S e r i a : M ech an ik a z . 65 N r k o l . 569 Z E S Z Y T Y NAUKOWE P O L IT E C H N IK I Ś L Ą S K IE J____________________________________ 1978
J e r z y K IL A R SK I In s ty tu t O d lew n ictw a P o lite c h n ik a ś l ą s k a
W PŁYW SK ŁA DU C H E M IC Z N E G O ŻELIW CHROMOWYCH NA PR Z E M IA N Y A U S T E N IT U P O D C Z A S C H ŁO D ZEN IA C IA p Ł E G O
S t r e s z c z e n i e . N a p o d s ta w ie w y k re só w C T P c p rz e d s ta w io n o w pływ C , C r , M o, N i i C u n a p rz e m ia n y a u s te n itu p o d c z a s c h ło d z e n ia c ią g łe g o ż e liw c h ro m o w y c h . P o z w a la to n a d o b ó r o d p o w ied n ieg o s k ła d u c h e m ic z n e g o ż e liw a ch ro m o w eg o p r z e z n a c z o n e g o n a e le m e n ty m a s z y n i u r z ą d z e ń n a ra ż o n y c h n a in te n s y w n e ś c i e r a n i e z ia r n a m i m in e r a ln y m i.
W s tę p
Z a g a d n ie n ie o d p o r n o ś c i n a ś c i e r a n i e elem en tó w m aszy n s ta n o w i je d e n z w a ż n ie js z y c h p ro b lem ó w w p r z e m y ś le k ra jo w y m . O r a n d z e te g o z a g a d n ie n ia ś w ia d c z y f a k t, ż e z a p o tr z e b o w a n ie n a o d lew y z u ż y w a ją c e s ię w s k u te k ś c i e r a n i a z ia r n a m i m in e ra ln y m i /w p r z e m y śle e n e rg e ty c z n y m , cem en to w y m , c e ra m ic z n y m , p r z e r ó b c e k o p a lin , w g ó r n ic tw ie , h u tn ic tw ie , k o k s o w n ia c h i t p / w y n o si w k r a j u k il k a s e t t y s ię c y to n w c ią g u r o k u .
W ie lk o ś c i t e m ów ią o ogrom nym z n a c z e n iu z a g a d n ie n ia z u ż y c ia i w y m ag ają sz y b k ic h i s k u te c z n y c h m etod p r z e c i w d z i a ła n i a . Do je d n y c h z n ic h n a le ż y o p ra c o w a n ie i s to s o w a n ie sto p ó w o w y s o k ie j o d p o r n o ś c i na ś c i e r a n i e . Je d n a k w y typow anie ta k i c h m a te ria łó w w y- m aga p r z e p r o w a d z e n ia s z e r o k ic h b a d a ń o b e jm u ją c y c h n ie ty lk o o p ra c o w a n ie m a te ria łó w o d p o rn y c h na ś c i e r a n i e a le ró w n ie ż zn a jo m o ść w aru n k ó w p r a c y e le m e n tó w m asz y n i u r z ą d z e ń , w y s tę p u ją c y c h z ja w is k z u ż y c ia , r o d z a j u i z i a r n i s t o ś c i m a te ria łó w ś c ie r n y c h i i n n e .
