Sołidification of Metais and Ałloys, No.27, l 996 Kr1.epnięcie Metali i Stopów, Nr 27, 19% PAN- Oddzial Katowice PL ISSN

Transkrypt

1 27/5 Sołidification of Metais and Ałloys, No.27, l 996 Kr1.epnięcie Metali i Stopów, Nr 27, 19% PAN- Oddzial Katowice PL ISSN WPL YW PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA JAKOŚĆ WYROBÓW ZE STOPU AMIO BORKOWSKI Stanisław, TOMCZYŃSKI Szczepan, MERMER Magdalena, ZIĘBACZ - NIESMACZNY Małgorzata Politechnika Częstochowska Wstęp i cel pracy Od części i podzespołów samochodowych oczekuje się spełnienia ściśle określonych wymagań. Samochód oprócz spełnienia swej podstawowej roli jakąjest przemieszczanie ludzi i materiałów musi zapewnić bezpieczeństwo jadącym osobom. O tym decyduje między innymi układ hamulcowy. Materiały stosowane do jego wykonania powinny charakteryzować się dużą szczel nością. Jedną z ważniejszych części tego układu jest korektor hamowania, którego produkcja jest skomplikowana i stwarza dużo problemów podczas odlewania oraz obróbki cieplnej. Celem niniejszej pracy jest określenie przyczyn nieszczelności odlewów korektora hamowania ze stopu AMIO. Analiza źródeł przyczyn powstawania tej wady obejmuje procesy: odlewania, obróbki mechanicznej i obróbki cieplnej. l. Zakres i metodyka badań Badaniu podlegały odlewy kokilowe korektora hamowania ze stopu AMIO: odlewy wadliwe po zabiegach obróbki cieplnej (przesycanie i starzenie), odlewy surowe. Na odlewach tych wykonano następujące badania: analiza mikroskopowa: powierzchni odlewów wadliwych przeprowadzona nieuzbrojonym okiem oraz przy powiększeniu x8, ocena struktury wewnętrznej odlewów metodami tnikroskopii optycznej na zgładach trawionych HF przy powiększeniu 25 i l OOx, oraz metodami tnikroskopii scaningowej (badanie powierzchni odlewów oraz przełomów), badania laboratoryjne - przeprowadzenie w warunkach laboratoryjnych z.abiegów obróbki cieplnej dostarczonych odlewów przy różnych parametrach temperaturowo - czasowych oraz ocena wpływu tych parametrów na jakość odlewów. Wykonano trzy warianty obróbki cieplnej: I - przesycanie wg parametrów podanych przez zleceniodawcę (rys. l a);

2 30 II - przesycanie przy podwyższonej temperaturze ostatniej fazy wygrzewania do 520 C(rys. l b); III - przesycanie przy podwyższonej temperaturze ostatniej fazy wygrzewania do 538 C (rys. Ie) i wydłużenie czasu wygrzewania w tej fazie do 60 minut. Wariant l 51St<"C -~~ą_~~:c: :::::=:===::::::::::::~ --- Chłodzenie /~~:ie 50 : JO C~s {min J., ~ E ;. Wariant 11 s_t5_:~:c _ 5JOH"C 165 C= {min} Wariant III Rys. l. Parametry przesycania oalewów ze stopu AM l 0

3 31 2. Ocena powierzchni odlewów wadliwych Obserwacje powierzchni odlewów okiem nieuzbrojonym oraz przy powiększeniu 8x wykazały występowanic wad powierzchniowych: siatki mikropęknięć na całej powierlchni zewnętrznej odlewów; nadtopienia metalu w określonych miejscach na powierzchni odlewów; wykruszenia materiału odlewu po obróbce mechanicznej, zwłaszcza przy otworach montażowych; krople (pęcherze) w miejscach szlifowania zalewek przed obróbką cieplną. Obserwacje na mikroskopie scaningowym wykazały, że na powierzchni wadliwych odlewów występuje siatka mikropęknięć. Ponadto oprócz siatki pęknięć, stwierdzono w odlewach zanieczyszczenia (rys. 2a). Analiza pęknięć wskazuje na głębokie wnikanie tych zanieczyszczeń w materiał. Materiał, który zajmował wcześniej miejsce szczeliny został utleniony i jako tlenek znajduje się bądź to w szczelinach, bądź na powierzchni odlewów. Obraz przełomu, przedstawiony na rys. 2b wykazuje, że materiał odlewu jest kruchy i uwidacznia mikroporowatości międzydendrytyczne spowodowane niewłaściwym zasilaniem odlewu podczas krzepnięcia. Powyższe dane, w połączeniu z danymi literaturowymi, potwierdzają obecność na granicach ziarn niskotopliwej eutektyki. Podczas wygrzewania w temperaturze bliskiej temperatury eutektycznej stopu uległa ona nadtopieniu. a). b). Rys. 2. Obraz scaningowy powierzchni wadliwego odlewu (a) pęknięcia w materiale (b)

