23 Odlewnictwo 1 1960
A n d r z e j Zi el onka
ŻELIWO SFER O ID ALNE PRO DUK O W ANE
W ZAK ŁADZIE DOŚW IADCZALNYM KATEDRY ODLEW NICTW A D L A POTRZEB PRZEM YSŁU HUTNICZEGO
1. W stęp
Ż eliw o sferoidalne znalazło dość duże zastosow anie w polskim prze
m y śle m aszynow ym , jednak w prow adzenie tego tw orzyw a do produkcji elem en tó w m aszyn h u tn iczych jeszcze stale napotyka na pow ażne opory.
P rzy w prow adzeniu żeliw a sferoidaln ego do h u tn ictw a polskiego K atedra O dlew nictw a P o litech n ik i Ś ląsk iej ma bezsprzecznie dość duży Y/kład.
K atedra nasza bądź w spółpracow ała przy urucham ianiu produkcji w od
lew n iach h utniczych, bądź w ytw arzała i w ytw arza od lew y z żeliw a sferoi
d aln ego dla h utnictw a.
A rty k u ł n in iejszy ma na celu p rzedstaw ien ie naszych niektórych osiągnięć w zakresie w ytw arzan ia od lew ó w z żeliw a sferoidaln ego dla hutnictw a.
Spośród w ielu różnych znanych m etod w ytw arzan ia żeliw a sferoidal
nego w K atedrze naszej stosu je się m etodę w prow adzania elek tronu do kadzi pod specjalną pokryw ą połączoną z kanałem w y lo to w y m gazu o w y ciągu n aturalnym . Obrazuje nam to rys. 1.
T en sy stem w prow adzania m agnezu jak k olw iek pow oduje stosunko
w o w ięk sze straty m agnezu oraz ze w zględ u na h ig ien ę i b ezp ieczeń stw o p racy n ie je st n ajszczęśliw szym , w naszych w arunkach jest w łaściw ie jed y n y , gd yż um ożliw ia on stosow anie złom u elek tronow ego bez sp ecjal
n ie k o sztow n ych urządzeń.
Z łom elek tron ow y używ an y doi sferoidyzacji żeliw a posiada w’ przy
b liżen iu skład chem iczny:
90 % — Mg, 8 % — Al, 2 % — inne.
U żyw a n y w produkcji złom elek tron ow y posiada stosunkow o duże ilo ści różnych zanieczyszczeń w postaci tu lejek m osiężnych, w k rętów i trzp ien i stalow ych, przekładek alu m in iow ych , u szczelek ołow ianych, n iem eta lo w y ch itp. Ilość tych m ateriałów w y n o si szacunkow o do 20 %
158 A n d rze j Z ielo n k a
ciężaru elektronu, stąd zu życie złom u elek tron ow ego w’ stosunku do cie
k łego m etalu jest dość duże i w y n o si około 1,5 %. Do m od yfik acji żeliwa zapraw ianego m agnezem u żyw a się żelazokrzem 75 % w ilości około 2,5 %.
Ż eliw o w yjściow e przeznaczone do produkcji żeliw a sferoidaln ego wyta
pia się w żeliw iak u 0 600 m m o w yp raw ie kw aśnej i zasadow ej.
P rzeciętn y skład ch em iczn y tego żeliw a w aha się w' następujących
granicach: C = 3,1— 3,5%
Si = 1,8— 2,2 % Mn = 0,4— 0,7 % S cv 0,1%
P < 0,2%
Tem peratura żeliw a na ryn n ie sp ustow ej m ierzona pirometrem op tycznym (bez poprawki) w y n o si norm alnie 1380— 1420°C.
