WPŁYW SZYBKIEJ KRYSTALIZACJI NA INTENSYWNOŚĆ ZUŻYCIA ŚCIERNEGO ODLEWÓW ŻELIWNYCH

35/2 Archives of Foundry, Year 2001, Volume 1, 1 (2/2) Archiwum Odlewnictwa, Rok 2001, Rocznik 1, Nr 1 (2/2) PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 WPŁYW SZYBKIEJ KRYSTALIZACJI NA INTENSYWNOŚĆ ZUŻYCIA ŚCIERNEGO ODLEWÓW ŻELIWNYCH A. W. ORŁOWICZ 1, A. TRYTEK 2 Zakład Odlewnictwa i Spawalnictwa, Politechniki Rzeszowskiej, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów STRESZCZENIE: Zastosowanie skoncentrowanego strumienia ciepła do utwardzania powierzchniowego odlewów żeliwnych daje nowe możliwości poprawy ich odporności na zużycie ścierne. Biorąc pod uwagę niskie koszty urządzenia i eksploatacji, uszlachetnianie powierzchniowe odlewów żeliwnych wykonano z zastosowaniem metody GTAW. Key words: nodular cast iron, GTAW process, surface layer, frictional wear 1. WSTĘP Dzięki swoim właściwościom użytkowym, oraz konkurencyjnym w porównaniu do innych stopów żelaza kosztom otrzymywania, żeliwo znalazło zastosowanie przy wytwarzaniu odlewów o wymiarach od kilku milimetrów do kilkunastu metrów i o masie od kilku gramów do kilkudziesięciu ton. Odlewy z żeliwa mają różne zastosowanie. Dla wielu z nich stawia się specjalne wymagania eksploatacyjne na przykład odporność na zużycie ścierne. Praca dotyczy wybranych problemów z zakresu doboru warunków krystalizacji, a tym samym doboru struktury dla uzyskania wysokiej odporności na zużycie ścierne. Ze względu na koszty wytwarzania strukturę pierwotną odlewów kształtuje się najczęściej poprzez zmianę warunków krystalizacji. Znaczenie warunków krystalizacji na strukturę, a tym samym na właściwości użytkowe odlewu zilustrować można na 1 prof. dr hab. inż., zois@prz.rzeszow.pl 2 zois@prz.rzeszow.pl

przykład w oparciu o wyniki badań nad zużyciem żeliwa stosowanego na tuleje cylindrów silników samochodowych [1]. W przypadku stosowania zbyt chłodnej formy odlewniczej (znacznej szybkości chłodzenia) uzyskiwano w strukturze odlewów drobne wydzielenia grafitu płatkowego o długości do 15 m i rozłożeniu międzydendrytycznym (rys. 1a). Przy zbyt nagrzanej formie (małej szybkości chłodzenia) uzyskiwano w strukturze odlewu wydzielenia grafitu płatkowego o długości 90 180 m (rys. 1b) i rozłożeniu równo-miernym. Dla ustabilizowanych warunków produkcji uzyskiwano żeliwo zawierające wydzielenia płatków grafitu o długości do 45 m (rys 1c) przy równomiernym ich rozłożeniu. Efektem zróżnicowanej struktury był inny mechanizm zużycia i inna żywotność odlewów tulei. a) b) c) d) Rys. 1. Przekrój poprzeczny próbek z żeliwa (w stanie surowym) współpracujących z hartowaną stalową przeciwpróbką. Żeliwo z wydzieleniami grafitu o długości płatków do 15 m a), żeliwo z wydzieleniami grafitu o długości płatków 90 180 m -b), żeliwo z wydzieleniami grafitu o długości płatków grafitu około 45 m c), żeliwo z wydzieleniami grafitu sferoidalnego d) Fig. 1. Cross section of cast-iron samples (as cast) on cooperating with hardened steel countersample. (a) Cast iron with graphite precipitates of flake length up to 15 μm, (b) cast iron with graphite precipitates of flake length 90-180 μm, (c) cast iron with graphite precipitates of flake length of approx. 45 μm, (d) cast iron with spheroidal graphite precipitates.

