WŁASNOŚCI ŻELIWA FILTROWANEGO

/9, /994 Soidification of Metais and Aoys Krzepnięcie Metai i Stopów PL ISSN 0208-9386 WŁASNOŚCI ŻELIWA FILTROWANEGO STANISŁAW BORKOWSKI, TADEUSZ WARCHAŁA Poitechnika Częstochowska, Częstochowa Badania miały weryfikować hipotezy robocze: - przepływ żeiwa przez warstwę węga grafityzowanego powoduje efekty modyfikacji na skutek ścierania i (łub) wypłukania jego mikroobjętości, spełniających następnie roę zarodków grafityzacji pierwotnej, - rekaescencja eutektyczna, jako TS-TSM nie jest uniwersanym efektem modyfikacji żeiwa. Badania obejmowały przeprowadzenie anaizy termicznej (A TD) żeiwa przed i po jego fitracji przez warstwę prętów z węgła grafityzowanego, okreśenie jego skłonności do zabieeń, zmiany zawartości węga, wytrzymałości Rm i twardości HB, anaizę wydzieeń grafitu i osnowy żeiwa połowicznego (Sc = 0,7-0,75) oraz szarego (Sc = 0,8-0,85). Fitry sporządzono z kiku warstw krzyżujących się eektrod do spawania. Żeiwo wyjściowe topiono w piecu indukcyjnym. Otrzymane wyniki zwracają uwagę na znaczące zmiany temperatur TS i TSM, wzrost zawartości węga, iczby wydzieeń grafitu oraz zmniejszenie skłonności do zabieeń. Te trzy fakty odnotowano również w przypadku żeiwa szarego. Stanowią one w połączeniu ze zmniejszeniem rekaescencji eutektycznej potwierdzenie hipotezy o modyfikującym wpływie fitracji przez zastosowane pręty. Warunki badań Fitry, s porządzone metodą traconego wosku, składały się z kiku warstw krzyżujących się prętów z węga grafityzowanego (eektrody do spawania). Odegłość między warstwami (rys. ), jak i między prętami w tej samej warstwie wynosiła 3 ub 6 mm. Fitr gęsty składał się z 46 prętów, a rzadki z 26 prętów. Nominanie, w obszarze dostępnym do żeiwa, masa czynna węga grafityzowanego wynosiła 168 g i 95 g, a powierzchnia i objętość 5543 mm 2 i 8322 mm 3 oraz 31 330 mm 2 i 47 040 mm 3 (odpowiednio). Żeiwo

62 S. Borkowski, T. Warcha/a wyj ś ciowe topiono w piecu indukcyjnym tygowym średniej częstotiwości, o pojemno ś ci nominanej tyga 200 kg. Materiał tyga był obojętny. Jako materiały wsadowe stosowano: - s urówkę przeróbczą o składzie : 4,22% C; 0,9% Si; 0,29% Mn; 0,06% P; 0,026% S, -złom staowy (szyny koejowe), -żeazokrzem Si75. B-B 8-8 90 90 r:-, f/j--=6:...: "-_-----t a) r_..c;. A A i :!._ę---- i 4- - w.. :-.---."!- - -+- -0 ; f f--+ 6. A - Q)I (\JI._, -=-1 b) B f-- : A-A t r- -1 Di r- =!S: :7 o-, [ """" B I{JI f- 1.-- :w i w t,. ",._ 4!Z C) Q) - -- B ł Rys.. Fitry z prętów grafityzowanych: a- gęsty, b- rzadki Przeprowadzono dwie serie badań: - seria I - żeiwo połowiczne, - seria II - żeiwo szare, przy czym, w I serii, opierając się na całkowitym panie doświadczenia czynnikowego typu 2 2 (tab. ), jako zmienne niezaeżne przyjęto: - odegłość między prętami z węga grafityzowanego: X 1 = 3 i 6 mm i średnicę otworu wyotowego (0 D) z komory z prętami : x2 = 20 i 25 mm.

