KRYSTALIZACJA I STRUKTURA

Slidificatin f Metais and Allys, N.30, 1997 Knepnięcie Metali i Stpów, Nr 30, 1997 PAN - Oddział Katwice; PL ISSN 0208-9386 STANISŁAW PIETROWSKf, BOGUSŁAW PISAREK KRYSTALIZACJA I STRUKTURA ŻELIW A CHROMOWO-MOLIBDENOWEGO W pracy przedstawin wyniki badai1 wpływu mlibdenu w zakresie 0,61-;-5, 15% przy kł 6,00% Cr i 13,6% Cr na krystalizację i struktur!( żeliwa. Wykazan, że pcząwszy d 2,00% M w żeliwie zawierającym kł 6,00% Cr, krystalizują w klejnści eutektyki M3C+y i M23C6+y, a w żeliwic 711Wierającym 13,60% Cr eutektyki M3C+y, M1C3+y i M23C6+y. Badana zawartść M nie wpływa ZI!ac7ąc na twardść żeliwa w stanie surwym. l. WPROW ADZENIE Wpływ mlibdenu na prces krystalizacji i strukturę żeliwa chrmweg nie jest dtychczas jednznacznie wyjaśniny. Wg. danych [1 ;2] w cementycie rzpuszcza się niev.. rielka ilść M, d 3,00%. W pracach [3 ;4) stwierdza się, że eutektycznie mgą krystali z wać węgliki M 23 C 6 raz M1C 3. Nie kreślne są jednak jednznacznie warunki ich krystalizacji raz klejnść krystalizujących faz. W związku z tym celem niniejszej pracy jest przedstawienie wyników badań krystalizacji że liwa chrmw-mlibdenweg zawierająceg kł 6,00% Cr i 13,6% Cr raz 0,60-;-5, 15% M metdą ATD. Stanwi na kntynuację badań przedstawinych w pracach [5 -;-7]. 2. METODYKA BADAŃ Skład chemiczny badaneg żeliwa przedstawin w tablicy l. Badania krystalizacji żeliwa metdą ATD wyknan z wykrzystaniem aparatury CRYST ALDIGRAPH PC/AT w próbnikach ATD-10. Interpretację charakterystycznych punktów na krzywej derywacyjnej żeliwa pdan przez analgię d prpzycji S. Jury dla siluminów przedstawinych w pracy [8]. Rentgenwską analiz(( strukturalną >vvyknan na dyfraktmetrze D-500 firmy SIMENS z filtrwanym Fe prmieniwaniem CKcx. Pmiar prwadzn metdą krkwą z zapisem cyfrwym na mikrkmputerze. D identyfikacji faz na prf. nadzw. dr hab. inż. - Pliteclmika Łódzka dr inż. - Plitechnika Łódzka

192 Stanisław Pietrwski, Bgusław Pisarek dyfraktgramach zastswan prgram analizy XRA Y AN. Mikranalizę rentgenwską liniweg rzkładu C, Cr i M wyknan na analizatrze SX50 firmy CAMECA. Obraz struktury nietrawinej próbki, w zakresie dcinka pmiarweg, bserwuwan w ś wietle elektrnów dbitych z rejestracją cyfrwą na mikrkmputerze. Parametry pmiaru przedstawin w tablicy 2. Skład chemiczny badaneg żeliwa CI l f l. d 1enuca cmpsjtwn t 1e examme cast 1rn Tablica l Nr Oznaczenie Skład chemiczny, % c S i Mn s p Cr Ni M C u l. ZICr6,5M0,5 3,46 2,12 0,27 0,03 0,05 6,48 0,27 0,61 0,25 2. ZICr6M l 3,30 2,24 0,44 O,Q3 0,05 6, 10 0,27 1,24 0,26 3. ZICr6,5 M2 3,50 2,16 0,35 0,03 0,05 6,56 0,27 2,01 0,26 4. ZICr6,5M3 3,14,., ')'")...,... 0,39 0,03 0,06 6,27 0,28 3,21 0,26 5. 7.1Cr6,5M4 3,04 2,5 1 0,3 7 O,Q3 0,06 6,52 0,27 4,04 0,25 6. ZICr6,5M5 2,95 2,42 0,34 0,03 0,05 6,29 0,30 5,15 0,25 7. ZICri3,5M2 3,50 2,13 0,43 0,02 0,05 13,60 0,27 2,23 0,24 Parametry mikranalizy rentgenwskiej liniweg rzkładu pierwiastków p fi" d "b. f l. l. arameters mear 1stn utwn e ements rentgen nucranajysjs Napięcie prqspieszające Natężenie prądu Średnica wiązki Krk pmiaru, c Dług ść dcinka pmiarweg Czas zliczania w punkcie, tp 15 (kvj 20 [naj l [m] l [m] 20[m] 10 [s] Tablica 2 Stc;: że nic vvagwe C, Cr i M wyznaczn metdą prównawczą zgdnie ze wzrem (1): X = J X - J t * 100% Jwz-J twz (l) gdzie: X Jx -stężenie wagwe w [%1 pierwiastka X w danej fazie, - ilść impulsów w czasie -rp (natężenie) dla pierwiastka X w danej fazie, - natężenie dla tla pierwiastka X w danej fazie, - natężenie dla pierwiastka X we wzrcu X, - natężenie tła dla pierwiastka X we wzrcu X.

