Zastosowanie stopów Ni-Cr-B-Si do uzyskiwania metodą odlewniczą odlewów żeliwnych o wysokiej odporności na ścieranie

WACŁAW SAKWA JANINA MARCINKOWSKA

ZASTOSOWANIE STOPÓW N i-C r-B -S i DO UZYSKIWANIA METODA ODLEWNICZA odlewów Żeliwnych o w y sck iej odpcbności na Śc ie r a n ie

S t r e s z c z e n i e ;

P rz e d s ta w io n o b a d a n ia n a d opracowaniem t e c h n o l o g i i wykonywania powłok p r z e c iw ś c ie r n y c h n a ż e l i w i e , m etodą o d le w n ic z ą .

Ja k o m a t e r i a ł n a p o w ło k i za sto so w a n o s to p y niklowochrom owe z dodatkam i b o r u , krzem u i ż e l a z a .

W prowadzenie

S to p y niklow ochrom owe w zbogacone borem , krzemem, e w e n tu a ln ie innym i sk ła d n ik a m i z n a l a z ł y z a s to s o w a n ie w p r o c e s a c h wykonywania pow łok p rze ciw ­ ś c ie r n y c h n a m e ta la c h . P ro c e s y t e p rzep ro w ad zan o d o ty c h c z a s m etodam i n a ­ try s k o w ą , n a t a p i a n i a , n a p a w a n ia , n a m ra ż a n ia , e m a l i e m i c z ą , p ołączonym i n a j c z ę ś c i e j z o dpow iednią o b ró b k ą c i e p l n ą (i- 5 ] .

W o b r ę b ie w ym ienionych m etod i s t n i e j e c a ł y s z e r e g odmian procesów r ó ż n ią ­ cy c h s i ę w arunkam i w j a k i c h p rze p ro w ad z a s i ę p r o c e s m e ta liz o w a n ia , m iędzy innym i sposobem o g rze w a n ia n an o szo n eg o m a t e r i a ł u / n p . gazowym, łukowym, plazmowym/ o ra z p o s t a c i ą m a t e r i a ł u /p r o s z e k , p r ę t , e l e k t r o d a / .

Wybór stopów N i-C r-B -S i do wykonywania pow łok odpornych n a ś c i e r a n i e n a s to p a c h ż e l a z a u z a s a d n ia s z e r e g i c h w ła s n o ś c i f iz y c z n y c h , chem icznych i m ech an iczn y ch 0 . 2 . 4 J .

S to p y N i- C r -B -S i p o s i a d a j ą o b n iż o n ą , w p o ró w n a n iu ze sto p a m i N i-C r te m p e r a tu rę t o p n i e n i a . Wynika t o z p ow staw ania n is k o to p liw y c h e u t e k t y k . n i k l u z borem o r a z n i k l u z krzemem. S tosow ane s ą n a s tę p u j ą c e u d z i a ły

- 68 -

p o sz ez eg ó ln y c h p ie rw ia stk ó w w omawianych s to p a c h n ik lo w y c h : C r: 8 ł 20 %, 3 : 1 , 5 ♦ 5 %, S i:1 «■ 5 %.

T em peratura t o p n i e n i a stopów N i—Cr—B—S i , w z a l e ż n o ś c i od s k ła d u w po­

danych z a k re s a c h w ynosi od o k o ło 1273°K do 1523°N.

B or, a w m niejszym s to p n i u krzem , d z i ę k i wyjątkowo dużemu powinowactwu do t l e n u re d u k u ją tr u d n o to p liw e p o w ło k i tle n k o w e , p o w s ta ją c e w podwyższo­

nych te m p e ra tu ra c h n a p o w ie rz c h n i c z ą s te k ro z d ro b n io n e g o s to p u . T o p n ik u ją — ce d z i a ł a n i e s to p u i n t e n s y f i k u j e b o r w p o s t a c i u t l e n i o n e j /B 2°j/ i k t ó r y p o s ia d a zd o ln o ść r o z p u s z c z a n ia in n y c h tle n k ó w , tw o rz ą c z n im i s u b s t a n c j e s z k l i s t e .