Własności żeiwa fitrowanego 63 Tabea. Macierz panu doświadczeń typu 2 2 [] Nr doświadczenia Czynniki Wyosowana rzeczywiste unormowane koejność reaizacji XI x2 XI x2 3,0 20,0 - - 2 2 6,0 20,0 + - 4 3 3,0 25,0 - + 3 4 6,0 25.0 + + W drugiej serii zapanowano ocenę istotności rozmc między średnimi wartościami badanych parametrów, przy stałym poziomie wymienionych wyżej czynników (odegłość między prętami 3 mm, średnica otworu wyotowego 20 mm). Porcja jednorazowo fitrowanego żeiwa wynosiła 18 kg. Z porcji żeiwa w koejności odewano: - próbnik A TD-1 O, -próbkę kinową, - wewki próbne 0 30 x 260 mm. A TD przeprowadzono z uży ciem aparatury Crystadigraph IBM PC/XT, stosując próbnik ATD-10 i program ATD v. 6.01. Skłonność do zabieeń okreśono na podstawie próby kinowej nr 3C ASTM nr A367-55T. Wewki próbne do badania własności mechanicznych 0 30 x 260 mm odewano na wigotno w masie bentonitowej. Forma do fitracji żeiwa była dwuczęściowa. Górną jej część stanowił zbiornik z metody Imconod [2] obróbki żeiwa zaprawami sferoidyzującymi, w donej zaś był umieszczony fitr (rys. 2). Podczas fitracji pod formą znajdowała się kadź. Wytrzymałość Rm okreśono na próbkach typu diaboo o średnicy pomiarowej 20 mm. Twardość HB mierzono na częściach chwytowych próbek wytrzymałościowych z u życiem kuki staowej O mm. Skutki grafityzacji pierwotnej oceniano na próbkach metaograficznych, pobranych ze środka wewka A TD-10 (rys. 3 ). Oceny jakościowej charakterystyk grafitu dokonano na mikroskopie Neophot zgodnie z wytycznymi PN-75/H-04661, zarówno na próbkach po ATD, jak i po próbce Rm. Badania iościowe grafitu prowadzono na komputerowym mikroskopie Magiscan przy pou widzenia równym 0,35 mm 2. Obejmowały one okreśenie : - udziału powierzchni zajętej przez grafit (24 poa), - iczby wydzieeń grafitu (24 poa obserwacji), - długości trzech największych wydzieeń grafitu (8 pó obserwacji).

64 S. Borkowski, T. Warchała c) c.:, j <\J C/J200 Rys. 2. Przekrój formy z fitrem - -- 35 -- 2 0 + f --- -./ / / v - 0_r_probkL L. / ponter zchnt a zgtodu nr w{ ewf:a / / \ Rys. 3. Miejsce pobrani a próbki do bad a ń metaograficznych

Wyniki badań i ich opracowanie Własności żeiwa fitrowanego 65 Przed właściwym opracowaniem wyników dokonano ich weryfikacji metodą wartości skrajnych Dixona [ 1]. Wyniki I serii badań opracowano na podstawie programu CADEX: ESDET 2.2. II r II Ry s. 4. Temperatura początkowa Tp i TL w obu seriach badań Z porównania maksymanych wartości temperatur Tp, zarejestrowanych w próbniku ATO ż eiwa fitrowanego i niefitrowanego (rys. 4) wynika, że fitracja obniża anaizowany parametr i zmiana jest istotna bez wzgędu na skład chemiczny żeiwa. Również istotne o kazały s ię zmiany temperatur TSM i TS oraz ich różnicy (rys. 5) w przypadku żeiwa II serii badań. Fitracja żeiwa, bez wzgędu na jego stopień eutektyczności, wywołuje wzrost te mperatur krystaizacji eutektyki. Taki stan jest prawdopodobnie spowodowany zwiększeniem niejednorodności ciekłego żeiwa, o czym może świadczyć zwiększenie zawartości węga, bowiem.----... c= O, 1483-0,0333x 1 () Zagęszczenie prętów fitra x 1 wywołuje wzrost zawartości węga w obrobionym stopie. Taki kierunek zmian TSM i TS wydaje się być ogiczny. Dane na rysunku 5b upoważniają do stwierdzenia, że wartość rekaescencji eutektycznej nie zawsze może być miarą oceny przeprowadzonego zabiegu na żeiwie. Skutkiem podwyższenia zawartości węga w żeiwie po jego fitracji jest wzrost stałej grafityzacji i zmniejszenie skłonności stopu do zabieeń (rys. 6).