W czasie produkcji odlew a się kilka próbek, a m ianow icie:
próbkę przełom u . w g norm y
próbę k lin ow ą „ „
próbki w y trzym ałościow e „ „
T a b l i c a 1 Skład chemiczny żeliwa z 10-ciu wytopów (kadzi)
Lp. C Si Mn S P
1 3,29 2,78 0,58 0,006 0,12
2 3,24 2,70 0,59 0,027 0,12
3 3,36 2,68 0,57 0,029 0,11
4 3,43 2,53 0,58 0,028 0,11
5 3,34 2,34 0,59 0,024 0,11
6 3,16 2,64 0,66 0,005 0,12
7 3 16 2,S0 0,66 0,006 0,11
8 3,26 2,98 0,65 0,005 0,11
9 3,17 2,85 0,62 0,008 0,11
10 3,18 2,70 0,52 0,012 0,12
Próbki w y trzym ałościow e po ich obrobieniu zryw an e są na 30-to no
w ej m aszynie w ytrzym ałościow ej firm y Schópper. Tw'ardość określana jest na aparacie „A lpha” m etodą B rin ella (10/3000/30). Badania m etalo
graficzne przeprowadzane są na m ikroskopie m etalograficznym firmy Reichert. Ze w zględu na to, że żeliw o sferoid aln e produkuje się w Ka
tedrze od szeregu lat, podaw anie w szystk ich analiz za ten okres czasu jest praw ie n iem ożliw e. Z tego w zględ u zestaw ion o w y n ik i przykładow o tylk o z 1 0 -ciu w ytopów . Skład chem iczny żeliw a z tych w'ytopów (kadzi) przedstaw ia tablica 1 , zaś w łasności m echaniczne tego żeliw a tablica 2 . N iezależn ie od typ ow ych ż e liw sferoid aln vch o strukturze ferrytycz- nej czy p erlitycznej w K atedrze produkow ane b y ły żeliw a sferoidalne w ysokokrzem ow e, żeliw a sferoidaln e alum iniow e, co jednak stanowi osobną, zresztą bardzo bogatą tem atykę.
A rtyk u ł n in iejszy podaje dośw iadczenia naszej K ated ry w zakresie zw y k łeg o żeliw a sferoidaln ego stosow an ego na o d lew y grubościenne.
T a b l i c a 2 Własności mechaniczne żeliwa z 10-ciu wytopów (kadzi)
Lp. Rr kG/mm2 84 % Przełom HB kG/mm2
1 52,9 2 ,0 PPMZ 285
2 54,5 2 ,1 PPZ 285
3 54,5 2 ,1 PPZ 284
4 50,0 2 ,0 PPMZ 255
5 52,9 2 ,1 PPZ 285
6 56,1 — PPMZ 285
7 52,5 — PPMZ 255
8 52,5 — PPMZ 269
9 54,2 — PPZ 255
1 0 53,9 — PPZ 255
2. S tożk ow e koła zębate dla w alcow n i uniw ersalnej
D zięki w yjątk ow o dużej odporności na ścieranie, jak i dobrym w łasn ościom w ytrzy m a ło ścio w y m żeliw a sferoidaln ego zapoczątkowano w naszym Zakładzie produkcję kół zębatych stożkow ych do w alcarki u niw ersalnej w H ucie „Ł abędy’'. K oła te odlew ano jako k om p lety — jedno koło z niską piastą o w adze 311 kg, zaś drugie z w'ysoką piastą 0 w adze 551 kg. K oła te p rzedstaw ione są na rysu n ku 2. W yżej w y m ie
nion e koła stożkow e w yk on ane z żeliw a sferoidaln ego zam ontow yw ano na w alco w n i z zębam i nieobrabianym i. Poprzednio w H ucie stosow ano koła zębate, stalow e obrabiane m echanicznie. U leg a ły one dość szybko zni
szczeniu. O m aw iane koła są kołam i n apędzającym i w alce pionow e. Wa
runki p racy tych kół są bardzo ciężkie, a to ze w zględ u na duże m oce jak i uderzenia, które bezpośrednio z .Walcy są przenoszone na nie. Cza
sokres pracy stosow an ych d otych czas kół stalow y ch i staliw n ych w yn o sił średnio 250 godzin, natom iast czasokres pracy kół z żeliw a sferoidalnego w ahał się w dość znacznych granicach (od 250 do 1000 godzin), co b yło zależne n ie ty lk o od jak ości tw orzyw a, z którego odlano, koła, lecz rów nież, a m oże przede w szystk im , od rodzaju w alcow anej stali. N a jakość w szystk ich od lew ów w p ływ a przede W szystkim technologia w ytw arzania form oraz rodzaj i gatu n ek m etalu. T echnologia form od lew n iczych jest zilustrow ana na rysunkach 3 i 4.
Stosow ane m asy form iersk ie p osiadały w łasn ości podane w tab licy 3 1 sporządzono je z n astęp u jących składników :
80 % — m asy obiegow ej, 1 2 % — piasku kwarcowego, 1— 1,5% — gliny,
7 % — w ody.
160 A n d rze j Z ielo n k a
M asy rdzeniow e charakteryzują w'skażniki podane w tab licy 4.
Rdzenie w ykonano z m asy o składzie:
P iasek form ierski p ó łtłu sty P 50/100 62,5%
piasek k w arcow y 30 %
glina k aolin itow a 2,5 %
woda 6 %
T a b l i c a 3 Własności masy formierskiej
Rc w Rr s W P w
kG/cm2 kG/cm2 % cmVg. min.
