Z E S Z Y T Y NAUKOWE PO LITEC H N IK I ŚL Ą SK IE J 1978
S e r i a : M ech an ik a z . 65 N r k o l. 569
Ja n in a MARCINKOWSKA In s ty tu t O d lew nictw a P o lite c h n ik i ś l ą s k i e j Jan GŁOWACKI
In s ty tu t M e c h a n ic z n o -K o n s tru k c y jn y P o lite c h n ik a Ł ódzka F ilia w B ie ls k u -B ia łe j
W ŁA SN O ŚC I POWŁOK O DLEW NICZYCH ZE STOPÓW N lC rS iB NA ŻELIW IE
S t r e s z c z e n i e : W p r a c y p r z e d s ta w io n o w yniki b adań stopu N iC r S iB . S tw ie r d z o n o , że w s to p ie w y s tę p u ją b o rk i chrom u C r 3B 2 i C r 2B w o sn o w ie ro z tw o r u s ta łe g o c h r o mu w n ik lu . Z b ad an eg o sto p u w ykonano pow łoki n a o d le w a c h ż e liw n y c h c h a r a k t e r y z u -
- i - * - . 5Q0r 700 HV 5 o r a z o d p o rn o ś c ią n a z u ż y c ie ś c i e r n e w z a k r e s ie
P o s tę p te c h n ic z n y - k o n ie c z n o ś ć s to s o w a n ia n a r z ę d z i i s p e c ja ln y c h u r z ą d z e ń o r a z zm iana w a ru n k ó w p r a c y m aszy n w y m ag ają w p ro w a d z e n ia now ych m a te ria łó w i no w y ch m e to d w y tw a rz a n ia . S p o só b p o p ra w y w ła s n o ś c i u ż y tk o w y ch c z ę ś c i m aszy n n a d ro d z e s t o s o w a n ia pow łok o c h ro n n y c h j e s t e k o n o m ic z n le js z y , p o n ie w a ż w ykonyw anie c a ły c h c z ę ś c i z m a te ria łó w o d p o rn y c h n a z u ż y c ie , gdy p r a c u j ą ty lk o n ie k tó r e p o w ie rz c h n ie j e s t e k o n o m ic z n ie n ie u z a s a d n io n e [l] •
W ybór m a te r ia łu i m etody n a n o s z e n ia pow łok z a le ż ą w dużym sto p n iu od p r z e z n a c z e n i a c z ę ś c i , r o d z a ju ś ro d o w is k a p r a c y i t p .[ 2 ,4 ] . S p e c y fik a te c h n o lo g ii w y tw a rz a n ia c z ę ś c i m a sz y n n a d ro d z e o d le w a n ia p o z w a la n a z a s to s o w a n ie te c h n ik i pow łok o d le w n ic z y c h , to j e s t m eto d y w y tw a rz a n ia w a rs tw sto p o w y ch b e z p o ś r e d n io w p r o c e s i e o d le w a n ia [4 ,5 ] .
P odstaw ow ym z a ło ż e n ie m o d le w n ic z e j m eto d y m e ta liz o w a n ia j e s t a k ty w o w an ie p o w ie r z c h n i w nęki fo rm y lu b r d z e n i a odpow iednim p o k ry c ie m z a w ie ra ją c y m s k ła d n ik i s to p o w e . W w y nik u r e a k c j i w u k ła d z ie "m etal z a le w a n y - f o r m a " , p o w ie rz c h n ia odlew u z o s ta je p o k ry ta w a rs tw ą s to p o w ą [4].
2 . S a m o to p n ik u ją c e sto p y sto s o w a n e do m e ta liz o w a n ia
Z s z e r e g u sto p ó w sto so w a n y c h n a a k ty w n e p o k r y c ie n a s z c z e g ó ln ą u w a g ę z a s łu g u ją s t o py n a o sn o w ie n ik lu lu b k o b a ltu z c h ro m e m , k rzem em i b o re m [ 5 ,6 ,7 ] . S to p y te d z ię k i o d p o w iedniem u sk ła d o w i s ą s a m o to p n ik u ją c e , ta k ie d z ia ła n ie e lim in u je k o n ie c z n o ś ć s to s o w a n ia topników o r a z t r u d n o ś c i te c h n o lo g ic z n e z tym z w ią z a n e .
