NOWOCZESNE ODMIANY ŻELIWA O STRUKTURZE AUSFERRYTYCZNEJ. A. KOWALSKI, A. PYTEL Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, Kraków

Transkrypt

1 97/18 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 18 (2/2) ARCHIVES OF FOUNDRY Year 2006, Volume 6, N o 18 (2/2) PAN Katowice PL ISSN NOWOCZESNE ODMIANY ŻELIWA O STRUKTURZE AUSFERRYTYCZNEJ A. KOWALSKI, A. PYTEL Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, Kraków STRESZCZENIE Opisano nowe odmiany żeliwa ausferrytycznego: szarego, wermikularnego, z węglikami, z ferrytem, niskowęglowego, z martenzytem, obrabialnego mechanicznie. Podano charakterystykę, zalety, własności mechaniczne i możliwości zastosowania w/w żeliwa. Przedstawiono wyniki badań własnych wybranych odmian tego żeliwa: technologię, własności mechaniczne i strukturę po hartowaniu izotermicznym. Key words: ausferritic cast iron, austempering, mechanical properties, microstructure 1. WPROWADZENIE Bardzo korzystne własności i szereg pozytywnych zastosowań żeliwa ADI skłoniły badaczy z wielu krajów do rozwijania procesu hartowania izotermicznego żeliwa w wannach solnych i do rozwijania tego procesu w zastosowaniu do innych odmian żeliwa. Opracowano szereg nowych rodzajów żeliwa o strukturze ausferrytycznej: AGI (Austempered Gray Iron) Żeliwo szare hartowane izotermicznie ACI/AVI (Austempered Compacted/Vermicular Graphite Iron) Żeliwo wermikularne hartowane izotermicznie CADI (Carbidic Austempered Ductile Iron) - Żeliwo sferoidalne z węglikami hartowane izotermicznie FADI (Ferritic Ausferitic Austempered Ductile Iron) Żeliwo sferoidalne z ferrytem przedeutektoidalnym hartowane izotermicznie) LC ADI (Low Carbon Austempered Ductile Iron) - Niskowęglowe żeliwo sferoidalne hartowane izotermicznie MADI (Machinable Austempered Ductile Iron) - Żeliwo sferoidalne hartowane izotermicznie obrabialne mechanicznie po obróbce cieplnej 83

2 MarADI (Martensitic Austempered Ductile Iron) - Żeliwo sferoidalne z odpuszczonym martenzytem hartowane izotermicznie Uzyskano interesujące własności mechaniczne i użytkowe wymienionych odmian żeliwa, które już znajdują zastosowanie na różne odpowiedzialne części maszyn i urządzeń w wielu gałęziach przemysłu. 2. BADANIA WŁASNE W kraju tego typu odmiany żeliwa są zupełnie nie znane i do tej pory brak było jakichkolwiek prób podejmowania tej tematyki. Stąd też celowe było podjęcie przez Instytut Odlewnictwa wstępnych prac, które pozwoliłyby na określenie zarysu technologii i podstawowych właściwości mechanicznych wybranych z wyżej omawianych odmian żeliwa. Podjęto próby uzyskania następujących rodzajów żeliwa: AGI, AVI, FADI, LCADI, MADI Wykonanie wytopów i przygotowanie materiału do badań Wszystkie wytopy żeliwa o założonym składzie chemicznym wykonano w Laboratorium Zakładu Żeliwa. Wytopy prowadzono w piecu tyglowym Radyne średniej częstotliwości o wyłożeniu obojętnym (tlenek aluminium Al 2 O 3 ). Sferoidyzację prowadzono przy użyciu zaprawy FeSiMg6, modyfikację żelazokrzemem Si Obróbka cieplna Obróbkę cieplną wykonano w Laboratorium Instytutu Odlewnictwa. Austenityzację próbek z wszystkich wytopów prowadzono w piecu elektrycznym komorowym w temperaturze C przez czas 2 h. izotermiczne wykonano w wannie z kąpielą solną ( 50 NaNO % KNO 3 ) w temperaturach jak w tabeli Badania metaloznawcze Z każdego wytopu wykonano badania własności mechanicznych, tj. R m, A 5, HB. Wyniki tych badań zestawiono w tabeli 1. Mikrostrukturę żeliwa po obróbce cieplnej pokazano na rysunkach 1 4. Dla ujawnienia igieł ferrytu i austenitu zgłady trawiono odczynnikiem Beraha-Martenzyt. 3. OMÓWIENIE WYNIKÓW Żeliwo szare (AGI) Żeliwo o niskiej zawartości węgla i krzemu wykazuje dobre własności mechaniczne, zarówno w stanie wyjściowym jak i po obróbce cieplnej. Wstępnie uzyskana wytrzymałość na rozciąganie po hartowaniu w C, rzędu 350 MPa rokuje nadzieje na produkcję żeliwa szarego o wytrzymałości 400 i więcej MPa pod warunkiem dopracowania technologii. Żeliwo wermikularne (AVI) Zastosowanie odpowiednich mikrododatków pozwoliło na uzyskanie dobrych właściwości mechanicznych już w stanie surowym (R m = 473 MPa, A 5 = 3,4%, HB = 84

