[go: up one dir, main page]

PL234568B1 - Żeliwo niestopowe ausferrytyczne, sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa niestopowego ausferrytycznego oraz jego zastosowanie - Google Patents

Żeliwo niestopowe ausferrytyczne, sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa niestopowego ausferrytycznego oraz jego zastosowanie Download PDF

Info

Publication number
PL234568B1
PL234568B1 PL423973A PL42397317A PL234568B1 PL 234568 B1 PL234568 B1 PL 234568B1 PL 423973 A PL423973 A PL 423973A PL 42397317 A PL42397317 A PL 42397317A PL 234568 B1 PL234568 B1 PL 234568B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
cast iron
castings
temperature
ausferritic
minutes
Prior art date
Application number
PL423973A
Other languages
English (en)
Other versions
PL423973A1 (pl
Inventor
Edward Guzik
Dariusz Kopyciński
Adam NOWAK
Marek Sokolnicki
Marek Ronduda
Maciej Królikowski
Original Assignee
Spolka Akcyjna Odlewnie Polskie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spolka Akcyjna Odlewnie Polskie filed Critical Spolka Akcyjna Odlewnie Polskie
Priority to PL423973A priority Critical patent/PL234568B1/pl
Publication of PL423973A1 publication Critical patent/PL423973A1/pl
Publication of PL234568B1 publication Critical patent/PL234568B1/pl

