PL216943B1 - Sposób modyfikacji żeliwa chromowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji żeliwa chromowego, zawierającego masowo: 2,5-3,5% C, 0,5-3,5% Si, 8,0-25,0% Cr, 0,2-1,0% Mn, 0,5-2,0% Mo oraz 0,0-8,0% Ni, który ma na celu otrzymanie wysokojakościowego żeliwa stopowego z drobnymi wydzieleniami węglików.

Zabieg modyfikowania żeliwa polega na zmianie fizykochemicznego stanu ciekłego metalu, która wywołana jest wprowadzeniem do żeliwa chromowego, na krótko przed odlaniem, niewielkiej ilości substancji - modyfikatora, zwiększającego liczbę aktywnych zarodków.

Szeroko stosowane modyfikatory przemysłowe na bazie żelazo - krzemu Fe-Si zawierają masowo: maks. 78% Si, maks. 1,5% Al, maks. 5% Ca, maks. 1,0% Sr, maks. 7,0% Ba, maks. 2,0% Zr, maks. 1,0% pierwiastków ziem rzadkich, resztę stanowi żelazo. Oddziaływanie na strukturę żeliwa wymienionych pierwiastków, zwanych w tym przypadku modyfikatorami prostymi, jest od dawna znane i wyjaśnione zostało przez B. Luxa w pracy p.t.: “Nucleation and graphite in FeC-Si alloys”, publikowanej w Recent Research on Cast Iron, Wydawnictwo Gordon and Breach, 1968 New York - London - Paris, oraz w pracy E. Frasia i C. Podrzuckiego p.t.: “Żeliwo modyfikowane”, opublikowanej w Skrypcie Uczelnianym nr 675 Akademii Górniczo-Hutniczej im St. Staszica, Kraków 1978.

W metalurgii i odlewnictwie żeliwa wysokojakościowego podczas zabiegu modyfikowania wprowadza się od 0,3 do 1,0% masowych modyfikatora w stosunku do masy ciekłego metalu. Oczekiwane efekty modyfikacji to: większa liczba ziaren eutektycznych, co skutkuje drobniejszą strukturą i zmniejszonym stopieniem przechłodzenia podczas krystalizacji eutektyki, a w konsekwencji lepsze właściwości mechaniczne i użytkowe wykonywanych odlewów z tego żeliwa.

Znane jest z praktyki przemysłowej, że normatywne efekty modyfikacji żeliwa szarego otrzymuje się przy zastosowaniu optymalnego zabiegu modyfikowania szeroko znanymi i stosowanymi modyfikatorami na bazie żelazo - krzemu. Jednak w praktyce przemysłowej brakuje opracowanej technologii modyfikacji żeliwa stopowego, w tym chromowego. Dlatego szereg odlewni wprowadza do ciekłego metalu, przeznaczonego na żeliwo chromowe, takie same modyfikatory, które stosowane są podczas wytopu żeliwa szarego. Wadą tej metody jest to, że nie zawsze otrzymuje się rozdrobnioną strukturę metalu, odlanego z tak modyfikowanego żeliwa chromowego, i zwiększenie właściwości wytrzymałościowych, szczególnie twardości, w odlewach pracujących w warunkach wymagających dużej odporności na zużycie ścierne, co wynika z innej morfologii wydzieleń eutektyki.

Istotą sposobu modyfikacji żeliwa chromowego zawierającego masowo: 2,5-3,5% C, 0,5-3,5% Si, 8,0-25,0% Cr, 0,2-1,0% Mn, 0,5-2,0% Mo oraz 0,0-8,0% Ni, polegającego na tym, że do kąpieli metalowej o temperaturze żeliwa wyjściowego, a następnie po jej obniżeniu wprowadza się modyfikator w ilości 0,3 do 1,0% masowych jest to, że najpierw jako modyfikator stosuje się rozdrobniony złom ze stali chromowej, i/lub żeliwa chromowego i/lub żelazo - chromu, a następnie węglik boru w postaci granulatu. Istotą innego sposobu modyfikacji żeliwa, polegającego na tym, że do kąpieli metalowej o temperaturze żeliwa wyjściowego wprowadza się modyfikator w ilości 0,3 do 1,0% masowych jest to, że jako modyfikator stosuje się mieszaninę rozdrobnionego złomu ze stali chromowej i/lub żeliwa chromowego i/lub żelazo - chromu oraz węglika boru w postaci granulatu. Jako rozdrobniony złom ze stali chromowej, żeliwa chromowego oraz żelazo - chromu stosuje się: proszek, ścinki, granulki, wiórka, opiłki.

