36/3 Sołidilicatioo ofmdajs and Alloys. No.36, 1998 Krzeprięlcie Mesali i Stopów, Nr 36, 1998 PAN -Oddział Katowice Pl.

Transkrypt

1 36/3 Sołidilicatioo ofmdajs and Alloys. No.36, 1998 Krzeprięlcie Mesali i Stopów, Nr 36, 1998 PAN -Oddział Katowice Pl. ISSN 020S-9386 SEGREGACJA A PĘKANIE ODLEWÓW STALIWNYCH SUCHY Józef: MOCHNACKI Bogdan, KRÓL Stanisław Politecbnika Opolska Katedra Materiałomawstwa i Technologii Bezwiórowych ul.mikołajczyka 5, Opole l.wprowadzenie Przyczyny wad pojawiających się w procesie wytwarzania walców mogą tkwić w: - składzie chemiemym staliwa. - technologii odlewania. - technologii obróbki cieplnej, - technologii mechanicmej. Skład cherniemy staliwa na walce charakteryzuje się zwykle wysoką zawartością węgla (powyżej 0.'7'1'/o) oraz obecnością dodatków stopowych, głównie chromu, molibdenu i wanadu. Wysoka zawartość węgla decyduje o tym. iż krzepnięcie przebiega w szerokim zakresie tem.perat1ll)', co może prowadzić do utworzenia siłnie rozproszonej jamy skurczowej i rzadzirn oraz do inicjacji pęknięć w najwolniej krzepnących obszarach odlewu. Dodatki stopowe Cr, Mo i V zabezpieczają wprawdzie własności użytkowe walca. lecz podlegają silnej segregacji. co na ogół prowadzi do wydzielania faz węglikowych w przestrzeniach międzydendrytycmych. Technologia odlewania decyduje o możliwości dekohezji odlewu spowodowanej sposobem krzepnięcia i zróżnicowaniem intensywności odprowadzania ciepła w różnych warstwach i obszarach. W technologii odlewania może tkwić przyczyna zarówno powstawania rzadzizn, jak też silnego wzrostu naprężeń i lokalnego pękania. Obróbka cieplna. koniecma z punktu widzenia własności użytkowych walca, wprowadza częściowo stany, w których nakładają się naprężenia cieplne spowodowane różnicami w szybkości nagrzewania z naprężeniami strukturalnymi związanymi z przemianami fazowymi. Technologia mecbanicma to głównie operacje obróbki wiórowej oraz wszelkie zabiegi transportowe. Przy wysokiej zawartości węgla stopowe staliwo na walce ma zwykle bardzo niską udarność. Stąd też walce mogą pękać w obszarach nie wykazująćych wad, a przyczyną mogą być obciążenia dynamicme; np. wybijanie walców z formy, uderzenia podczas transportu na stanowiska obróbki cieplnej bądź wiórowej, a także transportu do użytkownika.

2 28 l.struktura w odlewach walców Badania przeprowadzono na staliwie Cr-Mo-V (L90HMF), zawierającym ( )% CJ ( )0A» Cr, ok.0.4% Mo i 0.1% V, przemaczanym na walce gładkie o średnicy beczki SSOmm, [1-4]. Struktura takiego staliwa w stanie normalizowanym i odpuszczonym zawiera perlit i węgliki. Perlit dominuje w środkowej części walca, a w pozostałych obszarach jedynie w osiach dendiytów (rys.l.). Segregacja węgla i pierwiastków stopowych powoduje, że w mikrostrukturze odlewu perlitowi towar.zyszą wydzielenia faz węglikowych o różnym kształcie i rozmieszczeniu, a mianowicie jako: - węgliki pasmowe (rys.2.) o ukierunkowaniu pasm zbliżonym.do promieniowego (odlew osiowosymetryczny); tego typu układ węglików związany jest ściśle z krzepnięciem dendrytycmym- są to węgliki pierwotne powstałe z cieczy, - węgliki iglaste w układzie Wiedmannstattena w sąsiedztwie dużych węglików ziarnistych (rys.3.); węgliki te powstały z cieczy i majdują się wyłącznie w przestrzeniach międzydendrytycmych, - węgliki ziarniste w otoczeniu węglików pasmowych (rys.4.) w przestrzeniach międzydendrytycmych; skład cherniemy tych węglików zbliżony do składu części węglików pasmowych pozwala przypuszczać, że są to również węgliki pierwotne powstałe z cieczy, - węgliki w postaci siatki na granicach ziarn byłegó austenitu, obejmujących wiele kolonii perlitycmych (rys.s.); są to węgliki wtórne i występują w strefach przejściowych od przestrzeni międzydendrytycmych do osi dendiytów, - skoagulowane, drobnoziarniste węgliki w perlicie (rys. l.). J.Pękanie a segregacja składników stopowych Występujące w strukturze węgliki w postaci siatki, grubych ziarn, a szczególnie pasm stanowią miejsca o zwiększonej skłonności do. tworzenia wad. Szczególnie negatywną rolę spełniają węgliki pasmowe. W badaniach własności mechaniemych stwierdzono, że w przypadku obecności takich pasm w strukturze pękanie przebiega poprzez nie przy naprężeniach macznie niższych niż ma to miejsce w przypadku próbek nie zawierających węglików pasmowych. Analiza rentgenowska w mikroobszarach wykazała, że w rejonie pasm następuje szczególna segregacja składników stopowych, dotycząca zarówno Cr jak i Mo oraz V. Centralne miejsca węglików pasmowych są silnie wzbogacone w wanad (do 62%) bądź molibden (do 40%), (rys.6.). Kruchość tych obszarów zdecydowanie wzrasta, co bardzo często przejawia się obecnością mikropęknięć biegnących wzdłuż pasm (rys.2 i 7) o twardości przekraczającej l OOOHV. Stwierdzono więc, iż molibden i wanad segregują silniej niż chrom, bowiem ten ostatni wchodzi także w skład drobnych sferoidalnych węglików w perlicie. Ponieważ badania wykonano po przeprowadzonej w pełni obróbce cieplnej. polegającej na normalizowaniu (900 C/20 h) i odpuszczaniu (450 C/20 h) stąd można )Vllosić, że operacje cieplne nie doprowadziły do likwidacji ani pasmowych ani iglastych wydzieleń węglików, a idąc dalej należy stwierdzić, że zapobiegać takiemu rozmieszczeniu węglików winno się w fazie krzepnięcia staliwa.

