34/7 Sidifkain f 1\eas and Ays, N. 34,1997 Krupnicie Metai Stpów, nr 34, 1997 PAN- Oddział Kawice PL ISSN 0208-9386 ANDRZEJ STUDNI CK(, ST ANT SLA W JURA, JERZY KILARSKC", JACEK SUCHOŃ. WPLYW GRUBOŚCI ŚCIANKI ODLEWU NA TWARDOŚĆ ŻELIWA CHROMOWEGO Z DODATKAMI STOPOWYMI Ni, \1, V i B W artykue przedstawin wy11iki badai1 \\vywu grubści ścianki de\u i skadu chemicn1eg na twardść żeiwa chrmweg (2+3,3 %C; 15+ 19 %Cr) z ddatkami stpwymi Ni, M, V i 13. W ramach pracy wyknan dewy płyt trlech grubściach (25, 50 i 100 mm), które pddan bróbce ciepnej a następnie wyknan pmiary tward ś ci na ich przekrjach. Zebrane \.,.)11iki psłużyły d wyznaczenia zaeżwści matematycznych między twardścią a s kł ade m chemiemym i grubścią ścianki dewu. Wyznaczne równania regresji pzwa<ą na kmpnwanie składu chemiemeg żeiwa chrmweg z ddatkami stpwymi Ni, M, V i 13 w zaeżo Śc i d żądanej twardści dewu przy danej grubści ścianki dewu.. \\'PROWADZENIE T\\ardść materiałów knstrukc)jnych jest nada bardz isttnym parametrem chara"-ieryzującym twrzywa dprne na zużycie ścierne. Żei\\a chrmwe są chyba najppuarniejszą grupą materiałów dc\miczych dprnych na ścieranie, stswaną na dewy bardz zróżnico\yancj grubści ścianki. Obcenie uż:)tko\mików dewów z żełi\\ a chrrno\\cg interesują \\)TOby, które psiadają na przekrju twardść nic mniejszą d GO HRC bez wzg ędu na grubść ścianki dic\\u. Żci\\ a chrmwe ze wzgędu na swje \Yaściwści termfizyczne nic mgą być pdd:nvane w cz.asie bróbki ciepnej gwałtwnemu nagrzewaniu i chłdzeniu, s t ąd też zasadnicz zmniejsz.:'! siy pe działania w cz.asie zabiegów bróbki ciepnej dającej wzrst twardści. Da żeiw chrmo\vych najczyściej zaecana jest bróbka ciepna tzn. hartwanic na po\\ictrzu ze wzgydu na swją prsttę i stsunkw niskie kszty. Uzyskanic wyskiej twardści da dewów maej grubści ścianki z żeiwa chrmweg bez ddatków stpwych nic stwarza specjanych prbemów. Trudnści zaczynają się przy dewach grubściennych. Jedną z dróg rzwiązania teg prbemu przy zachwaniu standardwej bróbki ciepnej JCSt wprwadzenie d żei\va chrmweg ddatków stpwych pprmviających hattwnść. mgr inż. - Katedra Odc\\11ictwa Pitcchniki Śąskiej prf.dr hab. in).. - K:-tedra Odewnictwa Pitechniki Ś;1skicj -dr in/.- Katedra Odewnicwa Pitechniki Śąskiej
58 W Katedrze Odewnictwa Pitechniki Śąskiej d wieu at prwadzne są badania stpów dprnych na ścieranie w tym szczegónie żeiw chrmwych. W niniejszym artykue przedstawin wyniki badań rzkładu twardści na przekrjach dewów różnej grubści ścianki. Badania miały na ceu kreśenie ddatków stpwych, które zapewniają uzyskanie wyskiej twardści na całym przekrju dem1 grubścienneg. 2. BADANIA WLAS;'\E 2. 1 \atcria wyjściwy- żeiw wyjściwe Żeiwem wyjściwym d badań był żeiw chrmwe bez ddatków stpwych nastc;pującym składzie chemicznym: C - 2.34%; Si - 0.42%; Mn - 0.56%; S - 0.027%; Cr - 19.22%. Na rys. przedstawin zarejestrwany przebieg prcesu krzepnięcia i krystaizacji (wykresy ATO) żeiwa wyjściweg za pmcą aparatury CRYSTALDIGRAPH-PC. -1. s -- -2.00 UO. j' Tte:. TTTOOTTTH n TTTTTTTTTTT" TrrrrTTTT rtttt!