20, 1994 Sidificatin f Metais and Ays Krzepnięcie Metai i Stpów PL ISSN 0208-9386 STRUKTURA ODLEWU Z ŻELIWA SZAREGO PO OBRÓBCE POWIERZCHNI METODĄ SPAWALNICZĄ ANNA POCICA-FILIPOWICZ JÓZEF S. SUCHY Wyższa Szkła Inżynierska w Opu Streszczenie Obróbka ciepna dewów z żeiwa szareg mże być dknana metdami spawaniczymi. Z anaizy tych prcesów wynika, że pczątkwa struktura materiału i parametry cyku termiczneg mają wpływ na zmiany struktury w strefie wpływu ciepła i na własnści brabianych dewów. Zbadan zmiany pwstające w wyniku cykiczneg działania termiczneg w przypadku żeiwa szareg z grafitem płatkwym: ) mająceg ten sam skład chemiczny, ae różną strukturę żeiwa snwie peritycznej i żeiwa ferrytyzwaneg, tj. uzyskaneg w wyniku bróbki ciepnej (ferrytyzacji) żeiwa perityczneg; 2) mająceg różne składy chemiczne, ae te same struktury żeiwa snwie ferrytycznej i żeiwa ferrytyzwaneg. P bróbce pddan żeiw badanim metagraficznym i mechanicznym. Wyniki są zgdne z przewidywaniami, wynikającymi z biczeń dknanych za pmcą prgramu, kreśająceg pe temperatur w brabianym żeiwie. Otrzymane rezutaty ptwierdzają prace autrów przedstawine w "Krzepnięciu Metai i Stpów" w 1992 r. Wstęp D bróbki pwierzchniwej dewów żeiwnych mżna wykrzystać spawanicze prcesy łuk we. Zmianę własnści warstwy wierzchniej mżna uzyskać pprzez nał że ni e na wybrane pwierzchnie pwłki kreśnych własnściach bądź te ż przetpienie
76 A. Pcica-Fiipwicz, J.S. Suchy pwierzchni. Spawanicze metdy nakładania pwłk zstały bszernie pisane w iteraturze []. Udarwe nagrzewanie w bróbce ciepnej jest zazwyczaj reaizwane z wykrzystaniem źródeł wyskenergetycznych (pazma, aser, wiązka eektrnów) [2, 3]. Zauważn natmiast brak biższych infrmacji, dtyczących wykrzystania d bróbki ciepnej pwierzchniwej kasycznych łukwych techngii spawaniczych, np. przetapiania pwierzchni eektrdą nietpiwą jarzącą się w słnie gazów bjętnych, a także wpływu tych techngii na prcesy przemian strukturanych. Schemat. Prgram badań badania metagraf. badani a wł. mech. badania trybgiczne KRYSTALIZACJA zróżnicwane warunki krystaizacji badani a meta gra!'. ODLEWY O STRUKTUbadania wł. mech. J RZE PIERWOTNEJ ~----~~~~~--~ 'r-------------------. kresenie pa OBROBKA CIEPLNA DOBOR PARAMETROW temp. ŁUKIEM SPAWALNIC2YM NAGRZEWANIA ŁUKOWE GO ODLEWY PO OBROBCE CIEPLNEJ POWIERZCHN. anaiza wynik ó w OKRESLENIE ZMIAN ZA badań CHODZĄCYC H W ZELIWIE -------------------4SZARYM W WYNIKU OBRÓB- KI POW! ERZCHNI OWEJ METODĄ SPAWALNICZĄ pracwanie "')'Kresów CTPc Pierwsze wyniki prac z teg zakresu, pdjętych przez autrów, przedstawin w [4]. Wynikiem kntynuacji tych badań są między innymi pracwania [5, 6] raz niniejszy artykuł. Badania bejmwały kreśenie parametrów bróbki TIG i zmiany strukturane zachdzące w brabianym żeiwie. Pnieważ niemżiwe jest kasyczne hartwanie że iwa strukturze ferrytycznej, pstanwin zbadać mżiw ść wykrzystania metdy TIG d pwierzchniweg utwardzania dewów żeiwnych również takiej strukturze. Prgram prac bejmwał badania metagraficzne, pmiary raz badania symuacyjne pa temperatury, badania trybgiczne, własnści mechanicznych i inne, c przedstawin na schemacie. Ze wzgędu na graniczenia bjętści niniejszej pubikacji szerzej zstaną mówine niektóre z eementów teg prgramu. Pełne infrmacje znaeźć mżna w cytwanych pracach [5, 6].
