J erzy P ia sk o w sk i, A lo jz y Jankowski
NOWY GATUNEK ŻELIWA SFEROIDALNEGO 0 WYSOKICH WŁASNOŚCIACH
Ż eliw o s f e r o i d a l n e n ie sto p o w e z a w ie r a zwykle o k o ło 2 ,5 % S i,g d y ż po
w yżej t e j w a r t o ś c i o b se rw u je s i ę sp a d ek p l a s t y c z n o ś c i , a z w ła sz c z a u d a r - n o ś c i . D la te g o w o d lew ach , w k tó r y c h w ła s n o ś c i t e o dgryw ają z a s a d n ic z ą r o l ę z a w a rto ść krzemu j e s t o g ra n ic z o n a od g ó r y . Tak n a p rz y k ła d am erykań
s k a norm a ASTM A 4 4 5-63-T d o ty c z ą c a o d b io ru odlewów z ż e liw a s f e r o i d a l nego d o p u sz c z a maksimum 2 ,5
%
S i p r z y z a w a r to ś c i 0 ,0 8 5i P ; p rz y m n ie js z e j i l o ś c i f o s f o r u z a w a rto ść krzemu może być w ię k s z a , je d n a k n i e w yżej n iż 2 ,7 5 % S i . P odobnie norma ASTM A * . '- 6 1 d o p u szcza maksimum 2 ,7 5 % S i , a norma ASTM A 476 -6 5 T - 3 ,0 0 % S i .Wyższe z a w a r to ś c i krzem u w y s tę p u ją w ż e l i w i e sfe ro id a ln y m ś r e d n lo - Krzemowym, / t a b l . 1 / . Według p o l s k i e j normy P N -69/H -8311i że liw o Z sS i 5 z a w ie r a 4 ,5 - 5 ,5 % S i i w ykazuje w ytrzym ałość n a r o z c ią g a n ie m in. 30 kG/mrn p rz y n ieznacznym w y d łu ż e n iu i tw a r d o ś ć ią o g ra n ic z o n ą od góry /m a -2
2 ^
ksimum 300 kG/mm / . N ie c o w yższą w ytrzym ałość n a r o z c ią g a n ie /4 0 kG/mm“/
p r z e w id u ją normy z a g r a n ic z n e , n ie m ie c k ie £ i j o ra z znanych f irm z a g r a n ic z n y c h , The I n t e r n a t i o n a l M e eh a n ite M e tal Co L td o ra z S u lz e r A .S .
S k ła d chem iczny gatunków ż e liw a s f e r o id a ln e g o średniokrzem ow ego r~ o - dukowanego p r z e z o b ie o s t a t n i o w ym ienione firm y n i e z o s t a ł opublikow any, n a to m ia s t n a uwagę z a s łu g u je norm a N ie m ie c k ie j R e p u b lik i D em okratycznej o b ejm u ją ca t r z y g a tu n k i ż e liw a s f e r o i d a l n e g o , a wśród n ic h ż e liw o GGG-X
- 90 -
T a b l i c a 1
S kład i w ła s n o śc i średniokrzem ow ego ż e liw a s ie r o i d a ln e g o w edług normy ró ż n y c h krajów
Gatunek że
liw a /o z n a c z e n i e /
Zaw artość Wytrzy
małość W y -
d łu - Twar
dość
Norma C S i M n P
max s max
n a ro z c ią g a n ie min o kG/mm
ż e - n ie min
B r i - n o i l a kG/mń
Ze S i 5 PN—69/3-
83111
2 ,7 -
^ ...