W warunkach zużycia ściernego w przypowierzchniowej warstwie materiału widoczne jest jego odkształcenie plastyczne. Wydzielenia grafitu ulegają w tym obszarze silnemu odkształceniu i stanowią zarodki pęknięć. Przy obecności małych wydzieleń grafitu obserwuje się zużycie odlewów poprzez wyrywanie gniazd materiału. W przypadku wydzieleń grafitu o wymiarach około 45 m ta ich część, która znajduje się w strefie odkształcenia plastycznego ulega wyciśnięciu ku powierzchni poprawiając warunki współpracy układu trącego. W tym przypadku obciążenie jest przekazywane na większą powierzchnię rozdziału grafit-osnowa i poprzez to żeliwo wykazuje małą podatność do tworzenia wyrwań. Żeliwo o takich wydzieleniach grafitu wykazuje zadowalającą odporność na zużycie ścierne. W żeliwie o wymiarach wydzieleń grafitu ponad 90 m część ich wykazuje ułożenie prawie równoległe do powierzchni trącej. W efekcie cyklicznych odkształceń materiału osnowy przy obecności takich wydzieleń grafitu powstają duże wyrwania materiału. W przypadku żeliwa sferoidalnego wydzielenia grafitu znajdujące się w strefie odkształcenia plastycznego ulegają deformacji (zawalcowaniu). Ostre krawędzie zawalcowań sprzyjają rozwojowi mikropęknięć w osnowie. Niszczenie materiału odbywa się najintensywniej drogą wykruszeń osnowy znad zawalcowanych wydzieleń grafitu. Tak więc badania wykazały, że warunki krystalizacji pierwotnej decydujące o strukturze żeliwa mają istotny wpływ na mechanizm, a poprzez to na wartość zużycia odlewów tulei cylindrycznych. Oczywiście odporność na zużycie ścierne zależy również od struktury osnowy. Dla uzyskania odpornej na zużycie ścierne struktury osnowy stosuje się najczęściej zabieg hartowania zwykłego lub hartowania z przemianą izotermiczną co pozwala uzyskać w osnowie martenzyt i bainit, ale zabiegi takie podrażają koszty produkcji. Wraz z rozwojem techniki rosną wymagania w stosunku do maszyn i urządzeń pracujących przy coraz silniejszym obciążeniu. Poprawa ich właściwości użytkowych poprzez zastosowanie materiałów zawierających deficytowe i drogie dodatki stopowe (tzw. uszlachetnianie objętościowe) staje się mało atrakcyjne ponieważ wiąże się ze wzrostem kosztów produkcji. Z uwagi na to coraz większe uznanie zyskują technologie, które wykorzystując materiały tradycyjne umożliwiają poprawę właściwości użytkowych warstwy wierzchniej. Dzięki temu obniżają się koszty produkcji i zwiększa trwałość wyrobów. Możliwe jest przy tym uzyskanie wyrobów o właściwościach warstwy wierzchniej nieosiągalnych przy zastosowaniu tradycyjnych materiałów konstrukcyjnych i tradycyjnych technologii wytwarzania. Prace wielu ośrodków idą w kierunku wykorzystania do obróbki powierzchniowej detali skoncentrowanego strumienia ciepła (laser, wiązka elektronów, plazma łuku elektrycznego). Przy zastosowaniu wysokoenergetycznych źródeł ciepła uzyskać można bardzo szybkie nadtopienie warstwy wierzchniej i kolejna szybką krystalizację. Drobnodyspersyjna struktura materiału uzyskanego w wyniku szybkiej krystalizacji powinna zapewnić dobrą odporność na zużycie ścierne odlewów żeliwnych. W ostatnim okresie w badaniach naukowych i w przemyśle coraz większym zainteresowaniem cieszy się metoda GTAW (Gas Tungsten Arc Welding) [2-5]. Ta

