300mm oraz próbki do oceny właściwości odlewniczych. Skład chemiczny badanego żeliw a podano w tabeli l. Skład chemiczny badanego żeliwa Tabela l Oznaczenie Zawartość pierwiastków, % żeliwa c Cr S i M n p s Mo MO l, 16 30,3 0,64 0,42 0,026 0,039 - MI l, 18 29,9 0,70 0,60 0,030 0,035 1,12 Z!Cr30 2,04 29,8 1,56 0,62 0,024 0,029-2.WYNIKI BADAŃ W tabeli 2 zestawiono średnie wartości właściwości odlewniczych, ocenione według odpowiednich Polskich Norm. Lejność określono stosując próbki typu spiralnego. Objętość jamy skurczowej określono stosując próbki w kształcie kostki, a skurcz określono przy pomocy próbek w kształcie pręta z dwoma nadlewami stożkowymi i dodatkowo z kołnierzami przy określaniu skurczu hamowanego. Z danych zawartych w tabeli 2 wynika, że molibden nie zmienił omawianych właściwości, w stosunku do żeliwa nie zawierającego molibdenu, w stopniu mogącym mieć wpływ na technologię wykonania odlewów. Należy natomiast zaznaczyć, że przy tej zawartości węgla jaka występuje w badanym żeliwie, warunki uzyskiwania odlewów pozbawionych wad wewnętrznych są trudne. Zwiększona skłonność do tworzenia pustek wewnętrznych w odlewach z żeliwa wysokochromowego występuje przy obniżeniu zawat1ości węgla poniżej l, 7 % C [ 4]. Może być ona zmniejszona poprzez modyfikację żeliwa tytanem /ok.0.3 % l i aluminium /ok. 0,3% l [6].

3 281 Tabela 2 Właściwości odlewnicze żeliwa wysokochromowego i wysokochromowo-molibdenowego Obj ętość jamy Żeliwo Skurcz, % Lejność skmczowej Swobodny Hamowany mm % MO 1,3 0, ,6 M l 1,4 0, ,9 Molibden w ilości ok. l % nie pogarsza właściwości wytrzymałościowych /Rm, Rg/ żeliwa wysokochromowego, zwiększa natomiast twardość odlewów. W przypadku odlewów tego samego rodzaju ale o skomplikowanym kształcie i odlewów stygnących z roznymi szybkościami, wystąpią w nich niejednakowe wa1tości wskaźników mechanicznych. Wynika to stąd, że obydwa rodzaje żeliwa wykazują pewną wrażliwość na grubość ścianki. Ilusnuje to wykres zamieszczony na rys.l, pokazujący zmianę twardości żeliwa w zależności od grubości ścianki odlewu. Analizując wykres można zauważyć, że nawet przy bardzo cienkich ściankach twardość nie zwiększa się na tyle, aby istotnie pogorszyć możliwość obróbki skrawaniem odlewów. Tabela 3 Właściwości mechaniczne żeliwa wysokochromowego i wysokochromowomolibdenowego w odlewach prętów <f>30 x 300 mm. Żelwo RQ Rm HB MPa MPll 5/750/15 MO M l ?80 Do badnia skrawalności analizowanego żeliwa wykorzystano metodę Keep Bauera, zmodyfikowaną (w Katedrze Odlewnictwa Żeliwa Wydziału Odlewnictwa AGH) w ten sposób, że obciążenie przykładan e jest nie do wiertła lecz do próbki. Obciażenie to wynosiło 147N. Schemat próby pokazuje rys.2. W badaniach zastosowano próbki walcowe o średnicy 28 mm. W osi tych próbek wywiercono najpierw otwór o srednicy 6 mm, któ1y następnie rozwiercano wiertłem o średnicy 12mm. Miarą skrawalności była długość otworu L 0 rozwierconego w ciągu 40 sek, mierzona przy pomocy czujnika wbudowanego w mządzenie. Wy niki pomiarów zestawiono w tabeli 4.

