USZLACHETNIANIE POWIERZCHNIOWE ŻELIW A

Transkrypt

1 36136 SolidificatioD d Maals add Al~ No.Jó, 1998 Krz.epnięde Mdali i Słop6w, Nr PAN- Oddz:ial ~ PL ISSN USZLACHETNIANIE POWIERZCHNIOWE ŻELIW A ORLOWICZ Władysław, TRITEK Andrzej Politeclmika Rzeszowska, ul W. Pola 2, Rzeszów W artylru1e opisano metody uszlachetniania warstwy wierzchniej odlewów t.eliwnych na przykjadzie wałka rozrządu. Autorzy uważają, t.e w szczególności uszlachetnianie warstwy wierzchniej plazmą łuku elektrycznego znajdzie szeroki zastosowanie w praktyce przemysk>wej Stu zagadaienia Ze względu na dobre właściwości odlewnicze i eksploatw.')'jne żełiwn jego produkcja światowa rośnie. Szczególnie dynamicmie rośnie produkcja żeliwa sferoidalnego. Analiza materiałowa części maszyn i silników od ~rych wymagana jest zwiększona odporność na zużycie ścierne wykazuje, że renomowane fumy swiatowe racjonalizują koszty poprzez stosowanie tanich materiałów. Zwiększanie odporności na zużycie ścierne wykonuje się mało kosztownymi metodami wytwarzania, a więc poprzez: stosowanie wtopek z materiału odpornego na ścieranie, stosowanie obróbki cieplnej i obróbki cieplno-<:hemicmej, nanoszenie pokryć, napawanie, kształtowanie struktury w procesie krzepnięcia, uszlachetnianie warstwy wierzchniej skoncentrowanym strumieniem energii [1 ]. W latach osiemdziesiątych zespół Politechniki Rzeszowskiej i Huty Stalowa Wola włączył się w prace dotyczące poprawy żywotności pary współpracującej wałek rozrządu- płytka regulacyjna dla silników wysokoprężnych. Wałek wykonany był z żeliwa szarego a powierzchnia krzywek hartowana indukcyjnie - powierzchniowo. Ze względu na problemy producenta z urządzeniem do hartowania zdarzały się przypadki niewłaściwego utwardzania niektórych krzywek. W związku z tym zaproponowano opracowanie technologii zabielania krzywek w procesie odlewniczym poprzez stosowanie ochładzalników. Prace nad tym zagadnieniem zrealizowały niezalemie od

2 282 siebie zespół z Politedmiki Rzeszowskiej i zespół z AGH w Krakowie. PrllCCimiotem tych opracowa6 były próbne odlewy, patenty i publibcje [2-4]. Zaletll tej technologii jest to te odlewy w obszaradl utwardzonych wybmją wysoką ~ a w obszarach bez zabieleń dut.ą zdolność do tłumienia drgań i dobrą obrabialność. Makrostrukturę krzywki walka rozrządu bartowancgo powiazdmiowo i utwardzonego drogą odlewnicząprzedstawia rysunek l. a) b) c) ( Rys. l. Makrostruktura krzywki walka rozrządu hartowanej powierzclmiowo a), utwardzonej metodą odlewniczą przy zastosowauiu ochład7llłników b), utwardzonej drogą przetapiania skoocemrowanym stnunieniem energii c) Kolejnym krokiem w poprawie odporności na zużycie ścierne odlewów z t.eliwa były próby utwardzania warstwy wierzchniej drogą jej nadtapiania laserem. Zastosowanie do nadtapiania odlewów z t.eliwa szarego i sferoidalnego lasera c~ typu l.n 2,5 - IGLAN o mocy 2,8 kw (prędkość skanowania wiązki 7,8 m /min) pozwoliło uzyskać twardość warstwy wierzdurlej wyt.szą nit w przypadku utwardzania drogą odlewniczą (rys. 2). Jak wykazały próby detale z t.eliwa szarego uzyskiwały powierzchnię o nadmiernej chropowatości. Głębokość utwardzania odlewów z t.eliwa szarego i sferoidalnego była na tyle mała, te warstwa ulegala likwidacji w trakcie obróbki wykańczającej detalu. W ostatnich latach zespół z Politechnilci Rzeszowskiej prowadzi intensywne badania nad wykorzystaniem do uszlachetniania powierzchniowego odlewów strumienia plazmy łuku elelctrycmego. W związku z tym, te warstwa przetopiona w odlewach z t.eliwa szarego wykazuje bardzo c:haą porowatość (rys. 3) badania prowadzone są na uliwie sferoidalnym.

