JANUSZ BRASZCZTNSKI
PRZYCZYNEK DO BADaA GRASTTYZACJI P0WI3RZCHNI0WEJ
S t r e s z c z e n i e . W a r t y k u l e p r z e d s t a w i o n a ja k o ś c io w e w y n ik i badani n a d ę r a f i t y z a c j ą p o w ie rz c h n io w ą ż e liw a b i a ł e g o w y ż a rz a n e g o n a c z a r n e ż e liw o c i ą g l i w e . P rz e p ro w a d z o n e b a d a n ia w y ż a r z a n ia w p r ó ż n i i w a tm o s f e r z e a r gonu n a p r ó b k a c h p o le ro w a n y c h p o z w a la j ą s ą d z i ć , ż e g r a f i t y z a c j a p o w ie rz ch n io w a spow odow ana j e s t b r a k ie m n a p r ę ż e ń n a p o w ie r z c h n i z g ł a d u .
G r a f i t y z a c j a p o w ie rz c h n io w a w y s tę p u je n a j c z ę ś c i e j p r z y w y ż a rz a - n i u ż e l i w a b i a ł e g o n a c z a r n e ż e liw o c i ą g l i w e . P o n iew aż s p o ty k a s i e d o ść c z ę s t o t w i e r d z e n i e , ż e g r a f i t y z a c j ę p o w ie rz c h n io w ą u ł a t w i a p r ó ż n i a , o t a c z a j ą c a odlew - p o s ta n o w io n o z j a w is k o t o z b a d a ć p r z y n a jm n ie j c z ę ś c io w o .
Ż eliw o b i a ł e o s k ł a d z i e chem icznym : C -2 ,5 0 % , S i-1 ,4 3 % , M n-0,32® , S - 0 , 01155, P -0 ,0 3 2 % , C r-0 ,0 2 1 ® - o d la n o w p o s t a c i p r c tó w o w y m ia ra ch 14x 14 x 6 0 mm. P r ó b k i p r ę to w e p rze łam y w a n o n a t r z y c z ę ś c i i s z lif o w a n o n a mo
k r o n a p o w ie r z c h n ia c h c z o ło w y c h . K ażda z t a k i c h p r ó b e k m ia ła p r z e k r ó j 14x14 mm i d łu g o ś ć o k o ło 20 mm. J e d n ą z p o w ie r z c h n i cz o ło w y c h p r ó b k i po
le ro w a n o n a s u k n ie i s k ó r z e ir c h o w e j p r z y u ż y c iu p o l e r s k i c h p a s t diam en
to w y c h . Tak p r z y g o to w a n e p r ó b k i u m ie s z c z a n o w p robów ce k o ru n d o w ej p o d łą c z o n e j przew odem e l a s t y c z n y m do d w u sto p n io w e j pompy p r ó ż n i o w e j , w y tw a rz a -
a —2 — *5
j ą c e j p r ó ż n i e r z ę d u : I s t o p i e ń - 1 ,2 7 5 * '* 0 N *m , 1 1 s t o p i e ń - '\t 2.75'y\0 N*m 2. P robów ka korundow a w ra z z p r ó b k ą w ew n ątrz n i e j u m ie s z c z o n ą moco
w ana b y ł a w o s i r u ro w e g o p i e c a o p o ro w e g o , k tó r e g o e lem e n te m g rz e jn y m b y ł d r u t p la ty n o w y .
P r ó b k i b ad aw cze poddaw ane b y ły w y ż a r z a n iu w p r ó ż n i w te m p e ra t u r a c h 1223°K i 1123°K w k r ó tk im c z a s i e . Po w y ż a rz a n iu p r ó b k i p r z e c in a n o n a p ó ł i f o to g r a f o w a n o zaró w n o n a p o w ie r z c h n i t r a w i o n e j c i e p l n i e /w a r s tw a p o w ie r z c h n io w a /, j a k i n a p o w ie r z c h n i p r z e k r o j u p o p r z e c z n e g o p r ó b k i p o le r o w a n e j i t r a w i o n e j HNOj. Porów nyw ano w t e n sp o so b g r a f i t y z a c j ę po
w ie r z c h n io w ą z g r a f i t y z a c j ą w ew n ątrz p r ó b k i . P r z y k ła d y m i k r o s t r u k t u r o b r a z u j ą r y s u n k i 1 - 4 .
- & ? -
B y s . 1 M i k r o s t r u k t u r a w arstw y po
w ie r z c h n io w e j, tr a w io n a c i e p l n i e . 12 2 3°K - 0 ,9 k s . Pow. 800 x .
B y s. 2 M i k r o s t r u k t u r a w arstw y po
w ie r z c h n io w e j , tr a w io n a HNOj.
1223°K - 0 , 9 k s . Pow. 10 0 x .
' f ~ V sT u
* . •'* _ > • C ' w** , . ; > . r V i- «&**# ¿5^» V 2
J - . ; . -T-JZZŚ?:*Ą -• ■- Z ł - ? ” v v . • ' ^ k
' * y - ¿ f X - ; ■ -■'-■ yg-Ł i• , r - t »»
V ~ > < i S < ~ r - •• i i -« f -•?■ — *
>-4J i ‘ <
B y s. 3 M i k r o s t r u k t u r a p r z e k r o j u p o p rz e c z n e g o p r ó b k i , t r a w . HNOj.