0,70—0,90 0,60—0,80 05 Ol 1 O 1
70,0-90,0
Czas zalew ania jednej i drugiej form y w ahał się w granicach 45— 50 sek.
Czas stygn ięcia od lew ów w y n o sił 10 godzin. O dlew y nie poddawano żadnej dodatkow ej obróbce ciep ln ej. Badania w ła sn ości tw orzyw a m eta
low ego bezpośrednio z od lew ów w yk azały dużą zgodność z w yn ik am i badań na znorm alizow anych próbkach. Próbka w ycięta z zęba koła zęba
tego zniszczonego po 450 godzinach p racy w yk azała w ła sn ości podane w tab licy 5. M ikrofotografie i stru k tu ry tego żeliw a podane są na rys. 5 i 6 . W osnow ie p erlitycznej (o grubości p łytek perlitu 0,5 n) w ystęp u je grafit sferoid aln y o śred n icy około 40 m. częściow o w otoczce ferry ty czn ej.
Badania m etalograficzne w ykazują w ystęp ow an ie n iew ielk iej ilości eu tek - tyk i fosforow ej oraz w trąceń siarczkow ych.
T a b l i c a 4 Własności masy rdzeniow ej
Rc w Rr s w P w
kG/cm2 kG/cm2 % cm‘/g. min.
0,90—1,10 o co O 1 rH H O
6,8—7,3 60,0—80,0
3. Inne przykłady zastosow ania żeliw a sferoidaln ego w h u tn ictw ie Ż eliw o sferoidaln e z uw agi na sw oje w łasności, om aw iane uprzednio zastosow ano na inne od lew y dla h utnictw a. W K atedrze O dlew nictw a w ykonano i w yk on u je się od lew y półpanew ek, łożysk do w ałów , stożko
w ych kół zębatych do samotoków', ślim aków i inn ych dla zakładów takich jak: Huta Ł abędy, H uta Florian, H uta K ościuszko, H uta Będzin. W pro
w adzenie od lew ów z żeliw a sferoidaln ego p ozw oliło w yprzeć w w ielu w ypadkach stosow ane od lat brązy jak i podnieść czasokres pracy. N ie
które od lew y stosow ane na różnego rodzaju łożysk a poddaw ano obróbce
ciep ln ej. W yżarzanie stosow ano w celu u zyskania żeliw a sferoidaln ego ferrytyczn ego. T em peratura żarzenia żeliw a sferoidaln ego o osn ow ie per- lityczn ej w y n o siła 730°C przez około 5— 10 godzin (zależnie od grubości ścian ek odlew u). W od lew ach o osn ow ie p erlityczn ej z w o ln y m cem en ty te m w ystęp u ją cy m w n ieliczn ych ilościach przeprow adzono żarzenie d w u stop n iow e, a m ian ow icie w tem peraturze 950°Ć przez 4— 8 godzin, a n astęp n ie obniżono tem peraturę do 730°C i w ytrzy m yw a n o w niej około 4— 10 godzin. O d lew y studzono w raz z piecem .
U zysk an e w' ten sposób żeliw o sferoidaln e z osnow ą ferryty czn ą w y kazuje drobne ziarna ferrytu . Ś red n ie w łasn ości m echaniczne żeliw a sfe roidalnego ferrytyczn ego b y ły następujące:
R r = 45 kG /m m2 Hb = 170 kG /m m2 a4 = 5 %
T a b l i c a 5 Własności m echaniczne i chemiczne próbki żeliwa sferoidalnego
w yciętej z zużytego koła
Rr
kG/mm! Złom HB
kG/mm2
A n a l i z a c h e m i c z n a
C S P Si Mn
52,10 PPZ 227 3,14 0,005 0,19 2,06 0,48
U jem ną stronę tech n ologii w yk on yw an ia o d lew ó w z żeliw a sferoid al
n ego je st konieczność stosow ania n adlew ów , niejed n okrotn ie p rzew yższa
jących sw y m ciężarem , ciężar sam ego odlew u.
N a stęp stw em tego jest stosu nk ow o n isk i uzysk. L iczne zam ów ienia na żeliw o sferoid aln e św iadczą o tym , że ma ono coraz szersze zastosow a
n ie tam , gdzie d otych czas stosow an o od lew y z drogich m etali kolorow ych, czy staliw a.
1 1
Rys.1. Wprowadzanie elektron do kadzi pod pokrywą
Rys.4. Forma odlewnicza kołastożkowego o wadze 311 kg.
4
Rys.3» Forma odlewnicza koła stożkowego o wadze
551
kg.traw. HNO^, pow. 150x