4 ,5 - 5 .5
0 ,8 0 ,1 0 ,0 3 30 - 300
GGG - X 290 S14
TGL 2 ,7 -
3 ,1 4 ,5 -
3 ,5 0 9 2—
0 ,4 0 ,0 5 0 ,0 3 40 - 300
GGG - X
290 Si5 TGL 2 ,7 -
3 ,1 5 ,5 - 4 ,5 0 , 3 -
0 ,5 0 ,0 5 0 ,0 3 40 - 300
GGG - X
a ro s i ę TGL 2 ,5 -
2 ,9 6 .5 - 5 ,5
0 , 3 -
0 ,5 0 ,0 5 0 ,0 3 40 - 300
SFT
The I n t e r n . Meoha- n i t e M etal Co. Ltd
3 9 ,5 2 220-
250
S Gz 40 S u lz e r
A.G. 40 -
Zs S i 4 wg pro
p o z y c ji autorów
3 ,0 - 3 ,8
3 ,7 - 0 ,5 0 ,1 0 ,0 3 60 10 220-
260
290S1 4 zaw ierające 3 ,5 - 4 ,5 % S i i wykazujące - podobnie ja k oba o s t a t - n ie gatunki - min. 40 kG/mm p rzy w ydłużeniu n ie o mierzalnym i tw ard ości p on iżej 300 kG/mm .2
Podobne, to J e s t stosunkowo n is k i e w ła s n o ś c i u z y s k a li a u to rzy s z e r e gu prac dośw iadczalnych nad wpływem za w a r to śc i krzemu na w ła sn o śc i ż e l i wa s ie r o id a ln e g o £2, 3^ , J a k ie przeprowadzono także w naszym kraju £<Q.
Jak wynika z tych b adań ,żeliw o s f e r o ld a ln e za w ie ra ją ce około 4 51 S i wykazywało wytrzym ałość na r o z c ią g a n ie 50-60 kG/mm /n ie k ie d y n ie c o 3 w ię
c e j / przy n iew ielk im w ydłużeniu Ag równym 1 , 0 - 4 , 5 %. Podobne w yniki u zys
k a l i autorzy w początkowej s e r i i prowadzonych doświadczeń / t a b l . 2 , l p . 6 ~ 7 / . Jednak n ie k ie d y w l it e r a t u r z e można z n a le źć badania nad wpływem z a -
- 91 -
S k ła d chem iczny ż e liw a a f e r o id a ln e g o o z a w a r to ś c i o k . 4 % S i w edług p ra c d o la ia d o z a ln y c h
T a b l i c a 2
Lp,
Z aw artość W ytrzy
m ałość n a r o z c i ą g a n i e
k G /m ® 2
Wy- d ł u - ż e - n lo / v
54
Twar
dość B r i n e l l a kG/mm2
A uto
r z y
C S i Mn p S Mg
i 3 ,1 6 4 ,0 1 0 ,7 6 0 ,1 7 0 ,0 2 8 5 3 ,2 1 ,0 208 / 2 /
2 2 ,7 5 4 ,4 3 6 4 ,9 4 ,5 /F .B .
E o t e / / 2 /
3 3 ,0 0 4 ,2 5 0 ,5 6 0 ,1 1 0 ,0 1 8 0 ,1 0 60,0 3 ,0 190 / 3 /
4 3,07 4 ,1 6 0 ,5 7 0 ,0 5 7 0 ,0 0 7 0 , 0 7 5 4 ,9 2 , 2 2 1 7 / 4 /
5 3 ,4 5 3 ,8 5 0 ,5 8 0 ,0 9 0 ,0 0 9 0 , 1 0 5 3 ,9 3 ,4 badanie
w łasne 6 3,24 4 ,4 5 0 ,5 8 0 ,0 9 0 , 0 0 8 0 , 0 8 6 5 ,1 2 , 6
7 3 ,2 2 4 ,3 8 O w co 0 ,0 3 2 0,05,7 0 ,0 6 8 X/ 5 9 ,S3^ i 2 xxy / 5 /
8 3 ,1 5 4 ,2 3 0 ,4 7 0 ,0 2 0 ,0 1 0 ,0 5 4 6 4 ,5 1 6 / 6 /
x,/ p o n ad to 0 ,8 9 54~łil
^ ^ o d c z y t a a o z w ykresu
w a r t o ś c i krzem u n a w ła s n o ś c i ż e liw a a f e r o id a ln e g o ^ 5 , 6 f , w k tó r y c h uzy
skano z n a c z n ie w yższą w y trz y m a ło ść , a z w ła s z c z a w y d łu ż e n ie / t & b l .2, l p , ‘P-Ą''.