<s.?'- " 1<0 / '""'..,._ m _/>< -r:::. \1 /-' '"'. rs.oo / ' 1100 J.SO _, OSu 1.00. /..! OCO. '...,. 50 -,,,,,,,.,,, 1,, 1 1, 1 1,, 1 1,, 1,,, 1 1, 1,,,,, 1, 1 i 1 1,, 1 1, 1 ;, 1,, -!J s C :ł'i \t. 40 ) SO 20 jio OJ HO 210 { 21 IOV 1$1) 120 90 CO 30 O : p. : CH : Tu:L : di!dt : d2l'dt2 : : L:. : (:,.. : T Pł::. : d 1/ jt : d 1/dt 2 : ti 0.11 : -11, 0 :! 1: 0.63 : 120 Ja 9i 1.10 : ' s :IJI 110! -. 5: : 38. 8 i n a -. i :.: ) 100 -!.0 :. SO m I:<J -0.01 : u a i.s : 0.')() 5 114j -1.01 : u :s! O.O : 0.00! S 14-0.01 : -11.6!! -.-------------------------------------------- Rys.. Wykres J\TD da żeiwa wyjściweg
59 2.2 Pncbieg badań Wytpy anaizwanych żeiw chrmwych przeprwadzn w indukcyjnym piecu tygwym wyłżeniu bjętnym. Pdczas wytpów d żeiwa wyjściweg wprwadzan ddatki stpwe w pstaci żeazstpów. Przed zaaniem frm piaskwych (płyty grubściach 25, 50 i 00 mm) przeprwadwn rcjcstracjq wykresów ATO. Na rys.2 i 3 przestawin \vykrcsy ATO da żeiw chrmwych z \\')tpów 5 i ro. Prównując te wykresy ATO z \vykresem A TD żeiwa wyjściweg wyraźnic da się zauważyć wpływ ddatków stpwych na przebieg krzepnięcia i krystaizacji żeiwa chrmweg. W tabicy zestawin wyniki anaizy składu chemiemeg \vytpów dświadczanych żeiw chrmwych z ddatkami stpwymi Ni, M, V i B. ;; I ' Cis O.S,, r t 1 r1 1 T 1 1 11 n r111 11 r 1 nr 11 1 r 11 11' 1 1 1 t 111 t t 1 11 11 1 1 1 1 111 r 1 1 1 11 1 t 1 1 1 t 1 1 1 t 1 1 1 11 t Ot' O J /' 1-0.50. -. _.' -, ;\,]!Ot\ -1.E_._... _ --- - - - -j _ 1 5 ::..r-,../\ _.! 1. - :.5 ) ---..._ -.-- r /. -- - ---_... ł)}:) L... \ j -2. 01) L 3,,s,.t r ' < ' <( f -,,.J) ]!Ot) -:. F t 105e -u!!00 L../ ł- -1.00.- 90 1.511[, 0 ' i 00,,-1" <',,,.,-'-'-'--'.. LLLLLLU '' ''\ i -'--'--'..UIvJ C: s s?f. 45 1 } 4SQ 420 90 JO )J 3vr, /1) 24 ) 2:0 ;3 J!Y; 10 q,; bi) j(j (t : LJ. : Cn; : TtJ. : C!:t : dit2 : 15 t:i9 0.08 : 4 a1j. 6 61 -t. C : -0. 10 : 2: 41.:5 : 15. :;e hł't -L.: 2.<1 1!1 : 1: -0. :. 7! ł O.S : 1.<3. ; 1 (i 4V.f) : I;.: i;!': -. : -. 5 :2 :::;ą -Q.O : J. t) '? j G.05 : {1, 1}0 1 :;: ) -:.:.i : -5.1( i: 0.01 : (.)(.i 19> 1111 -O,j8 : -. 7 : :. ; -- - : Rys.2. Wykres ATO da żeiwa chrmweg- WYTOP 5
60 d t r ' C ts 1 r. \. O m 1 rr n 1 ' nt1!t n 11 'r n 1 1 n 1 rr 1 r T'! 1 1 'T 1 TTI r! n, 1 1 ' f TT 1 ' 11 ' ' ' ' ' r! rr n 11 11 r j) 0.00 1300-1.00 1100 115( -1.50-1.00 11 00-1. 50 1050-3.00 1000 -.SO. : : : : : : : : : : : : ' -1. 00 0 /.., : '. ' ' j QO O O O O O O 1 O O III O O 1 O i O O O O O O O O O O O O O O O O OJ..WI O O O i O j O O ] ISO 110 O óo HO 100 110 210 110!BO ISO 110 j0 óo 30 O :U.: Cu; : h ij. : dit1t: d1fdtz: :La. : Ca'i! Te. : dtid t : d2t /dt2 : 18 1111 0.1; : -:.1 13!08)!.O : 0.00 '5 1111-0.1: : 10.1!8!OC9 -:.n!.! O ó4 tfjó -0.11 : 15.2 1 121 4-0.01 : 0.00 a; 110'. ; :!S.! 1:15-1).1)2 : Q.')' 86 m; -i). )! : S. u ) s!o:. -}.