Zaletą sposobu modyfikacji, według wynalazku, jest to, że stosowanie dodatkowo w procesie modyfikacji złomu stalowego i/lub żeliwnego i/lub żelazo - chromu zapewnia, obok uzyskania wspomnianych powyżej efektów, istotny wpływ na liczbę zarodków, a tym samym na liczbę i kształt dendrytów austenitu pierwotnego w żeliwie. Powoduje to podwyższenie minimalnych wartości właściwości wytrzymałościowych żeliwa chromowego, jakie są wymagane przez normę PN-EN 12513:2003 p.t.: „Odlewnictwo - Żeliwo odporne na ścieranie”, a tym samym wyraźne polepszenie odporności odlewów z żeliwa na zużycie abrazyjne. Natomiast zastosowanie samego węglika boru B4C3 powoduje zmniejszenie odległości pomiędzy ziarnami eutektycznymi, co wpływa na rozdrobnienie przełomu, ale nie powoduje rozdrobnienia mikrostruktury żeliwa i nie podwyższa wymaganych właściwości użytkowych. Ponadto wprowadzenie złomu oraz węglika boru nie powoduje zmiany składu chemicznego żeliwa wyjściowego.

PL 216 943 B1

P r z y k ł a d I

W piecu indukcyjnym średniej częstotliwości o pojemności tygla 15 kg poddano roztopieniu wsad metalowy, a następnie metal przegrzano do temperatury 1490°C, w której przetrzymywano przez okres 100 sekund. Otrzymane żeliwo wyjściowe przelano do kadzi i do ciekłego metalu o temperaturze 1460°C wprowadzono 0,4% masowych rozdrobnionego złomu ze stali chromowej w postaci wiórek, po czym obniżono temperaturę do 1410°C i wprowadzano 0,4% masowych granulatu węglika boru B4C3. Otrzymano żeliwo modyfikowane zawierające masowo: 3,4% C, 0,5% Si, 24,5% Cr, 0,6% Mn, 0,8% Mo, reszta żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, z którego odlano wałki o średnicy φ30 x 260 mm w celu wytoczenia z nich próbek do badania wytrzymałości na zginanie Rg, twardości HRC oraz próbek na zgłady metalograficzne do oceny struktury. Badania mikrostruktury przy użyciu mikroskopu metalograficznego wykazały, że otrzymano żeliwo chromowe o osnowie ferrytycznej, mające wydzielenia węglika typu M7C3, charakteryzujące się drobną makrostrukturą. Próbka po przełamaniu charakteryzuje się bardzo drobną makrostrukturą bez wad odlewniczych. Natomiast średnia wytrzymałość na zginanie Rg wynosi 1002 MPa, a twardość

-58 HRC.

P r z y k ł a d Il

W piecu indukcyjnym średniej częstotliwości o pojemności tygla 15 kg poddano roztopieniu wsad metalowy, a po przegrzaniu metalu do temperatury 1490°C przetrzymywano go w piecu przez okres 100 sekund. Następnie żeliwo wyjściowe przelano do kadzi i do ciekłego metalu o temperaturze 1460°C wprowadzono mieszaninę fizyczną zawierającą: 0,4% masowych rozdrobnionego złomu ze stali chromowej w postaci ścinek oraz 0,4% masowych granulatu węglika boru B4C3. Otrzymano żeliwo chromowe modyfikowane o składzie jak w przykładzie I, z którego wykonano takie same próbki jak w przykładzie I do badania wytrzymałości na zginanie Rg, twardości HRC oraz na zgłady metalograficzne do oceny struktury. Badania mikrostruktury przy użyciu mikroskopu metalograficznego wykazały, że otrzymano żeliwo chromowe o osnowie ferrytycznej, mające wydzielenia węglika typy M7C3, charakteryzujące się drobną makrostrukturą jak w poprzednim przykładzie. Natomiast średnia wytrzymałość na zginanie Rg wynosi 1008 MPa, a twardość - 60 HRC.