D o św ia d c z e n ia t e w id o c z n ie ni© d o p ro w a d z iły do opanow ania w y tw a rz a n ia ż e liw a a f e r o id a ln e g o średniokrzem ow ego, sk o ro w ła s n o ś c i ta k ie g o ż e liw a z a w a rte w norm ach m iędzy innym i zn a n y ch f ir m z a g ra n io z n y c h , s ą n i s k i e / t a - b l . l / .
P row adzone od 1969 r o k u d o ś w ia d c z e n ia p o z w o liły n a opanow anie w wa
ru n k a c h k rajo w y c h p r o d u k c ji nowej odmiany ż e liw a e f e r o id a łn e g o ś r e d n io krzemowego o w y so k ic h w ła s n o ś c ia c h m eohanioznych, a m ianow icie ł ą c z ą c e j wysoką w y trzy m ało ść n a r o z c i ą g a n i e z w ydłuż en ieiis» ż e liw o w y tap ian o w ż e l iw ia k u o ś r e d n ic y w ew n ętrz n ej 800 asm, o w y ło ż e n iu kwaśnym, p rz y u ż y c iu k rajo w y c h surow ców , t j . su ró w k i hem aty to w ej /6 2 54/, w edług normy PM-67/H-
—83002, złomu sta lo w e g o / 4 54/ i złom u w łasnego ż e liw a s f e r e id a la e g o ; /3 4 %/ .
- 92
W warunkach przem ysłow ych ż e liw o w y tap ian e b y ło w ż e liw ia k u o ś r e d n ic y w ew nętrznej 800 mm z grzanym dmuchem. Do ż e liw a dodawano magnez w i l o ś c i 0 ,1 8 % a p o s t a c i prętów do k a d z i s z c z e ln e j J . P . K , , o p o jem n o ści 2,5 t i wprowadzano że lazo k rzem /7 5 % S i / w i l o ś c i 2 ,5 % w je d n e j lu b k ilk u p o r c ja c h .
O pisany g a tu n ek ż e liw a s f e r o id a ln e g o o podw yższonej z a w a r to ś c i k r z e mu /o k o ło 4 % S i / w ykazuje w s t r u k t u r z e d robne w y d z ie le n ia g r a f i t u k u l
kowego w osnowie f e r r y t y e z n e j , z a w ie r a j ą c e j e w e n tu a ln ie n ie z n a c z n e i l o ś c i
p e r l i t u /d o 10 4 / - t
W ytrzymałość n a r o z c ią g a n ie nowego gatu n k u ż e liw a s f e r o id a ln e g o wy
n o s i 60-66 kG/mm2 p rz y w y dłużeniu Ag 10-20 %, p rze w ę że n iu Z 10-20 % i tw a rd o śc i 220-260 kG/min".
Wyniki ś c i s ł e j próby r o z c ią g a n ia uzyskane p rz y u ż y c iu maszyny wy- tr z y ^ ilo ś c io w e j firm y " I n s tr o n " d a ły n a s tę p u j ą c e w y n ik i:
G ra n ic a s p r ę ż y s to ś c i umowna: H0,02 - 3 6 ,6 9 kG/mrn2 fi0 ,0 5 - 4 2 ,4 2 kG/mm2 R0 ,1 0 - 4 5 ,5 1 kG/mm2 G ra n ic a p la s ty c z n o ś c i umowna H0 ,2 - 4 8 ,9 8 kG/mm2 W ytrzymałość n a r o z c ią g a n ie * . - 6 1 ,8 3 kG/mm2
Moduł s p r ę ż y s to ś c i - 1 6.729 kG/mm'
L ic z b a P o isso n a - 0 ,2 8 3
W ytrzymałość na ś c is k a n i e w ynosi 1 4 0 .- 180 kG/mm2 ż e liw a opisyw anego.