ł : ) : \ 4.? Sb t?u (IJJ: : -!C. q 2tł 5 1 )5:! -!. q : - j 9. O; : 1:' - ). ; : < - ) 13!! ------ - ---------------------- -------------- 8\) Rys.3. Wykres A-m da 2:ciwa chrmweg- WYTOP O W) niki anaizy skadu chemiczneg Tabica Skad chemiczn ' w 0 / \\'vtp c s S i \! n Cr Ni.\ ' V B 2.40 0.018 0.43 0.44 16.75 118 1.96 1.28 0.081 2 2.04 0.016 0.46 0.35 16.51 0.37 2.05 1.33 0.076 3 2.45 0.018 0.39 0.46 16.8 1.9 1.97 1.32 0.013 4 2.43 0.018 0.41 0.42 16.77 1.25 2.08 0.42 0.0 14 5 2.37 0.019 0.42 0.37 16.37 1.16 1.91 1.16 0.0 6 2.59 0.020 0.40 0.49 18.15 1.28 0.65 0.53 0.003 7 2.48 0.018 0.44 OS:! 17.20 0.51 2 07 0.52 0.003 8 2. 18. 0.010 0.49 0.30 5.98 1.26 1.97 1.25 0.078 9 2.20 0.011 0.32 0.28 15.91 1.52 2.00 1.27 0.002 O 3.30 0.021 0.25 0.5 3 17.41 1.19 2.03 0.98 0.003 3.15 0.021 0.26 0.43 16.29 1.32 2.00 3.51 0.001 12 3.30 0.021 0.27 0.53 17.36 0.51 0.51 3.55 0.002
61 Odane pyty pddan nast<;:pnie bróbce ciepnej tj. hartwaniu na pwietrzu. Temperatury hartwania badanych żeiw chrmwych kreśn na pdstawie wyknanych szeregów hart\miczych tych stpów. Pmiary twardści metdą Rckwea wg PN-91 /H.-04355 wyknan na przekrjach pyt wg schematu przedsta\\ineg na rys.4. Pm1ar twardści c ) mm, ----------. /r' : / - / /1 ----t --- --- m / "'! ---, 1 ; Ełi ;:--! _j! E- ""i ---1---łł! j, b c Rys.4. Pm iary t wardści Rckwc a na prn:krjach py 2.3. Wyniki halań i ich anaiza Wyknane pmiary twardści na przekrjach pyt pzwiy na pracwanie wykresów rzkadu tward śc i w funkcji grubści dewu. W tabicach 2 i 3 raz na rys 5 i G przedstawin przykadwe rzkady twardści na przekrjach p)t 25, 50 i 100 mm da żeiw chrmwych z wytpówgir WyniiJ pmiarów twardści na pnckrjach pyt -WYTO' 6 Tabica 2 Odkść d rwicrzchni rvtv [mm \\' 3 6 9 12 15 18 21 2-27 30 33 36 39 42 4' 4R 50 6-a 6J (,J 63 62 62 6-b 62 62 63 62 62 61 61 60 60 6-c 62 61 62 61 62 60 62 62 62 63 63 63 62 62 62 62 62 62
65 64 u 63 a::: :r: 62 <IJ 61 -" u 60 a:::..., 59 -</) "O... 58 < 56 () 62 - B...,.QO () () () - - - - - - - - - -... 00... -- () 6-c 6-b 1:>. 6-a - - - Liniwy (6-c) Liniwy (6-b) --Liniwy (6-a) 3 6 g 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 Odegłść d pwierzchni płyty (mm] Rys. S. Rzkład tward ści na przekrjach płyt 25, 50, ł OO mm - WYfOP 6 Wyniki pmiarów twardści na pnckrjach pyt -\Y\TOP 8 Tabica 3 \\' R-a 61 -:-b SX R-e SX 3 61 SX SX 6 9 60 59 SX SX 12 OJIgłść d pwicr?.chni phtv [mm] 15 18 21 24 27 30 SX S6 SX 56 56 33 36 39 42 45 j SX 4S 50 56 56 u a::: :r: 65 64 63 62 <IJ 61 -" u 60 a::: U 59 "" 58 "O... < 56 55 - r-a-- 8-b ;. 8-a - -Liniwy, - - - Liniwy (8-c) 8-b) ---Lm10wy (B-a) -- - - - "!-.Q- 1'::1---.P 00 3 6 g 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 Odegłść d pwierzchni płyty () (mm] Rys.6. Rzkład tward śc i na przekrjach pł yt 25, 50, łoo nun - WYTOP 8