N iem n iej je d n a k ju ż o b e c n ie m ożna z dużym p r z y b liż e n ie m o k r e ś l i ć g ru p ę sto p ó w o d p o rn y c h n a ś c i e r n e d z ia ła n ie z i a m m in e ra ln y c h p r a c u j ą c y c h w w a ru n k a c h b e z w ię k s z y c h o b c ią ż e ń d y n a m ic z n y c h . W ś r ó d n ic h n a j c z ę ś c i e j w ym ienia s ię ż e liw a c h ro m o w e .i P r o w a d ź c i e b a d a n ia ty c h sto p ó w
[l-3J
p o z w o liły w y ja ś n ić , ż e o z u ż y c iu d e c y d u je g łó w n ie r o d z a j s t r u k t u r y . N a jle p s z ą s t r u k tu r ę z a p e w n ia ją c ą w y so k ą o d p o rn o ś ć n a ś c i e r a n i e je s ts t r u k t u r a m a r te n z y ty c z n a z d u ż ą i l o ś c i ą w ęg lik ó w ty p u M^ C « . Jed n ak w p r a k ty c e n a j c z ę ś c i e j sp o ty k am y s t r u k t u r y b a r d z i e j z ło ż o n e , k tó r y c h o sn o w a m oże b y ć m a r te n z y - ty c z n o - b a in i ty c z n a , m a r te n z y ty c z n o - p e r l ity c z n a , b a in i ty c z n o - p e r lity c z n a i t p . o r a z d o d atk o w o w ę g lik i ty p u M ^ C g , a p r z y w ię k s z y c h z a w a r to ś c ia c h w ęg la .
128 J e rz y K ila r s k i R o d z a j w y stę p u ją c y c h w ęglików m ożna w p r z y b liż e n iu o k r e ś lić na p o d sta w ie zn an y ch w l i t e r a t u r z e w y k re só w ró w n o w ag i r y s . l , lu b n a p o d sta w ie z a w a rto ś c i ch ro m u i w ęgla
Zawartość węgla, °/o
R y s . l . Z a k r e s y w y stę p o w a n ia r ó ż n y c h f a z w s to p a c h ż e la z o - c h r o m - w ę g ie l w z a le ż n o ś c i od z a w a r to ś c i ch ro m u i w ęg la
o r a z ic h w zajem n eg o s to s u n k u . P r z y C r / C < 2 ,5 w y s tę p u ją g łó w n ie w ę g lik i ty p u / F e , C r / „ C p r z y C r / C w z a k r e s ie 2 ,5 - 1 1 w p rz e w a d z e w y s tę p u ją w ę g lik i / C r , F e / 7C
J / ó
z a ś p r z y C r / C > 11 w y s tę p u ją w p r z e w a d z e w ę g lik i / C r . F e / ^ C g . N a to m ia st ic h ilo ś ć m ożna o k r e ś lić n a p o d s ta w ie w zo ru [3]
%W = 12,33% C + 0 ,5 5 % C r - 1 5 ,2
U z y s k a n ie s t r u k t u r y m a r te n z y ty c z n e j z w ią z a n e j e s t z p rz e p r o w a d z e n ie m o b ró b k i c i e p l n e j / h a r t o w a n i e / . O ile s t r u k tu r a m e ta lo g r a f ic z n a ż e liw ch ro m o w y c h w s ta n ie lanym p r z e d s ta w ia w ę g lik i p ie r w o tn e i w tó rn e n a tl e o sn o w y f e r r y t y c z n e j , a u s t e n it y c z n e j, p e r l it y c z n e j lu b ic h k o m b in a c ji, to po h a rto w a n iu w y s tę p u ją w ę g lik i p ie r w o tn e i w tó rn e n a tl e o sn o w y m a r te n z y ty c z n e j, b a in ity c z n e j lu b ic h k o m b in a c ji.
R o d z a j s t r u k t u r y po h a rto w a n iu w p o w ie tr z u , ja k z a u w a ż o n o z a le ż y od s k ła d u c h e m ic z n e g o i g r u b o ś c i ś c ia n k i o d le w ó w . Do o k r e ś l e n i a w pływ u s k ła d u c h e m ic z n e g o n a r o d z a j s t r u k t u r y ż e liw ch ro m o w y c h p o d c z a s c ią g łe g o c h ło d z e n ia w y k o rz y s ta n o w y k re s y C T P c . W y k re s y t e o p ra c o w a n o w o p a r c i u o b a d a n ia d y la to m e tr y c z n e . B ad an io m tym p o d d an o ż e liw a c h ro m o w e o z a w a r to ś c i C r o k o ło 1 5 ,2 0 i 25%, w ę g la w z a k r e s i e 2 -3 ,5 %
W pływ s k ła d u c h e m ic z n e g o ż e liw . 129 m olibdenu do 2,5% , n ik lu do 1,5% i Cu do 2%. W y b ra n e w y k re s y C T P c p r z e d s ta w io n o n a r y s . 2 - 8 , g d z ie s z y b k o ś c i c h ło d z e n ia z o s ta ły po d an e ja k o ś r e d n ic e w alców n ie s k o ń c z e n ie d łu g ic h .