Udarność ż e liw a , ze w zględu n a dość wysoką z a w arto ść krzemu w r o z tworze / w f e r r y c i e / j e s t stosunkow o n i s k a . W te m p e ra tu rz e 20°C udarność m ierzona n a próbkach bez k arb u 10x10x55 mm b y ła równa 0 ,7 8 kfim/cm£ / ś r e d n i a z tr z e c h p ró b ek /’, a u d arn o ść zm ierzo n a n a podobnych p ró b k ac h z karbem
2 i
0 - 0 ,2 7 kGm/cm / ś r e d n i a z tr z e c h p r ó b e k /.
Ponieważ opisaw any g a tu n e k ż e l i ż a s f e r o id a ln e g o Zs S i 4 m ie ś c i s i ę z a sa d n ic z o je s z c z e w z a k r e s ie i s t n i e n i a fa z y ^ - F e / a u s t e n i t u / w podwyż
szonych te m p e ra tu ra c h i po normalnym s t y g n i ę c i u / n a p o w ie trz u / z a w ie ra
93 -
peane i l o ś c i w ęg la zw ią za n eg o , s tą d tuoże być poddana obró b ce c i e p l n e j , między innym i w y ż a rz a n iu g r a f ity z u ją c e m u , n o rm a liz o w a n iu , h a rto w a n iu zwykłemu 1 h a rto w a n iu z p rz e m ia n ą lz o te r m lc z n ą .
W yżarzanie g r a f i t y z u j ą c e pow oduje n ie z n a c z n e o b n iż e n ie w y trz y m a ło ś-
2 2
c l n a r o z c ią g a n ie do 5 7 -6 3 kG/mm i tw a r d o ś c i do o k o ło 200 kfi/mm , a w z r o s t w y d łu ż e n ia do 18-20 %, p rz e w ę ż e n ia do 18-20 % i u d a r n o ś c l: do 1-2
2 2
kGm/cm n a p ró b k ac h 10x10x55 mm bez k a rb u i do 0 ,2 9 -0 ,3 3 kfim/cm n a po
dobnych p ró b k ac h z karbem .
N o rm alizow anie powoduje w z ro s t w y trz y m a ło ś c i do o k . 80 kfi/mm o i tw a r d o ś c i do o k . 330 kfi/mm , s p a d a je d n a k w y d łu ż e n ie 1 u d a rn o śó .o
H arto w an ie zw ykłe z te m p e r a tu ry 950°C w o l e j u p ozw ala n a w z ro s t tw a r d o ś c i do 500-550 kG/mm , a h a rto w a n ie z p rze m ian ą lz o te r m lc z n ą 2 w te m p e r a tu rz e 250-300°C d a j e w z r o s t w y trz y m a ło ś c i do 100-130 kfi/mm2 ;z w ię - k s z a s i ę p r z y tym ud arn o śó do 1 -3 kGm/cm n a p ró b k a c h 10x10x55 mm 2 bez k a rb u i 0 , 5 - 0 , 7 kfim/cm n a podobnych p ró b k a c h z karbem U /w obu p rz y p a d kach s ą to ś r e d n i e z t r z e c h p r ó b e k /. N ie c o k o r z y s t n i e j s z e w ła s n o ś c i uzy
s k u je s i ę s t o s u j ą c u le p s z a n ie c i e p l n e w a n a lo g ic z n y c h w arunkach.
O p isan y g a tu n e k ż e liw a s f e r o ld a ln e g o średnlokrzem ow ego o d zn a cz a s i ę małym ro z rz u te m w łasności. N p .b a d a n ia w y trz y m a ło ś c i n a r o z c ią g a n ie 10 p ró bek o d la n y c h z J e d n e j k a d z i w y k azały w y n ik i w g r a n ic a c h od 6 1 ,1 do 6 3 ,6
2 2
kG/mm / ś r e d n i a a ry tm e ty c z n a 6 2 ,6 9 kfi/mm / to j e s t r o d s t ę p równy 2 ,5 kG/mm . Podcbne b a d a n ia ż e liw a s f e r o ld a ln e g o p e r l i t y c z n e g o /n ie s to p o w e g o / d a ły r o z r z u t w g r a n ic a c h od 6 1 ,2 do 6 7 ,8 kfi/mm2 / ś r e d n i a a ry tm e ty c z n a
2 2
6 5 ,1 1 kfi/mm / , r o z s t ę p b y ł w ięc równy 6 ,6 kfi/mm .
