Metoda ATD jako sposób oceny stopnia sferoidyzacji żeliwa sferoidalnego; ATD method for evaluation of the graphite shape in nodular cast iron - Digital Library of the Silesian University of Technology

(1)

Archives of Foundry, Ycar 2 W , Volume 4, Nr I1

Arrhiwum O ~ ~ ~ W I I ~ C ~ ~ W R Rok 2004, R=nik 4, Nr 1 t

PAN

-

^Ketowlce

^PL

^JSSN11542-5308

METODA ATD JAKO S P O S ~ B OCENY _STOPNIA

SEEROIDYZACJI ZELIWA SFEROTDALNEGO

M.

STAWARZ~, J. S W N A R ~

Zakhd Odlewnictwa, Instytut Materialbw Intynierskich

i

Biomedycmych WydziaP Mechanicmy Technologicmy, Politechnika: $lqska

ul. Towmwa 7 . 4 4

-

¹⁰⁰Gliwice

W artyhle przedstawiono s p s b b

oceny

stopnia sferoidyzacji gralitu

w

oparciu o metode A T D . Ocene stopnia sferoidyzacji przedstawiono w fonnie tdwnah regresji, w ktbrych zostaly ujete punkty charakterystycme

krzywych

ATD.

Do

opisu ksztahu wydzielefi grafitu zastosowano wspblczynnik ksztaltu C.

Key words: drrcf it e cast iron, thermal derivarive analysis, nodlrlar g raphire*

fac fur shape

Wraz ze wzrostem produkcji odlewbw z teliwa sfemidahego powstat problem skutecznego i szybkiego sposobu oceny jakoSci tego %liwa W poniAszej pracy przedstawiono ocene jakoSci Zeliwa sferoidalnego w oparciu metode A T D i komputerowq analizq k s z t a h wydzieleh grafitu.

Cab

problem oceny jakoSci keliwa sprowadza siq do ^ocenyjakoSci metalu w kadzi pned zalaniem do form. Takie podejgcie do zagadnienia ma na ^celuzmniejszenie iloici odlewdw wadliwych, p n e z wyeliminowanie przypadkowogci s produkcj i. Do oceny jakoSci 2ef iwa, a w szczeg6lnoSci ksztattu wydzieleA grafitu, wielkoSci oraz iloSci wydzieleri idednie nadaje siq metoda analizy

-

termicsno derywacyjnej (ATD). Pozwala ona na szybkq i skutecznq ocene jakoSci ciekkgo metalu, a w powiqzaniu z innymi danymi (np. sHad chemiczny itp.) daje @en obraz jakogci 2eliwa.

(2)

2. PRZEBIEG

F

WYNIKI B A D A ~ ~

Przeprowadzono

badania

dwbch gatunk6w teliwa

sferoidahego

(EN

GJS-400-15

iZsCul.0). Wytopy

obu

gatunkbw 2eliwa przeprowadzono w warunkach przemysfowych (POWJZN S .A. Zabrze). Szczeg6lowy spos6b pneprowadzenia eksperymentu zostd pprzedstawiony na rysunku 1 i opisany w gracach [4,6].

Rys. I . Kontrola pmcesu produkcj i 2eliwa sferoidahego Fig. 1. Process of control for produce Ductilc Cast Iron 2.1. Analiza tedczno-derywacyjna

Krzywa termiczna

T

= f(t) i Pozywa derywacyjna

T'

= dTldt = f (t) mejcstrowane podczas luzepnigcia 2eliwa gatunku ZsCul .O w prdbniku _zostalypoddane analizie ^wg schematu przedstawionego na

rysunku

2. Na rysunku 3 przedstawiono krzywq temiczna i derywacyjnq dla A i w a EN GJS 400-1 5 . Analiza ta polegaka na okteSleniu punktbw charakterystycznych znajdujqcych sie na krzywych.

