Badania mikrostruktury…

Niezwykle ważnym zagadnieniem w procesie oceny żeliwa sferoidalnego jest analiza jego struktury. Dotyczy to zarówno wydzieleń grafitu jak również osnowy. Konsekwencją ilości wydzieleń grafitu i ich kształtu oraz różną ilością ferrytu i perlitu w strukturze są określone własności wytrzymałościowe. O strukturze decydują oprócz składu chemicznego wytapianego żeliwa warunki odprowadzania ciepła, zależne od kształtu odlewu i zastosowanej masy formierskiej.

7.4.1. Badania przy użyciu mikroskopu świetlnego

Jak już wcześniej wspomniano w każdym wytopie odlano wlewki próbne typu „Y” II do badań właściwości mechanicznych. Z wlewków tych wycięto również próbki do badań metalograficznych. Po ich zainkludowaniu wykonano zgłady metalograficzne. Na mikroskopie metalograficznym Nikon Eclipse LV150, połączonym z kamerą Nikon DS-Fi1-U2 i komputerem PC wykonano zdjęcia zgładów nietrawionych i trawionych przy powiększeniach 100x i 200x. Zgłady trawiono 2% nitalem. Dla powiększeń 100x wykonano po 15 zdjęć w formacie jpg2 w celu przeprowadzenia analizy ilościowej zarówno wydzieleń grafitu jak również zawartości poszczególnych składników osnowy. Przykładowe obrazy struktur dla części wytopów przedstawiono na rysunkach 22– 29 [93].

Strona 45

próbka nietrawiona, powiększenie 100x

próbka nietrawiona, powiększenie 200x

próbka trawiona, powiększenie 100x próbka trawiona, powiększenie 200x Rys. 22. Mikrostruktura próbki z wytopu 1

Strona 46

próbka nietrawiona, powiększenie 100x

próbka nietrawiona, powiększenie 200x

próbka trawiona, powiększenie 100x próbka trawiona, powiększenie 200x Rys. 23. Mikrostruktura próbki z wytopu 4

Strona 47

próbka nietrawiona, powiększenie 100x

próbka nietrawiona, powiększenie 200x

próbka trawiona, powiększenie 100x próbka trawiona, powiększenie 200x Rys. 24. Mikrostruktura próbki z wytopu 6

Strona 48

próbka nietrawiona, powiększenie 100x

próbka nietrawiona, powiększenie 200x

próbka trawiona, powiększenie 100x próbka trawiona, powiększenie 100x Rys. 25. Mikrostruktura próbki z wytopu 8

Strona 49

próbka nietrawiona, powiększenie 100x

próbka nietrawiona, powiększenie 200x

próbka trawiona, powiększenie 100x próbka trawiona, powiększenie 100x Rys. 26. Mikrostruktura próbki z wytopu 9

Strona 50

próbka nietrawiona, powiększenie 100x

próbka nietrawiona, powiększenie 200x

próbka trawiona, powiększenie 100x próbka trawiona, powiększenie 100x Rys. 27. Mikrostruktura próbki z wytopu 10

Strona 51

próbka nietrawiona, powiększenie 100x

próbka nietrawiona, powiększenie 200x

próbka trawiona, powiększenie 100x próbka trawiona, powiększenie 200x Rys. 28. Mikrostruktura próbki z wytopu 11

Strona 52

próbka nietrawiona, powiększenie 100x

próbka nietrawiona, powiększenie 200x

próbka trawiona, powiększenie 100x próbka trawiona, powiększenie 100x Rys. 29. Mikrostruktura próbki z wytopu 16

Strona 53

Morfologię cech grafitu w żeliwie interpretuje się poprzez porównanie z wzorcami ujętymi w normach. Najczęściej używanymi normami do określenia cech grafitu są: PN – EN ISO 945 (2009) i ASTM A247 – 17 (2010) [88,89]. Do opisu kształtu, co w żeliwie sferoidalnym jest sprawą zasadniczą, norma ASTM używa skali składającej się z siedmiu wzorców gdzie najbardziej zalecanym kształtem jest kształt opisywany symbolem I. Norma ISO 945 kształt wydzieleń grafitu charakteryzuje za pomocą sześciu wzorców gdzie najbardziej pożądany kształt oznaczono symbolem VI. Według obu norm dla żeliwa sferoidalnego nie ocenia się rozmieszczenia wydzieleń. Obie normy określają sposób szacowania wielkości wydzieleń. Ocenę mikrostruktury osnowy żeliwa sferoidalnego przeprowadza się zgodnie z PN – 75/H – 04661, która dla ferrytu lub perlitu zaleca, aby ocena była przeprowadzona na podstawie średniego procentowego udziału powierzchni zajmowanej przez te składniki strukturalne na powierzchni zgładu trawionego w polu widzenia mikroskopu, oznaczonego nie mniej niż w trzech miejscach zgładu [90,91].

Analizując otrzymane struktury można stwierdzić, że we wszystkich przypadkach uzyskano wydzielenia grafitu w postaci kulistej. Porównując z cytowanymi normami można przyjąć że kształt wydzieleń węgla w badanych wytopach odpowiada najbardziej zalecanemu (odpowiednio dla każdej normy). Wydzielenia te są rozmieszczone równomiernie, ich ilość wydaje się być podobna. Natomiast wielkości wydzieleń są różne.

Podane w normach metody oceny mikrostruktury należą do metod porównawczych z tego powodu są one obarczone możliwością popełnienia błędów związanych z: brakiem powtarzalności, subiektywną oceną, skokową skalą wzorców itp. [92]. Z powodu opisanych wad metod porównawczych oraz wykonania badań z zakresu metalografii ilościowej za pomocą programu komputerowego opartego na podstawach matematycznych (co pokazano w dalszej części pracy) ograniczono się do opisowego omówienia obserwowanych okiem za pomocą mikroskopu świetlnego mikrostruktur żeliwa sferoidalnego otrzymanych w omawianym eksperymencie odlewniczym.

7.4.2. Badania przy użyciu mikroskopu elektronowego skaningowego

Dla części wytopów przeprowadzono obserwacje przełomów próbek na mikroskopie elektronowym skaningowym. Badania wykonano na mikroskopie Phenom ProX - zintegrowanym z energo-dyspersyjnym spektrometrem rentgenowskim EDS. Obrazy przełomów przedstawiono na rys. 30 - 38.

Strona 54

Strona 55

Strona 56

Strona 57

Strona 58

Strona 59

Strona 60

Strona 61

Strona 62

Przeprowadzone dla wybranych wytopów badania metalograficzne w świetle widzialnym, oraz za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego wykazały, że otrzymane wydzielenia węgla posiadały: kształt regularny zbliżony do kuli, zmienną gęstość wydzieleń w poszczególnych wytopach oraz zróżnicowaną wielkość. W trakcie obserwacji zgładów trawionych ustalono, że we wszystkich wytopach przeważającym składnikiem strukturalnym osnowy jest ferryt. Wyniki badań wytrzymałościowych wykonanych wytopów są zbieżne z podanymi obserwacjami. Zbieżność ta polega na uzyskaniu w przeprowadzonych wytopach stosunkowo wysokich właściwości plastycznych, co jest konsekwencją dużego udziału ferrytu w osnowie.

Strona 63