KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

54/14 Archives of Foundry, Year 2004, Volume 4, 14 Archiwum Odlewnictwa, Rok 2004, Rocznik 4, Nr 14 PAN Katowice PL ISSN 1642-5308 KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD S. PIETROWSKI 1, G. GUMIENNY 2 Katedra Systemów Produkcji, Politechnika Łódzka, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Łódź STRESZCZENIE W pracy przedstawiono możliwość kontroli produkcji staliwa GXCrNi72-32 metodą analizy termicznej i derywacyjnej (ATD). Wykazano, że zmiana zawartości węgla, chromu i niklu w staliwie powoduje zmianę temperatury krystalizacji poszczególnych faz, co umożliwia kontrolę wytapiania staliwa. Key words: crystallization, chromium-nickel cast steel, thermal derivative analysis 1. WSTĘP Badania dotyczące możliwości zastosowania metody analizy termicznej i derywacyjnej (ATD) do kontroli staliwa niestopowego oraz stopowego gatunku GX20Cr56 przedstawiono w pracach [1, 2]. Niniejszy artykuł stanowi ich uzupełnienie dla staliwa austenitycznego gatunku GXCrNi72-32 zawierającego 18% Cr i 8% Ni (18.8). Zmianę mikrostruktury tego staliwa w funkcji temperatury i zawartości węgla przedstawiono na rysunku 1 [3]. Wynika z niego, że podczas stygnięcia staliwa o zawartości poniżej 0,1% C w temperaturze likwidus rozpoczyna się krystalizacja ferrytu. Następnie rozpoczyna się krystalizacja austenitu. Po zakończeniu procesu krystalizacji jego mikrostruktura składa się z mieszaniny ferrytu oraz austenitu. Następnie pozostała część ferrytu ulega przemianie w austenit. Dalsze stygnięcie staliwa powoduje wydzielanie z austenitu węglika (Cr,Fe) 23 C 6. Staliwo o zawartości węgla powyżej 0,1 0,2% rozpoczyna krystalizację od wydzieleń ferrytu oraz austenitu. Następnie w wyniku przemiany 1 prof. dr hab. inż., spietrow@mail.p.lodz.pl 2 dr inż., grzegum@p.lodz.pl

406 perytektycznej L + L +, w pozostałej cieczy znajdują się tylko dendryty austenitu. Podczas dalszego ochładzania staliwa następuje krystalizacja austenitu. Po jej zako ń- czeniu w mikrostrukturze występuje wyłącznie austenit. Przy dalszym obniżaniu temp e- ratury, po przekroczeniu granicznej wartości rozpuszczalności węgla w austenicie ro z- poczyna się wydzielanie węglików (Cr,Fe) 23 C 6. Z przedstawionych danych wynika różny proces krystalizacji staliwa w zależn o- ści od zawartości w nim węgla. Rys. 1. Wpływ zawartości węgla na mikrostrukturę staliwa o zawartości 18%Cr oraz 8% Ni [3] Fig. 1. The influence of carbon content on the cast steel microstructure with 18% Cr and 8% Ni [3] Istotne zmiany w obszarach występowania poszczególnych faz powoduje także wzrost zawartości niklu w zakresie 4 12%. Pokazano je na rysunku 2 (a c). Zwiększenie zawartości niklu w staliwie zawęża zakresu występowania mieszaniny ferrytu i austenitu, natomiast rozszerza obszar istnienia austenitu, obniżając jednocześnie temperaturę granicznej rozpuszczalności węgla w austenicie. a) b) c) Rys. 2. Wpływ zawartości niklu na mikrostrukturę staliwa o zawartości 18%Cr (podano tylko krzywe poniżej linii solidus): a) 4% Ni, b) 8% Ni, c) 12% Ni [4] Fig. 2. The influence of nickel content on the cast steel microstructure with 18% Cr (only below solidus line): a) 4% Ni, b) 8% Ni, c) 12% Ni [4]

