S t a n i s ł a w JOBA.
J e r z y KILARSKI
WPŁYW PIERWIASTKÓW STOPOWYCH HA TWARDOŚĆ I ROZMIESZCZENIE WĘGLIKÓW W ŻELIWIE CHROMOWYM
S t r e s z c z e n i e
P ro w ad z ąc b a d a n ia ż e liw wysokochromowych p r z e d s ta w io n o wpływ w ęg la i chrom a na tw a r d o ś ć , m ik ro tw a rd o ść o r a z u d z i a ł o b ję to ś c io w y f a z y w ę g li»
k o w e j, co z k o l e i p o z w o li u s t a l i ć p a r a m e tr y o d p o w ia d a ją c e m odelow i two
rzy w a o d p o rn eg o na ś c i e r a n i e .
1 2 W stęp
Ż e liw a wysokochromowe p o za w ła s n o ś c ia m i a n ty k o ro z y jn y m i 1 odporno
ś c i ą na d z i a ł a n i e w y so k ic h te m p e r a t u r c h a r a k t e r y z u j ą s i ę d o b r ą odporno
ś c i ą na ś c i e r a n i e . D obra o d p o rn o ść na ś c ie r a n ie ,m im o i ż w ydaje s i ę być o c z y w is ta d l a te g o r o d z a j u stopów n ie ma d o tą d n a le ż y te g o o p ra c o w a n ia . K ie w chodząc w sz c z e g ó ło w e r o z w a ż a n ia o g ó ln ie można p o w ie d z ie ć i ż czyn
n ik ie m d e c y d u ją cy m o o d p o r n o ś c i s to p u na ś c i e r a n i e j e s t je g o tw a r d o ś ć . K ie b e z z n a c z e n ia j e s t ta k ż e s t r u k t u r a s t o p u i d l a t e g o t e dw ie w łasn o ś c i p o w in n y s i t naw zajem u z u p e ł n i a ć .
B a d a n ia K uutow a, S a d in a o r a z G re cz en a w y k a z a ły , ż e n a j k o r z y s t n i e j s z a j e s t s t r u k t u r a s k ł a d a j ą c a s i ę z d u ż e j i l o ś c i tw a rd y c h c z ą s t e k w k s z t a ł c i e p ł y t e k l u b i g i e ł ró w n o m ie rn ie r o z ło ż o n y c h w p l a s t y c z n e j o sno
w ie
j io j .
D la te g o wybór do te g o c e l u ż e liw wysokochromowych n a le ż y uważać z a t r a f n y gdyż s t r u k t u r a i c h s k ła d a s i t z tw a rd y c h w y d z ie le ń w p o s t a c i w ęglików ro z m ie s z c z o n y c h w osnow ie f e r r y t y o z n e j . B a d a n i . te g o t y p u s t r u k t u r y s p r o w a d z a ją s i ę w ię c do p o m iarów : t w a r d o ś c i , m ik r o tw a rd o ś c i w ę g l i -- 150 -
ków i osnowy ora* o d p o w ied n ieg o d ob oru p ie r w ia s tk ó w p o z w a la ją c y c h na u z y s k a n ie j a k n a jw y ż s z e j tw a r d o ś c i w ęg lik ó w i o d p o w ied n io p l a s t y c z n e j osn ow y. l a k w ię c b a d a n ia prow adzone s ą w k ie r u n k u z n a l e z i e n i a z a l e ż n o ś c i pom iędzy sk ład em chem icznym , a w ym ienionym i w ła s n o ś c ia m i.