Okreśenie pa temperatury w nagrzewanych dewach żeiwnych Struktura dewu z że iwa szareg... 77 Pe temperatury w dewach że iwnych brabianych ciepnie łukiem spawaniczym kreś n s ts uj ąc uni wersany agrytm numeryczny pracwany w tym ceu, przy następujących za ł że ni ac h : -zadanie ptraktwan jak trójwymiarwe, - przepływ ciepła sprwadzn d przewdzenia pisaneg równaniem Furiera z uwzgędnieniem składwej prędkści źró dł a ciepła, - zastswan metdę różnic skńcznyc h ze schematem niejawnym, - układy równań rzwiązywan met dą Jacbieg, - na dnej pwierzchni płyty (przeciwnej d brabianej) przyjęt warunek brzegwy III rdzaju, - w przypadku ciała masywneg zak ł ada n d n ą pwierzchnię gra ni czającą z warunkiem I rdzaj u, - prgram pracwan w języku Turb Pasca 4.0 impementwanym na kmputer zgdny ze standardem IBM. Przy kład wyznaczneg pa temperatury w wybranej warstwie brabianeg d ewu w tczeniu p ruszając e g si ę ź r ó dła energii pkazan na rysunku. ~ 2000,. 1800 :~ 1600 2 1+00 ~ 1200 ~ 1000 ~ s f- 600 400 200 Warstwa w si panika ~ ----- ---------- /r 1 1 r..-------,.,...- ---... /1 1 \ _,_. 1 - ----- '~-- -~ - \, -------- ~-----~ _.- '/ t /' \. \ - --::::.--::----~---- ---------------:----,_... --...-- / / -=-~ --...-----------..- _..--...,_...... ~~./".,..-----::..-----_:_-~-- ------ " ---- ------,. /./'... ~-- -- --~ /,./ ~---_:---::----:.-----:...-:;._._...::...----- -......,~1 L-- " ---------- _..,...-- --- _.- _,_- ~..-..--- ---- "-....,... /..---,.- ---~ ----....r.-- ~---- -.---...,...-:.,._... ------- ~---,,. "....,.---- '......- X ~ '---...----- X Y z Rys.. R z kład temperatury w napawanym dewie
78 A. Pcica-Fiipwicz. J.S. Suchy Prgram ten stanwi jedną z prcedur wchdzących w skład agrytmu pzwaająceg na dbór ptymanych parametrów prcesu. Pszczegóne eementy teg góneg prgramu, takie jak wybór metdy napawania, materiału itp. zstały napisane w pstaci ddzienych prcedur, c ułatwia użytkwanie prgramu (schemat 2). Schemat 2. Schemat bkwy prgramu d dbru parametrów bróbki Wyznaczne pe temperatury weryfikwan dświadczanie, wykazując bardz dbrą z gdnść wyników [5]. Jednym z eementów prgramu jest bszerna baza danych, bejmująca m.in. wyznaczne da badanych twrzyw wykresy CTPc. Wykresy CTPc pzwaają na kreśenie krytycznych szybkści chłdzenia, a tym samym wyznaczenie wart ś ci kryterianych d dbru parametrów bróbki. Agrytm ten wykrzystan d kre ś enia parametrów bróbki dewów z żeiwa strukturach peritycznej, ferrytycznej raz żeiwa ferrytyzwaneg.