metoda nadtapiania powierzchniowego odlewów jest szczególnie interesująca ze względów ekonomicznych i możliwości technologicznych, dlatego powinna w niedługim czasie znaleźć szerokie zastosowanie do uszlachetniania powierzchniowego odlewów. Celem pracy było określenie wpływu struktury żeliwa odlanego do formy piaskowej, żeliwa utwardzonego drogą hartowania, żeliwa odlanego do formy piaskowej zawierającej stalowy ochładzalnik oraz żeliwa uszlachetnionego powierzchniowo drogą szybkiej krystalizacji przy zastosowaniu metody GTAW na jego intensywność zużycia ściernego w warunkach tarcia suchego. 2. MATERIAŁ, STANOWISKO DO BADAŃ Materiałem do badań było niestopowe żeliwo sferoidalne przygotowane tak, aby stopień nasycenia eutektycznego był równy S c =1. Wytopy prowadzono w elektrycznym piecu indukcyjnym o pojemności 100 kg. Do wykonania form przygotowano modele płyt o wymiarach 200x100x20 mm, które zaformowano pionowo przy zastosowaniu masy bentonitowej. Formy zalewano poprzez syfonowy układ wlewowy żeliwem o temperaturze 1370 o C. Żeliwo zawierało 3,49% C, 2,30% Si, 0,66% Mn, 0,019% S, 0,039% P, 0,17% Cu, 0,01% Ni, 0,084% Mg. Odlewy miały strukturę osnowy perlityczno-ferrytyczną i wydzielenia grafitu sferoidalnego (rys. 2a). Twardość odlewów wynosiła 15 HRC. Dla przygotowania materiału utwardzonego drogą obróbki cieplnej, próbki hartowano w wodzie z dodatkiem środka spowalniającego szybkość chłodzenia. Taka obróbka cieplna pozwoliła uzyskać żeliwo o strukturze zawierającej w osnowie produkty hartowania (rys. 2b). Żeliwo to miało twardość 40 HRC. Dla przygotowania materiału na próbki utwardzone odlewniczo u podstawy wnęki formy zaformowano pokryty sadzą ochładzalnik o wymiarach 100x100x20 mm. Zastosowanie ochładzalnika pozwoliło na uzyskanie w warstwie utwardzonej odlewniczo wydzieleń ledeburytu przemienionego, którego udział malał w miarę oddalania się od powierzchni w głąb materiału odlewu oraz wydzieleń grafitu sferoidalnego. Średnia wartość odległości międzypłytkowej w perlicie tego żeliwa wynosiła śr =3,20 m. Efektem zmian udziału objętościowego składników struktury były zmiany twardości od 44 HRC na głębokości 2 mm, 39 HRC na głębokości 4 mm, 34 HRC na głębokości 6 mm, 30 HRC na głębokości 8 mm, 27 HRC na głębokości 10 mm. Strefa utwardzenia sięgała do głębokości 20 mm. Strukturę w obszarze przypowierzchniowym obrazuje rysunek 2c. Dla przygotowania próbek z warstwą wierzchnią uszlachetnioną powierzchniowo drogą szybkiej krystalizacji przygotowano płytki (z żeliwa odlanego do form piaskowych) o wymiarach 200x50x10 mm. Płytki te nadtapiano w atmosferze argonu lub helu (urządzenie FALTIG 315 AC/DC) z zastosowaniem elektrody wolframowej o średnicy 2,4 mm umocnionej tlenkiem toru (WT20 wg DIN), przy zastosowaniu natężenia prądu I=300A i prędkości skanowania łukiem elektrycznym v s =200 mm/min. Dla intensyfikacji procesu odprowadzenia ciepła (uzyskania warunków zbliżonych do

warunków nadtapiania powierzchniowego odlewów o dużej pojemności cieplnej) płytki były zamocowane w kalorymetrze przepływowym umożliwiającym omywanie dolnej powierzchni strumieniem wody chłodzącej. Przetopienia realizowano przy takim przepływie wody, który gwarantował zanik pęcherzy pary wodnej na granicy próbkawoda, co obserwowano przez przeźroczyste ścianki kalorymetru. W obszarze nadtopień uzyskano wydzielenia eutektyki cementytowej włóknistej i płytkowej oraz produkty hartowania. Strukturę obszaru nadtopień uzyskanych w atmosferze argonu lub helu przedstawia rysunek 2d i 2e. a) b) c) d) e) f) Rys. 2. Struktura próbek do badań intensywności zużycia ściernego i struktura materiału przeciwpróbki. Próbka w stanie surowym (ferryt, perlit, grafit sferoidalny) a), próbka hartowana (produkty hartowania, grafit sferoidalny) b), próbka utwardzona odlewniczo (ledeburyt przemieniony, grafit sferoidalny) c), próbka utwardzona drogą szybkiej krystalizacji (cementyt, austenit, produkty hartowania) d,e), struktura przeciwpróbki (ledeburyt przemieniony, grafit sferoidalny) f), pow. 300x Fig. 2. Structure of samples for examining the intensity of frictional wear and that of countersample material. (a) as-cast sample (ferrite, perlite, spheroidal graphite), (b) hardened sample (products of hardening, spheroidal graphite, (c) sample hardened by foundry methods (transferred ledeburite, spheroidal graphite), (d, e) sample hardened by rapid crystallization (cementite, austenite, products of hardening), (f) counter-sample structure (transferred ledeburite, spheroidal graphite); 300 x magnification Wartości odległości międzywłóknowej w eutektyki włóknistej oraz odległości międzypłytkowej p eutektyki płytkowej różniły się między sobą bardzo niewiele bo około 0,04 m, dlatego określono ich wartość średnią śr. Wartość ta dla