Tak w ięc s to p N i-C r-B -S i w ykazuje " s a m o to p n ik u ją c e " d z i a ł a n i e , p ozw ala­

ją c e n a zachow anie c z y s t e j , d o b rz e z w i l ż a l n e j , ak ty w n e j p o w ie rz c h n i c z ą ­ s t e k s to p u po d czas o g rzew an ia do te m p e r a tu r y t o p n i e n i a .

S t r u k t u r a stopów Qłj] N i-C r-B -S i j e s t w ie lo fa z o w a , z a w ie ra ro z tw ó r s t a ­ ł y n a osnow ie n i k l u , o ra z b o r k i .

B o r, p r a k ty c z n ie n ie r o z p u s z c z a ln y w s to p a c h nikłow o-chrom ow ych, z n a j­

d u je s i ę w p o s t a c i borków n i k l u i chrom u. Chrom w y stę p u je w r o z tw o r z e s t a ­ łym z n ik le m o ra z tw o rzy f a z y borkowe w i l o ś c i z a l e ż n e j od s k ła d u s to p u . Krzem j e s t s k ła d n ik ie m ro z tw o ru s t a ł e g o .

Twardość stopów N i-C r-B ^S i z a le ż n a j e s t g łó w n ie od u d z i a ł u b o r u , w m niejszym s to p n i u od u d z i a ł u chrom u. Wynosi ona d l a stopów o z a w a r to ś c i p o sz c z e g ó ln y c h sk ła d n ik ó w w w ym ienionych w yżej z a k r e s a c h , od 20 do 60 HSC.

Poniew aż w p r o c e s a c h wykonywania powłok ze stopów N i-C r-B -S i n a t e c h n i c z -

•p o w ło k i/

nych s to p a c h ż e l a z a , m a te ria ł/w z b o g a c o n y z o s t a j e w ż e la z o , badano je g o wpływ n a tw a rd o ś ć . S tw ie rd z o n o , ż e z a w a rto ść ż e l a z a w s to p a c h N i-C r-B -S i do 10 % n ie z n a c z n ie wpływa n a i c h tw a rd o ś ć . D o p iero d a ls z y w z ro s t koncen­

t r a c j i ż e la z a w y ra ź n ie o b n iż a tw a rd o ść stopów [6^j.

N ie można je d n o z n a c z n ie sc h a ra k te ry z o w a ć w ła s n o ś c i omawianych stopów N i-C r-B -S i poniew aż z m ie n ia ją s i ę one w z a l e ż n o ś c i od u d z i a ł u b o r u , c h ro ­ mu, krzemu o ra z ew en tu aln y ch dodatkow ych sk ła d n ik ó w . P rz e z do b ó r odpo­

- 6 9 -

w ie d n ie g o s k ła d u można u zy sk ać pożąd an e w ła s n o ś c i stopów d e c y d u ją c e 0 w ła s n o ś c ia c h pow łok z n i c h w ykonanych.

P ow łoki ze stopów nikłow o-chrom ow ych w zbogaconych borem , krzemem, e w e n tu a ln ie innym i d o d a tk a m i, n i e z a l e ż n i e od m etody i c h w ykonania, p o s ia ­ d a j ą b ard z o cenne w ła s n o ś c i u żytkow e; wysoką ża ro o d p o rn o ść i odporność k o r o z y jn ą w ła śc iw ą stopom niklowo-chromowym, o ra z d o sk o n a łe w ła ś c iw o ś c i p r z e c iw ś c ie m e w y n ik a ją c e z o b e c n o ś c i w s t r u k t u r z e p o w ło k i f a z borkowych 1 w ęglikow ych. D z ię k i n is k im te m p eratu ro m t o p n i e n i a stopów N i-C r-B -S i, o ra z i c h sam otopnikującem u d z i a ł a n i u , u zy sk an e p o w ło k i s ą z w a rte , s z c z e ln e , s i l n i e p o łą c z o n e z m e talicz n y m podłożem , o g ł a d k i e j p o w ie rz c h n i,

W ś w i e t l e omówionych k ró tk o w ła s n o ś c i stopów N i-C r-B -S i i powłok z n io u w ykonanych, u z a s a d n io n y w ydaje s i ę w y s iłe k z m ie r z a ją c y do o p raco w an ia od­

le w n ic z e j m etody m e ta liz o w a n ia odlewów ty m i s to p a m i.