4 282 s 10 IS 20 GroboSi stianl<i i M Rys. l. Wpływ grubości ścianki odlewu na twardość. Krzywa l-żeliwo bez molibdenu, krzywa 2- żeliwo z dodatkiem molibdenu. f/28 Rys.2. Zasada pomiaru skrawalności. Skrawalność badanych rodzajów żeliwa Tabela 4 Żeliwo HB 5/750/15 Lo, mm MO 258 :w, 1-20,6 M l ,0-19,3 Że l iwo szare Zl ,3 ZICr l 1,8

5 283 Z danych podanych w tabeli 4 wynika, że skrawalność żeliwa z dodatkiem molibdenu jest tylko nieznacznie gorsza niż żeliwa nie zawierającego molibdenu. Ponadto zauważa się, że obydwa rodząje żeliwa są lepiej obrabialne niż żeliwo gatunku ZICr30. Mają jednak w stosunku do tego zeliwa gorsze charakte1ystyki zużycia w warunkach tarcia ślizgowego. Wynika to z badań przeprowadzonych przy zastosowaniu maszyny typu Skoda Savine. Ustalony w wyniku tych badań średni wskaźnik zużycia Rt wynosił : -żeliwo Z1Cr30: Rt= 17,5 mm-3 -żeliwo MO: -żeliwo MI : Rt= l1,9 mm-3 Powyższy wskażnik obliczono według wzoru: Rf) ~~o [mm-3], w którym V jest objętościowym ubytkiem próbki. Ornawiane rodzaje żeliwa MO i M l mają także gorsze od ;~eliwa gatunku Z1Cr30 wskaźniki odpomości na erozję kawitacyjną. Odporność tę badano na urządzeniu magnetostrykcyjnym. O środkiem testującym był wodny roztwór ln NaCI zakwaszony kwasem solnym i mający ph=2 o temperatrze 20 oc. Określone w oparciu o ubytki masowe wskaźniki zużycia zestawiono w tabeli 5.Wskaznikami tymi są : -średnia głębokość erozji hśr [llffi ], - ś rednia szybkość erozji [mg/min] -średnia trwałość stopu tcav [min/mg]. Wskazniki zużycia Tabela 5 określone w teście odpomości na erozję kawitacyjną Żeliwo hśr [!lm] V c\r f mg/min l tc'.:w [1nin/mg] MO 69 0, 17 6,30 MI 78 0, Z1Cr ,14 9,34 Testy chemiczne i elektrochemiczne przeprowadzone /w Zakładzie Chemii Ogólnej Wydziału Odlewnictwa AGH / dla analizowanych rodzajów żeliwa wykazały korzystny wpływ molibdenu na zachowanie się odlewów w różnych ośrodkach korozyjnych. Na rys. 3 pokazano przykładowo krzywe potencjostatyczne polaryzacji anodowej żeliwa z molibdenem /M 11 i żeliwa bez molibdenu /MO/. Z krzywych tych wynika, że po wprowadzeniu do żeliwa molibdenu bardzo wyraźnie zwiększa się potencjał przebicia i potencjał repasywacji. Świadczy to o dużej odporności tego żeliwa na korozję wżerową. Potwierdzają to obserwacje powierzchni próbek po teście!jys.4/.

6 ta o 2 J 4 HSTOŚĆ PRĄDU. [mą/cm ] Rys.3. Krzywe potencjostatyczne polaryzacji anodowej żeliwa MO (krzywa A) i M l (krzywa B). Ośrodek : ln HzS04 + ln NaCI odpowietrzony argonem. Temperatura ośrodka: 20 C. Szybkość zmiany potencjału: 50 m V/min. /. Rys.4.Powierzchnie próbek po teście elektrochemicznym: a/żeliwo MO, b/żeliwo M l W tabeli 6 zamieszczono, również przykładowo, wskażnik.i korozji, określone w wyniku testów chemicznych w różnych ośrodkach. 3 PODSUMOW ANIE Wykorzystane do badań żeliwo wysokochromowo-molibdenowe ma mikrostrukturę złożoną z dendrytycznych wydzieleń ferrytu chromowego oraz mieszaniny eutektycznej ferrytu i węglików. Molibden wchodzi w skład węglików złożonych