2 . B ad an ia w ła s n e
2 . 1 . P rz e p ro w a d z e n ie wytopów
Wytopy ż e l i w f e r r y t y c z n y c h chromowych prow adzono w in d u k cyjn ym p i e c u próżniow ym ty p u VSG - 3 0 . Wsad do t e g o p i e c a w y ta p ia n o w p i e c u i n dukcyjnym o p o je m n o śc i 5 0 leg. Otrzymano w le w k i, k t ó r y c h s k ła d ch em iczn y p o d a je t a b l i c a 1»
S k ła d ch em iczn y wlewków w sadowych
T a b li c a nr[ 1 i Br
w ytop u
Z aw artość p ie r w ia s tk ó w w %
C S i Mn Cr P s
I 1 ,3 5 1 ,3 4 0 ,4 3 : 2 3 ,8 4 i 0 ,0 6 : 0 ,0 1
• 11 0 ,8 0 1 ,3 1 : 0 ,4 3 : 2 5 ,5 3 0 ,0 4 : 0 ,0 1
m 0 ,8 7 1 ,2 2 0 ,4 5 i 2 9 ,7 2 0 ,0 4 0 ,0 1 5 ;
• XV 1 ,4 3 1 ,4 0 0 ,4 5 3 4 ,3 1 0 ,0 5 0 ,0 1 5
Z estaw wytopów b y ł p o d sta w ą do u s y s te m a ty z o w a n ia badań pod w zględ em s k ła d u c h e m ic z n e g o . U s ta lo n o t r z y g łó w n e g ru p y ,w k t ó r y c h z a w a r to ś ć chromu b y ła o d p o w ied n io 25» 3 0 i 35 %* W ram ach t y c h grup z a w a r to ś ć w ę g la zm ie
n ia n o w z a k r e s i e od 0 ( 8 do 3 , 8 %» manganu od 0 , 8 do 4 , 0 %, a krzem p o zo s ta w io n o ja k w w/w t a b l i c y |
S to p y w y ta p ia n o w a t m o s f e r z e a r g o n u . A tm o sfe r ę k o n tr o lo w a n ą u z y sk a no w c z a s i e w ytopu p r z e z w prow adzenie a rg o n u do komory p r ó ż n io w e j p i e c a . D la c a łk o w it e g o u s u n i ę c ia t l e n u p o w ta rza n o t r z y k r o t n i e o p e r a c j ę o p r ó ż n ie n ia i n a p e łn ia n ia komory p ie c a argon em . C i ś n i e n i e a rg o n u w c z a s i e t o p i e n i e utrzym ywano w g r a n ic y 1 0 0 T r . T em peratura w c z a s i e z a le w a n ia w ahała s i ę
212* P o m iary t w a r d o ś c i i m ik r o tw a rd o ś c i
W ła s n o ś c ią o k r e ś l a j ą c ą d o b ó r tw orzyw a na e le m e n ty odporne n8 ś c i e r a n i e j e s t je g o tw a r d o ś ć . V rem a ch b ad a * tw a r d o ś o i n a le ż y p r z e p ro w a d z ić zarów no b a d a n ia m a k r o tw a rd o ś c i, j a k ró w n ie ż b a d a n ie m lk ro tw a rd o ś e l p o s z c z e g ó ln y c h sk ła d n ik ó w s t r u k t u r a l n y c h , W z a k r e s i e b ad a ń m a k ro tw a rd o ś c i sto s o w a n o m e to d ę ;V ic k e r s a |p r z y o b c i ą ż e n i u 5 kG, Z aś p o m ia ry m ikro p r z e p r o wadzono z a pomocą tw a r d o ś c io m ie rz a Hanemanna o o b ie k ty w ie Apo 3 2 x / O , 6 5 - - 0 , 3 0 . B a d a n ia m lk r o tw a r d o ś c i o b j ę ł y , p o m ia ry w ?g ilk ó w , osnowy i obszarów z b a rd z o d ro b n y m i, g ę s to ro z ło ż o n y m i w ę g lik a m i. S to so w an o zm ienne o b o ią ż e - n i a , w y lic z o n o w s p ó łc z y n n ik i M e y era, a m lk ro tw a rd o śó o b lic z o n o ze zn a n y ch w l i t e r a t u r z e z a l e ż n o ś c i [ ? 2 , 3 , 9 j ,
2 .3 » B a d a n ia m e ta l o g r a f i c z n e i p o m ia r i l o ś c i w ęglików
Dodatkowym c z y n n ik ie m w pływ ającym na o d p o rn o ść s to p u na ś c i e r a n i e j e s t je g o s t r u k t u r a , a ś o l ś l e j p o s t a ć , i l o ś ć i r o d z a j w y d z ie le ń w ęg lik ó w . Ba r y s . 1 , 2 , 3 , 4 p r z e d s ta w io n o k i l k a c h a r a k t e r y s t y c z n y c h s t r u k t u r o ró ż n y c h z a w a r t o ś c i a c h w ęg la i chrom u.
Do o b l i c z e n i a u d z i a ł u o b ję to ś c io w e g o f a z y w ę g lik o w e j sto so w a n o me
to d ę s ia tk o w ą ^ 4 ,1 4 ^ .
