33/2 Slidinkatin uf Metais!Ind Allys, N. 33, 1997 Krzepnięcie Metali i Stpów, Nr JJ, 1997 PAN- Oddział Katwice PL ISSN 02ll!!-9386 JAKOŚCIOWA OCENA METODY SFEROIDYZACJI ŻELIW A PRZY UŻYCIU PRZEWODU ELASTYCZNEGO GUZIK Edward Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymnta 23, 30-059 Kraków Dknan ceny przydatnści przewdu elastyczneg z rdzeniem magnezwym (tzw. "metda drutwa") d zabiegu sferidyzwania żeliwa, wytapianeg w żeliwiaku. Ta technika sferidyzacji żeliwa pzwala uzyskać regularną, kulkwą pstać grafitu, a przy dpwiedni dbranej zawartści Mn i Si w składzie mżna zapewnić snwę ferrytyczną. W knsekwencji trzymuje się żeliw sferidalne wyskich wartściach wydłużenia A 5, przy wytrzymałści na rzciąganie Rm rzędu 500 MPa. l. Wprwadzenie Zeliw wyskjakściwe, któreg właściwści kształtuje rdzaj eutektyki grafitwej z wydzieleniami grafitu kulkweg bądź wermikulameg (z ang. grafit "rbaczkwy") znajduje w kraju craz sz1!rsze zastsw<mie na rólilleg rdzaju części maszyn i urządzeń. U dział prdukcji żeliwa sferidalneg w gólnej prdukcji dlewów ze stpów żelaza jest becnie traktwany jak niewątpliwy wskaźnik nwczesnści przemysłu dlewniczeg w danym kraju. Pnadt. wytwarzanie wielu różneg rdzaju elementów finalnych z teg gatunku żeliwa przyczynia się d unwcześnienia różnych gałęzi przemysłu maszynweg. W krajach wysk uprzemysłwinych prdukcja dlewów z zeliwa sferidalneg w stsunku d innych gatunków żeliwa z wydzieleniami grafitu płatkweg jest dść znaczna, c pkazują
23 dane zestawine w tabeli l [1,2], w której dla celów prównawczych pdan także wielkści prdukcji staliwa i stpów z metali nieżelaznych. W takich krajach, jak np. Francja, USA, RFN czy Chiny, stsunek prdukcji dlewów z zeliwa sferidalneg d gólnej masy prdukwaneg zeliwa wynsi dpwiedni: 47,2; 37,8; 32,0; 14,8 %, natmiast w Plsce i we Wspólncie Niepdległych Państw wskaźnik ten jest niekrzystny i wynsi dpwiedni; 9,6 i 3,3 %. Udział dlewów z żeliwa sferidalneg w przemyśle krajwym wykazuje jednak d kilku lat tendencję wzrstwą, c wynika z danych zamieszcznych w tab. l i już np. w rku 1996 blicza się tę prdukcję na pzimie kł 85 tys. tn. Dynamika teg wzrstu jest największa spśród wszystkich stpów dlewniczych. Tabela l Prdukcja dlewów w świecie w 1995 rku [l] raz w latach 1993-94 [2], tyś.tn KraJ Żeliw Żeliw Staliw Szare Sferidalne Ciągliwe Razem - Plska 625 70 30 725 78 (584) (59) (28) (673) (71) ((563)) ((52)) ((28)) ((643)) ((67)) Francja (961) (869) (10) (1.840) (136) RFN 2.174 1.062 77 3.313 184 Chiny 7.303 1.341 422 9.066 1.610 W.N.P. 8.240 305 800 9.345 960 USA 5.831 3.691 234 9.756 1.290 Oznaczeme: ( ~ ) -prdukcja w rku 1994, (( *))-prdukcja w rku 1993 Stpy metali nieżelaznych 51 (49) (( 45)) (293) 634 722 1.340 2.221 W.N.P. - Wspólnta Niepdległych Państw Isttnym elementem technlgii wytwarzania zeliwa sferidalneg jest wprwadzenie d żeliwa dpwiedniej dawki sferidyzatra, głównie w pstaci magnezu bądź jeg stpów raz przeprwadzenie dpwiednieg zabiegu mdyfikwania grafityzująceg. Niekrzystne zjawisk pirtechniczne twarzyszące sferidyzacji żeliwa dprwadził d pracwania szeregu metd przeprwadzania zabiegu pisanych w pracy [3, 4). Każda z metd ma swje wady i zalety, natmiast d