3 a) leiiwo aare (3,4 % C; 2,0 % Si; 0.4 % Ma; 0,6 % Cr; 0.1 % Cu; 0,8 % Ni) b) - IDO..._. ~ "" ~~ - Va7,1~1!1h 7 " lo-. o Q2 Cl4 o.a u 1.4 oclla!lłc* od powilrzdn..., IIIIII 283 ~sferoidalne - (3, 7 % C; 2,3 % s~ 0,6 % Mn; O, l % C u; 0,045 % Mg) c) -' d) IDO J :t :aioo o i " ""' "" ~ ~ ~ Va7,1M*I.ł/II T "- żeliwo sferoidalne (3,9 % C; 2,5 % S i; 0,6% Mn; 0,16% Cu; 0,040% Mg) 1000!---\_ r-- :--&1 V a 20CIII/IIIIn, i!vh 3 \ \. ZIO o Q u 1.0 u 1.4 1,1 1.1 o, ~od pgiiiwzhni ~.- odlegloi6 od, zctlnl priablcl.nb Rys. 2. Przebieg miian mikrotwardości na przekroju pop1:zecznym próbki t.eliwnej a) - warstwa wierzclmia ukształtowana z zastosowaniem ochladzalnika. b}, c) - warstwa wiem:łmia przetopiona Jaserem, d) - warstwa wiem:hnia przetopiona plazmą łuku elektrycznego [ 5] Rys. 3. Po~ odlewu z teliwa szarego przetopioocgo plazmą łuku e1cktrycmcgo, ściegi wykonaoo przy mjiemjym Jlllłę'hmń, prądu

4 284 Badania (6] wykazały, t.e mlieoiając parametry przetapiania (natętrnie prlldu I. szybkość przesuwu wiązki v) oraz atmosferę ocbrooną moma wpływać na geometrię i strukturę warstwy wierzchniej teliwa (rys. 4) Rys. 4. Charakter wpływu parametrów przetapiania p111zmąłuku elektryc-mego (natężt:nia prądu l, szybkości przesuwu v) oraz właściwości cieplnych gazu ochronnego na geometrię przetopień i strukturę warstwy wierzchniej odlewu żeliwnego Stwierdzono równie1'., że historia próbki (struktura wyjściowa materiału) nie ma istotnego wpływu na twardość warstwy wierzchniej odlewu po przetopieniu jej plazmą łuku elektrycmego (rys. 5) [7] , ~ ~ ~:L-'\. l= ~ ~ ~-+-r~~~~ a sa ee Ollleglcl6t od CIIIIII pr6bld, n11 Rys. 5. Wpływ historii próbki z żeliwa sferoidalnego (3,2 % C; 2,6 % Si; 0,3 % Mn; 0,01% S; 0,01% P; 0,064% Mg) na twardość warstwy wierzchniej uszlachetnionej pllmilą łuku elektrycmego Podsumowaaie Porównująt;: różne sposoby uzyskiwania warstwy zabielonej w żeliwie stwierdzono że:

5 285 ~ zastoeowaoie do nadtapiania tełiwa sb'uidia1ia plazmy łuku elektrycznego i wiązjrl ~- lasaowej pozwala uzyskać porównywaide wartoki twardości warstwy wierz.dmiej, zatosowanie tedmologii nadtapiania teliwa stnmiańem plazmy łuku eleksrycmego pozwala ozyskat wydzą twardość warstwy wi«zdmiej niż przy zastosowaniu metod odlewniczych {wyłmrzystanie ochładdłnika lub połaycie wnęki formy tellurem). W oparciu o te stwierdzenia można przyjąć tezę,.t.e sui6owanie plazmy łuku elektrycmego do uszlacbetniania powierzclmiowego pozwoli uzyskać istotną poprawę trwałości odlewów.t.eliwnych, od których wymagana jest duża odporność na zużycie ścierne. Opracowanie właściwej metodologii kształtowania warstwy wierzchniej plazmą łuku elektrycmego jest skomplikowane, gdyż wymaga naukowego ustalenia stanu strukturalnego osnowy metalicznej i jego zmian w procesie krystalizacji w rómych wanmkach, a także zajęcia się skomplikowaną stereologią grafitu i cementytu. Powiązanie składu chemicmego, struktury osnowy, rodzaju gamw ochronnych, parametrów przetapiania ze ~awiskami krystalizacyjnymi a także odpornością na zużycie ścierne.t.eliwa sferoidalnego będzie przedmiotem pracy doktorskiej. Szczegółowe zadania przewidziane do realizacji dotyczyć będą: określeni8. wpływu parametrów technologiemych i atmosfery Fńw ochronnych na geometrię przetopień w warstwie wierzchniej niestopowego żeliwa ukształtowanej plazmą łuku eleldrycmego, analizy mikrostruktury warstwy wienclmiej ukształtowanej z wykorzystaniem plamjy łuku elektrycmego i metodą odlewniczą, rentgenowskiej analizy fazowej, analizy stopnia niejednorodności składu chemiemego warstwy wierzchniej ukształtowanej z wykorzystaniem plazmy łuku elektrycmego i metodą odlewniczą, określenia twardości i odporności na zużycie ścierne warstwy wierzchniej ukształtowanej metodą odlewniczą i z wykorzystaniem plazmy łuku ełeldrycmego,

6 286 określenia łająleiidur prz.aniad fazowych podczas nagt"ljewwiiia warstwy wierzeimiej (ubzlaltowanej z wykmzystaoian plazmy łuku elektrycmego i metodą odlewniezll). Podoboe prace n:alimje zespół nad bztaltowanian warstwy wiazdmiej w stopach aluminium, tybmu, niklu i kobaltu. Utenłllra l. Orłowicz W., Opielam Z.:~ na zutycie elementów silnika spalinowego. cz. l. Zuzycie elementów silnika. V Sympozjum. Metody Obliczeniowe i Badawcze w Rozwoju Systemów Pojazdów Samochodowych i Maszyn Roboczych Samojezdnych. Politechnilca Rzeszowska, Uniwersytet Transportu Ukrainy w Kijowie, Alc.ademia Tnmsportu Ukrainy-Zacbodnie Centrum we Lwowie. Rzeszów 1995, str , 2. Podrzucki C., Maj Z., Wojtysiak A.: Schalenhartguss tnr Motortelle mit erhobter VerschleissfestigkeiL 56 G.W.K., Vortrag Nr 22, Dtlsseldcrf 1989; Przegląd Odlewnictwa m 4, 1989, s. 124, 3. Orłowicz W., Opiekun Z., Michalski J., Kościelny E.: Układ rozrządu silnika spalinowego. Patent m , 4. Orłowicz W., Opielam Z., Brzeziński A.: żeliwo szare perlitycme stosowane na odlewy motoryzacyjne zwłaszcza na wałki rozrządu silników spalinowych. Patent nr , 5. Orłowicz W., Opielam. Z.: Sposoby utwardzania warstwy wierzchniej żeliwnych elementów silników spalinowych. Intemationalen Stientific Cooference on Engineering Design and research of Automitive Vebicles and M.achines, SAK.ON '96, Rzeszów 1996, s , 6. Orłowicz W: Trytele A.: Creation of hardened surface layer on cast iron ca..vins'. International Conference. Technology '97. Bratislava 1997, str , 7. ()_rłowicz W., Opielam Z., Trytele A.: Konstytuowanie warstw odpornych na ścieranie w odlewach z t.eliwa. ll Międzynarodowa Konferencja Odlewnicza. Zvy ovanie Akosti v Zlievśreostve. Krzepnięcie Metali i Stopów. PAN Katowice. Zilina 97, m 33, str Sammary IMPROVEMENT IN CAST IJłON SURFACE LAYER The papers descri'bes methods tbat are used to improve surface layer condition of the iron castins', taking engine camsbaft as an example. The authors believe that surface layer improving. especially by plasma &re mdhod, will be extesivcly used in industry.