obszaru nadtopień wykonanych w atmosferze argonu wynosiła śr =1,23 m, a dla obszaru nadtopień wykonanych w atmosferze helu wynosiła śr =1,32 m. Efektem zróżnicowania struktury były inne wartości twardości obszaru nadtopień. Wynosiła ona odpowiednio dla nadtopień wykonanych w atmosferze argonu 65 HRC, a dla nadtopień wykonanych w atmosferze helu 60 HRC. Sposób pobierania próbek do badań porównawczych przedstawia rysunek 3. a) b) c) Rys. 3. Sposób pobierania próbek do badań intensywności zużycia ściernego. Próbka w stanie surowym i próbka hartowana a), próbka utwardzona odlewniczo b), próbka utwardzona droga szybkiej krystalizacji c) Fig. 3. Method of sampling for testing the intensity of frictional wear. (a) as-cast sample and hardened sample; (b) sample hardened by foundry methods; (c) sample hardened by rapid crystallization Przy doborze materiału przeciwpróbki oparto się na wynikach pracy [6]. W pracy tej badano zużycie ścierne utwardzonych odlewniczo wałków krzywkowych o twardości 52 HRC współpracujących z płytkami regulacyjnymi wykonanymi z żeliwa sferoidalnego o bainityczno-martenzytycznej strukturze osnowy, z żeliwa sferoidalnego o strukturze zawierającej ferryt i produkty hartowania oraz z żeliwa białego o strukturze ledeburytu przemienionego. Okazało się, że najlepiej współpracowała płytka z żeliwa białego o podobnej twardości (52 HRC). Wzorując się na parach trących pracujących w rzeczywistych warunkach zdecydowano, że materiałem na przeciwpróbkę będzie żeliwo utwardzone odlewniczo o twardości 60 HRC. Przeciwpróbkę wykonano z żeliwa o składzie 3,59% C, 2,60% Si, 0,49% Mn, 0,010% S, 0,04% P, 0,77% Cu, 0,69% Ni, 0,01% Mo, 0,72 % Cr, 0,044% Mg. Odlew w kształcie tarczy o średnicy 210 mm i grubości 15 mm wykonano w formie kokilowej. Strukturę materiału przeciwpróbki obrazuje rysunek 2f. Powierzchnię współpracy przygotowano przez zdjęcie naskórka odlewniczego drogą szlifowania. 3. BADANIA TRYBOLOGICZNE Parę trącą stanowiła przeciwpróbka w kształcie tarczy, zamocowana na urządzeniu wprawiającym ją w ruch obrotowy oraz dociskana doń próbka w kształcie sześciennej kostki (rys. 4). W badaniach trybologicznych określono intensywność zużycia ściernego Z i według zależności: Z i = /l i, gdzie: Δm/ s, cm, l i droga tarcia, cm, Δm różnica masy próbki, g, gęstość materiału próbki, g/cm 3, s pole powierzchni trącej próbki, cm 2. W czasie badań stosowano siłę nacisku na próbkę F=100N. Prędkość liniowa przemieszczania się próbki względem przeciwpróbki wynosiła v t =1,6 m/s, a czas

ścierania =120 min. Wyniki badań wpływu struktury materiału próbek na intensywność zużycia ściernego przy szybkości wzajemnego przemieszczania się próbki względem przeciwpróbki v t =1,6 m/s przedstawiono w tabeli 1. Rys. 4. Schematyczne przedstawienie pary trącej 1-próbka, 2- przeciwpróbka, F- siła obciążająca, v t - szybkość przemieszczania się próbki względem przeciwpróbki Fig. 4. Diagram of frictional couple of forces. 