407 2. METODYKA BADAŃ Metodyka badań była analogiczna do przedstawionej w pracy [1]. Skład chemiczny badanego staliwa zmieniał się w przedziale podanym w tabeli 1. Tabela 1. Skład chemiczny badanego staliwa GXCrNi72-32 Table 1. The chemical composition of investigated GXCrNi72-32 cast steel Skład chemiczny, % L.p. C Cr Ni Si Mn P S Al Cu 1 0,107 0,173 17,97 19,23 5,98 9,58 0,622 0,850 0,399 0,565 0,026 0,017 0,10 0,11 3. WYNIKI BADAŃ Reprezentatywną mikrostrukturę badanego staliwa pokazano na rysunku 3. Krzywe ATD staliwa zawierającego 0,173% C, 17,97% Cr oraz 7,85% Ni przedstawiono na rysunku 4. Z badanych składów chemicznych staliwa jest on najbardziej zbliżony do staliwa 18.8. W związku z tym jego krzywe ATD przyjęto jako podstawę do oceny odchyleń wartości charakterystycznych wielkości krzywych dla pozostałych badanych składów chemicznych staliwa. Poszczególne efekty cieplne na krzywej krystalizacji są wynikiem następujących przemian: AA krystalizacja ferrytu ( ) oraz austenitu ( ), A B przemiana perytektyczna L + L +, A początek, B koniec, BCD krystalizacja austenitu ( ), B początek, C maksymalny efekt cieplny, D koniec krystalizacji, WW1 wydzielanie węglików (Cr,Fe) 23 C 6, W początek, W1 koniec. Austenit, węgliki (Cr,Fe) 23 C 6, wtrącenia niemetaliczne, trawienie: odczynnik Mi16Fe Rys. 3. Mikrostruktura staliwa zawierającego 0,173% C, 17,97% Cr oraz 7,85% Ni, Fig. 3. The microstructure of cast steel with 0,173% C, 17,97% Cr and 7,85% Ni,

o t, C o dt/d, C/s 408 1600 C AA' B D W W1 1 1400 0 1200 dt/d = f'( ) -1 1000-2 t = f( ) 800-3 600-4 0 100 200 300 400 500, s Punkt, s t, C dt/d, C/s 2 A A B C D W W1 19 22 35 60 68 103 233 419 1421 1420 1420 1399 1389 1322 1026 734-2,79 0,21-0,22-1,38-1,18-2,90-1,95-1,79 Rys. 4. Krzywe ATD staliwa zawierającego 0,173% C, 17,97% Cr oraz 7,85% Ni, Fig. 4. ATD curves of cast steel with 0,173% C, 17,97% Cr and 7,85% Ni, Wzrost zawartości chromu do 19,23% oraz obniżenie zawartości Ni do 5,98% i C do 0,115% powoduje, zgodnie z danymi na rys. 1, zmianę krystalizacji staliwa. Mian o- wicie proces krystalizacji rozpoczyna się wyłącznie od wydzieleń ferrytu. Przy dalszym ochładzaniu częściowo krystalizuje austenit ( ). Występuje więc mieszanina

409 +, która następnie zmienia się tylko w fazę. W konsekwencji na krzywych ATD wystąpiły zmiany pokazane na rysunku 4. Efekt cieplny AA spowodowany jest krystalizacją wyłącznie ferrytu, a A BD jednoczesną krystalizacją ferrytu i austenitu. Efekt cieplny EF spowodowany jest ciepłem przemiany. Rozpoczyna się ona w temperaturze te = 1213 C, a kończy w tf = 1111 C. 1600 1 A A' B D E F W W1 1400 1200 t, C o o dt/d, C/s 0-1 1000 dt/d = f'( ) -2 800 t = f( ) -3 600-4 0 100 200 300 400 500, s Punkt, s t, C dt/d, C/s 2 A A B D E F W W1 26 28 46 77 100 157 205 262 388 1437 1437 1439 1416 1371 1213 1111 996 788-2.97 0,65-0,24-1,16-3,58-2,49-2,42-1,81-2,20 Rys. 5. Krzywe ATD staliwa zawierającego 0,115% C, 19,23% Cr oraz 5,98% Ni Fig. 5. TDA curves of cast steel with 0,115% C, 19,23% Cr and 5,98% Ni