3 256). w C zwiększyło te właściwości odpowiednio do 722 R m i 280 HB. Żeliwo o takich właściwościach stanowi już interesującą propozycję dla konstruktorów. Tabela 1. Wyniki statycznej próby rozciągania (R m, A 5 ) i pomiarów twardości HB Table 1. The results of static tensile strength (R m, A 5 ) and Brinell hardness measurements HB Rodzaj żeliwa Oznaczenie wytopu/próbki R m MPa A 5 % Twardość HB Szare Wermikularne Sferoidalne ferrytycznoausferrytyczne Sferoidalne niskowęglowe Sferoidalne obrabialne mechanicznie Surowe B/S2 234,0 2,7 196 w C B1/S ,0 1,7 232 Surowe C/V1 473,0 3,4 218 w C C1/V ,0 2,9 280 Skład 2-surowe D/V2 478,0 2,0 256 w C D1/V ,0 1,4 340 Surowe H/SFA2 681,0 3,4 261 H1/SFA ,0 5,1 332 Surowe L/SN2 868,0 1,4 406 w C L1/SN ,0 2,8 440 L2/SN ,0 7,1 349 Skład 1-Surowe SOM ,2 208 SOM ,1 250 Skład 1-Surowe SOM ,8 221 SOM ,3 248 Żeliwo sferoidalne ferrytyczno-ausferrytyczne (FADI) Uzyskano R m = 904 MPa i A 5 = 5,1, co nie stanowi interesującego wyniku w świetle naszych oczekiwań, zwłaszcza wydłużenia rzędu 15 20%. Prawdopodobnie należy zweryfikować cykl obróbki cieplnej. Żeliwo sferoidalne niskowęglowe (LCADI) Po hartowaniu uzyskano interesujące wyniki zarówno wytrzymałości (1318 MPa) jak i wydłużenia (7,1%). Odpowiedni skład chemiczny i weryfikacja parametrów 85

4 procesu hartowania mogą dać jeszcze korzystniejsze połączenie wytrzymałości i plastyczności. Żeliwo sferoidalne obrabialne mechanicznie (MADI) Połączenie wytrzymałości rzędu 1000 MPa i wydłużenia rzędu 13% daje gatunek ADI pozwalający na zastąpienie konwencjonalnego żeliwa sferoidalnego i Dwukrotnie większa wytrzymałość pozwoli konstruktorom na projektowanie odlewów o cieńszych ściankach. Rys. 1. AGI hartowane w C. Traw. B+M pow. 500x Fig. 1. AGI austempered in C. B+M etched, magn. 500x Rys. 2. AVI hartowane w C. Traw. B+M pow. 500x Fig. 2. AVI austempered in C. B+M etched, magn. 500x 86

5 Rys. 3. LC ADI hartowane. Traw. B+M pow. 500x Fig. 3. LC ADI austempered in C. B+M etched, magn. 500x Rys. 4. MADI hartowane. Traw. B+M pow. 1000x Fig. 4. MADI austempered in C. B+M etched, magn. 1000x 4. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Uzyskano 5 nowych, nieznanych dotąd w Polsce gatunków żeliwa o strukturze ausferrytycznej (mieszanina ferrytu płytkowego o kształcie zbliżonym do igieł i austenitu). 87

6 Przeprowadzone prace mają charakter wstępny, a technologia poszczególnych odmian żeliwa wymaga dopracowania. Stąd też wyniki czasem odbiegają od oczekiwanych. Niemniej jednak uzyskano w kilku przypadkach właściwości mechaniczne zasługujące na uwagę i rokujące nadzieję na ich poprawę po dopracowaniu technologii. Dotyczy to zwłaszcza żeliwa szarego, wermikularnego i niskowęglowego. Szczególnie interesujące jest uzyskanie żeliwa ADI klasy JS/ wg normy ISO MODERN VARIATIONS OF CAST IRON WITH AUSFERRITIC MATRIX SUMMARY New variations of cast iron were described, namely cast irons ausferritic, grey, vermicular, with carbides, with proeutectoid ferrite, low-carbon, with martensite, and machinable. A characteristic of these grades of cast iron was given along with their advantages, mechanical properties and application fields. The results of own investigations conducted on some selected grades in the scope of technology, mechanical properties and structural examinations of base and austempered material were presented. Recenzował: Prof. Andrzej Białobrzeski 88