OCENA KRYSTALIZACJI STALIWA METODĄ ATD

Transkrypt

1 34/8 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2003, Rocznik 3, Nr 8 Archives of Foundry Year 2003, Volume 3, Book 8 PAN - Katowice PL ISSN OCENA KRYSTALIZACJI STALIWA METODĄ ATD S. PIETROWSKI 1, R. WŁADYSIAK 2 Politechnika Łódzka, Katedra Systemów Produkcji, ul. Stefanowskiego 1/15, Łódź W. MEKSA 3, G. WOŹNICKI 4 Spółdzielnia Pracy Armatura ul. Duńska 23, Łódź STRESZCZENIE W pracy przedstawiono możliwości kontroli staliwa niestopowego i wysokost o- powego metodą analizy termicznej i derywacyjnej (ATD). Wykonuje się z niego wys o- kojakościowe odlewy metodą traconych modeli z zastosowaniem rdzeni mocznikowych. Key words: cast steel, TDA, control, lost-wax process 1. WSTĘP Metoda analizy termicznej i derywacyjnej (ATD) zaczyna coraz powszechniej być stosowana do kontroli siluminów oraz żeliwa szarego, wermikularnego i sferoida l- nego o różnej mikrostrukturze [1-7]. Jej wykorzystanie umożliwia szybkie określenie istotnych dla stopu pierwiastków składowych, jego mikrostrukturę i własności mech a- niczne (Rp 0,2, Rm, A 5 i HB), za pomocą odpowiednio opracowanych równań statystycznych. W bardzo małym stopniu wykorzystywana jest do kontroli staliwa gatunku: L20, W, LH14, LH18N9. Wytwarza się z niego wysokojakościowe odlewy metodą traconych modeli z zastosowaniem rdzeni mocznikowych w Spółdzielni Pracy ARMATURA w Łodzi. W niej też przeprowadzono badania metodą ATD poprzednio przedstawionych gatunków staliwa. 1 prof. dr hab. inż., akgolnik@mail.p.lodz.pl 2 dr inż., rwlady@mail.p.lodz.pl 3 prezes, mgr inż. 4 v-ce prezes, mgr inż. 293

2 2. METODYKA BADAŃ Staliwo wytapiano w S.P. ARMATURA w piecu indukcyjnym średniej częst o- tliwości o pojemności tygla 500kg. Dodatki stopowe i uzupełniające dodawano do ciekłego staliwa o temperaturze C. Pomiar temperatury staliwa dokonywano termoelementem zanurzeniowym PtRh10-Pt. Skład chemiczny badanego staliwa różnych gatunków określano na Quantowagu HILGER w S.P. ARMATURA i podano go w tabeli 1. Tabela 1. Skład chemiczny badanego staliwa Table 1. Chemical composition of cast steel L.p. Gatunek Skład chemiczny, % C Si Mn P S Cr Ni Al Cu 1 L20 0,204 0,386 0,652 0,014 0,012 0,009 0,056 0,025 0, W 0,337 0,350 0,5600 0,012 0,013 0,014 0,085 0,032 0,135 3 LH14 0,192 0,628 0,599 0,024 0,015 13,29 0,12 0,085 0,121 4 LH18N9 0,092 0,854 0,629 0,010 0,010 17,97 8,89 0,062 0,112 Schemat przeprowadzonej kontroli badanego staliwa z zastosowaniem metody ATD przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Schemat kontroli staliwa metodą ATD Fig. 1. Diagram of control of cast steel with TDA method 294

3 t, C dt/d, C/s d t/d, C/s ARCHIWUM ODLEWNICTWA 3. WYNIKI BADAŃ Na rysunku 2 pokazano krzywe ATD staliwa L20. Wynika z nich, że krystalizacja staliwa rozpoczęła się w temperaturze ta=1542 C i zakończyła się w temperaturze tb=1426 C Przemiana eutektoidalna austenit ferryt, perlit rozpoczyna się w temperaturze tk=772 C, a kończy się w tm=612 C A B K L M 2 2 d t/d = f ''( ) dt/d = f '( ) t=f( ) , s A B K L M Temperatura, C Rys. 2. Krzywe ATD staliwa L20 Fig. 2. TDA curves of L20 cast steel Mikrostruktura staliwa była ferrytyczno-perlityczna z wtrąceniami niemetalicznymi. Jego własności mechaniczne zawarte były w przedziale: Rp 0,2 = MPa, Rm= MPa, A 5 =26-28%, HB= , KV=40J. 295

4 t, C dt/d, C/s d t/d, C/s Krzywe ATD staliwa W przedstawiono na rysunku 3. Krystalizacja rozpoczęła się w temperaturze ta=1492 C a zakończyła się w tb=1417 C. Przemiana austenit ferryt, perlit przebiegała w zakresie temperatury tk-tl-tm t.j C A B K L M 2 2 d t/d = f ''( ) dt/d = f '( ) t=f( ) , s A B K L M Temperatura, C Rys. 3. Krzywe ATD staliwa W Fig. 3. TDA curves of W cast steel Mikrostruktura staliwa była perlityczno-ferrytyczna z wtrąceniami niemetalicznymi, a jego własności mechaniczne zawierały się w zakresie: Rp 0,2 = MPa, Rm= MPa, A 5 =20-24%, HB= , KV=25-28J. W porównaniu z danymi pokazanymi na rysunku 2 wynika, że krystalizacja staliwa W odbywa się w niższej temperaturze o: ta= =50 C, tb= =50 C, natomiast przemiana eutektoidalna w temperaturze wyższej o C niż staliwa L