1. W s tę p
Z a z w y c z a j sto p y sam o to p n ik u ją c e o p a r te n a n ik lu lu b k o b a lc ie z a w ie r a ją co n ajm n iej 1 ,5 % B o r a z 1 ,5 % S i (3] .S a m o to p n ik u ją c e d z ia ła n ie stopów w ynika z w ię k s z e g o , n iż p o z o s ta łe m e ta le pow inow actw a b o ru i k rzem u do tl e n u . T ak w ięc w p o d w y ższo n y ch te m p e r a t u r a c h z a c h o d z i r e a k c j a u tle n ia n ia b o ru i k rz e m u , p o w s ta ją tle n k i B O - i S iO „ , tw o -
2 3 ^
r ż ą c e ła tw o to p liw e s z k liw o , je d n o c z e ś n ie u tw o rz o n e w aktyw nym p o k ry c iu tle n k i m e ta li / N i , C r , F e / r o z p u s z c z a ją s ię w s z k liw ie tw o rz ą c ż u ż e l, k tó r y w ypływ a n a p o w ie rz c h - n ię p rz e to p io n e g o p o k r y c ia . W ta b e li 1 i 2 p r z e d s ta w io n o s k ła d y c h e m ic z n e c z ę ś c i s t o so w an y ch stopów sa m o to p n ik u ją c y c h do n a p a w a n ia i n a tr y s k iw a n ia [2 ,3 ].
B a d a n ia w ła sn e
A u to rz y o p ra c o w a li i z a s to s o w a li n a pow ło k i sto p y sa m o to p n ik u ją c e n a o sn o w ie n ik lu z c h ro m e m , k rz e m e m , b o rem i żelazem[7]. Jako m a t e r i a ł z ia rn o w y p o k ry c ia form s to s o w a no p o w y ż sz e s to p y r o z d r o b n io n e do z ia r n i s t o ś c i 0 ,2 1 - 0 ,4 2 mm i p o n iż e j 0 ,2 1 mm. P o w łoki w ykonyw ano n a o d le w a c h ż e liw n y c h Z1200 o s p ro w a d z o n e j g r u b o ś c i ś c ia n k i 0 , 3 ; 0 ,6 ; 1 , 0 i 1 ,3 cm n a p o w ie rz c h n ia c h p ła s k ic h .
P o n a d to w ykonyw ano p o w ło k i n a p o w ie rz c h n ia c h w alco w y ch odlew u p an w i r y s . l . S t o sow ano t r z y te m p e r a tu r y z a le w a n ia form 1573 K , 1673 K i 1773 K .
W p r a c y p r z e d s ta w io n o w yniki bad ań w ła s n o ś c i sto p u o s k ła d z ie chem icznym / C -0 ,0 8 % , B - 3 ,4 5 % , S i - 5 ,8 0 % , C r - 1 7 ,9 2 % , F e - 2 ,8 3 % r e s z t a n i k i e l / o r a z pow łok z n ie g o w y
k o n an y ch .
R y su n ek 2 p r z e d s ta w ia m ik r o s t r u k t u r ę s t o pu p r z y p o w ię k sz e n iu 200 x .
W c e lu id e n ty fik a c ji fa z w ykonano r e n t g e n o w s k ie b a d a n ia s tr u k tu r a ln e a p a ra te m "M i- k r o m e ta " w k o m o rz e B r a g g - B r e u t a n o . P r z y ję to n a s t ę p u ją c e w a ru n k i b a d a ń , lam pa C u , n a p ię c ia U = 4 0 kV p r ą d ż a r z e n i a i = 1 5 / t A , c z a s e k s p o z y c ji 3 , 5 h .
S tw ie r d z o n o , ż e w s to p ie w y s tę p u ją b o rk i C r 3 B2 i C r 2B w o sn o w ie r o z tw o r u s ta łe g o ch ro m u w n ik lu o s i e c i A l . W badanym s to p ie s tw ie rd z o n o b r a k w y stę p o w a n ia zw iązków k rz e m u i w ę g la .