Links

Landscapes

  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest żeliwo niestopowe ausferrytyczne typu UADI (Unalloyed Austempered Ductile Iron), sposób obróbki odlewniczo-cieplnej tego żeliwa oraz jego zastosowanie.
Rozwiązanie według wynalazku przeznaczone jest do pozyskiwania odlewów od których wymagana jest znaczna odporność na obciążenia dynamiczne tj. udarność, oraz odporność na kruche pękanie, zwłaszcza w niskiej temperaturze pracy dochodzącej do -60°C.
Prawidłowy dobór żeliwa na odlewy pracujące w niskich temperaturach, nabiera coraz większego znaczenia. Kraje Unii Europejskiej i Ameryki Północnej planują, między innymi, znaczny rozwój stref północnych, gdzie przez długi okres czasu panują temperatury znacznie poniżej 0°C. Ze względu na szybką industrializację tych stref wzrosło zapotrzebowania na różnego rodzaju maszyny i urządzenia pracujące w specyficznych warunkach niskiej temperatury. W strefach tych eksploatowane i odkrywane są nowe źródła gazu i ropy naftowej, w związku z czym planuje się budowę dodatkowych platform wiertniczych, ciągle rozwija się również rybołówstwo, transport morski, a także rozwija się przemysł motoryzacyjny i maszynowy, który wymaga coraz bardziej wytrzymałych materiałów przeznaczonych na części urządzeń pracujących w takich warunkach.
Duża udarność zapewnia odlewom żeliwnym trwałość w przypadkach nagłych obciążeń mechanicznych o znacznej wartości. Główną rolę spełnia przy tym plastyczność materiału, przy czym badanie udarności żeliwa jest szczególnie istotne przy wyznaczaniu skłonności różnych jego gatunków do kruchego pękania, czyli przejścia ze stanu ciągliwego w stan kruchości wraz z obniżaniem się temperatury. Zmiany tego rodzaju zapisuje się za pomocą zależności udarność - temperatura, skąd odczytać można nie tylko bezwzględną wartość udarności, lecz również temperaturę przejścia plastyczno-kruchego, zwaną temperaturą progu kruchości danego tworzywa. Odlewy przeznaczone do pracy w różnych maszynach i urządzeniach muszą spełniać w tym przypadku warunki tzw. „klasy lodowej”, to jest wykazywać zgodnie z normą PN-EN 1563:2011 (E) wytrzymałość na rozciąganie, przykładowo w przypadku żeliwa EN-GJS-400-18-LT, powyżej 400 MPa, wydłużenie powyżej 18% i udarność w temperaturze - 20°C powyżej 12J, bądź w przypadku żeliwa EN-GJS-350-22-LT wytrzymałość na rozciąganie powyżej 350 MPa, wydłużenie powyżej 22% i udarność powyżej 12J lecz w temperaturze - 40°C, co oznacza, że te dwa gatunki żeliwa mają podwyższony próg kruchości w ujemnej temperaturze. Trzeba przy tym zaznaczyć, że uzyskanie parametrów żeliwa zgodnych z normą nie zawsze jest wystarczające, w związku z czym w dalszym ciągu poszukuje się składu żeliw i sposobów wykonywania nich odlewów, pozwalających na uzyskanie właściwości (parametrów), zapewniających bezawaryjną pracę w warunkach poniżej - 40°C.
W literaturze technicznej i praktyce odlewniczej coraz więcej uwagi poświęca się żeliwom o zwiększonej plastyczności i odporności na pękanie, zawierającym w swojej strukturze grafit kulkowy lub wermikularny.
Szczególnym rodzajem żeliwa z grafitem kulkowym jest żeliwo sferoidalne niskostopowe, zawierające dodatki stopowe takich pierwiastków jak nikiel, molibden, miedź (występującej wraz z niklem) o zawartości masowej w zakresie: 1,7-2,25% Ni, 0,15-0,8% Mo oraz 0,6-3,25% Cu, z którego wykonane odlewy poddawane są obróbce hartowania z przemianą izotermiczną. Żeliwo takie w literaturze zagranicznej i krajowej występuje zazwyczaj pod nazwą Austempered Ductile Iron - ADI, bądź żeliwa ausferrytycznego (ausferritic). Znane są także odmiany żeliwa ADI jak Direct Austempered Ductile Iron - DADI, Ausforming Austempered Ductile Iron - AADI, Carbidic Austempered Ductile Iron - CADI, Si Solution Strengthened Austempered Ductile Iron - SiSSADI oraz Intercritically Austempered Ductile Iron - IADI.
Żeliwa takie, o osnowie składającej się zwykle z rozgałęzionych płytek ferrytu i wysokowęglowego austenitu, zwanej ausferrytem, zawierają także w mikrostrukturze wydzielenia dużej ilości kulek grafitu, dzięki czemu mają wyjątkowo korzystne właściwości wytrzymałościowe, plastyczne i użytkowe.
Celem wynalazku jest opracowanie składu żeliwa niestopowego ausferrytycznego typu UADI, które nie zawiera takich pierwiastków stopowych jak nikiel i molibden czy miedź w większym stężeniu, a zatem mającego skład klasycznego niestopowego żeliwa sferoidalnego zawierającego węgiel, krzem, mangan, fosfor, siarkę, znikomo miedź, reszta żelazo, sposobu jego obróbki odlewniczo-cieplnej szczególnie przy wytwarzania odlewów o podwyższonych właściwościach plastycznych, jak również zastosowanie takiego żeliwa.
Żeliwo niestopowe ausferrytyczne, zawierające w swoim składzie węgiel, krzem, mangan, fosfor, siarkę, miedź i magnez, charakteryzuje się tym, że zawiera w % masowych: 3,6-3,7% C,
PL 234 568 B1
2,35-2,55% Si, 0,15-0,25% Mn, 0,03-0,045% P, maks. 0,016% S, 0,2-0,25% Cu, 0,04-0,055% Mg, reszta żelazo.
Sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa niestopowego ausferrytycznego, charakteryzuje się tym, że ciekłą kąpiel stopową zawierającą w % masowych: 3,6-3,7% C, 2,35-2,55% Si, 0,15-0,25% Mn, 0,03-0,045% P, maks. 0,016% S, 0,2-0,25% Cu, 0,04-0,055% Mg, reszta żelazo, przegrzewa się do temperatury 1500°C i wytrzymuje w tej temperaturze przez 5 minut, a następnie poddaje się zabiegowi sferoidyzowania i modyfikowania grafityzującego poprzez wprowadzenie magnezu i modyfikatora na bazie FeSi75 w ilości w ilości 0,6% masowego, zawierającego Ca, A1 oraz 0,002-0,007% Ce i 0,0020-0,0035% Bi, po czym ciekłą kąpiel stopową odlewa się do form odlewniczych, zaś gotowe odlewy po oczyszczeniu ich powierzchni poddaje się austenityzowaniu w temperaturze 850°C lub 900°C przez 60 minut, a następnie poddaje się hartowaniu izotermicznemu z wytrzymaniem w kąpieli solnej o temperaturze 360°C przez czas od 30 do 180 minut.