1 - sample, 2 -counter-sample, F - loading force, v t - relative speed of sample movement against counter-sample Tabela 1. Wyniki badań trybologicznych żeliwa o zróżnicowanej strukturze warstwy wierzchniej Table 1. Results of tribologic tests of cast iron with differentiated structure of surface layer Parametry ścierania Intensywność Żeliwo Prędkość liniowa, v t, m/s Siła nacisku, F, N zużycia ściernego, Z i 10-10 w stanie surowym 1,6 100 420 po zahartowaniu 1,6 100 110 utwardzone odlewniczo 1,6 100 44 uszlachetnione powierzchniowo GTAW, hel, 300A, 200 mm/min 1,6 100 13 uszlachetnione powierzchniowo GTAW, argon, 300A, 200mm/min 1,6 100 6,9 Badania wykazały, że generalnie najmniejszą intensywność zużycia ściernego wykazało żeliwo o strukturze uzyskanej w wyniku szybkiej krystalizacji. W grupie tak uszlachetnionego żeliwa niższymi wartościami parametru strukturalnego a tym samym lepszymi właściwościami eksploatacyjnymi charakteryzował się materiał warstwy wierzchniej uzyskany w wyniku nadtapiania powierzchniowego odlewów w atmosferze argonu. W związku z tym dalszym badaniom poddano materiał warstwy wierzchniej odlewów uszlachetnionych metoda GTAW w atmosfe-rze argonu. Według N.G. Girszowicza [7] ważnym czynnikiem określającym zużycie żeliwa przy tarciu suchym jest siła obciążająca próbkę F. Przekroczenie krytycznej wartości obciążenia (zależnej od struktury materiału i od względnej prędkości trącej pary v t ) powoduje zatarcie. W związku z powyższym interesującym wydawało się określenie związku pomiędzy intensywnością zużycia ściernego Z i, a obciążeniem F i prędkością przemieszczenia się próbki względem przeciwpróbki v t. Wyniki pomiarów intensywności zużycia przedstawiono w tabeli 2. Przy opracowywaniu wyników badań

zastosowano metodę regresji krokowej [8] przy założonym poziomie dołączania i odrzucania (test F=2). Uzyskana zależność miała postać (1): Z i = - 1,6 10-8 + 4,69 10-11 F + 5,23 10-9 v t (1) o parametrach statystycznych: odchylenie standardowe Z i =2,7 10-9, współczynnik korelacji R=0,92, test F dla funkcji F=16, poziom istotności =0,05. Okazało się, że obie zmienne z jednakową siłą wpływają na intensywność zużycia ściernego. Tabela 2. Wyniki badań trybologicznych próbek z żeliwa uszlachetnionego powierzchniowo metodą GTAW w atmosferze argonu (I=300 A, v s =200 mm/min) Table 2. Results of tribologic tests of cast iron surface treated by GTAW method in argon atmosphere (I=300 A, v s = 200 mm/min) Parametry ścierania Prędkość liniowa, v t, m/s Siła nacisku, F, N Intensywność zużycia ściernego, Z i 10-10 1,6 100 6,9 1,6 200 21 1,6 300 42 2,4 100 11 2,4 200 30 2,4 300 130 3,2 100 53 3,2 200 88 3,2 300 180 4. BADANIA POWIERZCHNI TRĄCYCH 4.1. Badania mikroskopowe Na próbkach po badaniach zużycia ściernego (v t =1,6 m/s, F=100 N) przeprowadzono obserwacje powierzchni przekroju poprzecznego (rys. 5). Skupiono się głównie na materiale utwardzonym drogą odlewniczą i materiale uszlachetnionym drogą szybkiej krystalizacji, ponieważ wykazywał on niskie wartości intensywności zużycia ściernego. W wyniku obserwacji powierzchni przekroju poprzecznego próbek po badaniach trybologicznych stwierdzić można, że podczas ścierania w materiale utwardzonym drogą odlewniczą następuje łamanie i wykruszanie płytek cementytu. Pęknięcia wydzieleń cementytu widoczne są już na głębokości około 4 m. Niszcze-nie twardego szkieletu wydzieleń cementytu umożliwia płynięcie cienkiej przypowierzchniowej warstwy materiału, co osłabia jego spójność i prowadzi do inicjacji wyrwań. Wyrwane grube cząstki cementytu niszczą powierzchnię próbki. W związku z tym, że materiał przeciwpróbki zawiera w swojej strukturze również grube wydzie-lenia cementytu, które ulegają wyrwaniom według podobnego mechanizmu to w obszarze