1223°K - 0 , 9 k s . Pow. 100 x .
B y s. 4 M i k r o s t r u k t u r a p r z e k r o j u p o p r z e c z n e g o p r ó b k i / r y s . 5 /» Di«
t r a w i o n a . Pow. 100 £ .
M ik r o s tr u k tu r y - r y s . 2 - u z y s k a n o p r z e z k r ó t k o t r w a ł e p o le r o w a n ie w arstw y p o w ie r z c h n io w e j, t j . p o le ro w a n ie do c h w i l i u s u n i ę c i a w arstw y w y tra w io n e j c i e p l n i e , a n a s t ę p n i e p r z e z t r a w i e n i e HNOj.
D ruga s e r i a b a d a ń g r a f i t y z a o j i p o w ie r z c h n io w e j m ia ła n a c e l u wyka
z a ć r ó ż n i c e , j a k i e e w e n tu a l n ie z a c h o d z ą w g r a f i t y z a o j i p o w ie rz c h n io w e j w c z a s i e w y ż a rz a n ia w p r ó ż n i i w c z a s i e w y ż a r z a n ia w a t m o s f e r z e o b o ję - t n e j , p o s i a d a j ą c e j c i ś n i e n i e równe c i ś n i e n i u o t o c z e n i a . W y ż a rz a n ie w p r ó ż n i p rze p ro w a d z o n o sposobem ju ż o p isa n y m . W y ż a rz a n ie w a t m o s f e r z e o b o ję t n e j p rze p ro w a d z o n o p r z y u ż y c iu a r g o n u , s t o s u j ą c t e same u r z ą d z e n i a , k tó r e używano p r z y w y ż a rz a n iu w p r ó ż n i . Po u z y s k a n iu w probów ce k o ru n d o w e j, z a w i e r a j ą c e j p r ó b k ę b a d a w c z ą , p r ó ż n i r z ę d u 1 ,2 7 5 •10'* % • w prowadzo
no do p ro b ó w k i a rg o n z b u t l i i wyrównywano c i ś n i e n i e z c i ś n i e n i e m o to c z e n i a . P ie c g rze w c zy w łą c z a n o p o w yrów naniu c i ś n i e n i a . P o d o b n ie j a k p r z y w y ż a rz a n iu w p r ó ż n i t a k i w tym p rz y p a d k u p ró b k ę b ad a w cz ą wyjmowano
- 63 -
a probów ki d o p ie ro w te d y , gdy p ró b k a p o s i a d a ł a te m p e r a tu rę o to c z e n ia . Mikroskopowe w y n ik i b ad a ń porównawczych g r a f i t y z a o j i p o w ie rz c h n io wej w p r ó ż n i i w a tm o s f e rz e arg o n u p r z e d s ta w ia ją r y s . 5 i 6 .
B y s. 5 M ik r o s tr u k tu r a w arstw y po
w ie r z c h n io w e j, tr a w io n a c i e p l n i e . 1223°K - 0 ,9 k s . Pow. 800 x .
B y s. 6 M ik ro stru m n u ra w arstw y po
w ie r z c h n io w e j, tr a w io n a c i e p l n i e . 1223°K - 0 ,9 k s . A rgon. Pow .800x.
B y s. 7 M ik r o s tr u k tu r a w arstw y po
w ie rz c h n io w e j , tr a w io n a HNO^.
1223°K - 0 ,9 k s . z le w e j - p tó żn ie z p ra w e j - a r g o n . Pow. 100 x
B y s. 8 M ik r o s tr u k tu r a w arstw y po
w ie rz c h n io w e j tr a w io n a HKOj.
1 2 2 3 ° ! - 0 ,9 k s . A rgon. Pow.800x.
Ja k w ynika z z a łą c z o n y c h m i k r o f o t o g r a f i i n ie u ja w n io n o r ó ż n i c w g r a f i - t y z a c j i p o w ie rz c h n io w e j te g o samego ż e liw a w y żarzanego w p r ó ż n i i w a t - m o sfe rz e a rg o n u .
Według w ykonanych pomiarów o p is a n a g r a f i t y z a c j a p o w ierzchniow a zacho
d z i od p o w ie rz c h n i p r ó b k i n a g łę b o k o ść < 1 mm.