Korzystnie, dla temperatury austenityzowania 850°C czas wytrzymania w kąpieli solnej podczas hartowania izotermicznego wynosi 30, 60 i 90 minut.
Korzystnie, dla temperatury austenityzowania 900°C czas wytrzymania w kąpieli solnej podczas hartowania izotermicznego wynosi 90, 120, 150 i 180 minut.
Żeliwo niestopowe ausferrytyczne o składzie w % masowych: 3,6-3,7% C, 2,35-2,55% Si, 0,15-0,25% Mn, 0,03-0,045% P, maks. 0,016% S, 0,2-0,25% Cu, 0,04-0,055% Mg, reszta żelazo, charakteryzuje się tym, że jest stosowane do wytwarzania odlewów części maszyn pracujących w warunkach zmiennego obciążenia dynamicznego, elementów pędników azymutalnych, elementów konstrukcyjnych statków oraz odlewów części maszyn, pojazdów i armatury, przeznaczonych do pracy w niskich temperaturach do -60°C.
Wynalazek został przedstawiony w poniższych przykładach wykonania.
P r z y k ł a d I
Żeliwo niestopowe ausferrytyczne w pierwszym wykonaniu zawiera w % masowych: 3,6% C, 2,35% Si, 0,15% Mn, 0,03% P, maks. 0,016% S, 0,2% Cu, 0,04% Mg, reszta żelazo, zaś w drugim wykonaniu: 3,7% C, 2,55% Si, 0,25% Mn, 0,045% P, maks. 0,016% S, 0,25% Cu, 0,055% Mg, reszta żelazo.
P r z y k ł a d II
W pierwszym wykonaniu obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwo niestopowe ausferrytyczne o składzie jak w przykładzie I przegrzano do temperatury 1500°C i wytrzymano w niej przez 5 minut, a następnie przeprowadzono zabieg sferoidyzowania wprowadzając do kąpieli obliczoną długość przewodu PE, zawierającego rdzeń magnezowy, oraz modyfikator grafityzujący na bazie FeSi75 w ilości 0,6% masowego, zawierający Ca i Al oraz 0,002-0,007% Ce i 0,0020-0,0035% Bi. Po tych zabiegach obróbki pozapiecowej ciekły stop odlano do form odlewniczych odtwarzających wlewek wytrzymałościowy, o charakterystycznej grubości, typu „Ygrek II”, wg normy PN-EN 1563, będący odlewem wyjściowym, z żeliwa niestopowego sferoidalnego, do obróbki hartowniczej z przemianą izotermiczną. Wytworzone odlewy o wymaganej osnowie perlitycznej z wydzieleniami grafitowej eutektyki globularnej (austenit oraz duża ilość wydzieleń grafitu w kształcie kulek), po oczyszczeniu ich powierzchni w oczyszczarce wirnikowej, poddano ulepszaniu cieplnemu polegającemu na austenityzowaniu w temperaturze 850°C (Τγ) w czasie 60 minut (τγ) a następnie hartowaniu w kąpieli solnej z przemianą izotermiczną, to jest umieszczeniu odlewów z tego żeliwa w kąpieli solnej o temperaturze równej 360°C (Tpi) i wytrzymaniu w niej przez czas 30, 60 i 90 minut (τμί). Zabieg hartowania izotermicznego odlewów przeprowadzono w wannach hartowniczych, w których jako medium hartownicze zastosowano stopione mieszaniny solne: azotan sodu i azotan potasu, lub azotan i azotyn sodu o temperaturze topnienia 230-235°C i temperaturze roboczej 230-485°C. Po przeprowadzeniu odnośnych prób wytrzymałościowych uzyskano następujące wartości właściwości mechanicznych obrobionych w ten sposób odlewów: Rm=1030-1048 MPa, Rp0,2=778-781 MPa, As=14,7-15,6%, HB=302-304, udarność K=163-213 J dla temperatury 20°C i K=137-156 J dla temperatury -60°C.
W drugim wykonaniu obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwo niestopowe ausferrytyczne o składzie jak w przykładzie I austenityzowano w temperaturze 900°C, natomiast czas wytrzymania w kąpieli solnej (o temp. 360°C) wynosił 90, 120, 150 i 180 minut. Jak poprzednio przeprowadzono odnośne pomiary i próby uzyskując następujące dane dotyczące struktury i wartości właściwości mechanicznych obrobionych w ten sposób odlewów: sferoidalność > 90%, wydzielenia [1/mm2] > 250,
Rm=1045-1079 MPa, Rp0,2=789-796 MPa, A5=14,3-18,6%, HB=306-318, udarność K=162-199 J dla temperatury 20°C i K= 125-141 J dla temperatury -60°C.
PL 234 568 B1
Przeprowadzone badania i próby wykazały, że odlewy z żeliwa niestopowego ausferrytycznego (UADI), według składu jakościowo-ilościowego i sposobu obróbki odlewniczo-cieplnej według wynalazku, charakteryzują się zdecydowanie lepszymi wartościami właściwości mechanicznych w odniesieniu do znanych dotychczas żeliw o podobnym składzie. Dotyczy to zwłaszcza takich właściwości jak Rm, Rpo,2, HB, As i K, a szczególnie wydłużenia względnego As i udarność K, które przy poziomie (As) minimum 14%, oraz (K) minimum 135 J w temperaturze - 60°C i minimum 160 J w temperaturze pokojowej są znacznie korzystniejsze porównaniu do wartości udarności dla wspomnianych żeliw sferoidalnych „klasy lodowej” EN-GJS-400-18-LT czy EN-GJS-350-22-LT, czy choćby żeliwa wymienionego w publikacji D. Rajnovic, O. Eric, Sidjanin „Transition temperature and fracture mode of ascast and austempered ductile iron”, Journal of Microscopy, Vol. 232, (2008) p. 605-610. Uzyskane właściwości w pełni potwierdzają przydatność odlewów wykonanych z żeliwa niestopowego ausferrytycznego typu UADI, również obrobionych sposobem według wynalazku, jako elementów maszyn i urządzeń, stosowanych w wielu gałęziach przemysłu, pracujących w ekstremalnych warunkach eksploatacji, w tym zmiennych obciążeń dynamicznych.
Żeliwo według wynalazku stosuje się do wytwarzania odlewów, również sposobem obróbki odlewniczo-cieplnej według wynalazku, części maszyn pracujących w warunkach zmiennego obciążenia dynamicznego, elementów pędników azymutalnych, elementów konstrukcyjnych statków oraz odlewów części maszyn, pojazdów i armatury przeznaczonych do pracy w niskich temperaturach do -60°C.