współpracy znajduje się duża ilość wyrwanych kawałków twardej fazy, która intensyfikuje proces zużycia. W przypadku próbek utwardzonych przy zastosowaniu metody GTAW odległość pomiędzy wydzieleniami cementytu jest mniejsza. Mała grubość płytek i włókien cementytu oraz obecność wydzieleń austenitu i produktów hartowania powoduje, że tworzą się znacznie mniejsze wyrwania materiału. a) b) c) Rys. 5. Struktura powierzchni przekroju poprzecznego próbki utwardzonej odlewniczo a), struktura powierzchni przekroju poprzecznego próbki utwardzonej drogą szybkiej krystalizacji (GTAW, I=300 A, v s =200 mm/min, hel) b,c) Fig. 5. Structure of the cross section of sample (a) hardened by foundry methods, (b,c) hardened by rapid crystallization (GTAW, I=300, v s =200 mm/min) 4.2. Ocena struktury geometrycznej powierzchni warstwy wierzchniej Chropowatość powierzchni może być traktowana jako wynik powtarzających się cyklicznie procesów, przebiegających w strefie styku współpracujących ze sobą elementów. Powstające w tym układzie procesy (tarcie powierzchni próbki o powierzchnię przeciwpróbki, dekohezja, dyfuzja, odkształcenia plastyczne w strefie styku powierzchni, rozwój dyslokacji i degradacja struktury krystalicznej) przyjmowane są jako zakłócenia powodujące kształtowanie składowej chropowatości. Przy stosowaniu urządzenia do ścierania o ruchu posuwisto-zwrotnym przy zmianie kierunku ścierania, próbka (nawet przy dobrym zamocowaniu) ulega niewielkiemu

przemieszczeniu. Efektem tego jest falistość powierzchni. W przypadku zastosowania urządzenia o ustalonym kierunku obrotów eliminuje się tą niedogodność. W związku z tym można przyjąć, że falistość powierzchni jest cechą nie powiązaną morfologicznie z chropowatością tej samej powierzchni. Dlatego w pracy świadomie zawężono problem do oceny chropowatości wybranego obszaru powierzchni. Można wyróżnić około czterdziestu parametrów, rozkładów i funkcji opisujących cechy chropowatości [9]. W związku z tym, że zużycie powoduje zmiany wysokości próbki zdecydowano w pomiarach uwzględniać tylko parametry wysokościowe (R q, R t, R z ). Badaniom poddano próbki utwardzone odlewniczo oraz uszlachetnione powierzchniowo przy zastosowaniu metody GTAW w atmosferze argonu lub helu, ponieważ wykazywały najmniejszą intensywność zużycia ściernego. Analizowano również warstwę wierzchnią przeciwpróbki. W badaniach struktury geometrycznej powierzchni warstwy wierzchniej próbek i przeciwpróbek odcinek pomiarowy wynosił 4 mm. Stosowano obustronne odcięcie wyników na linii pomiarowej na poziomie 0,8 mm. Analiza struktury geometrycznej powierzchni warstwy wierzchniej próbek i przeciwpróbek potwierdza wyniki badań metalograficznych. Wyższe wartości parametrów R q, R t, R z próbek utwardzonych metodą odlewniczą (rys. 6a) świadczą o tym, że zużywały się one z większą intensywnością. Natomiast w przypadku próbek nadtapionych powierzchniowo, z wykorzystaniem metody GTAW, w atmosferze argonu lub helu, wartości parametrów R q, R t, R z są niższe w porównaniu do wartości tych parametrów dla materiału utwardzonego odlewniczo. Także przeciwpróbki, po współpracy z próbkami utwardzonymi, w wyniku szybkiej krystalizacji, wykazują niższe wartości parametrów R q, R t, R z. Najniższe wartości parametrów R q, R t oraz R z wykazują próbki nadtopione w atmosferze argonu (rys. 6c). Przy współpracy próbek uszlachetnionych powierzchniowo z przeciwpróbką utwardzoną odlewniczo wartości parametrów R q, R t, R z są do siebie zbliżone (rys. 6b, 6c). Przy czym próbki uszlachetnione w atmosferze argonu wykazują mniejsze wartości tych parametrów. Związane to jest z mniejszymi wartościami parametru strukturalnego eutektyki cemnetytowej i wyższymi wartościami mikrotwardości tych próbek. 5. WNIOSKI 1. Wśród efektów strukturalnych wywołanych szybką krystalizacją, które decydowały o właściwościach eksploatacyjnych odlewów żeliwnych należy wymienić rozdrobnienie struktury eutektyki cementytowej (niskie wartości parametru strukturalnego ) oraz obecność produktów hartowania. 2. W analizowanej grupie żeliwa (żeliwo w stanie surowym, żeliwo hartowane, żeliwo utwardzone odlewniczo, żeliwo uszlachetnione powierzchniowo drogą szybkiej krystalizacji) najmniejszą intensywność zużycia wykazało żeliwo uszlachetnione powierzchniowo w atmosferze argonu.