W t a b l i c y 3 podano s k ła d chem iczny i w ła s n o ś c i ż e liw a s f e r o ld a ln e g o średnlokrzem ow ego Zs S i 4 o podw yższonych w ła s n o ś c ia c h m e ch a n icz n y ch ,d l a k i l k u wytopów p rze p ro w ad z an y c h w w arunkach przem ysłow ych.
Można o c z e k iw a ć , z e nowa odm iana ż e liw a s f e r o ld a ln e g o Zs 81 4 o wyż
s z y c h w ła s n o ś c ia c h m ech an iczn y ch odznaczać s i ę b ę d z ie co n a jm n ie j równą o d p o r n o ś c ią n a p ę c z n i e n ie i n a d z i a ł a n i e w ysokich temperatur, Jak p od o b -
- 94 -
S kład chemiczny i podstawowe w ła s n o ś c i m echaniczne d l a k i l k u wytopów no
wego gatu n k u ż e liw a s f e r o id a ln e g o Zs S i 4
T a b l i c a 3
K olejny n r wytopu
S kład chem iczny, # W ytrzy
małość
Wydłu
ż e n ie A5
%
Twardość Br i n e l l a kG/mm2
C S i Mn P S Mg
n a ro z c i ą g a n ie kG/mm2
Wytop n r 1 3,46 3,70 0 ,4 2 0 ,1 2 0,009 6 2 ,8
6 3 ,6 6 2.1
15,4 13,2 18.0
223 220 220 Wytop n r 2 3,38 3 ,9 8 0 ,3 9 0,095 0,007 0 ,0 7 6 5 ,8
6 4 ,2 63,7
1 3 .2 14,6 1 5 .2
Wytop n r 3 3,31 3,90 0 ,4 4 0 ,0 9 0 ,0 1 1 6 1 ,3
61,0 6 1 ,8
1 8 ,6 17,4 1 9 ,6
'Wytop ni' 4 3,34 3 ,7 6 0 ,4 8 0 ,1 0 Ą 009 6 2 ,0
6 1 ,8
13,4 10,0
Wytop n r 5 3,40 4 ,1 5 0 ,3 8 0,115 0,009 6 6 ,3 1 5 ,4 244
ne ż e liw o o n iż s z y c h w ła s n o ś c ia c h t j . ż e liw o GGG - X 290 S i 4 w edług n o r my TGL i b ę d z ie można c a łk o w ic ie wyelim inow ać to o s t a t n i e .
D lateg o te ż celow e byłoby w prow adzenie nowego g atu n k u ż e liw a s f e r o - id a ln e g o średnlokrzem ow ego Zs S i 4 do p o l s k i e j normy P N -69/H -83111,co po
zw o li k o n stru k to ro m w ykorzystać w yższe w ła s n o ś c i te g o ż e liw a w sto s u n k u do gatunków d o tą d produkowanych p rz e z p rz e m y s ł.
L i t e r a t u r a
1. G u sse ise n m it K u g e lg r a p h it, Z e n t r a l i n s t i t u t f ü r G i e s s e r e i t e c h n i k L e ip z ig /DDK/, 1966. I n f o r m a t i o n s t l a t t n r 16.
2. W.H.W hite, L .P .R ic e , A .R .E ls e a : I n f lu e n c e o f S i l i c o n c o n t e n t on mecha
n i c a l h ig h -- te m p e ra tu re p r o p e r t i e s o f n o d u la r c a s t i r o n . T r a n s .o f th e American F oundrym en's, S o c ie ty 1951, t . 59, s . 339.