Claims (5)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Żeliwo niestopowe ausferrytyczne, zawierające w swoim składzie węgiel, krzem, mangan, fosfor, siarkę, miedź i magnez, znamienne tym, że zawiera w % masowych: 3,6-3,7% C, 2,35-2,55% Si, 0,15-0,25% Mn, 0,03-0,045% P, maks. 0,016% S, 0,2-0,25% Cu, 0,040,0ss% Mg, reszta żelazo.
  2. 2. Sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa niestopowego ausferrytycznego, znamienny tym, że ciekłą kąpiel stopową zawierającą w % masowych: 3,6-3,7% C, 2,35-2,55% Si, 0,15-0,25% Mn, 0,03-0,045% P, maks. 0,016% S, 0,2-0,25% Cu, 0,04-0,055% Mg, reszta żelazo, przegrzewa się do temperatury 1500°C i wytrzymuje w tej temperaturze przez 5 minut, a następnie poddaje się zabiegowi sferoidyzowania i modyfikowania grafityzującego poprzez wprowadzenie magnezu i modyfikatora na bazie FeSi75 w ilości 0,6% masowego, zawierającego Ca, A1 oraz 0,002-0,007% Ce i 0,0020-0,0035% Bi, po czym ciekłą kąpiel stopową odlewa się do form odlewniczych, zaś gotowe odlewy po oczyszczeniu ich powierzchni poddaje się austenityzowaniu w temperaturze 850°C lub 900°C przez 60 minut, a następnie poddaje się hartowaniu izotermicznemu z wytrzymaniem w kąpieli solnej o temperaturze 360°C przez czas od 30 do 180 minut.
  3. 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dla temperatury austenityzowania 850°C czas wytrzymania w kąpieli solnej podczas hartowania izotermicznego wynosi 30, 60 i 90 minut.
  4. 4. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że dla temperatury austenityzowania 900°C czas wytrzymania w kąpieli solnej podczas hartowania izotermicznego wynosi 90, 120, 150 i 180 minut.
  5. 5. Zastosowanie żeliwa niestopowego ausferrytycznego według zastrz. 1 do wytwarzania odlewów części maszyn pracujących w warunkach zmiennego obciążenia dynamicznego, elementów pędników azymutalnych, elementów konstrukcyjnych statków oraz odlewów części maszyn, pojazdów i armatury, przeznaczonych do pracy w niskich temperaturach do -60°C.
PL423973A 2017-12-20 2017-12-20 Żeliwo niestopowe ausferrytyczne, sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa niestopowego ausferrytycznego oraz jego zastosowanie PL234568B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL423973A PL234568B1 (pl) 2017-12-20 2017-12-20 Żeliwo niestopowe ausferrytyczne, sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa niestopowego ausferrytycznego oraz jego zastosowanie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL423973A PL234568B1 (pl) 2017-12-20 2017-12-20 Żeliwo niestopowe ausferrytyczne, sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa niestopowego ausferrytycznego oraz jego zastosowanie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL423973A1 PL423973A1 (pl) 2019-07-01
PL234568B1 true PL234568B1 (pl) 2020-03-31