63 Przyk"adwe wykresy rzkładu twardści na przekrjach płyt brazują, że da większści z anaizwanych żeiw chrmwych uzyskuje się spadek twardści w kierunku śrdka płyty, c jest uzasadnine zróżnicwanymi warunkami krzepnięcia i krystaizacji w pszczegónych punktach ścianki dewu. Zebrane wyniki badań pddan również anaizie statystycmej w ceu kreśenia wpływu składu chernicmeg i grubści dc\\u na twardść anaizwanych żeiw chrmwych z ddatkami Ni, M, V i B. W wyniku biczeń uzyskan następujące róyvnania umżi\\iające prgnzwarne: ) twardści żeiwa w śrdku ścianki dewu: HRC,rdck = 3,08C- 2,31Ni + 0,77M- 0,66V- 31B- 0,025g + () Parametry statystycme równania : wartść średnia = 60,8 [HRC}; dchyenie standardwe;=, 19 [HRC ]; współczynnik kreacji=0,89; test Fis/zera = 14,-11; test wiwygdnści = 3. 77; pzim isttnści = 0,05 2) różnicy mittdzy maksymaną a minimaną twardścią na przekrju dewu: dhrc = 3,23C- 0,58Cr -0,81 V+ 16,66B- 0,022g +2,99 (2) Parametry statystycmc ró\\nania 2: wartść średnia = 2,1 [HRC}; dchyenie standardwe=0,5 [HRC}; wspóczymzik kre/acji=o, 91: test Fiszera =23,64; test wiarygdnści = 5,04; pzim isttnści = O,OJ gdzie: C, Cr, Ni, M, V, B - zawartści węga, chrmu, niku, mibdenu, wanadu i bru w %: g - grubść ścianki dewu w mm. Wymaczane zaeżnści matematycme charakteryzują się vryskimi wartściami parametrów statystycmych, c świadczy prawidłw prjętych mdeach równań pisujących w wystarczający spsób wzajemne kreacje między anaizwanymi parametrami. Z równań i 2 wynika, że grubść ścianki dewu isttnie wpływa na twardść. Przy zwiększaniu grubści ścianki (równanie ) bez krekty składu chernicmeg
64 uzyskamy niższą twardść, chyba przeciwdziałamy temu np. pprzez zwiększenie zawartści mibdenu, który krzystnie wpływa na twardść dewów grubściennych.. W przypadku zachwania,jednrdnści" twardści na przekrju ścianki dewu (równanie 2) zdecydwanie ujawnia się krzystne działanie takich pierwiastków jak wanad i chrm. 3. PODSUMOW ANIE Wymaczane zaeżnści statystycme ujmujące w-pływ grubści ścianki dewu i składu chernicmeg na rzkład twardści na grubści ścianki de\\u badanej grupy!iw chrmwych umżiwiają wspmaganie dbru żeiwa chrmweg dprneg na ścieranic na dewy różnej grubści ścianki i kreśnej twardści. Krzystne działanie wanadu na "ujednrdnienie" twardści na przekrju (równanie 2) jest jednak graniczne dużymi trudnściami przy bróbce ciepnej żeiw chrmwych za\\ierających macme iści teg picmiastka (\\)tpy 11 i 12 ). Występuje sine utenianie pwierzchni dewu je i nic istnieje atmsfera chrnna wkół dc\\u. LITEUTURA i] E-Gha?.y S.A.: Optimizing structure, tugmcss and \\car pertnmmcc f 15% Cr cd wrk cast t stce. Stec! Research, N 2, 1993, [2] Lairei G.,Niesen R.L.,MacMian N.M.: On the nature f eutcctic carbides in Cr-Ni \\Ute cast irn. Metaurgica Transactins A, v.22a, 1991, [3] Raduvic M.,fisct M.,Pcev V.: TI1c in11ucncc f vanadium n fractu.re tugmess and abrasin resistance in rug11 chrmiwn cast irns. Juma f Materia s Science, N 2 9, 1994, [4] Fusheng H.,Chachang W.: Mdifying rug1 Cr-Mn cast irn with bran and rarc earth-si ay. Materias Science and Tecmgy, v.5, 1989. [5] Bacania własne Katedry Occ\\nictwa Fitechniki Śąskiej.