3 . A n a liz a wyników
V o p a r o i u o w y n ik i b a d a ń można w ykazać pewne p r a w id ło w o ś c i d o t y - e s ą c e wpływu w ęg la i chrom u na tw a r d o ś ć , m ik ro tw a rd o ść o r a z u d z i a ł o b ję to ś c io w y f a z y w ę g lik o w e j w ż e l i w i e wysokochromowym. B o z p a t r u ją c wpływ w ę g la i chrom u n a le ż y w spom nieć o m a n g a n ie . O tóż wprowadzony do ty o h s t o pów mangan w z a k r e s i e od 0 , 8 do 4 , 0 % n i e w p ły n ą ł w z a s a d n ic z y sp o só b na zm ianę w ym ienionych w ł a s n o ś c i . W yniki o k r e ś l a j ą c e wpływ te g o p i e r w i a s t k a o d b ie g a ły od ja k ic h k o l w i e k schem atów p r z e z oo n i e z o s t a ł y p rz e d s ta w io n e w n i n i e j s z e j p r a c y . Być może n a s tę p n e b a d a n ia w n io są nowe dan e co do wpły
wu te g o p i e r w i a s t k a a a w ła s n o ś c i ż e liw wysokochrom owych.
Chrom w z a k r e s i e od 25 do 35 % n ie z n a c z n ie z w ię k sz a m ik ro tw a rd o ść osnow y, a tym samym wpływa na p o d w y ż sz e n ie tw a r d o ś c i s t o p u .
- 151 - w g r a n ic a c h 1350 ~ 20°0*
- 152 -
Wpływ chromu n a le ż y r a c z e j ro z p a try w a ć bądź ł ą c z n i e z z a w a r to ś c ią w ę g la , bądź t e ż ja k o w zajem ną z a le ż n o ś ć obu p ie rw ia s tk ó w r y s . 5 ,6 ,7 »
W d e c y d u ją c y sp o só b na w ym ienione w ła s n o ś c i wpływa z a w a rto ś ć w ę g la ..
Z w ię k sz a n ie te g o p i e r w i a s t k a od 0 , 8 do 3 , 8 % wpływa na p o w ię k s z e n ie z a równo tw a r d o ś c i s to p u ( r y s . ED, m ik ro tw a rd o ś c i w ęglików i osnowy j a k ró w n ie ż i l o ś c i w ęglików . B io rą c pod uwagę m ik ro tw a rd o ść osnowy n a le ż y r o z p a try w a ć j ą w ram ach t e j sam ej z a w a r to ś c i c h ro m u ( r y s . % W z ro st z a w a r to ś c i w ęg la w s t o p i e wpływa w znacznym s t o p n i u a a tw o r z e n ie w ęglików b o g a ty c h w w ę g ie l, co zw iązane j e s t ze z w ię k sz en ie m i c h tw a r d o ś c i / m i k r o t w a r d o ś c i / ,
M ik ro tw ard o ść w ęglików można porównywać t y l k o d l a ty c h sam ych p r z e k ą tn y c h o d cisk ó w ,p o n iew aż p rz y ró ż n y c h o d c is k a c h w ywołanych różnym o b c i ą żeniem d z i a ł a prawo zm ien n e j tw a r d o ś c i. Można zauważyć i ż d l a m n ie js z y c h o b c ią ż e ń uzyskujem y w ięk sze t w a r d o ś o i ( r y s . %
J e ś l i ch o d z i o wpływ te g o p i e r w i a s t k a na s t r u k t u r ę s t o p u t o można w y odrębnić dwa c h a r a k te r y s t y c z n e z a k r e s y . I t a k w g r a n ic a c h od 0 , 8 do 3,0%
w ęgla s t r u k t u r a s k ła d a s i ę z d ro b n y c h w ęglików ty p u / C r ^ e / ^ C g w osnow ie f e r r y t y c z n e j p r z y czym m n ie js z a z a w a r to ś ć w Sgla s p r z y j a p o w s ta n iu r o z p r o szonych w * g lik ó w ,ro z m ie sz c z o n y c h w p r z e s t r z e n i a c h m ię d z y d e n d ry ty c z n y c h i na g r a n ic a c h z i s r n . P rz y g ó r n e j z a w a r to ś c i w ęgla r o z ł o ż e n i e w ęglików j e s t b a r d z i e j ró w n o m iern e, a u d z i a ł f a z y w ąg lik o w e j d o c h o d z i do 50 %.