Ternperatury punktdw charakterystycznych nrt b ~ y w e j delywacyjnej

[E

J:

TA =

TL

- ternperatura likwidus,

TB

- temperalura w punkcie B,

TD = TSM - ternperalura solidus krystali7acji rnetastabilnej euteklyki (Fe,C),

TE -

temperatura maksymalnego cfekm cieplnego krystalimcji eutektycznej, TF = Ts- tcmperatura solidus,

TG -

tempemtura pocqtku zetkniecia kryszta#6w, TH - temperatura kofica krystat izacji,

TI - charakterystyczna temperatura w stanie stalym (1 050 "C)

TL

- temperatura stygniqcia prdbnika po czasie tH+60

s,

TM

- ternperahlra stypiecia prdbnika po czasie tH+90

s.

(3)

Rys.

Fig.

C z a s Is) 2 . &ywe ATD 2eliwa sfmidahego ZsCu 'S .O

2. TDA curves of Ductile Cast Iron ZsCu1.0

Tabela 1. Punkty charakterystyczne ATD Table 1. Characteristic points ATD

(4)

Tabela 2. Punkty charakterystyczne A l l 3 Table 2. Characteristic points ATD

(5)

Do _opisu

kztah wydzieleii grafitu

zastosowano

wspb+czymik ksztaftu C=Q/O,,

gdzie: Ok -

^obw6d

kola

o

powienchni

wydzielenia grafitu, 0, - obw6d wydzielenia grafitu [2,5,7,8].

Dokonano

pomiardw nastqpujqcych charakterystycznych parametrbw:

pole powienchni wydzielenia grafitu

BD,

obw6d wydzielenia

B P,

procentowego udzialu powierzchni grafitu

G. Powyhze

wielkoSei zostaly

wykorzystane

przy spoqdzaniu histogram6w: (iloSC: ,,N," wydzielen grnfitu

w

funkcji wspdczynnika ksztah ,,C" oraz iloS6 wydzieleh

,,N,'"

w funkcji pola powierzchni

BD).

Przykhdowe histogmy przedstawiono ponikej na rqrsunkach 4 i 5 .

Rys. 4,IloSC wydziel eh gsafi tu ,Nk' ^wfunkcj i wspaczynnika ksztal tu ,C"

Fig. 4, Numbers of graphite separations ,,N," in function of ,,C" coefficient

log(BDE

Rys. 5 . IloSC wydzielefr gralitu ,,N," w funkcji pola powicr/xhni "RW"

Fig. 5 . Numbers of graphite separations ,,N," in function of area

"HD"

(6)

3, ANALIZA

STATYSTYCZNA

UZYSKANYCH W Y N I K ~ W

Wszystkie wytopy zostaty

przebadane

zgodnie z Jgorytmem przedstawionym

na rysunku

1, a wyniki

bad& wnieszczono

w

dw6ch macierzach danych

(macierz

dla

ret

iwn gatunku EN-GJS 400- 15

i

rnacierz

dla

2eliwa

gatunku

ZsCu 1

.O). W oparciu

o uyskane dane stosujqc metode regresji h k o w e j opracowano

zalewoSci

statystyczne. Ponizej pnedstawiono przykhdowe rdwnania statystyczne dla xeliwn gahlnku EN-GJS 400-1 5 .

Gdzi e:

TD =TSM - ternperaturn solidus

krystalizacji

metatsk~bilnej eutektyki (Fc3C), TF

-

tempemtura solidus,

TK

- temperatura stygniqcia prbbnika po czasie tH+60

s,

0 parametrach statystycznych:

-

_wartog6_Srednia

_Nqo,,

_{- !,%,} ₌_73,4_%,

-

_odc_hy_lenies tandardowe

N q O ,

^-,,% = 1,954 %,

-

wspdlcynnik

korelacji R

= 0,98, test F = 43,29.

Gdzic:

TD =TsM

-

tcrnpexatura solidus krystalizacji mctastabilnej eutektyki (Fe3C),

T1:

- tcmperaltura solidus,

tF

-

^{tD -}czas krystalizacji eutekfyki.