24 nwczesnych metd sferidyzwania żeliwa rzwijanych becnie za granicą należy zaliczyć: metdę przewdu elastyczneg, ppularnie zwaną metdą "drutwą" (z ang. Cred Wired Injectin Methd), która zstałajuż wdrżna w kraju [5,6,7], sferidyzwanie żeliwa w indukcyjnym reaktrze HTM (z ang. High Turbulence Mixing) [4,8], ale dane techniczn- eknmiczne w tym zakresie są bardz skąpe. W pracy przedstawin wyniki badań w zakresie sferidyzacji żeliwa metdą przewdu elastyczneg w dniesieniu d uzyskiwanych właściwści mechanicznych. 2. Metdyka i wyniki badań Wytpy przeprwadzn w Odlewni F AP ZETKAMA w Kłdzku, gdzie metal wytapia się w żeliwiaku średnicy 800 nun z zastswaniem dmuchu wzbgacneg w tlen. Materiałem wsadwym, stswanym w badaniach była specjalna surówka z Huty Witkwice następującym składzie chemicznym: k. 4,5 %C; 0,9 %Si; 0,03 %Mn; 0,05%P; max 0,01 %S raz złm stalwy i złm własny biegwy. Przebieg wytpów żeliwa sferidalneg był następujący: p siągnięciu na rynnie spustwej żeliwiaka ciekłeg żeliwa wymaganym składzie chemicznym na pzimie: 3,7 %C; 2 %Si, 0,15-0,4 %Mn (w zależnści d wymaganeg gatunku żeliwa); 0,06 %P; 0,06-0,08 %S i temperaturze rzędu 1530-1550 C, zapełnian kadź smukłą metalem, d 2/3 jej wyskśc;i. W zależnści d stpnia wygrzania kadzi siąga się duźy spadek temperatury (rynna spustwa-kadź smukła) wynszący ~T= 90-120 K. Następnie kadź przetransprtwan na specjalne stanwisk, gdzie p usunięciu żużla zagęszczneg reagentem Remms wprwadzan z prędkścią 15-20 rimin kreślną długść przewdu sfe:ridyzująceg typu INFORM - MAG średnicy ~ 13mm. ZUźycie teg przewdu elastyczneg ustalan w zależnści d zawartści siarki w żeliwie wyjściwym masy metalu w kadzi raz pżądanej zawartści Mg. Szczegóły urządzenia raz przebieg prcesu sferidyzwania żeliwa przedstawin w pracy [5,6,7]. P wprwadzeniu d ciekłeg żeliwa wymaganej zawartści Mg (~0,04%) kadź transprtwan na specjalne stanwisk, pnwnie usuwan żużel, a w czasie przelewania metalu d kadzi rzlewniczych wprwadzan mdyfikatr grafityzujący typu SB-5 zaw. 2% Ba, 1,5 %Al, l %Ca, Si i Fe- reszta.
25 750 'ii ll. 700 ---------------------680-------------- - ~... 640 e 650 1-- a:: CLI 590 600 c III g! ;:; 550 g... 500 III c -u III 450 i ;; 400 350 300 lc;<~n <;<~n 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Numer wytpu Rys. l. Wytrzymałść żeliwa na rzciąganie Rm, trzymaneg w pszczególnych wytpach 30 25 '$. 20.,; C( CLI c 15 CLI N :l -"C ~ 10 5 25.7 ~~~---23. ~,J,.. ir ;~ L: ji,..1 :j r + 19.5 t r-------------------+8.-5---- -.,: -u: -+a.s.-r '' li ~.!; t 15 7 lif.' ',:, l 6 :. ik. "' +l~ :'r-- r-- ~-<f r-- 1 h-'\\ - ~r 12 ~~ r-~ ~ =~ r~~ 'fl 'R ~ ~ 1 ". 11 11.410 5 @. i i!., ~ li' 10 1. ~~ 1 ~ l~ ' ffi ~ Q :4- - - :t.~-' 'l-,, m ~~ - c ~ j il '"' ):;! t,.,ru:ul 6 f ~ ~~- -~ l~ \l~~-~~ l!,. -~ l,, m~~ r, ' '.'-~ r- -.i l- f--. --:~- j: '! - ' ~ - j 1" ~ ff ' ~ ; ; u i!j ' ~1 :,,. il, -~ ~ ~ t 1il #i ~~~ G t+.;' ~~ > -~ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Numer wytpu Rys. 2. Wartści wydłużenia żeliwa A 5, trzymaneg w pszczególnych wytpach Wyniki badań właściwści mechanicznych; wytrzymałści na rzciąganie R 111, wydłużenia A5 i twardści HB z 18 wytpów żeliwa p zabiegu sferidyzwania