Pow yżej 3 % w ęgla p o ja w i a ją s i ę w ę g li k i t y p u /C r ,P e /p C j o c h a r a k t e r y s t y cznym k s z t a ł c i e zb liżo n y m do w ydłużonego s z e ś c i o k ą t a . P ow odują one w z r o s t u d z i a łu f a z y w ę g lik o w e j, a tym samym w pływ ają w z a s a d n ic z y sp o só b na w zro
s t tw a rd o ś c i s t o p u ( r y s . 1CJ.
P rzep ro w ad zo n a a n a l i z a r e n t g e n o g r a f i c z n a w y k az ała i s t n i e n i e w ęglików ty p u / F e , C r / j C , /C r ,P e / g j C g , /O r ,P e /^ O j o r a z w ę g lik a Cr^CgW Ba te m a t wy
stę p o w a n ia w ty c h s to p a c h w ę g lik a Cs^C2 n i e ma w zm ianki w l i t e r a t u r z e / 7 , 8 , 1 1,1 2,1 5/ ;
4 .W n io sk i
Z przep ro w ad zo n y ch b ad a ń można w y ciąg n ąć n a s t ę p u j ą c e w n io s k i:
1 ; W zrost z a w a r to ś c i w ęgla wpływa zarów no na w z r o s t tw a r d o ś c i s to p u j a k 1 ilo ś c io w e g o u d z i a ł u f a z y w ę g lik o w e j.
- 153 -
B ys.’1 . Drobno w y d z ie le n ia w ąglików w osnow ie f e r r y t u sto p o w e g o . 1 ,7 9 ? » , 1,325831, 1,556Un, 2 9 ,2 3 6 0 r Pow, 5 0 0 x , T ra w . P eC l^
B y s .2 . D robne w y d z ie le n ie w ąglików w o snow ie f e r r y t u sto p o w e g o . 2,77260, 1,25*81, 1,1?*M n, 24,5S*0r Pow. 50Qx, T ra w . P eC l^
B y s .3 . f e r r y t o r a z w ę g li k i z ło ż o n e . 3,64560, 1,355681, 3,5256Mn, 27,55*Or Pow. 5 00x, Traw s P eC l^
" j m , t •
\ ' v ' i Ą
• .i
\ 1 ^ 'i f i >' ' • * :
B y s .4 . f e r r y t o r a z w ę g li k i z ło ż o n e
y
!W% i i5
•„ '3,81580, 1,3556Si, 2,7CSMn, 33,475*0»
Pow *5003:, Traw* P eO l^
- \
m w !' * « : . - i i t i i
m m m
- 154 - juHV
3000
2600
• 6V.
I
1800M O
1000
o j o
/
> l
X
;
I
ro
.
X
i.
/ iO / v
H y s .5 . Wpływ /C + C r/ aa n ik r o tw a r d o ś ć w ęglików w ż e l i w i e wysokochromowym.
HVc« H7^q n ik r o tw a r d o ś ć d l a o d c isk i o p r z e k ą tn y c h odpow ied n io 5 i 1 0
B y s .6 . Wpływ /C +O x/ na z a w a rto ś ć w ęglików w ż e l i w i e wysoko chromowym.
mikrotwardość
- 155 -
B y s .7 . Wpływ C r/C na m ik ro tw a rd o ś ć w ęglików w ż e l i w i e wysokochromowym«
Hys¿'8¿ Wpływ w ę g la na tw a r d o ś ć ż a l i * w ysokochrom ow ych.
- 156 -
B ys.9.W pływ w ęgla na tw a rd o ś ć osnowy ż e liw wysokochromowych.
B y s .1 0 . Wpływ % z a w a r to ś c i w ęglików
na tw a rd o ś ć ż e liw wysokochrom owych.
- 157 -
2 . D o d ate k w ę g la pow yżej 3 , 0 % pow oduje p o ja w ie n ie s i e w ęglików ty p u /C r ,F e /^ C ^ , co z w ią z a n e j e s t ze w z ro ste m m ik ro tw a rd o ś c i w ę g lik ó w .
3 . Chrom w g r a n i c a c h od 25 do 35 % t y l k o n ie z n a c z n ie z w ię k sz a tw a rd o ś ć s t o p u .
4 . C h a r a k te r y s ty c z n y d l a t e g o r o d z a j u ż e liw w y d aja s i e być s to s u n e k C r/C . P rz y s to s u n k u C r/C równym 7 , 8, 9 , p o j a w i a j ą s i e duże wy
d z i e l e n i a w ęglików z w ię k s z a ją c y c h tw a rd o ś ć s t o p u , z a ś p r z y C r/C pow yżej 10 maa^ s t r u k t u r ę z drobnym i w y d z ie le n ia m i w ę g lik ó w .