3. Intensywność zużycia ściernego warstwy wierzchniej żeliwa ukonstytuowanego w warunkach szybkiej krystalizacji, zależy od szybkości wzajemnego przemieszczania się próbki względem przeciwpróbki i wartości siły obciążającej, co ilustruje zależność (1). 4. W przypadku próbek nadtopionych powierzchniowo, z wykorzystaniem metody GTAW, w atmosferze argonu lub helu, wartości parametrów R q, R t, R z są niższe w porównaniu do wartości tych parametrów dla materiału utwardzonego odlewniczo. Także przeciwpróbki, po współpracy z próbkami utwardzonymi, w wyniku szybkiej krystalizacji, wykazują niższe wartości parametrów R q, R t, R z. Najniższe wartości parametrów R q, R t oraz R z wykazują próbki nadtopione w atmosferze argonu. a) b) c) Rys. 6. Porównanie wartości R q, R t, R z dla próbek i przeciwpróbki po badaniach zużycia ściernego: żeliwo zabielone odlewniczo a), żeliwa uszlachetnionego powierzchniowo w atmosferze helu b) i w atmosferze argonu c) Fig. 6. Comparison of R q, R t, R z values for samples and counter-samples after frictional wear tests: a) cast iron hardened by foundry methods, b) cast iron surfaced in helium atmosphere and c) in argon atmosphere

LITERATURA [1] Orłowicz A.W., Opiekun Z., Michalski J.: Metalograficzna analiza pary wałek krzywkowy-płytka regulacyjna. Przegląd Mechniczny Nr 4, 5-9, 1988 [2] Tanaka Y., Kuzuma K., Hiraoka T.: Surface hardening of spheroidal graphite cast iron by Inert-Gas-Tungsten-Arc remelting. IMONO Nr 10, Vol. 57, 653-658, 1985 [3] Pocica A.: Zmiany strukturalne odlewów z żeliwa szarego w procesie obróbki powierzchniowej metodą spawalniczą. Praca doktorska. Politechnika Warszawska, Warszawa 1991 [4] Orłowicz A.W., Opiekun Z., Trytek A.: Żeliwne łożyska ślizgowe odporne na zużycie ścierne. PAN Krzepnięcie Metali i Stopów Nr 39, 183-190, 1999 [5] Nitkiewicz Z., Iwaszko J.: Wykorzystanie plazmy łukowej w inżynierii powierzchni. Inżynieria Materiałowa Nr 6, 373-375, 2000. [6] Orłowicz W.: Wpływ warunków krystalizacji i obróbki cieplnej na zużycie żeliwa. Przemiany Strukturalne w Stopach Odlewniczych Teoria i Efekty Użytkowe. Materiały III Sympozjum. Zespół V Sekcji Teorii Procesów Odlewniczych. Komitet Metalurgii PAN w Krakowie i WSP w Rzeszowie. Rzeszów, 51-59, 1989. [7] Girszowicz. N. G.: Kristalizacja i swojstwa czuguna w otliwkach. Maszinostrojenije. Moskwa-Leningrad 1966 [8] Draper N.R., Smith H.: Analiza regresji stosowanej. PWN, Warszawa, 1973 [9] Oczoś K.E., Lubimow W.: Klasyfikacja struktur geometrycznych powierzchni (SGP). Prace naukowe ITMiA Politechniki Wrocławskiej Nr 74, 148-154,1999 Pracę wykonano w ramach projektu badawczego Nr 7 T08C 010 17 finansowanego przez Komitet Badań Naukowych. EFFECT OF RAPID CRYSTALLIZATION ON INTENSITY OF FRICTIONAL WEAR OF IRON CASTINGS SUMMARY Application of concentrated heat flux for surface hardening of cast-iron castings offers new opportunities for improving their resistance to frictional wear. Because of low equipment and operation costs, the GTAW surfacing process was employed for surface quality improvement of cast-iron castings. Recenzował Prof. Stanisław Jura