5 t, C dt/d, C/s d t/d, C/s ARCHIWUM ODLEWNICTWA Na rysunku 4 pokazano krzywe ATD staliwa LH14. W temperaturze ta tb t.j C krystalizuje ferryt. W temperaturze tb=1405 C krystalizuje jednocześnie ferryt i austenit. Proces krystalizacji kończy się w temperaturze tc=1368 C. Efekt cieplny określony temperaturą td=1049 C spowodowany jest wydzielaniem węglików Cr 23 C A BC D E K L M 2 2 d t/d = f ''( ) dt/d = f '( ) t=f( ) , s A B C D E K L M Temperatura, C Rys. 4. Krzywe ATD staliwa LH14 Fig. 4. TDA curves of LH14 cast steel Kończy się on w temperaturze te=1030 C. Przemiana eutektoidalna austenit ferryt zachodzi w zakresie temperatury tk-tl-tm t.j C. Mikrostruktura staliwa była ferrytyczna z węglikami Cr 23 C 6 i wtrąceniami niemetalicznymi. Własności mechaniczne staliwa były następujące: Rp 0,2 = MPa, Rm= MPa, A 5 =9-11% i HB. 297

6 t, C dt/d, C/s d t/d, C/s Z przedstawionych danych wynika, że analiza termiczna i derywacyjna dokładnie przedstawia efekty cieplne spowodowane krystalizacją nie tylko ferrytu i austenitu, ale również i węglików. Krzywe ATD staliwa LH18N9 przedstawiono na rysunku 5. Wynika z nich, że w zakresie temperatury ta-tb równej C krystalizuje wyłącznie austenit i taka jest również mikrostruktura tego staliwa. Jego własności mechaniczne zawierały się w następującym zakresie: Rp 0,2 = MPa, Rm= MPa, A 5 =28-30% i HB A B d 2 t/d 2 = f ''( ) dt/d = f '( ) t=f( ) , s A B Temperatura, C Rys. 5. Krzywe ATD staliwa LH18N9 Fig. 5. TDA curves of LH18N9 cast steel 298

7 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Przykłady różnych rodzajów odlewów wytwarzanych technologią traconych modeli z przedstawionych gatunków staliwa pokazano na rysunku 6. Rys. 6. Przykłady odlewów wytwarzanych technologią traconych modeli ze staliwa: L20, W, LH14 i LH18N9 Fig. 6. Examples of casts produced of cast steel: L20, W, LH14 and LH18N9 with lostwax process 4. WNIOSKI Przedstawione wyniki badań upoważniają do sformułowania następujących wniosków: metoda ATD może być wykorzystana do kontroli krystalizacji pierwotnej i wtórnej staliwa niestopowego i stopowego, umożliwia ona identyfikację faz i temperaturę ich krystalizacji, podobnie jak w przypadku żeliwa i siluminów prawdopodobnie również dla staliwa występują zależności statystyczne pomiędzy parametrami krzywych ATD, a własnościami mechanicznymi. Będzie to przedmiotem 299

8 LITERATURA dalszych badań prowadzących do opracowania autorskiego programu komputerowego kontroli i sterowania jakością staliwa niestopowego i stopowego. [1] Pietrowski S., Władysiak R., Pisarek B.: Wdrożenie w Wytwórni Sprzętu Komunikacyjnego PZL Gorzyce systemu kontroli i sterowania jakością siluminów tłokowych metodą analizy termiczno-derywacyjnej (ATD). Projekt celowy nr C/2257, [2] Pietrowski S., Władysiak R., Pisarek B.: Wdrożenie w WSK GORZYCE nowych siluminów do produkcji tłoków silników spalinowych. Projekt Celowy nr 7T08B C/3418, [3] Pietrowski S., Pisarek B, Władysiak R.: Wdrożenie w WSK GORZYCE S.A. systemu kontroli i sterowania jakością żeliwa austenitycznego na wkładki tłokowe metodą ATD. Projekt Celowy nr 7T08B C/4261, [4] Pietrowski S., Pisarek B, Władysiak R.: Wdrożenie w przedsiębiorstwie METALEXPORT - ODLEWNIA KOLUSZKI technologii wytapiania surówki niskomanganowej, żeliwa sferoidalnego, wermikularnego i szarego o różnej mikrostrukturze i ich kontroli metodą ATD. Projekt Celowy nr 7T08B C/4877, [5] Pietrowski S., Pisarek B, Władysiak R.: Zbadanie krystalizacji żeliwa z grafitem wermikularnym oraz opisanie jej modelem analityczno-numerycznym. Projekt Badawczy nr 7T08B , [6] Pietrowski S., Władysiak R., Pisarek B.: Recapitulation of Silumins` Cry stallization Assessment with Use of the Thermal-Derivative Analysis Method. Krzepnięcie Metali i Stopów. 1999, nr 40, s [7] Pietrowski S., B. Pisarek, R. Władysiak: System komputerowy kontroli i sterowania jakością żeliwa z wykorzystaniem metody ATD. Archiwum Odlewnictwa, 2002, vol. 2, nr 4, s ASSESSMENT OF CAST STEEL CRYSTALLIZATION WITH TDA METHOD SUMMARY This paper presents the capabilities of control with thermal and derivative analysis (TDA) method of cast carbon steel and alloy cast steel. These alloys are applied to product the high-quality casts with use of the carbamide cores and lost-wax process. Recenzował prof. dr inż. Józef Gawroński 300