Family

ID=67105422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL423973A PL234568B1 (pl) 2017-12-20 2017-12-20 Żeliwo niestopowe ausferrytyczne, sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa niestopowego ausferrytycznego oraz jego zastosowanie

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL234568B1 (pl)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009048273A1 (de) * 2009-10-05 2011-04-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Gusseisen-Gussteil und Verfahren zu dessen Herstellung
EP2749658A1 (en) * 2012-12-27 2014-07-02 Veigalan Estudio 2010 S.L.U. Method for as-cast production of ausferritic ductile iron
PL232412B1 (pl) * 2016-04-25 2019-06-28 Politechnika Lodzka Żeliwo wermikularne o osnowie z ausferrytu i węglików

Also Published As

Publication number Publication date
PL423973A1 (pl) 2019-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Elliott Cast iron technology
US8585837B2 (en) High-manganese spheroidal graphite cast iron
CN104152808B (zh) 一种含硼高硅贝氏体耐磨耐蚀合金及其制造方法
CN103882283A (zh) 船舶发动机气缸套材质及其制造方法
CN111485178B (zh) 一种贝氏体铸钢气缸套及其制备方法
EP0144907A2 (en) Method of producing austempered spheroidal graphite cast iron body
BR102018004643A2 (pt) liga fundida nodular
EP2775002A1 (en) Spline hub for clutch and manufacturing method thereof
Mourad et al. Effect of processing parameters on the mechanical properties of heavy section ductile iron
Hemanth The solidification and corrosion behaviour of austempered chilled ductile iron
KR20190114489A (ko) 오스템퍼드 구상흑연주철 후크 및 이의 제조방법
EP0272788B1 (en) A method of making wear resistant gray cast iron
PL234568B1 (pl) Żeliwo niestopowe ausferrytyczne, sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa niestopowego ausferrytycznego oraz jego zastosowanie
Behera et al. Effect of copper on the properties of austempered ductile iron castings
CN113462955B (zh) 一种高强度高韧性等温淬火球铁材料及其制备方法和应用
CN105132790A (zh) 一种含钒碳化物奥铁体球墨铸铁及制备方法
CN104805350A (zh) 抗-40℃低温冲击的adi球墨铸铁的制备方法
RU2681076C1 (ru) Способ термообработки чугуна с шаровидным графитом, включениями эвтектического цементита и бейнитно-аустенитной металлической основой
Xu et al. Effect of austempering parameters on microstructure and mechanical properties of horizontal continuous casting ductile iron dense bars.
JP7158615B1 (ja) 非磁性球状黒鉛鋳鉄の製造方法
RU2085610C1 (ru) Феррито-перлитная литейная сталь
RU2288294C2 (ru) Литая износостойкая сталь для крупных деталей горно-металлургического производства
PL234569B1 (pl) Żeliwo ausferrytyczne o podwyższonej wytrzymałości na ścieranie, sposób obróbki odlewniczo-cieplnej żeliwa ausferrytycznego oraz jego zastosowanie
Akor et al. Effect of austempering time on the mechanical properties of ductile iron, austempered in Rubber seed oil
Bitka et al. Wpływ dwustopniowego hartowania izotermicznego na właściwości mechaniczne i odporność na ścieranie żeliwa sferoidalnego z węglikami (CADI)