Krystalizacja i stmktura żeliwa chrmw-mlibdenweg 193 Pmiar twardści żeliwa wyknan metdą RckweBa w skali C wg. PN-91/H-04355. 3. Wyniki badań Strukturę żeliwa nr l (0,61 %) i krzywe ATO przedstawin na rysunku (a,b), a jeg dyfraktgram na rysunku 2. Wynika z nich, że struktura żeliwa złżna jest z węglików ledeburytycznych M 3 C i perlitu. Zstała na utwrzna w wyniku prcesu krystalizacji pisaneg krzywymi A TD (rys. l b). P przechłdzeniu ciekleg żeliwa d temperatury minimalnej likwidus trk=kmin= ll72 C (punkt Pk) rzpczynają krystalizwać przedeulektycznie dendryty austenitu (y). Maksymalny efekt cieplny ich krystalizacji występuje w punkcie A na krzywej derywacyjnej. Ciepł krystalizacji dendrytów fazy y pdnsi temperaturę żeliwa d temperatury maksyn1alnej likwidus t 8 =tlmax= 1173 C (punkt B). Frnt krystalizacji fazy y "drzuca" atmy węgla i chrmu d cieczy, przy jednczesnym bniżaniu temperatury. W temperaturze minimalnej słidus t 0 =tsmin= 1146 C (punkt D) rzpczyna zardkwanie i wzrst eutektyka M 3 C+y, w której fazą widącą jest węglik M3C jak dbry katalizatr zardkwania fazy y. Maksymalny efekt cieplny krystalizacji eutektyki występuje w punkcie E na krzywej derywacyjnej. Ciepł krystalizacji eutektyki M 3 C+y pdnsi temperaturę slidus d maksymalnej tf=tsmax= l 147 C (punkt F). Jura S. w pracy [8] temperatury kmin, tlma.x, tsmin i tsmax kreśla dpwiedni jak temperatury metastabilneg i stabilneg likwidusu raz slidusu. Krystalizacja żeliwa kńczy się w temperaturze th= l 055 c (punkt H). Przy dalszyn1 chładzaniu żeliwa, w temperaturze tk= 777 c (punkt K) rzpczyna się przemiana austenitperlit, k1óra kńczy się w temperaturze tn= 726 C (punkt N). Pdbną strukturą i krzywymi ATO charakteryzuje się żeliw nr 2 (1,24% M). Dalszy wzrst zawartści mlibdenu w żeli-vvie w zakresie 2,0175,15% M (żeliw nr 376) pwduje zmianę krystalizacji, a w związku z tym i struktury dlewów. Przedstawin ją przykładw dla żeliwa nr 5 (4,04% M) wraz z krzywymi A TD na rysunku 3 (a, b). Dyfraktgram teg żeliwa pkazan na rysunku 4. Wynika z nich, że bk węglika ledeburytyczneg M3C występuje węglik łedeburytyczny M 23 C 6. Jeg budwę przedstawia rysunek 5. W związku z jeg krystalizacją na krzywej derywacyjnej (rys. 3 b) w bszarze krystalizacji eutektyki (D-H') wystqpują dwa maksyn1alne efekty cieplne. Jeden E d krystalizacji eutektyki M3C+y, występujący w zakresie temperatur t 0 =1122 c i t F= l 123 c raz drugi E' spwdwany krystalizacją eutektyki M23C 6 +y (te = l 066 C). Eutektyka M 23 C 6 +y krystalizuje p zakńczeniu krystalizacji eutektyki M3C+y.

194 Stanisław Pietrwski, Bgusław Pisarek b) 1650 xioo x500 PkAB DEF H K N 1250 -l u -2 Vl u!-' =2 43 850-3 -4 Z!Cr6M0,5 450-5 400 800 1200 1:, s tl'k l!b l t l!f l tk c 1172 l 1173 l 1146 J 1147 l 777 Rys. l. Struktura (a) i krzywe ATO (b) żeliwa zaw i erająceg 6,48% Cr i 0,61% M Fig. l. StructUI e (a) and A TO curves (b) cast irn cntaining 6,48% Cr and 0,61% M