3. T .D u m itre scu , M .N io o la id , P . I l i e s c u i A s tu d y on th e b e h a v io u r o f nodular c a s t ir o n s a l lo y e d w ith s i l i c o n a t h ig h te m p e r a tu r e s , Revue de M etallup-
- 95 -
g i e /r o u m /. 1956» t . 1 , a« 33»
4« J . S ą c z k a , K. Lewandowskis W łaśc iw o ści i z a sto so w a n ie ż e liw a a f e r o - id a łn e g o z podw yższoną z a w a r to ś c ią krzem u. P ra c e I n s t y t u t u Odlewni
c tw a , 1962, t . 1 2 , jar 4-, a . 310«
5« C .F . E e y n o ld a , H .F . T a y lo r i M e ch a n ica l P r o p e r t i e s o f s p h e r o l i t l e c a s t i r o n , T r a n s , o f t h e A m erican Foundrym en*s S o c ie ty 1952, t , 60 s , 687«
6« J , F e l l e g t I n f l u e n c e o f s i l i c o n on d u c t i l e c a s t i r o n , T ra n s , o f th e A m erican Foundrymen’ s S o c ie ty 1964, t . 7 1 , a , 108,
Hosutt copT BUCOKOBa'iecTBCHHoro uarH aeaoro uyryHa
I e s * « e
U a r H a e B U Ś v y r y H , c o R e p s a n a i i
4
-5
% o T B e u a n a a i B n o s b c x a s a a a o c T p a E H u s C T a a s a p i a u , o i M i a e t c a n p o u H O C T b m h e p a c T s a c e H H e m b s .30
m b4|0
u r / j u s2
B O B e H Ł HM
3
K K M y R R B H e H B e U <0
-4
% )3
T B C B O & C T B S fiU H B O f iH a p y X e H H BO B p e l l S B C n u T a H B i i . O r H S K O B H e K O T O p M C B C C J t e R O B E H B fiX B O R y v e K O d O S b n e U O B O X B T e a b - h h x p e s y n b T a T O B . i i p e t p e p a x e n p e R C T a a a e H H M e x a H K v e c K H e C B o f l c T s a M a r a n e s c r c B y r y H a , c o j t j e p x a n e r o4
% a T a x s e n o R a a a y n p y r o C T b a a p a c T a x e a a e C B e p x60
a r / M M2
n p a y j y i B H e a H B c s e p x10
% , P e K o a e a a y e T c a b t o t h o b h S c o p T s a r a a e -ro ayryH a b b c c t b b C T a a n a p T .
A new k in d o f s p h e r o id a l g r a p h i t e o a s t i r o n w ith h ig h p r o p e r t i e s
S u m m a r y
S p h e r o id a l g r a p h i t e c a s t i r o n w ith 4 -5 2 S i , a c c o r d in g t o P o lis h and f o r e i g n i n d u s t r i a l s t a n d a r d s , h a s a t e n s i l e s t r e n g t h o f o v e r 30 o r 40 ktt/mm2 , and v e r y s m a ll e l l o n g a t i o n /0-4% /> Low p r o p e r t i e s w ere fciund d u r in g th e e x a m in a tio n o f t h i s k in d o f i r o n , a lth o u g h i n some pu
b l i c a t i o n s b e t t e r r e s u l t s have b ee n m e n tio n e d . The m e c h a n ic a l p r o p e r t i e s o f h ig h - g r a d e s p h e r o i d a l g r a p h i t e o a s t i r o n , c o n t a in i n g a b o u t 4% S i , have b ee n p r e s e n t e d , e . g . a t e n s i l e s t r e n g t h o f o v e r 60 kC/mm w ith an 2 a l l o n g a t i o n /A g / o v e r 10%. T h is new k in d o f s p h e r o id a l g r a p h i t e c a s t i r o n s h o u ld be in tr o d u c e d a s a e t a n d a r t .