Struktura dewu z żeiwa szareg... 79 Badania dprnści na ścieranie Typwe badania ekspatacyjne stswane w ceu kreśenia dprnści na śc i e r a nie są ż mudne, ksztwne i trzeba je przeprwadzać da każdeg przypadku ddzie nie. Dateg też zaprjektwan i zbudwan uniwersane stanwisk um żiwiające wyknanie badań d prnści na ścieranie da r óż nych mdei tarcia i szerkieg zakresu reguacji. Badania na tym stanwisku przeprwadzn da próbek przed i p bróbce, kre ś ając dprnść na zużycie gdzie: I pw = Z~w - inten sy wn ść zużycia wagweg, z'"' = m,.. - m ; - z uż ycie wagwe, s - drga tarcia, mw, m;- masy próbki: wyjściwa i p śc iskaniu. ( ) 110 ~ 100 E - 90......- ł a. 0:: ()) 80 70 u >-. 60 N :J N 50 c 40 -u 1./ c 30 '- 0.. 20 "O 10 P1 P1N P1 P1N F1 F1N F1 F1N --- 2,5km -5 km F2 F2N F2 F2N Rys. 2. Odprnść na zużyc i e Rpw badanych ż e iw : P - że az perityczne. FI - że iw ferry tyzwane. F2 - że iw ferrytyczne. N - że iw p bróbce Wyni ki badań pkazan na rysunku 2.
80 A. Pcica-Fiipwicz, J.S. Suchy Anaiza wyników badań Strefa wpływu ciepła w żeiwach ferrytycznym i ferrytyzwanym składa się z dwóch zasadniczych bszarów: częściweg rztpienia raz niecałkwitej austenityzacji. W strefie wpływu ciepła tych żeiw brak jest bszaru pełnej austenityzacji, c jest spwdwane bardz dużą hetergenicznścią struktury wyjściwej, składającej się z prawie bezwęgweg ferrytu i czysteg węga w pstaci grafitu. Strefa wpływu ciepła żeiwa perityczneg pd wzgędem strukturanym różni się znacznie d występującej w żeiwie snwie ferrytycznej. Występują w niej bszary: częściweg przetpienia, całkwitej austenityzacji raz niecałkwitej austenityzacji. swe teg żeiwa wykazuje dść duże utwardzenie, w następstwie bezdyfuzyjnych przemian fazwych zachdzących pdczas chłdzenia. Efektem zjawisk ciepnych i związanych z nimi przemian strukturanych, występujących w bróbce pwierzchniwej żeiw metdą TIG, jest utwardzenie warstwy wierzchniej dewów. Świadczą tym wyniki badań dprnści na ścieranie i pmiary twardści. We wszystkich brabianych próbkach warstwa pwierzchniwa ma strukturę edeburytyczną, którą cechuje duża dprnść na ścieranie raz znaczna twardść. Uzyskane własnści tej warstwy są prównywane z własnściami żeiwa p bróbce wiązką eektrnów i aserem, a duż epsze d własnści żeiwa p hartwaniu. Dyspersja edeburytu w warstwie przetpinej mże być różna w zaeżnści d degłści d pwierzchni. W bszarze przypwierzchniwym różnice dyspersji edeburytu są niewiekie. O występwaniu zbiżnej struktury w warstwie pwierzchniwej badaneg żeiwa mgą świadczyć również wyniki pmiarów twardści i dprnści na ścieranie, które niezaeżnie d struktury wyjściwej żeiwa są zbiżne. Różnica twardści da pszczegónych rdzajów żeiwa nie przekracza 2%, natmiast różnica w dprnści na śc ieranie wynsi 10%. Ostateczne i jednznaczne rzstrzygnięcie kwestii związanych z budwą strukturaną warstwy pwierzchniwej wymagałby zastswania subteniejszych metd badawczych i prace takie są becnie pdejmwane. Wniski z dtychczaswych badań. Pwierzchniwa bróbka ciepna łukiem spawaniczym metdą TIG pwduje utwardzenie warstwy wierzchniej dewu żeiwneg, także w przypadku struktury ferrytycznej w następstwie zjawisk ciepnych i związanych z nimi przemian strukturanych, prwadzących d pwstania edeburytu w strefie przetpinej i martenzytu w bszarze swe, przyegającym bezpśredni d tej strefy. 2. Zmiany strukturane w strefie wpływu ciepła zaeżą d wyjściwej struktury snwy metaicznej żeiwa, struktura swe w żeiwie peritycznym jest zbiżna d swe złączy stawych i bejmuje bszary częściweg przetpienia raz całkwitej i częściwej austenityzacji, natmiast w strukturze swe żeiwa snwie ferrytycznej nie zachdzi całkwite przekrystaizwanie, a swe bejmuje jedynie bszary częściweg przetpienia i częściwej austenityzacji.