26 300 250 m :J:..; III "C... ~ 1-200 150 100 50 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1:0 16 17 18 Nurner wytpu Rys. 3. Wartści twardści żeliwa HB, trzymane w pszczególnych wy1pach i mdyfikwania przedstawin na wykresach słupkwych (rys. l, 2 i 3). W pczątkwym kresie badań trzyman grafit kulkwy nieregularny Gf8 i regularny Gf9, natmiast w stiukturze żeliwa z 5 statnich wytpów uzyskan jedynie grafit regularny. W pierwszych wytpach z uwagi na zwiększną zawruiść Mn (0,2-0,4%) trzyman żeliw sferidalne chru akte:ryzujące się niskimi wartściruni wydłużenia As. Zmniejszenie zawartśc i Mn w żeliwie d pzimu O, 15 % (przy zapewnieniu 2,5-2, 7 %S i) pwduje stpniwe zwiększanie udziału fenytu w snwie metalwej (d k. 90%), a tym srunym zapewnienie wydłużenia As w zakresie 16-25 %, przy wartściach R,, na pzimie 500 MPa i twru dści 160-180 jednstek HB. Reasumując wyniki badań zastswania przewdu elastyczneg d zabiegu sferidyzwania mżna wskazać, że metda ta pzwala uzyskać z metalu wytpineg z żeliwiaka żeliw sferidalne wydzieleniach regułruneg grafitu kulkweg. Sterwanie zawruiścią Mn przy dpwiednim pzimie krzemu, pzwala uzyskać żeliw zawierające d 90 % fenytu w snwie stluktu:ry. Teg rdzaju zabieg sferidyzwania gwarru1tuje stabilnść całeg prcesu wyrażna
27 pwtarzalnścią wyników w dniesieniu d wartści Rm i A 5, a stswne bliczenia [5] wykazały, że kszt wytwarzania teg rdzaju żeliwa jest w prównaniu zbliżny d ksztu żeliwa wytwarzaneg z wykrzystaniem imprtwanych zapraw sferidyzujących. Metda sferidyzwania żeliwa przy wykrzystaniu przewdu elastyczneg lanswana np. przez firmę SKW Giesserei - Technik GmbH Trstberg jest ptymalna i wyczerpująca aspekty eknmiczne raz wymagania BHP. W statnim kresie bserwuje się wyraźny rzwój tej techniki sferidyzwania w dlewniach niemieckich [9]. Stsuje się je d k. 18 % gółu masy prdukwanych dlewów z żeliwa sferidalneg. Literatura [l] 29 Census fwrld casting prductin, 1994. Mdem Casting. 85 (1995}, s.24-25. [2] 30 Census fwrld casting prductin, 1995. Mdem Casting. 86 (1996), s.30-31. [3] Pdrzucki C., Wjtysiak A.: Żeliw plastyczne niestpwe. Skrypt AGH, (część l), Kraków 1987. [4] Guzik E., Pdrzucki C.: Nwczesne metdy bróbki uszlachetniającej ciekłeg żeliwa. III Seminarium-Szczyrk 3-4. 12. 1996, ref. 10, s. 10.1-10.25. [5] Guzik E.: Ogólna cena metd sferidyzwania żeliwa. Krzepnięcie metali stpów P.AN, Oddział Katwice. 26 (1996), s. 149-156. [6] Guzik E., Kapturkiewicz W., Prębski M., Burbiełk A.A.: Sferidizimjuszczaja brabtka czuguna z pmszcziju prszkwj pwłki. Prcessy Litja. 3 (1996), s.29-3s. [7] Guzik E., Asłanwicz M., Kluk R. : Zabieg sferidyzwania żeliwa przy użyciu przewdu elastyczneg. Krzepnięcie metali i stpów PAł-l', Oddział Katwice. 22 (1995), s. 76-81. [8] Rachner H.G., Kperek A.: Mg-Behandlung vn Basisschmelzen zur Herstellung vn Gusseisen mit Kugelgraphit. Katalg- Kuttner a. C., GMBH, Essen 1993. [9] Sugden H., Missl D., Best K.J.: Direct cnversin f cupla melted irn t duetile irn using cred wire. Internatinal Cnference PCIR.A, Yrk - England ref. 17 (1996) s. 17.1-17.10.