A n a liz a b ad a ń
Z a s a d y w y k o n an ia i in t e r p r e t a c j i w y k re só w C T P c w o d n ie s ie n iu do ż e liw ch ro m o w y ch s ą po d o b n e do r e g u ł o b o w ią z u ją c y c h p r z y s t a l a c h . W obu r o d z a j a c h stopów w y s tę p u ją te sam e p r z e m ia n y , a r ó ż n i c e s p r o w a d z a ją s i ę w z a s a d z ie do o d m ien n y ch te m p e r a t u r p r z e m ian i c z a s ó w r o z p a d u a u s te n it u , c o w ynika z in n y c h sk ład ó w c h e m ic z n y c h /g łó w n ie z ró ż n y c h z a w a r to ś c i w ę g l a / .
W ż e liw a c h c h ro m o w y ch p o w y żej 800°C w y s tę p u je a u s t e n it u m o ż liw ia ją c y h a rto w a n ie n a m a r te n z y t.C h r o m , w ę g ie l o r a z in n e p ie r w i a s tk i r o z p u s z c z o n e w a u s t e n ic i e s t a b i l i z u ją g o , d z ię k i czem u ż e liw a te m ają d u ż ą h a rto w n o ś ć i m ożna h a rto w a ć je w p o w ie tr z u . P ie r w i a s t k i sto p o w e p ow odują ró w n ie ż z n a c z n ą d e fo rm a c ję lin ii p r z e m ia n , s tą d w a r u n k iem k o n ie c z n y m d la o k r e ś le n ia p ra w id ło w e j o b ró b k i c ie p ln e j ż e liw c h ro m o w y ch j e s t zn a jo m o ść w pływ u p ie r w ia s tk ó w sto p o w y c h n a p rz e m ia n y a u s t e n it u p o d c z a s c h ło d z e n ia c ią g łe g o . W pływ c h ro m u w ż e liw a c h o z a w a r to ś c i o k o ło 3% C p r z e d s ta w ia j ą r y s . 2 , 3 , 4 . S t r u k tu r ę m a r te n z y ty c z n ą m ożna o trz y m a ć d la odlew ów w a lc o w y c h c h ło d z o n y c h w p o w ie tr z u o ś r e d n ic y p o n iż e j 10 mm. Je d n a k k o n ie c p rz e m ia n y m a r te n z y ty c z n e j le ż y p o n i
ż e j t e m p e r a t u r y o to c z e n ia , w w yniku c z e g o o p r ó c z m a r te n z y tu p o ja w i s ię n ie p r z e m ie - n io n y a u s t e n i t z w . a u s te n ite m sz c z ą tk o w y m . P r z e c h o d z ą c w p r a k ty c z n e z a k r e s y g r u b o ś c i ś c ia n k i o d lew u u z y s k u je s ię s t r u k t u r y m a r t e n z y t y - p e r l it y c z n e / p r z y n iż s z y c h z a w a r to ś c ia c h c h ro m u o k o ło 14 % /, lu b m a r te n z y ty c z n o - b a in ity c z n e p r z y z a w a r to ś c ia c h c h ro m u p o w y ż e j 19%. N a to m ia s t d la b a r d z o g ru b y c h odlew ów s t r u k t u r ę m a r te n z y ty c z n o - b a in ity c z n ą m ożna u z y s k a ć s t o s u ją c ż e liw a c h ro m o w e o w ię k s z e j z a w a r to ś c i ch ro m u o k o ło 25%.