66 S. Borkowski, T. Warchała a) o c 1150 1140 1130 1120 b) o c TSM TS 5 4 3 2 TS- TSM 1110 1100 1 o! j_! T TT Rys. 5. Temperatura minimana TSM i maksymana TS krystaizacji eutektyki (a) i rekaescencja eutektyczna (b) w obu seriach b a d a ń a) K b) 1,600 50 1,300 40 hcz 1,200 30 UDO 20 1,000 10 Q90 o T 1/ T Rys. 6. St a ł a grafityzacji (a) i g ł ęb okoś ć zabieenia czystego (b) w obu seriach b a d ań /T Zw i ę k sze ni e s t a ł ej grafityzacji że iwa, bez wzgędu na s kład chemiczny żeiw a wyj śc i o wego, jest prawie jednakowe i wynosi o koło O, jednostek, natomi ast tendencje do powstawani a struktury perityczno- cementytowej obniżyły się w większym stopniu w przypadku

Własności ż eiwa fitrowanego 67 żeiwa połowicznego. Żeiwo tej serii wykazuje jeszcze, co jest zrozumiałe, większe wartości zabieenia czystego. Powierzchnia zajęta przez wydzieenia grafitu (rys. 7) w I serii wzrosła o,9% i o 0,7% w II serii, wartość Gpo/Gprzed wskazuje na 7,33 i 1,14-krotny (odpowiednio) wzrost tej charakterystyki. Liczba wydzieeń grafitu w przypadku I serii wzrosła 18-krotnie, a w żeiwie szarym nastąpił wzrost tego parametru o 00 sztukmm 2 (rys. 7b). a) % 7 G 6 5 3 2 b) sztfmm 2f00 2000 800 6[J] 400 1 o 200 T 1/ i Rys. 7. Powierzchnia zajęta przez grafit (a) iczba wydzieeń grafitu (b) w obu seriach Fitracja żeiwa przez pręty grafitowe spowodowała zwiększenie wymiarów najdłuższych wydzieeń grafitu [3], w I serii z 26 J..Lm i w II serii z 59 J..Lm do 04 J..Lm. Podobny jest również kierunek zmian iczby komórek eutektycznych. W podsumowaniu naeży podkreśić fakt skutecznego nawęgania żeiwa podczas fitracji. Po uwzgędnieniu czasu przepływu żeiwa przez fitr (około O s) stwierdzono, że w ciągu minuty nastąpi wzrost zawartości węga w stopie o %, czyi efekt jest kikakrotnie większy niż odnotowuje się podczas nawęgania w piecu indukcyjnym sieciowej częstotiwości. Naeży odnotować jeszcze fakt pozytywnego wpływu omawianego zabiegu na własności mechaniczne żeiwa w I serii. Stwierdzono przyrost Rm o 23 MPa i spadek twardości o 94 jednostki.

68 S. Borkowski, T. Warchała Wyniki badań i ich anaiza wskazuje na: - modyfikujący wpływ fitracji przez pręty z węga grafityzowanego, -efekty modyfikacji w tym przypadku są zbiżone do efektów uzyskanych po modyfikacji żeiwa węgem, - stwierdzenie istotnych zmian temperatur krystaizacji eutektyki, - najbardziej " czułymi" własno ś ciami okazały się charakterystyki metaograficzne fitrowanego żeiwa, tak osnowa metaiczna, jak i wydzieina grafitu. Literatura. W. YOLK: Statystyka da in żyni e rów. WNT, Warszawa 1973. 2. F. Y. FALMER. D.B. WRIGHT: Foundry Tr. J. 1958. 2204. 3. J. BRASZCZYŃSKI. T. WARCHALA, S. BORKOWSKI: Spraw. Katedry Odewnictwa P. Cz. nr 1/92 (praca niepubikowana). Summary PROPERTIES OF FILTRATED CAST IRON : There has been hed some investigations to verify the foowing hypotheses: - a fow of cast through a ayer of graphitized carbon causes modification effects due to abrasion and rinsing out of carbon microvoumes, which subsequenty act as nucei of a primary graphitization, - a n eutectic reaescence as TS-TSM is not a n universa o f cast iron modification. A therma derivation anaysis (ATD) of examined cast iron has been carried out and the foowing properties determined: a tendency to hard-spot occuring, variations of carbon contents, a tensie strenght, a hardness. There has been done an anaysis of grapbite precipitations and the matrix of a semi-grey (Sc = 0.7-0.75) and grey (Sc = 0.8-0.85) cast iron.