3 29 Rys. l. Perlit w osi dendrytów. Rys.2. Węgliki pasmowe w przestrzeniach międzydendrytycznych. Rys.3. Węgliki iglaste w układzie Wiedmanstiittena w przestrzeniach międzydendrytycznych.

4 30 Rys.4. Węgliki ziarniste w pobliżu przestrzeni międzydendrytycznych. Rys.5. Węgliki w postaci siatki na granicach obszarów perlitycznych. Rys.6. Segregacja składników w obszarach pasmowych. Pow. 3000x

5 31 7. Pękanie wzdłuż pasm węglikowych pow. 1600x Badania strukturalne wskazały także na wady mikroskopowe związane z dendrytycznym krzepnięciem. W osi denc:bytu krzepnie ciecz będąca roztworem węgla w żelazie. Część węgla i pierwiastków stopowych (Cr, Mo, V) segreguje w kierunku cieczy. Jeśli nastąpi zetknięcie się ramion dendrytów i lokalnie ustanie zasilanie, co może wystąpić w przypadku grubościennych odlewów, to na powierlchni dendrytów jako ostatnie zaknepną kryształy bogate w węgieł oraz pierwiastki stopowe. W efekcie powierzchnia takich dendrytów pokryta jest węglikami, a barwa przełomu w tych rejonach jest wyraźnie srebrnożółta w odróżnieniu stalowoszarej w części pozostałej. Podobny obraz makroskopowy na przełomie uwidacznia się wtedy, gdy pęknięcie przebiega przez twardy węglik, a następnie osnowę metaliczną. W potocznym słownictwie metalurgicznym takie właśnie miejsca określane są mianem.,.rybiej łuski". 4.Podsamowanie Krzepnięcie i krystalizacja grubościennych odlewów ze staliw stopowych er Mo-V a także przemiany fazowe zachodzące w stanie stałym decydują o własnościach użytkowych wyrobów finalnych. Segregacja dendrytyczna oraz tworzenie się pasm twardych węglików wanadu i molibdenu są przyczyną powstawania pęknięć dyskwalifikujących odlew. LITERATURA [I] Suchy J.,Król S.: Structural defects in heavy steel castings, Mat.Konf..,Nove Materiały a Technologie", Ostrava-Trojanovice, Czechy, 1995, s.280. [2] Suchy J.S., Mochnacki B., Król S.: Heat treatment oftbe cylindrical steel casting, Mat.IV lnt. Metallurgi.schen Symposium, Rajecke Teplice, Czechy, 1996, s.41. [3] Suchy J., Król S.: Brittleness oftbick-walled casts ofcr-m()ov steel, Mat.JX Conf. on Elektron Microskopy ofsolids, Kraków-Zakopane, 1996, s.637. [4] Król S., Mochnacki B., Suchy J.: Numerical analysis of casting beat treatment, Slevarenstyi 4, 1996, s.274. ZAGADNIENIE ZOSTALO OPRACOW ANE W RAMACH GRANTU 7 T07A FINANSOWANEGO PRZFZ KOMITET BADAŃ NAUKOWYCH.