0 parmetrach statystycznych:

Nq0,9-1)% = 43,02 %; Nalas - = 9,1 %; R = 0,88; F = 6,22.

Na podstawie r6wnah 1 i 2 moiemy zauwqC, korzystny wplyw pnechlodzenia na iloSC wydzieleh gmfitu klasy 0,8-1.

Ponadto obserwujemy wplyw charakterystycmej ternperatury stanu statego

&liwa (Td na iFoSC wydziele6 grafitu. Wtaz ze wzrostem wartoSci tej Eemperatury zwieksza sic iloSk wydzielen grafitu klasy C=0,8+I. PnewodnoSC cieglna teliwa sferoidalnego jest mniejsza w porbwnaniu z Peliwern szarym, w kt6rym grafit wystepuje w postaci flatkowej. R6hice w pnewodnoSci cieplnej zwiqzane sq x wystqpowaniem odizolowanych wydzieleh grafitu sfemidalnego, co wplywa na zmniejszenie przewodnoSci cieplnej badanego feliwa ^[3].

RbwnIei

korzystnie

na

iloSC

wydzielen

gmfitu

wp+ywa

skrbcenie

czasu krystalisacji eulektyki (tF

-

^tD)^(rdwnanie^2).

(7)

Mwnania repsji dla zbioru danych

2eliwa gatunku

ZsCuE.0

przedshwiono

ponihj.

Gdzic:

TD =TSM - temperatura solidus

krystalizacji

metastabilnej eutektyki (Fc,C),

TM

- tempetama stygniqcia ptbbnika po czasie t+90

s,

t,

-

c,

-

czas

krystalizacj

i

eutekty ki

0 parametrach statystycznych:

-

_wartoSCSrednia Na,o,cl)%

,

= 74,46 %;

-

odchylenie s tandardowe NqO,g.l)% = 8,4 1 %;

-

wsp&czynnikkorelacjiR=0,89;

test

F

= 3,47.

Gdzie:

TD

=TsM

-

temperatura solidus krystalizacj i metastabilnej eutektyki (Fe3C),

TF

- temperatura solidus,

TM

-

temperatura stygniqcia prdbnika po czasie tH+90

s,

IF

-

tD - czas krystalizacji

eutektyki

0 parametrach statys tycznych:

Na(o,g-l)%, =46,24 %; Na(0,~-1)% =9,14 %; R =0,94; F = 541.

W

rhwnaniach ³i 4 obserwujemy korzystny wpIyw przechlodzenia na ilo56 wydzieleh %raftu klasy ^0,s-1.

W

rdwnaniach 3 i 4, podobnie jak w rdwnaniach I i 2 m o h a zauwm6 wplyw temperatury stanu stalego 2eliwa ITM) na wartoit Na.

Zar6wno w rdwnaniu 3, jak i w 4 korzystnie na El056 wydzielefi grafitu wplywa skrdcenie czasu

krystalizacji eu

tektyki (t,

-

^t,).

4. PODSUMOWANIE

Zaprezentowane rdwnanin statystyczne odnosq sig do oceny jako9ci teliwa na podstawie charakterystycznych punktbw ATD. Uzyskane zalemoSci statystyczne cechujq siq wysokimi parametrami statystycmymi i mega by6 pomocne przy kontroli jakoSci teliwa sferoidalnego w oparciu o metode ATD.

Uzyskane wyniki powinny znaleit zastosowanie w warunkach pnemystowych, w celu zwiekstenia efektywnoici oceny jakoSci ieliwa, zgodnie

z zakladanym celern przeprowadzonych badah.

(8)

[ I ]

S.

Jura, 3 Jnra, 2. Jura; ,,Zastosowanie meto& ATB i obslugaprogramu ATDY3 do ocerty joko5ci ieliwa" Krzepni~cie MetaIi i Stopbw, Badanla wdrokeniowe, CPB

P

62.09. GIi wicc 1988,262-295.

12) S

.