W pływ w ę g la m ożna p r z e a n a liz o w a ć w y k o r z y s tu ją c w y k r e s y C T P c r y s . 2 i 5 o z a w a r t o ś c i o k o ło 14% C r . W z r o s t z a w a r to ś c i w ę g la w z a k r e s i e o k o ło 2-3% po w o d u je p r z e s u n i ę c ie n a w y k r e s ie C T P c p rz e m ia n y p e r l it y c z n e j w le w o do w ię k s z y c h s z y b k o ś c i c h ło d z e n ia w e fe k c ie c z e g o m ożem y z a p e w n ić w o d le w a c h je d y n ie s t r u k t u r ę m a r te n z y ty c z n o - p e r l ity c z n ą lu b p e r l i t y c z n ą . P o ró w n u ją c w pływ w ę g la i ch ro m u m ożna z a u w a ż y ć , ż e k o r z y s t n i e j s z e s t r u k t u r y o trz y m u je m y p r z y w ię k sz y m s to s u n k u C r / C . W pływ p o z o s t a ły c h p ie r w ia s tk ó w M o, N i i C u p r z e b a d a n o s t o s u ją c ż e liw a z a w ie r a j ą c e o k o ło 3% w ę g la i 25% c h ro m u . P o ró w n u ją c r y s u n k i 4 - ,6 ,7 ,8 w y r a ź n ie w id ać w pływ ty c h p ie r w ia s tk ó w n a p r z e s u n i ę c i e w p ra w o w y stę p o w a n ia p rz e m ia n y p e r l i t y c z n e j . P r z y czym n a js il n ie j w pływ a m o lib d e n . W z r o s t z a w a r to ś c i m o lib d en u do o k o ło 2,5% p o w o d u je ró w n ie ż p r z e s u n ię c ie w p ra w o p rz e m ia n y b a in ity c z n e j w w yniku c z e g o po h a rto w a n iu ż e liw c h ro m o
130 J e r z y K ila r s k i
w o -m o lib d en o w y ch m ożna o trz y m a ć s t r u k tu r ę m a r te n z y ty c z n ą b ądź m a r te n z y ty c z n o -b a i- n ity c z n ą w z a le ż n o ś c i od g r u b o ś c i ś c ia n k i o d le w u .
N a to m ia st w p ro w a d z e n ie n ik lu lu b m ied zi w p ra w d z ie pow oduje p r z e s u n ię c i e p r z e m ia n y p e r l ity c z n e j w p ra w o to je d n e k z uw agi na r o z s z e r z e n ie z a k r e s u p rz e m ia n y b a in i- t y c z n e j m ożem y je d y n ie s p o d z ie w a ć s ię 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.
R e a s u m u ją c p r z e p r o w a d z o n e r o z w a ż a n ia n a le ż y p o d k r e ś lić , ż e w z r o s t w ęg la pow o
d u je p r z e s u n ię c i e w lew o p rz e m ia n y p e r l it y c z n e j t j . w k ie ru n k u w ię k sz y c h sz y b k o ś c i c h ło d z e n ia . N a to m ia st p o z o s ta łe p ie r w ia s tk i m ają d z ia ła n ie p r z e c iw n e , p r z y czym n a j s i ln i e j w pływ a m o lib d en , d a le j n ik ie l i m ie d ź .