P rz e d s ta w io n e w y n ik i i o b se rw a c je w s k a z u ją , że g r a f i t y z a c j a p o w ierz
chniow a z a c h o d z i w sp o só b gw ałtowny naw et w k ró tk im c z a s ie w y ż a rz a n ia . P o tw ie r d z a t o h i p o t e z ę , że ogromną r o l ę w p r o c e s a c h zaro d k o w an ia w ydzie
le ń w ę g la ż a r z e n i a o d g ry w a ją n a p r ę ż e n i a , wywołane wzajemnym o d d ziały w a
- 6 4 -
niem a a s i e b i e zaro d k a g ra fito w e g o i o ta c z a ją c e g o t e n z a ro d e k p o d ło ż a me
ta l i c z n e g o . B rak ty c h n a p rę ż e ń n a p o w ie rz c h n i z g ła d u p ozw ala n a o b n iż e n ie p o te n c ja łu term odynam icznego g r a f i t y z a c j i 1 tym samym p r z y s p ie s z e n ie za
rodkow ania. Z o b s e rw a c ji m ikroskopow ych w ydaje s i ę , ż e wym ienione n a p rę ż e n i a w s il n ie j s z y m s to p n iu w pływ ają n a sam proceB z a ro d k o w a n ia ,n iż n a wzrost p o w sta ły ch ju ż zarodków g rafito w y ch .W y n ik a to choćby z p orów nania i c h i l o ś c i i w ie lk o ś c i z w y d zie le n iam i w ęgla ż a r z e n i a wew nątrz p r ó b k i . S potykane n a to m ia s t dość c z ę s to tw ie r d z e n ie , że g r a f i t y z a c j ę pow ierzchniow ą u ła tw ia p r ó ż n ia , o ta c z a ją c a w yżarzany odlew , n ie z n a jd u je p o tw ie rd z e n ia w p rz e d sta w io n y ch w ynikach b ad ań .
* \ - w • ' . " * » * **■ *
: . v . *.* ? r -
' - C l ■ ' i - - V ' i ■ j
_».? ..Ł. * . V>. ' ■>»
i?
fC--
• V :.
- Rys. 9 M ik r o s tr u k tu r a w arstw y po
w ie rz c h n io w e j, n ie tr a w io n a .
1223°E - 0 ,9 k s . z le w e j - p r ó ż n ia , z praw ej - a rg o n . Pow. 100 *
R ys. 10 M ik r o s tr u k tu r a w arstw y b rz e g o w e j. 1223°K - 0 ,9 k s . A rgon. Pow. 800 x
Z ałączo n e m ik r o f o to g r a f ie / r y s . 7 - 9 / n ie w ykazały r ó ż n io w g r a f i t y z a c j i pow ierzch n io w ej ż e liw , w yżarzanych w p r ó ż n i i w a tm o s fe rz e arg o n u o c i ś n i e n i u o to o z e n ia . Można s t ą d w nioskow ać, że w ie lk o ś ć c i ś n i e n i a a t - m osferycznego n ie ma p ra k ty c z n e g o z n a c z e n ia w porów naniu do w ie lk o ś c i c i ś n i e ń , o d d zia ły w u ją c y c h na z a ro d e k g ra f ito w y w ew nątrz p o d ło ż a m e ta lic z n e g o . Ogromne o l ś n i e n i a , w y stę p u ją c e w ew nątrz m e ta lu , a spowodowane za ro d kowaniem 1 w zrostem w y d z ie le ń w ęg la ż a r z e n i a , pow odują naw et pow staw anie m ik ro p ęk n ięć s i l n i e z g ra fity z o w a n y o h n a p o w ie rz o h n i p r ó b k i , oo w idać n a r y s . 10,
G r a f i ty z a o ja pow ierzchniow a j e s t zjaw iskiem b a rd z o złożonym i wymaga pro w ad zen ia dalBzyoh badań ilo ścio w y ch .
- 65 -
IIpjsuiojceHHe s. accjtesoBaHESM noBepxHOCTHok rpeiiHTBaaiw«
P e b n k e
3 CTaTbe npe»CT£LBJieHtj Ka'iecTaeHHije pe3yai>TaTH
¡jccjiescBaHKM a ax nobepxHOctbe rpaonTHaamtH Cejioro nyryH a, O TM raeucro Ha 'iepuuB kobkhh uyryH . lipoB e^eH H ue HCOJiejiCBaHHa o r e a r s b saKKyue ■ b aiMocOepe ap roaa Ha nojjjipoBaHHHX oSp asaax nosBaaaioT cyaHTb, v to noB epx- HocTuaa rpa$KTW3anna ofiycjioBJiHBaeTca oTcyTCTBueu BanpazeHBB a a n o a e p x -
H O C T H E J l H i p a .
A c o n t r i b u t i o n t o th e i n v e s t i g a t i o n s on s u r f a c e g r a p h i t i z a t i o n
S u m m a r y
The a r t i c e l d i s c u s s e s th e q u a l i t a t i v e r e s u l t s o f i n v e s t i g a t i o n s c o n c e r n in g th e s u r f a c e g r a p h i t i z a t i o n o f w h ite c a s t i r o n a n n e a le d t o t e n s i l e b la c k c a s t i r o n . The a n n e a lin g t e s t s w hich have
)
been c a r r i e d o u t on p o lis h e d sa m p le s b o th i n a vacuum and i n an atm osphe
r e o f a rg o n seem t o p ro v e t h a t th e s u r f a c e g r a f i t i z a t i o n o c c u r s due to th e l a c k o f s t r e s s e s on th e s u r f a c e o f th e m io r o s e c ti o n .