Struktura dewu z żeiwa szareg... 81 3. Dbór parametrów prcesu bróbki pwierzchniwej metdą TIG jest mżiwy z pmcą pracwaneg prgramu. Pzwaa t na uzyskanie dużej głębkści strefy przetpinej, a w rezutacie grubszej warstwy utwardznej z zachwaniem graniczeń kryterianych (maksymana szybkść chłdzenia). 4. Wadą pwierzchniwej bróbki ciepnej dewów żeiwnych metdą TIG jest prwatść pwierzchni spwdwana wypaaniem się grafitu w strefie przetpinej. Przedstawine w pracy rezutaty badań dwdzą, że metda TIG mże być stswana d utwardzania pwierzchniweg dewów żeiwnych, da których wymagana jest wyska twardść i dprnść na ścieranie przy zachwaniu miękkieg rdzenia, pd warunkiem, że prwatść pwierzchni nie ma znaczenia da ekspatacji wyrbu. Literatura. J. DZIUBIŃSKI, A. KLIMPEL: Napawanie i natryskiwanie ciepne. WNT, Warszawa 1985. 2. N.I. BIELEWSKI, A. FURMANEK: Eektrnika XXXI, 1990, 3, 28-30. 3. T. BURAKOWSKJ: Kierunki rzwju bróbki ciepnej. PAN. Sekcja Pdstaw Techngii Kmitetu Budwy Maszyn, Inst. Mech. Precyzyjnej 40, Warszawa 1988. 4. J. SUCHY, A. POCICA. A. NOWAK: Krzep. Metai 1992, 17, 154-163. 5. A. POCICA: Praca dktrska. Warszawa 1991. 6. A. POCICA-FILIPOWICZ, J.S. SUCHY, A. NOWAK: Cast Met. (w druku) Summary STRUCTURE OF GREY CAST IRON WHILE SURFACE TREATMENT BY THE WELDING METHOD Heat treatment f grey cast irn castings can be dne with wełding methds. Frm the anałysis f these prcesses it appears that initia structure f the materia and parameters f the therma cyce infuence structurał changes in the beat - affected zne and prperties f the treated casts. Changes ccuring in cast irns, being a resut f thermał cyce actin, were examined fr grey cast irns, with fake graphite:. having the same cherica cnstitutin and different structure f matrix-pearłitic cast irn and ferritized cast irn, i.e. btained as a resułt f beat treatment (ferritizatin) f pearłitic cast irn; 2. having different cherica cnstitutins and the same structures f matrix-ferritic and ferridized cast irn. After treatment cast irns were subjected t metałłgraphic and mechanica examinatins. The resuts agree with the expectatins, resuting frm cacuatins dne with the prgram determining therma fied in the treatment cast irn. The described resuts makes cnfirmatin f authrs wrks presented in Słidificatin f Metais and Ałłys in 1992.