4 32 3. Ocena struktury wadliwych odlewów Przedstawione powyżej stwierdzenia potwierdzają również wyniki badań mikroskopowych, zamieszczonych na rys. 3. Na rysunkach tych pr.ledstawiono s trukturę badanych odlewów z wadami (rys. 3a), i w jego warstwach przypowierzchniowych (rys. 3b). Przedstawione zdjęcia ukazują nieciągłości w materiale spowodowane mikropęknięciami międzyziarnowymi (rys. 3c) oraz wypalaniem i utlenianiem niskotopliwej eutektyki struktury. b). c). Rys. 3. Mikrostruktura wyrobów wadliwych: a) siatka pęknięć międzyziarnowych (25x); b) wgłębienia tworzące siatkę na powierzchni; c) pustki po utlenionym materiale wchodzące w głąb materiału. b i c pow. x!oo, traw. HF. 4. Wpływ obróbki cieplnej na własności odlewów Odlewy surowe charakteryzowały s ię różną jakością powierzchni. W jednej partii powierzchnia ich była błyszcząca i gładka (rys. 4a), w drugiej natomiast powierzchnia matowa i pofałdowana (rys. 4b). Badania metalograficzne wykazały, że partie te różnią się nie tylko jakością powierzclmi lecz również mikrostrukturą. Odlewy o powierzchni błyszczącej (rys. 4a) posiadają strukturę drobnodendrytyczną, (rys. 4c) natomiast odlewy o powicrzclmi matowej (rys. 4b) charakteryzują się strukturą gru bodendrytyczn ą (rys. 4d) oraz występowaniem porów i rzadzizn. Paran1etry obróbki cieplnej pr.ledstawiono na rys. I.

5 a). b). 33 c). d). e). f)., ~ _ :.... ::::. ;!:. :1 :.-.::,.};.: ) :\.:.< ~ ~\ ~\.;:~, g). h)..... ~~:~.?~~~ ~ y : ~ :.. ~f/ \ r~<~( G: ~;~:.,.,_..:; I~: i}. l). Rys. 4. Powierzchnia surowych odlewów (a, b), ich mikrostruktury paw. 25x, traw. HF (c, d), \Vyniki obróbki wg I wariantu (e, f), 11 wariantu (g, h), lll wariantu (i, j).

6 34 Ocena efektów obróbki cieplnej prowadzi do następujących wniosków: po obróbce wg wariantu I (parametry producenta) obie partie dostarczonych odlewów nie wykazują wad powierzchni (rys. 4e, 4t); po obróbce wg wariantu II na powierzchni odlewów z partii o powierzchni matowej wystąpiły dwa typy wad zaobserwowane wcześniej na dostarczonych odlewach wadliwych. Wady te to: miejscowe nadtopienia materiału i pocenie na powierzchniach obrabianych (rys. 4h); po obróbce wg wariantu III na powierzchniach odlewów wystąpiły wszystkie wady obserwowane na odlewach wadliwych (rys. 4i, 4j) bez względu na serię odlewów, jednak większe nasilenie tych wad obserwuje się w odlewach pochodzących z partii o powierzclmi matowej (rys. 4j). S. Podsumowanie Na podstawie przeprowadzonych badań można stwierdzić co następuje : Wykruszenia na powierzchniach odlewów obrabianych mechanicznie są wynikiem źle dobranych parametrów skrawania. Stop AM l O jest tworzywem kruchym i ma skłonność do zacierania, co przy niewłaściwie dobranej prędkości skrawania powoduje wyrywanic cząstek materiału. Dodatkowo wyrywaniu cząstek materiału sprzyjają wady odlewów surowych (rzadzizny skurczowe i porowatość) często prze c hodzące w siatkę mikropęknięć po chłodzeniu podczas przesycania. Nadtopienia powierzchni odlewów oraz wypalenia i utlenienia eutektyki wykrystalizowej na granicach ziarn spowodowane są przekroczeniem temperatury przy przesycaniu odlewów. Siatka m i kropę knięć powstaje po przeprowadzeniu utwardzania wydzieleniowego przy przekroczeniu temperatury podczas przesycania. Przesycanie dla badanych odl ewów prowadzone jest z temperatury bliskiej temperatury eutektycznej i najmniejsze przekroczenie tej temperatury prowadzi do rozrostu ziarn, co przy szybkim chłodzeniu powoduje występowanie znacznych naprężeń wewnętrznych. Napręże n ia te prowadzą do powstawania mikropęknięć zaobserwowanych w odlewach wadliwych.

7 Powstawaniu mikropęknięć sprzyja dodatkowo wypalanie faz międzyziarnowych w warstwach powierzchniowych odlewów oraz przerwy ciągłości odlewu surowego. Jednak jak wykazały badania laboratoryjne, mikropęknięcia nie występują w odlewach dla których parametry obróbki cieplnej były zgodne z zaleceniami, mimo wad odlewów surowych. Zaobserwowane wady odlewów surowych nie powodują rozwarstwiania i pękania materiału odlewu, ale potęgują te zjawiska przy występowaniu naprężeń, co ma miejsce w przypadku przegrzania przy przesycaniu. 35?oprawienie jakości odlewów zmniejszy niebezpieczeństwo ich pękania przy nieznacznym przekroczeniu temperatury przesycania. Porowatości i rzadzizn skurczowych można uniknąć przez poprawienie zasilania odlewów podczas krzepnięcia.