L i t e r a t u r a s
1 . B .K o tu la : P r z e g l ą d O d le w n ic tw a , 6, 1 9 6 9 , s . 228 - 2 3 0 .
2 . S .K a t a r z y ń s k i , S .K o c a ń d a , K .Z a k rz e w s k i: B a d a n ia w ła s n o ś c i m e ch a n icz
n y c h m e t a l i , WUT, W arszawa 1 9 6 1 .
3 . S .K a t a r z y ń s k i : P o m iary A u tom atyka K o n t r o l a , 3* 195?» s . 104 - 1 0 5 . 4. J . R y ś : W stęp do m e t a l o g r a f i i i l o ś c i o w e j , Wyd. Ś l ą s k , K ato w ice 1 9 7 0 . 5 . K .S ę k o w sk i, J . P i a s k o w s k i , Z .W o jto w ic z ; A t l a s s t r u k t u r zn o rm a liz o w a
n y c h stopów o d le w n ic z y c h , WNT, W arszawa 1 9 7 2 . 6. K.Kuos I . I r o n S t e e l I n s t . , * . 1 9 5 3 , s . 2 2 3 .
7 . K.M. Popowa: K a r b id n y j a n a l i z s t a l i , O b ó ro n g iz , Moskwa 1 9 5 7 . 8. J . E , le w : K a r b id n y j a n a l i z c z u g u n a , M i e t a ł ł u r g i z d a t , Charków 1 9 6 2 . 9 . W.M. G łazów , W.N. W ig d o ro w ic z: M ik r o tw ie r d o s t m i e t a ł ł o w , M i e t a ł ł u r -
g i j a Moskwa 1 9 6 2 .
1 0 . J.W , K r a g i e l s k i : T r e n i j e i i z n o s , M a s z g is , Moskwa 1 9 6 2 .
1 1 . D .D yson, K.W. A ndrew s: I r o n S t e e l I n s t . , 2 , 1 9 6 9 , 6 .2 0 8 - 2 1 8 . 1 2 . S . N a g a k u ra , S .O k u ta n i: T r a n s . I r o n S t e e l I n s t . J a p . , 5 , 1 9 6 8 ,
s . 265 - 2 9 4 .
1 3 . W .S. Popow, P I . K a g o r n y j: l i t . P r o iz w o d ., 3 , 1 9 7 0 , s . 27 - 2 8 . 1 4 . C .A . S a łty k ó w : S t e r e o m e t r i o z e s k a j a m i e t a ł ł o g r a f i a M i e t a ł ł u r g i j a ,
Moskwa 1 9 7 0 .
15. F .H an k e : G i e s s e r e i P r a x i s , 2 3 , 1 9 6 8 , s . 471 - 4 8 1 .
158 -
SaiiHHjie aem poB aH K H X sxeMeBTOB Ha kSc t k o c t b h pa3MemeHHe K apeisaoB b xpouosoM v y ry H e
P e 3 b m e
IIpoBOflfl HCCjiejtoBaHiia bhcokoxpomobhix H yryH OB, n p e x o ia B x eH O BXHHHiie K a p fio aaT a h x p c a a Ha a eC T K o c T b , MuicpoacecTKoCTB, a TaJOse y v a C T u e oeieM HCToi! KapCHXOBOH 4>a3H, HTO B CBOB O H e p e jb JjaeT BO3M02£H0CTb yOTaHO- BHTt napaM eTpH cooTBeTCTByBmeii MoxejiH C T oiiK oro M aT epnaJia Ha c m p a H H e .
The e f f e c t o f a l l o y - f o n n i n g e le m e n ts on th e h a r d n e s s and d i s t r i b u t i o n o f c a r b i d e s
i n chromium c a s t - i r o n
S u m m a r y
B a sin g on i n v e s t i g a t i o n s c o n c e r n in g h ig h -c h r o m ic c a s t - ir o n t h e r e h a s been p r e s e n te d th e e f f e c t o f c a r b o n and chromium on th e h a r d n e s s , m ic r o h a r d n e s s and v o lu m e tr ic d i s t r i b u t i o n o f th e c a r b id e p h a s e . T h is w i l l be u s e f u l when d e te r m in in g th e p a r a m e te r s w hich c o rr e s p o n d t o th e model o f 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 s .