Uł8 98 :1 1 Fea. 88 78 -- 68-- 58 48" 38 20--.10-- c MF MF MF M:[: M:JC M f Fe a. Fe a. s :> ' "' i:! N "' C) C) C) 48.80 50.00 60.88 78.80 88. 08 98.88 100.0 2& CJ<cx8 Rys. 2. Dyfraktgram żeliwa ZICr6,5M0,5 Fig. 2. Diffractin pattern f ZICr6,5M0,5 cast irn 1-" \0 Vl

196 Stanisław Pietrwski, Bgusław Fisarek b) 1650 A x!oo DEF E' H' K N x500 l l l l 1250 -l u -2 "' ij =2-850 -3-4 450 Z ICr6,5M4-5 400 't, s 800 1200 la t lr c te' 11 91 11 22 1123 1066 710 Rys. 3. Struktura (a) i krzywe ATD (b) żeliwa zawierająceg 6,52% Cr i 4,04% M Fig. 3. Structure (a) and ATD curves (b) cast irn cntaining 6,52% Cr and 4,04% M

188 98 88 M3C Fe rl 78 68 58 48 38 M2:A;: M 3 C 28 18 M 3 C f6 Fe rl Fe CL ::.. Q..n. "' P:' '" () (3 g ::: _ (5 C) 48. 88 58. 88 68.88?8.88 88.88 98. 88 1ee.e 2e CJCd Rys. 4. Dyfraktgram że l iwa ZICr6.5M4 Fig. 4. Diffractin pattern f ZICr6,5M4 cast irn -\0 -..)

198 Stanisław Pietrwski, Bgusław Fisarek Jej frnt krystalizacji "drzucając" atmy M pwduje wzrst jeg stężenia w pzstałej cieczy, c w knsekwencji prwadzi d wydzieleń węglika M23C6 i krystalizacji eutektyki M23C 6 +y. Strukturę i liniwy rzkład C, Cr i M w żeliwie nr 6 wzdłuż dcinka pmiarweg A-E pkazan dpwiedni narysunku 6 (a7c). Pmiar rzpczęt w punkcie A (rys. 6 a) i wyknan przezwęglik M23C6+perlit (dcinek A-B), perlit (dcinek B-C), węglik M23C 6 (dcinek C D) i perlit (dcinek D-E). Z przedstawinej na rys. 6 (b,c) mikranalizy rzkładu C, Cr i M wynika, że w węgliku M 23 C 6 średnie stężenie C= 2,60%, Cr=5,69% i M=15,26%, a w perlicie 0,66% C, 2,06% Cr i 1,03% M. W żeliwie zawierającym 13,60% Cr krystalizują dwie eutektyki M3C+y i M1C3+y [5]. P wprwadzeniu d teg żeliwa 2,23% M (nr 7) stwierdzn r{lwnież krystalizację eutektyki M23C6+y. Na rysunku 7 (a,b) przedstawin strukturę i krzywe ATO żeliwa zawierająceg 13,60% Cr i 2,23% M. W strukturze żeliwa bk węglików M3C i M1C3 występuje węglik Mz3C6. W związku z tym, na krzywej krystalizacji występują maksymalne efekty cieplne d krystalirncji: A- pirwtnych dendrytów austenitu, E - eutektyk M3C+y i M1C3+y, E' - eutektyki M23C6+y i K - przemiany austenitperlit. Również w tym przypadku, eutektyka Mz3C6+y krystalizuje dpier p zakńczeniu krystalizacji eutektyk M3C+y i M1C3+y, tj. p wzbgaceniu cieczy przede wszystkim w mlibden. W tablicy 3 przedstawin twardść badaneg żeliwa w stanie surwym. Wynika z niej, że wzrst zawartści M w żeliwie nie wpływa macząc na jeg twardść. Nr l. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Twardść badaneg żeliwa w stanie surwym Herdness researched cast irn in the cast cnditin Oznaczenie HRC ZICr6,5M0,5 50 Z!Cr6Ml 48 ZICr6,5M2 49 Z1Cr6,5M3 49 Z!Cr6,5M4 49 Z1Cr6,5M5 49 Z!Cr13,5M2 50 Tablica 3.

Krystalizacja i strktura żeliwa chrmw-mlibdenweg 199 Rys. 5. Węglik M 23 C 6 w eutektyce M 23 C 6 +y- ZICr6,5M4, pw. x3500 Fig. 5. Carbn M 23 C 6 in the eutectic M 23 C 6 +y- ZICr6,5M4 cast irn, magnif. x3500 Rys. 6. Analiza rentgenwska liniwa żeliwa ZICr6,5M4 a) struktura żeliwa w mikrbszarze pmiarwym, Fig. 6. Linear distribulin f elements rentgen micranalysis f ZICr6,5M4 cast trn a) structure f the cast irn in the measuring micrrangc,