D odatkow o p r z e p r o w a d z o n o lin io w ą m ik ro a n a liz ę re n tg e n o w s k ą ro z k ła d u C r , N i, S i i F e r y ś . 3 . B a d a n ia p r z e p r o w a d z o n o p r z y pom ocy m i k r o a n a liz a t o r a IX -5 0 A , n a p ię c ie p r z y ś p i e s z a j ą c e 25 k V . B a d a n ia m e ta lo g r a fic z n e u z y s k a n y c h pow łok p rz e p ro w a d z o n o p rz y
R y s . l M o d el p an w i sto s o w a n e j do p ró b u tw a r d z a n ia p o w ie rz c h n i w alco w ej
W ła s n o ś c i pow łok o d lew n icz y ch 201
u ż y c iu m ik ro sk o p u o p ty czn e g o r y s . ¿ o r a z a p a r a tu " M ik ro m e ta " . B adania s t r u k t u r a l n e w y k azały w y stęp o w an ie w p o w ło k ach b o rk u chrom u C r B , w ę g lik a chrom u / C r F e / ^ 3 ' cem entytu / F e C r / ^ c o r a z a u s te n itu . W a ru n k i b a d a ń : lam pa F e , f i l t r M n, n a p ię c ie U = ¿ 0 kV p r ą d ż a r z e n i a i = 15 A , c z a s e k s p o z y c ji 4 h .
R y s. 2 S tr u k t u r a sto p u N iC rS iB w o s n o w ie r o z tw o r u s ta łe g o chrom u w n ik lu w y d z ie le n ia C ^ B i C r 3 B2 t r a w . e l e k t r o l i t . p o w . 200x
~ L T l /
Rys . 4 p r z e d s ta w ia c h a r a k t e r y s t y c z n ą s tr u k tu r ę p o w ło k i w ykonaną n a o d le w ie p a n w i.
W p ew n ej o d le g ło ś c i od p o w ie rz c h n i o d lew u , ró w n e j o k o ło 1 /4 g r u b o ś c i p o w ło k i o b s e r w u je s i ę w y d z ie le n ia faz w ęg lik o w y ch a u s t e n i t u , s t r u k tu r y m a r - te n z y ty c z n o -b a in ity c z n e j a n a s tę p n ie s tr u k tu r y c h a r a k t e r y s t y c z n e j d la ż e l i w a s z a r e g o .
O p ró c z b a d a ń m e ta lo g r a fic z n y c h pow łok p rz e p ro w a d z o n o b a d a n ia ic h tw a r d o ś c i i ś c i e r a l n o ś c i ta b e l a 3 i 4 .
P o n a d to s k ła d c h e m ic z n y po w ło k i z a p e w n ia ic h ż a ro o d p o r n o ś ć do te m p e r a tu r y 1173 K o r a z o d p o rn o ś ć n a k o r o z j ę w w ię k s z o ś c i ś r o d o w is k k o ro z y jn y c h [ 3 j.
R y s . 3 R o zk ład lin io w y B r , F e , N i i S i w badanym s to p ie p o w . 1 0 0 0 X
T a b e la 1 S k ła d c h e m ic z n y stopów sa m o to p n ik u jący ch n a o sn o w ie n ik lu S to p
/n a z w a h a n d lo w a /
Z a w a r to ś ć p ie r w ia s tk ó w , w %
Ni C r B S i F e C inne HRC
C olm onoy 4 1
3 2 ,8 0 1 0 ,0 0 2 ,0 0 2 ,2 5 2 ,5 0 0 ,4 5 - 3 5 -4 0
C olm onoy 5 1 7 7 ,3 5 1 1 ,5 0 2 ,5 0 3 ,7 5 4 ,2 5 0 ,6 5 - 45 - 50
Colm onoy 6 1 7 3 ,7 5 1 3 ,5 0 3 ,0 0 4 ,2 5 4 ,7 5 0 ,7 5 - 56-61
N iC rS iB 2 7 9 ,4 1 2 ,0 2 ,0 4 , 0 3 , 0 0 ,6 - 57
P M N i 20 3 9 4 ,8 - 1 ,5 3 , 5 - 0 ,1 Mn 0 ,2 32
PM N i 30 3 9 3 ,7 - 2 - 2 , 5 3 , 5 - 0 ,3 Mn 0 ,3 3 4 ,5
PM N i 35 3 9 3 ,4 - 2 ,5 3 , 5 - 0 ,3 Mn 0 ,3 35
1 - sto p p r o d , f-m y "W all C olm onoy" - USA