W arunki p rzep ro w ad zo n y ch b ad a ń

B a d a n ia wykonano n a odlew ach z ż e liw a s z a r e g o w y tap ian e g o w p ie c u i n ­ dukcyjnym .

Z astosow ano form y skorupow e. P ró b k i p o s ia d a ł y k s z t a ł t krążków o r ó ż n e j w y so k o śc i i ś r e d n i c y . Aktywowano p ł a s k ą , d o ln ą , poziom ą p o w ie rz c h n ię p r ó b e k . W s k ła d p a s t y a k ty w u ją c e j w c h o d z iły n a s t ę p u j ą c e m a t e r i a ł y ; p ro sz e k s to p u niklow o-chrom ow ego wzbogaconego borem , krzemem, że la z e m , spoiwo o r a z e w e n tu a ln ie t o p n i k .

Wykonano s z e r e g stopów n ik lo w o —chromowych w zbogaconych borem , krzemem i ż e la z e m . Wprowadzono s t a ł ą i l o ś ć krzem u / 5 % /, zm ienną i l o ś ć b o ru /w z a k r e s i e 1 - 5 % /, zm ienną i l o ś ć chromu /1 5 i 20 % /, o ra z d o d a tk i że­

l a z a /1 0 i 20 % /, p o z w a la ją c e n a z m n ie js z e n ie u d z i a ł u n i k l v .

S to p y w y topiono w p i e c u indu k cy jn y m . B or wprowadzono do wsadu m eta­

lic z n e g o w p o s t a c i zapraw y n ik lo w o -b o ro w e j o trz y m a n e j w s tę p n ie w p ie c u próżniow ym , w a tm o s f e r z e a rg o n u . Wykonane 3 to p y poddano dokładnym bad a­

niom . C zęść wyników b a d a ń , d o ty c z ą c y c h n ie k tó r y c h w ła s n o ś c i, podana z o s t a ł a je d n o c z e ś n ie z n i n i e j s z ą p r a c ą w oddzielnym r e f e r a c i e .

- ro -

Do p a s ty stosow ano p r o s z k i p o sz c z e g ó ln y c h stopów o z i a r n i s t o ś c i w z a ­ k r e s i e 0,21 - 0 ,4 2 ma. U d z ia ł s to p u w p a ś c i e w y n o sił od 0 ,1 5 do 0 ,8 g n a 1 ca2 aktywowanej p o w ie rz c h n i form y.

R odzaj o ra z i l o ś ć to p n ik a dodawanego do p a s t y u s ta lo n o n a p o d s ta w ie wyników s z e re g u p r ó b .

D obrą ja k o ść powłok uzyskiw ano p rz y w prow adzeniu bezwodnego b o ra k su w i l o ś c i 3 % w s to s u n k u do s k ła d n ik a m e ta lic z n e g o w p a ś c i e .

N ajodpow iedniejszym spoiwem o k a z a ło s i ę spoiw o n ie o rg a n ic z n e - s z k ło wodne. Uprowadzano j e do su ch y ch sk ła d n ik ó w p o k r y c ia w p o s t a c i 15 ^-owego wodnego ro z tw o ru , w i l o ś c i m o ż liw ie n a j m n i e j s z e j , z a p e w n ia ją c e j d obre z w ią z a n ie sk ła d n ik ó w ^ o ra z p a s t y z p o w ie rz c h n ią fo rm y . I l o ś ć t a w y n o s iła o koło 10 do 15 ml n a 100 g p o z o s ta ły c h sk ła d n ik ó w p o k r y c ia .

T em p eratu ra ż e liw a zalew anego do form skorupow ych b y ła d o k ła d n ie m ie­

rz o n a i utrzym ywana w z a k r e s ie 1573 - 1673°K. O ptym alna te m p e r a tu ra za le w a­

n i a form aktywowanych stopem N i-C r-B -S i w inna zapew niać po w y p e łn ie n iu w nęki form y m etalem , je g o te m p e r a tu rę n a g r a n ic y m e ta l/a k ty w n e p o k r y c ie , n ie z n a c z n ie w yższą od te m p e ra tu ry t o p n i e n i a s to p u N i-C r-B -S i.