200 Stanisław Pietrwski, Bgusław Pisarek b) 7000.-----------------c - -,c-ca-sx-5-0s-rn---m--c-,c-.----------.-------, 3.0 B 2.5 5600 2.5! l D. 4200.. Ci E 2SOO 1400 B' t't- Jt- dla C w MI, Jt dla (W JX:rliCIC Jt -dla c, A H - ; ; -- - - c n ---; : : /) -- ---4 '--- ---; ('' w u ó--- ----, ', :--- --- - ------ - - - - - - - - - - - - - - - - - - ------- =--.."'""......,..,. = - ------ -'"' --,.,-, 2 4 6 8 lo 12 14 16 18 20 L 1-1111 2 1.5 u; "" G ;: 1.0 u 0.5 0.0 2.0 1.5 - u -;:: <1J D. ;:: 1.0 u 0.5 2 0.0 lo s 6 4 u c) 5000 4000 ------------------------------------------------ 20 Camcca SX 50 Slagc Scan Cr M l 18 16 14 ft- 3000 0.. E -, 2000 1000 B' : B ( ' ---, D (" /) :,...--------: (!>----, ---.0 /('.-- -- 2 4 6 8 lo 12 14 16 18 L 1-1111 F 20 lo 9 8 7 6 5 4 u 3 2 l - 12 '"- 10. ::E 8 6 4 2 cd. rys. 6. b) liniwy rzkład C i Cr, c) liniwy rzkład Cr i M ad. fig. 6. b) linear distribulin fc and Cr, c) linear distribulin f Cr and M

JVystalizacja i struktura żeliwa chrmw-mlibdenweg 201 b) 1650 A DEF E' H' K ' ' ' ' ' _l l l ' l x500 u 1250 850 -l <J) l3-2 1-' ::'::'.:0 -. -.) -4 450 ZICr13,5M2-5 400 800 1200 -c, s la l l [E. [K c 1210 1182 1182 1041 726 Rys. 7. Struktura (a) i krzywe ATO (b) że liwa zawierająceg 13,60% Cr i 2,23% M Fig. 7. Structure (a) and ATO curves cast irn cntaining 13,60% Cr and 2,23% M

202 Stanisław Pietrwski, Bgusław Fisarek 4. Wniski Z przedstawinych w pracy danych wynikają następujące wniski: w żeliwie chrmwym zawierającym pwyżej 2,00% M, p zakńczen iu krystalizacji eutektyk MJC+y i M1C 3 +y krystalizuje eutektyka M23C6+y, na krzywej derywacyjnej występuje ddzielny efekt cieplny d krystalizacji eutektyki M23C6+y, mlibden w zakresie 0,60+5,15% nie wpływa znacząc na twardść żeliwa w stanie surwym. LITERATURA [l] Malkiewicz T.: Metalznawstw stpów żelaza. PWN, Warszawa-Kraków 1978. [2] Wada T.: C-Fe-M (Carbn-Irn-Mlybdenum Diagrams). Metais Handbk ASM, Metais Park, Ohi 1973, t. 8, s. 409. [3] Fregeng W. D., Fregeng W. D. Jr.: C-CI -Fe (Carbn-Chrmium-Irn Diagrams). Metais Handbk ASM, Metais Park, Ohi 1973, t. 8, s. 402. [4] Hudremnt E.: H andbuch der Snderstaldkunde. Springer-Verlag, Berlin 1956, t. 2, s. 913c-917. [5] Pietrwski S., Pisarek B.: Ocena st111ktwy żeli-wa chrmweg z "H}'ktzystaniem metdy ATD. Krzepnięcie metali i stpów, 1992, nr 16, s. 179c-190. [6] Pictrwski S., Pisarek B. : Wpływ niklu na laystalizację pierwtną i wtómą żeliwa średnichrmweg. Krzepnięcie metali i stpów, 1994, nr 20, s. 5lc-63. [7] Pietrwski S., Pisarek B.: Ktystalizacja pierwtna i wtóma żeliwa Cr-M w cenie m e tdą ATD. KrL.epnięcic metali i stpów, 1995, nr 22, s. 54c-61. [8] Jura S., Jura Z.: Teria metdy ATD w bcuianiach stpów aluminium. Krzepnięcie metali i stpów, 1996, nr 28, s. 57c-88. Stanisław Pietrwski Bgusław Pisarek Crystalłizatin and structure Chrmium-Mlybdenum cast irn Summary n1e test results f influence f mlybdenum in the range 0.6lc-5.15% and c. 6.00% Cr and 13.6% Cr n crystallizatin and structure f the cast irn bas been presented in this wrk. lt has been stated that started frm 2.00% M crystallizing successively eutectics M3C+y and M23Có+y in cast irn cntaining c. 6.00% Cr and eutectics M3C+y, M1C3+y and M23C 6 +y in the cast irn cntaining 13.60% Cr. Researched M entent des nt influence n cast irn in the cast cnditin hardness.