Jura i inn

E

,, Zmtosowanie metody A

TD

do oceny jakos'ci ieljwa sferoidainego "

Archiwm Odlcwnictwa nr I

(In)

2001.93- 102.

[ 3 ] C, P d n u c k i ,,&Iiwo - s t w h r a wlaiciwo$ci zasiosavanie" Tom 2 STOP

Kra

k6w 1991.

[4]

M,

Stawarz ,,Ucena BsztaItu gr~$;/u w feliwie sferoidalym gatunku ZsCul.0 w oparciu o merode ATD" DOKSEM 2003, Rajeckie Tcplice, 1 1 -1 2 Novcrnkr 2003.66-67.

153 Jura S.. Jura 2.:

Wp*

skladu chemicznep i sfopnia s m i e a c j i grafitu no das'ciwoici rnechaniane ieliwa, Amhi wum Odlewnictwa

nr

I

(U2)

200 _{I ,}1 67- t 74.

161 Stawm, M., Szajnar 1.: ,, Ocena ksztahu HydzieKeri gr@& w jeliwie sferoidalrrym rne!odq A

TD"

1 21h

In

temational Scientific Conference AMME. GI iwicc-Zakopnnc 7-

10 December, 2003.

17

1

^{Szaj nar} ir

.,

^{St awarz}

^M .

^:^,^,^Ocena skutecznoici analby stereologimnej grajiiu wzeliwie sfemidalnym" Migdzynarodowa Konferencja Naukowa , , ~ E L ~ w o SFEROTDALNE

W XXI

WIEKU" Krakbw, 2 - 3 paidziernika 2003.

[8] Piet rowski

S.,

_Gumienoy G.; ,, Metodyka przygotowania aceny jakoici zeliwa sferoidalnego z taslosowanient melody ATD " Archiwum Odlcwnictwa, PAN ~01.2.

nr 6 2002

[9] Guzi k

E,

; Procesy mzIachetniania zeliwa

-

wybrane zagadnienia " Archi wum Odlewnictwa, M ~ n o g r ~ a ru _1,2001

ATI) METHOD FOR EVALUATlON OF

THE

GRAPHITE SHAPE

IN

NOT)UI,AR CAST IRON

SUMMARY

The paper presented equations of regression for evaluation of gmphirc shapc in nodular ^castiron. They were prepared with the use of chmcteristic p i n t s of TDA curves. The factor shape

C

was used to describe the nodular ^castiron.

Raenzowal prof. Jbzef Gawrotiski

Metoda ATD jako sposób oceny stopnia sferoidyzacji żeliwa sferoidalnego; ATD method for evaluation of the graphite shape in nodular cast iron - Digital Library of the Silesian University of Technology

-

PL

METODA ATD JAKO S P O S ~ B OCENY STOPNIA

SEEROIDYZACJI ZELIWA SFEROTDALNEGO

M.

i

-

oceny

w

krzywych

Do

Cab

-

F

badania

sferoidahego

GJS-400-15

obu

T

T'

rysunku

[E

TL

TB

TE -

TG -

TL

s,

TM

s.

Do opisu

zastosowano

gdzie: Ok -

kola

powienchni

Dokonano

BD,

B P,

G. Powyhze

wykorzystane

w

,,N,'"

BD).

"HD"

STATYSTYCZNA

przebadane

na rysunku

bad& wnieszczono

dw6ch macierzach danych

dla

ret

i

dla

gatunku

.O). W oparciu

zalewoSci

krystalizacji

-

TK

s,

-

Nqo,,

-

N q O ,

-

korelacji R

-

T1:

-

korzystnie

iloSC

gmfitu

skrbcenie

-

Mwnania repsji dla zbioru danych

ZsCuE.0

ponihj.

krystalizacji

TM

^PL

METODA ATD JAKO S P O S ~ B OCENY _STOPNIA

Do _opisu

_Nqo,,

^M .