K o rz y stn e w arunki m e talizo w a n i a ż e liw a w fo rm ie wymienionymi s to p a m i m ają w ięc m ie js c e p r z y m o ż liw ie n i s k i c h te m p e r a tu ra c h z a le w a n ia ż e liw a .

Z ty c h p rzy c zy n s p r z y ja ć t e ż b ę d z ie p ro c e so w i s k ła d chem iczny ż e liw a b l i s k i e u te k ty c z n e g o .

W c e lu d o k ła d n ie js z e g o sc h a ra k te ry z o w a n ia opracow anej t e c h n o l o g i i wyko­

nyw ania o dlew niczych p r z e c iw ś c ie r n y c h powłok n a ż e l i w i e , podane z o s ta n ą w y niki p ró b y m e ta liz o w a n ia stopem N i-C r-B -S i o s k ł a d z i e 20 % C r, 5 % B, 5 % S i , r e s z t a - n i k i e l . Jeg o te m p e r a tu ra t o p n i e n i a w y n o s iła o k o ło 1373°K, tw ard o ść 62 HRC. S t r u k t u r a s to p u p o k azan a z o s t a ł a n a r y s . 1 . R o z k ła d n i k l u i chromu,wykonany m etodą m ik r o a n a liz y r e n tg e n o w s k ie j, p rz e d s ta w io n o n a r y s . 2 . Do p a s ty zastosow ano ro z d ro b n io n y s to p o z i a r n i s t o ś c i w z a k r e s ie 0 ,2 1 - 0 , 42 mm. P o z o sta ły m i sk ła d n ik a m i p a s t y b y ły b o r a k s , ja k o to p n i k , o raz s z k ło wodne w r o l i sp o iw a . Na r y s . 3 pokazano pow łokę wykonaną n a

- -ń -

ż e l i w i e szarym / 3 , 2 6 % Cs 1 ,8 3 % Si s 0 ,3 0 % Mn; 0 ,0 6 0 % S$ 0 ,0 9 0 % P / . p

Z astosow ano ak ty w a c ję p o w ie r z c h n i form y stopem w i l o ś c i 0 , 5 g / c m . Tempe­

r a t u r a z a le w a n ia w y n o s iła 1573°K . P ow łoka j e s t b a rd z o ró w nom iernie n a ło ­ ż o n a , w y kazuje du żą g ła d k o ś ć p o w ie r z c h n i, j e j ś r e d n i a g ru b o ść w ynosi o k o ło 6 5 0 /" ” . S t r u k t u r ę p o w ło k i p o k azan o n a r y s . 4 . W skutek r o z c ie ń c z e n ia aktyw nego p o k r y c ia form y że liw e m , j a k t e ż pro cesó w d y fu z y jn y c h , w arstw a stopow a r ó ż n i s i ę sk ład em chemicznym 1 s t r u k t u r ą od s to p u N i-C r-B -S i, j e s t w zbogacona m iędzy in n y m i w w ę g ie l. To p o c ią g a z a so b ą p o w sta n ie w pow łoce do d atk o w ej f a z y w ę g lik o w e j. R o z k ła d n i k l u , chrom u i ż e la z a w p ow łoce zbadany m eto d ą m ik r o a n a liz y r e n tg e n o w s k ie j p rz e d s ta w ia n o n a r y s . 5 .

W nioski

P rzep ro w ad zo n e b a d a n ia w y kazują d u ż ą p r z y d a tn o ś ć stopów N i-C r-B -S i do wykonywania z n i c h pow łok p r z e c iw ś c ie r n y c h n a ż e l i w i e m etodą o d le w n ic z ą . W m e to d z ie t e j głównym, aktywnym s k ła d n ik ie m p a s t y j e s t p r o s z e k s to p u .

Z m ie n ia ją c u d z i a ł y s k ła d n ik ó w , g łó w n ie b o ru i chrom u, w z a k r e s a c h 1 - 5 % E , o r a z 8 - 20 % C r , można u zy sk ać p o w ło k i o zróżnicow anych użytkow ych w ła s n o ś c ia c h p r z e c iw ś c ie r n y c h .