7 Tabela Wskaniki korozji żeliwa wysokochromowego i wysokochromowo-molibdenowego L p Charakterystyka ośrodka Vr, fgfm2 doba] żeliwa MO MI J. 10% FeCI3, nieruchomy, 't =72h -temp. 295 K 425,4 152,3 -temp. 323 K 829,7 175,0 silna korozja brak wżerów wżerowa 2. 10% FeCl3, przepływający z 790,6 280,1 prędkością lm/s, temp.323k silna korozja słaba korozja wżerowa w żerowa 3. Nasycony NH4Cl, przepływający z prędkością lm/11, 81, temp. 293 K I 10, temp. 313 K 228,1 10,2 -temp. 333 K 337,5 l l,4 -temp. 353 K 4. In NaCI, przepływający z prędkością l m/s, temp.293k -ph=o ph= l ,8 -oh= O, In H2S04 + ln NaCI, przepływający z prędkością 340,1 28,2 lm/s, temp. 293 K z żelaza i chromu oraz rozpuszcza się w ferrycie. Dodatek molibdenu zwiększa udział węglików w mikrostrukturze. Zwiększenie szybkości stygnięcia odlewów powoduje rozdrobnienie składników mikrostruktury i zmniejszenie w niej udziału fenytu. Konsekwencją tego będzie niejednorodność właściwości mechanicznych w odlewach o zróżnicowanych grubościach ścianek. Wielkość tego zróżnicowania nie ma wpływu na obróbkę mechaniczną żeliwa i odporność na korozję. Mała zawartoś ć węgla w omawianym żeliwie wysokochromowym pogarsza jego właściwości odlewnicze l dodatek molibdenu nie zmienia zasadniczo tych właściwości/, co zmusza do starannego opracowania technologii wykonania odlewów. Skłonność do tworzenia wad wewnętrznych w odlewach zmniejsza wprowadzenie do ciekłego żeliwa małych dodatków l 0,3 %/ tytanu i aluminium. Zasadnicze korzyści użytkowe ze stosowania

8 286 molibdenu związane są z odpornością korozyjną żeliwa. Szczególnie istotnym dla praktyki efektem dodatku molibdenu jest bardzo duży wzrost odporności na korozję ogólną, wżerową i szczelinową w agresywnych ośrodkach zawierających jony chlom. Dotyczy to ośrodków stacjonamych i mchomych l przepływ. mieszanie/. Proponowane żeliwo wysokochromowo-molibdenowe może więc być stosowane na odlewy elementów pomp i urządzeń narażonych na działanie korozyjne różnych ośrodków z jakimi mamy do czynienia w przemyśle chemicznym. LITERATURA!.Klas M.,Steimath H. : Die Konosion des Eisens und ihre Verhiitung. Diisseldmf Rohring K. Wolters D. : Legie11es Gusseisen. T.l. Dusseldorf Wanklijn A. : Conosion Science, 21,21, Kosowski A., Rabczak A., Staszczak L., Styrkosz J., Chmszcz A. : Wpływ zawattości węgla i gmbości ścianki odlewu na strukturę i niektóre w ł aściwości żeliwa wysokochromowego. X Sympozjum Naukowe, Kraków 1985 cz. III s Kosowski A., Lebet R., Styrkosz J., Staszczak L.: Molibden jako dodatek zwiększający odporność żeliwa wysokochromowego na korozję w środowiskach zawierających jony chlorkowe. XII Sympozjum Naukowe, Kraków 1986 cz II s Kosowski A., Rabczak A., Staszczak L., Styrkosz J. : Wpływ tytanu, aluminium i molibdenu, wprowadzanych w małych ilościach, na strukturę i jej zwartość w odlewach z żeliwa wysokochromowego. IX Sympozjum Naukowe, Kraków 1983, cz. 11, s CORROSION RESIST ANT HIGH CHROMTUM - MOL YBDENUM CAST IRON ABSTRACT Founding, mechanical and machining properties as well as abrasion, cavity formation and corrosion resistance of the cast iron containing ca. l,2%c, 30%Cr, and l %Mo have been disscussed in this paper. The sampies were prepared from the subeutectic cast iron with ferritic matrix. The results ofthe experiments show high total and pitting corrosion resistance in corroding media containing CI- ions. This type of the cast iron can be used as material for parts of the eqvipment operating in extremaly corroding media.