P r z y k ł a d III

W piecu indukcyjnym średniej częstotliwości o pojemności tygla 15 kg poddano roztopieniu wsad metalowy, do którego dodatkowo wprowadzono 0,5% masowych niklu, a następnie przegrzano metal do temperatury 1490°C, w której przetrzymywano go przez okres 100 sekund. Następnie żeliwo wyjściowe przelano do kadzi i poddano go procesowi modyfikacji jak w przykładzie I. Otrzymano żeliwo modyfikowane zawierające masowo: 3,45% C, 0,62% Si, 21,2% Cr, 0,45% Mn, 1,0% Mo, 0,5% niklu, reszta żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, z którego wykonano próbki, jak w przykładzie I do badania wytrzymałości na zginanie Rg, twardości HRC oraz na zgłady metalograficzne do oceny struktury. Badania mikrostruktury wykazują, że otrzymano żeliwo o strukturze jak w poprzednich przykładach. Natomiast średnia wytrzymałość na zginanie Rg wynosi 1080 MPa, a twardość - 65 HRC.

P r z y k ł a d IV

Żeliwo wyjściowe, uzyskane jak w przykładzie I, o temperaturze 1410°C poddano modyfikacji w kadzi poprzez wprowadzenie jedynie granulatu węglika boru B4C3 w ilości 0,4% masowych. Otrzymane żeliwo modyfikowane o składzie jak w przykładzie I poddano badaniu mikrostruktury, które wykazuje, że żeliwo ma osnowę fe rrytyczną, mającą wydzielenia węglika typy M7C3. Próbka z tego żeliwa po przełamaniu charakteryzowała się bardzo drobną makrostrukturą bez wad odlewniczych. Natomiast średnia wytrzymałość na zginanie Rg wynosi 1005 MPa, a twardość - 50 HRC.

P r z y k ł a d V

Dla porównania, w takich samych warunkach jak w powyższych przykładach wytopiono żeliwo wyjściowe i bez modyfikacji wykonano z niego próbki do badań. Otrzymano żeliwo o składzie jak w przykładach I, Il i IV, a badanie mikrostruktury wykazało osnowę ferrytyczną z wydzieleniami węglika typu M7C3. Próbka z tego żeliwa po przełamaniu charakteryzuje się gruboziarnistą mikrostrukturą oraz posiada jamę skurczową. Natomiast średnia wytrzymałość na zginanie Rg wynosi 900 MPa, a twardość - 40 HRC.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób modyfikacji żeliwa chromowego zawierającego masowo: 2,5-3,5% C, 0,5-3,5% Si, 8,0-25,0% Cr, 0,2-1,0% Mn, 0,5-2,0% Mo oraz 0,0-8,0% Ni, polegający na tym, że do kąpieli metalowej o temperaturze żeliwa wyjściowego, a następnie po jej obniżeniu wprowadza się modyfikator w ilości 0,3 do 1,0% masowych, znamienny tym, że najpierw jako modyfikator stosuje się rozdrobniony złom ze stali chromowej, i/lub żeliwa chromowego i/lub żelazo - chromu, a następnie węglik boru w postaci granulatu.
2. 2. Sposób modyfikacji według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozdrobniony złom ze stali chromowej, żeliwa chromowego oraz żelazo - chromu stosuje się: proszek, ścinki, granulki, wiórka, opiłki.
3. 3. Sposób modyfikacji żeliwa chromowego zawierającego masowo: 2,5-3,5% C, 0,5-3,5% Si, 8,0-25,0% Cr, 0,2-1,0% Mn, 0,5-2,0% Mo oraz 0,0-8,0% Ni polegający na tym, że do kąpieli metalowej o temperaturze żeliwa wyjściowego wprowadza się modyfikator w ilości 0,3 do 1,0% masowych, znamienny tym, że jako modyfikator stosuje się mieszaninę rozdrobnionego złomu ze stali chromowej i/lub żeliwa chromowego i/lub żelazo - chromu oraz węglika boru w postaci granulatu.
4. 4. Sposób modyfikacji według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozdrobniony złom ze stali chromowej, żeliwa chromowego oraz żelazo - chromu stosuje się: proszek, ścinki, granulki, wiórka, opiłki.