o t, C o dt/d, C/s 410 1600 A ' C A B D W W1 1 0 1200-1 800 dt/d = f'( ) t = f( ) -2-3 400 0 200 400 600, s Punkt, s t, C dt/d, C/s 2 A A B C D W W1 23 28 38 79 84 110 265 402 1431 1427 1427 1404 1399 1356 1002 774-2,88 0,13-0,06-0,99-0,97-3,03-1,91-1,85-4 Rys. 6. Krzywe ATD staliwa zawierającego 0,158% C, 18,67% Cr oraz 9,58% Ni Fig. 6. TDA curves of cast steel with 0,158% C, 18,67% Cr and 9,58% Ni Wzrost zawartości niklu do 9,58% przy C = 0,158% i Cr = 18,67% spowodował zmiany na krzywych ATD pokazane na rysunku 5. Krystalizacja staliwa rozpoczyna się w temperaturze t od wydzielania kryształów ferrytu wysokotemperaturowego

411 i austenitu. W temperaturze ta = 1427 C rozpoczyna się przemiana perytektyczna L + L +, a kończy w temperaturze tb = 1404 C. Efekt cieplny BCD spowodowany jest krystalizacją pozostałej ilości austenitu. Wydzielanie węglików chromu z austenitu zachodzi w zakresie temperatury od tw = 1002 C do tw1 = 774 C. Wzrost zawartości niklu spowodował zawężenie obszaru występowania ferrytu wysokotemp e- raturowego, co zaowocowało mniejszym efektem cieplnym AA od jego krystalizacji. Niższa temperatura td końca krystalizacji austenitu spowodowana jest rozszerzeniem obszaru występowania tej fazy. Wzrost zawartości węgla do wartości 0,158% spowodował nieznaczne obniżenie temperatury t początku krystalizacji staliwa oraz wzrost temperatury tw początku krystalizacji węglików chromu. Przedstawione wyniki badań wskazują, że zmiana zawartości węgla, chromu oraz niklu w staliwie austenitycznym powoduje istotne zmiany w efektach cieplnych na krzywych ATD oraz przesunięcie charakterystycznych temperatur. Wzrost ilości węgla obniża temperaturę likwidus (t) oraz krystalizacji austenitu (tb td), natomiast podnosi zakres temperatury krystalizacji węglików (Cr,Fe) 23 C 6 (tw tw1). Wzrost zawartości niklu powoduje obniżenie temperatury końca krystalizacji austenitu. Potwierdzają to wykresy pokazane na rys. 1 oraz 2 (a c). 4. WNIOSKI Z przedstawionych w pracy wyników badań wnioski są następujące: zmiana ilości węgla, chromu i niklu w staliwie powoduje przesunięcie charakterystycznych temperatur na krzywej stygnięcia, na krzywej derywacyjnej występują efekty cieplne od krystalizacji faz, również od wydzielania węglików (Cr,Fe) 23 C 6, metoda ATD może być stosowana do kontroli wytapiania staliwa austenitycznego. LITERATURA [1] Pietrowski S., Gumienny G., Meksa W., Woźnicki G., Kontrola staliwa niestopowego metodą ATD, Archiwum Odlewnictwa, Nr 12, 2004, s. 323. [2] Pietrowski S., Gumienny G., Kontrola staliwa GX20Cr56 metodą ATD, Archiwum Odlewnictwa, Nr 12, 2004, s. 315. [3] Dobrzański L., Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach, WNT, Warszawa 1996. [4] Colombier L., Hochmann J., Stale odporne na korozję i stale żaroodporne, Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1964. Pracę wykonano w ramach realizacji projektu celowego Nr ROW-192-2003

412 THE CONTROL OF GXCrNi72-32 CAST STEEL WITH TDA METHOD SUMMARY In this paper the possibility of production control of GXCrNi72-32 cast steel with TDA method is presented. It was demonstrated, that changes of carbon, chromium and nickel contents have the influence on thermal effects and temperature of phases crystallization, what makes enable the control of cast steel reduction. Recenzował Prof. Andrzej Jopkiewicz