N asu w a s ię s tą d w n io s e k , ż e z w ię k s z e n ie z a w a r to ś c i w ęg la /w c e lu u z y s k a n ia w ię k s z e j ilo ś c i w ę g lik ó w / n a le ż y z re k o m p e n so w a ć ta k im i p ie r w ia s tk a m i ja k : M o, N i, C u lub i c h k o m b in a c ji. W c e lu z a p e w n ie n ia u z y s k a n ia po h a rto w a n iu w p o w ie tr z u s t r u k tu r y m a r te n z y ty c z n e j lu b m a r te n z y ty c z n o - b a in ity c z n e j n a le ż y s to s o w a ć w y ż sz e z a w a r to ś c i c h ro m u /1 9 - 2 5 * / o r a z c e lo w o w p ro w a d z ić n ie w ie lk ie il o ś c i /d o 2%/ m o lib d en u , n ik lu lu b m ie d z i.
t°C] [°K]
--- 1--- - f a o d z ]
0,1 1j0 10' 10* 1 J
R y s . 2 . W y k re s C T P c ż e liw a o z a w a r to ś c i 3,043!C i 1 3 ,7 5 % C r .
W pływ sk ła d u c h e m ic z n e g o ż e liw . 131
Q1 10 10' 10J
R y s . 3 . W y k re s C T P c ż e liw a o z a w a r to ś c i 2 ,8 0 % C i 19
1---1--- l ---l_ --- i - --- [min]
W 1 10' 10* 10* 104
I_______ I_______
1
_______1
___ foodzl0.1 1 10' 101
R y s . A . W y k re s C T P c ż e liw a o z a w a r to ś c i 2 ,9 8 % C i 25 ,8% C r
,4% C r
1 3 2 J e r z y K ila r s k i
PC]
[b K ]f a r C * * ]
Q1 10 101 101
R y s . 5 . W y k re s C T P c ż e liw a o z a w a r to ś c i 2,08% C i 14,5% C r
pC] C°K]
R y s . 6 . W y k r e s C T P c ż e liw a o z a w a r to ś c i 2 ,7 2 % C , 25% C r i 2,5% Mo
W pływ sk ła d u c h e m ic z n e g o ż e l i w . 133
PC] PK]
R y s . 7 . W y k re s C T P c ż e liw a o z a w a r to ś c i 2,55% C , 2 5 % C r i l , l % N i
R y s . 8 . W y k re s C T P c ż e liw a o z a w a r to ś c i 2 ,8 3 % C , 25% C r i 1,5% Cu
134 J e r z y K ila r s k i
L1TERATURA
1 . N o rm an T . E . , R ü h rig K . : V e r s c h l e i s s f e s t e m a r te n s i ti s c h e C h r o m g u s s e i s e n .
A u fb e re itu n g s T e c h n ik , 6 , 1 9 7 0 .
2 . H enke F . : V e r s c h l e is s b e s tä n d i g e w e is s e G u s s e i s e n . G i e s s e r e i P r a x i s , 1 , 2 , 3 , 1973
3 . M a r a tr a y F . : A u sw a h l g e e ig n e te r Z u sa m m e n se tz u n g e n fllr w e is s e C h ro m - M olyb
d ä n - G u s s e i s e n s o r t e n . G i e s s e r e i , P r a x i s 6 , 1 9 7 3 .
T H E E F F E C T O F C H E M IC A L C O M P O S IT IO N O F CHRO M IU M C A S T IR O N S ON T R A N S F O R M A T IO N O F A U S T E N IT E DURING
C O NTIN UO U S COOLING S u m m a r y
On th e b a s i s of T T T c d ia g r a m s , e f f e c ts o f C , C r , M o, N i, a n d C u on tr a n s f o r m a tio n s o f a u s t e n it e d u rin g c o n tin u o u s c o o lin g of c h ro m iu m c a s t i r o n s w e r e d i s c u s s e d . T h is m a k e s it p o s s ib le to s e l e c t p r o p e r c h e m ic a l c o m p o s itio n of ch ro m iu m c a s t ir o n u s e d f o r p a r t s o f m a c h in e s an d eq u ip m en t e x p o s e d to s e v e r e a b r a s i v e a c tio n o f m in e ra l g r a i n s .
BJiHHHME XMMMMJKOfO COGTAbA XPOMOBbIX W W H O b HA HPEBPAuiEHWE AYCTEHHTA I1PM HEIIPEPUBHOM OXJIAIflEHHH