2 - sto p p r o d . In s ty tu t T e c h n . Bud .M a s z y n P o l .W ro c ła w s k a 3 - sto p p r o d . In s ty tu t S p a w a ln ic tw a G liw ice
T a b e la 2 S to p y sa m o to p n ik u ją c e n a o sn o w ie k o b a ltu
S to p /n a z w a han
d lo w a /
Z a w a r to ś ć p ie r w ia s tk ó w w %
Co N i C r B S i Mo HRC
S t e l li t 10 1 3 8 -4 2 2 4 - 2 8 19-21 2 , 8 - 3 , 2 3 , 5 - 4 , 5 5 , 5 - 6 , 5 4 7 -5 3 S t e l li t 100 1 6 8 -7 2 3 19-21 2 , 3 - 2 , 7 1 , 3 - 1 , 7 4 , 5 - 6 , 5 50 -5 3
PM C o 45 2 6 1 ,2 - 30 1 ,5 2 5 W 5 1 ,5
PM C o 50 2 5 6 ,2 - 30 1 ,5 2 9 W 5 1 ,5
PM C o 55 2 5 2 ,7 - 30 2 2 13 W 5 9 ,8
1 - sto p p r o d . USA
2 - s to p p r o d . In s ty tu t S p a w a ln ic tw a G liw ice
W ła s n o śc i pow łok o d lew n icz y ch 203
T a b e la 3 T w a rd o ś ć pow łok HV 5
S p ro w a d z o n a g ru b o ś ć ś c ia n k i, cm
T e m p e r a tu r a z a le w a n ia K
1573 K 1673 K 1773 K
m - ilo ś ć z ia rn o w e g o p o k ry c ia g /c m 2
n a je d n o s tk ę p o w ie rz c h n i
0 ,5 0 0 ,7 5 1 ,0 0 1 ,2 5 0 ,5 0 0 ,7 5 1 ,0 0 1 ,2 5 0 ,5 0 0 ,7 5 1 ,0 0 1 ,2 5
0 ,3 621 625 595 496 687 691 613 541 713 714 643 587
0 ,6 663 681 623 615 701 708 681 593 723 718 696 615
1 ,0 652 672 617 594 673 681 663 527 701 697 662 571
1 ,3 601 653 607 562 621 593 548 497 613 597 543 508
T w a rd o ś ć ż e liw a sto so w a n e g o do p r ó b / Z ł 2 0 0 / 220 HB
R y s . 4 O b ję to ś c io w e z u ż y c ia pow ło k i p r z y z m ie n n e j: te m p e r a t u r z e z a le w a n ia , ilo ś c i z ia rn o w e g o p o k ry c ia n a je d n o s tk ę p o w ie rz c h n i w z a le ż n o ś c i od sp ro w a d z o n e j
g ru b o ś c i ś c ia n k i
T a b e la 4
-3 3
Z u ż y c ie ś c i e r n e pow ło k i V 10 mm
S p ro w a d z o T e m p e r a tu r a z a le w a n ia K
n a g ru b o ś ć
ś c ia n k i 1573 K 1673 K 1773 K
cm m - ilo ś ć z ia rn o w e g o p o k ry c ia n a je d n o s tk ę p o w ie rz c h n i g /c m
0 ,5 0 0 ,7 5 . 1 ,0 0 1 ,2 5 0 ,5 0 0 ,7 5 1 ,0 0 1 ,2 5 0 ,5 0 0 ,7 5 1 ,0 0 1 ,2 5
0 ,3 135 102 104 118 142 114 117 121 151 124 123 117
0 ,6 142 101 109 121 160 109 115 123 177 126 124 135
1 ,0 158 135 123 138 187 137 133 131 191 148 152 178
1 ,3 ' 177 156 148 142 217 197 173 158 285 261 248 198
Z u ż y c ie ś c i e r n e ż e liw a sto so w a n e g o do p ró b / Z1 2 0 0 / 1900 - 2000 1 0 “3 mm^
U w a g a : Do b ad ań ś c i e r a l n o ś ć sto so w an o m a s z y n ą S k o d a - S a v in e .O b c ią ż e n ie 1 4 7 ,1 5 N /m 2 .
Ilo ś ć o b ro tó w po k tó r e j m ie rz o n o z u ż y c ie = 5000
W nioski
1 . S to p y N iC rS iB b a r d z o d o b r z e n a d a ją s ię do w y tw a rz a n ia pow łok m eto d ą o d le w n ic z ą , ic h sa m o to p n ik u ją c e d z ia ła n ie w te m p e r a tu r z e z a le w a n ia e lim in u je k o n ie c z n o ś ć s t o so w a n ia to p n ik ó w .