U d z ia ł n i k l u w sto so w a n y ch s to p a c h N i-C r -B -S i może być zm n iejszo n y p r z e z w prow adzenie ż e l a z a do o k o ło 20 %.

Rys. 1 . S t r u k t u r a s to p u ?ONi-20Cri-5B-5Si Pow. 100 x

R ys. 2. R ozkład n i k l u i chromu w s t o p i e 70Ni - 20Cr - 5B - 5S i

Rys. 3. Powłoka n a ż e liw ie uzyska- n a p rz y a k ty w a c ji p o w ie rz ­ c h n i formy stopem

N i- C r -3 - S i Pow. 100 x

Rys. 4 . S tr u k t u r a p ow łoki u zy sk a­

n e j p rz y a k ty w a c ji p o w ierz - r z n i form y stopem

N i-C r-B -S i Pow. 100 x

- ' « -

% fe

R y s .5 . R o z k ła d sk ła d n ik ó w stopow ych w pow łoce wykonany m eto d ą m ik r o a n a liz y re n tg e n o w s k ie j

- 74 -

L i t e r a t u r a

1 . G e ra ld E . S prayed and Seised M e ta l C o a tin g s . W elding and M etal F a b r i c a t i o n , 1962, Nr 1 0 .

2 . Appen A. Ż aroodporne p o w ło k i n ie o r g a n ic z n e . T łum aczen ie z ję z y k a r o s y js k ie g o . Wydawnictwo N aukow o-Techniczne, W arszawa, 1970.

3 . Je re m ie je w W., S ubotow ski W ., Leonowa 1 . W lija n ie so s ta w a chrom oni- k ie le w y c h spławów n a i c h s t o j k o s t p r o tiw z a d iro w . A w to m aticz esk a ja S w arka, 1969, Nr 1 0 .

4 . G ła d k ij P . , P e r e p le tc z ik o w , Frum in I . P la z m ie n n a ja napław ka chrom o- n ik ie le w y c h spławów le g iro w a n n y c h krem niem i borom . A w to m a tic z e sk a ja S w arka, 1968, Nr 9 .

5 . Appen A ., Antonowa E . , K uźniecowa Ł . , ż a r o s t o j k i j e p o k r y t i n a czugun. S te k ło i c e ra m ik a , 1 9 6 0 , S r 9«

6 . Je re m ie je w W .B., S ubo to w sk i W .P ., D a n ilc z e n k o B .W ., ' W lija n ie so sta w a le g iro w a n y c h borom ch ro m o n ik iele w y ch spławów n a i c h tw i e r d o s t .

A w to m aticz esk a ja S w arka, 1969» Nr 6 .

SpHMeaeKiie eu s aso b N i-C r-B -S i

sas noaÿHeHaa

otshsok

C 3 H C O E H M C o n p O T B B J i e H H e M 11CT S !p a B H J 3 S H T 6 Ä H U M M 6 T 0 S C *

P e s n u e

3 cT aT b e npe,ncTBBseHU n c c i e j o B a m f i no p a s p a C o T a e t eiH O B o rü n HsroTOBJieana b htH ęjp sik u k o b h h z n okphthm aa v y r y a e xureltHUM u e ro AO U . 3

Ka^ecTse MaTepnata Ha noKpHWe HcnoaŁSOBaHK xpoiâOHHiceseBHe cmiaBH

n p H u e c b s 6 o p a , KpeuHHß h x e x e s a .

- 7 5

The a p p l i c a t i o n o f N i-C r-B -S i- a l l o y s f o r th e a c q u ire m e n t o f i r o n c a s tin g 8 w ith good a b r a s i o n - r e s l s t a n c e by means o f th e c a s t i n g method

S u m m a r y

The p a p e r d e a ls w ith i n v e s t i g a t i o n s co n cern ­ in g th e d evelopm ent o f a te c h n o lo g y o f c o a tin g o a s t - i r o n w ith a b r a ­ s i o n - r e s i s t i n g m a t e r i a l , m aking u se o f th e c a s t i n g m ethod.

F o r c o a tin g n ic k e l-e h ro m iu m a l l o y s w ere u s e d , w ith a d m ix tu re s o f b o ro n , s i l i c o n and i r o n .