2 . W ła s n o ś c i pow łok n a ż e liw ie , p r z y sto so w a n y c h i te m p e r a tu r a c h z a le w a n ia 1573- 1773 K , z a le ż ą od il o ś c i z ia rn o w e g o p o k r y c ia fo rm y , k s z t a łt u i w ie lk o ś c i o d le w u . P o w ło k a o trz y m a n a n a żeliw nym o d le w ie p an w i p r z y te m p e r a t u r z e z a le w a n ia 1673 K o r a z il o ś c i z ia rn o w e g o p o k r y c ia p o w ie rz c h n i fo rm y 1 ,2 5 g /c m w y k a z a ła tw a r d o ś ć2
o 3
695 HV 5 o r a z o b ję to ś c io w e z u ż y c ie V - 112 • 1 0 " ° mm , w p r z y b liż e n iu 20 r a z y m n ie js z e w p o ró w n a n iu z żeliw em s z a r y m .
3 . W y tw o rz e n ie p o w ło k i n a o d le w ie o zm iennej g r u b o ś c i ś c ia n k i /o d le w p a n w i/ n ie s p r a w ia tr u d n o ś c i te c h n o lo g ic z n y c h .
LIT ER A TU R A
1 . Iz n o s o s to ik o s t - p r a c a z b io r o w a , N a u k a , M o sk w a 1975.
2 . K AN IEW SK I J . , N ie k tó r e w ła ś c iw o ś c i pow ło k o c h ro n n y c h w ykonyw anych z k r a j o w y c h m a te ria łó w p r z e ta p ia ln y c h . P o w ło k i o c h r o n n e , 4 / 5 1 9 7 6 , s . 1 0 2 -1 0 8 .
3 . HASU JI A . : T je c h n ik a n a p y le n ja , tłu m . z j a p . - M a s z in o s t r o je n i je . M oskw a 1975.
4 . SAKWA W .: Ż eliw o W yd. " Ś lą s k " K ato w ice 1974.
W ła s n o śc i pow łok o d lew n icz y ch . 205
6 . SAKWA W ., MARCINKOWSKA J. : Z a s to s o w a n ie stopów N i - C r - S i - B do u z y s k a n ia odlew ów żeliw nych o w y so k iej o d p o rn o ś c i n a ś c i e r a n i e . Z e s z . N a u k .P o l. S l . M e c h a n ik a : Z . 4 8 , s .6 7 - 7 4 . G liw ice 1973.
7 . MARCINKOWSKA J . , GŁOWACKI J. : O d lew n icze pow łoki ze stopów N i - C r - S i - B n a ż e liw ie s z a r y m . Z e s z .N a u k . P o l. S l . M ech an ik a Z . 5 4 , 9 .4 9 - 6 2 , G liw ice 1975.
P R O P E R T IE S O F N iC rS iB SL L O Y C O TIN G S ON C A S T IRON PRO D U CED BY COM POUND CA STIN G
S u m m a r y
T he p a p e r p r e s e n t s r e s u l t s o f in v e s tig a tio n s o f a N iC rS iB a llo y . It w as found th a t th e a llo y c o n ta in e d C r 3 B2 an d C r 2B b o r id e s in a m a trix o f so lid so lu d io n o f chrom ium in n ic k e l . T he a llo y w a s u s e d to p r e p a r e c o a tin g s on c a s t ir o n c a s t i n g s . H a rd n e s s o f 5 0 0 -7 0 0 HV 5 an d w e a r r e s i s t a n c e o f 1 0 0 -3 0 0 -1 0 " ^ mm^ w a s o b ta in e d .
CbOiiCTBA JIMTfiiiHiJX nOKPUThfl M3 CIIJIABOB H iC rS IB HA W r y HE
P e 3 «0 u e
B T p y n e aa» T C H p e 3 y A B T a ra H ccjien o B aH H tt c a n a B a N iC rS iB . KoHCTaHH TH poBaHą r t o b c rm a B e H axo«H T C n dopHAH x p o u a h C r ^ b ocHOBe T B ep A o ro p a c - T B o p a x p o i ia b HMKJie. Ms H C C JienyeM oro c iu ia B a c n e a a H O ii o k p u th h a a ly r y H H u e 0TJIHBKH. TBepaO CTB 3 TUX IlOKpHTHtt 5 0 0 - 7 0 0 HV 5, a h s h o c o c t o B k o c t b b n p e a e - a a x 1 0 0 - 3 0 0 • I O ^um-5.
