background image

ARCHIWUM  ODLEWNICTWA 

51 

5/8 

 

 

 
 
 

NIEKTÓRE  ASPEKTY  OPTYMALIZACJI 

STRUKTURY  ŻELIWA  ADI 

 
 

S. DYMSKI

  1

 

Katedra Inżynierii  Materiałowej,  Wydział Mechaniczny,   

Akademia  Techniczno-Rolnicza,  Al. Prof.  S. Kaliskiego  7, 85-791  Bydgoszcz 

 
 

STRESZCZENIE 
 

 

Przedstawiono  wyniki  badań  struktury  żeliwa  ADI.  Na  podstawie  badania  dy-

frakcyjnego  analizowano  dystrybucję  węgla  w  osnowie  metalowej  żeliwa  po  hartowa-
niu  z  temperatury  T

  =  950  i  830 

o

C  i  przemianie  izotermicznej  w  zakresie  temperatury

 

T

pi

  =  400

250 

o

C  w  czasie 

pi

  =  15

240  min.  Wykazano,  że  na  zawartość  węgla  

w  składnikach  struktury  osnowy  wpływają  parametry  hartowania  z  przemianą  izoter-
miczną. 
 
Key words: ADI,  austempered, nanostructure, carbon, optimization  
 
1. WPROWADZENIE 
 

Na koniec XX wieku hartowane z przemianą izotermiczną żeliwo sferoidalne (ADI 

 

austempered ductile iron) stało się w systemach produkcyjnych tworzywem odlewn iczym, 
przynoszącym wymierne korzyści ekonomiczno-techniczno-ekologiczne. 

Do wytwarzania odlewów z żeliwa ADI stosuje się odlewy z żeliwa z grafitem kul-

kowym, które cechują się dobrą jakością. Odlewy te nie mogą mieć wad takich jak: pory, 
przedeutektyczny cementyt i wtrącenia niemetaliczne. W produkcji obowiązuje zasada, że 
ze złej jakości odlewów nie można otrzymać wysokojakościowego żeliwa. Stąd wytwarza-
nie odlewów z żeliwa  ADI musi opierać się na prawidłowo wykonanych procesach metalu r-
gicznych, technologiczno-odlewniczych, kontrolno-pomiarowych i obróbki cieplnej. Nato-
miast urządzenia i aparatura kontrolno-pomiarowa powinny mieć światowy standard [1, 2]. 

                                                 

1

 

dr hab. inż., e-mail: Stanislaw.Dymski@mail.atr.bydgoszcz.pl

 

Rok 2003, Rocznik 3, Nr 8 
Archives of Foundry  
Year 2003, Volume  3, Book 8 

PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308 

background image

52 

Korzystne skojarzenie wytrzymałości i plastyczności żeliwo sferoidalne osiąga po 

hartowaniu z przemianą izotermiczną w zakresie bainitycznym. To skojarzenie jest rezulta-
tem wytworzonej w osnowie metalowej struktury austenityczno-ferrytycznej, zwanej krócej 
ausferrytem. 

Hartowanie  z  przemianą  izotermiczną  żeliwa  ma  na  celu  otrzymanie  w  osnowie 

ausferrytu i polega na austenityzowaniu w zakresie temperatury T

 = 810

950 

o

C w czasie 

  

i podchładzaniu do temperatury T

pi

 = 400

250 

o

C oraz wytrzymywaniu przez czas 

pi

 prze-

miany izotermicznej. Do podchładzania i wychładzania wykorzystuje się kąpiel solną, złoże 
fluidalne, a w mniejszym stopniu olej lub niskotopliwy ciekły metal. 

Natomiast  w  pracy  [3]  informuje  się  o  hartowaniu  z  przemianą  izotermiczną,  

z  podchładzaniem  i  wychładzaniem,  w  złożu  fluidalnym  z  węglika  krzemu,  przez  który 
przepływa para wodna lub powietrze. 

Do wytworzenia określonego udziału składników struktury osnowy metalowej żeli-

wa  prowadzi  dobór  warunków  technologicznych  hartowania  z  przemianą  izotermiczną; 
temperatury T

 i T

pi

 oraz czasu 

 i 

pi

, a w konsekwencji do wymaganych właściwości wy-

trzymałościowych i plastycznych, odpowiadających gatunkom żeliwa ADI zawartych w PN 
- EN  1564. 

Pomiędzy początkiem i końcem izotermicznej  przemiany przechłodzonego austenitu 

w  zakresie bainitycznym kształtuje się struktura żeliwa ADI. Przed jej końcem żeliwo ma 
strukturę optymalną – ausferryt [1,4,5]. 

W osnowie metalowej istnieje możliwość regulacji udziału austenitu w strukturze że-

liwa  ADI. Regulacja umożliwia wytworzenie; górnego ausferrytu (T

pi

 = 400

350 

o

C), za-

wierającego do około 40 % austenitu szczątkowego i resztę ferrytu bainitycznego i dolnego 
ausferrytu (T

pi

 = 300

250 

o

C), zawierającego do około 15 % austenitu i resztę ferrytu [1]. 

W kształtowaniu struktury żeliwa ADI duże znaczenie mają parametry hartowania  

z  przemianą izotermiczną. W literaturze naukowo-technicznej optymalizacji tych parame-
trów poświęca się wiele uwagi [1,2,4]. 

Struktura, a tym samym gatunek żeliwa ADI są zależne od parametrów hartowania,  

a  ich  wartości  –  od  składu  chemicznego,  stopnia mikrosegregacji struktury wejściowej  
i cech grafitu kulkowego [1-6]. 

Celem pracy jest próba analizy wpływu parametrów hartowania z przemianą izoter-

miczną na nanostrukturę żeliwa ADI, oparta na badaniach własnych. 

 

2. MATERIAŁ  DO BADAŃ  I METODY  BADAWCZE 
 

Do badań użyto niestopowe żeliwo sferoidalne o zawartości pierwiastków: 3,49 % C; 

2,57 % Si; 0,33 % Mn; 0,10 % P i 0,07 % S. Żeliwo wytapiano w żeliwiaku kwaśnym z go-
rącym dmuchem. Wlewki próbne oddzielnie odlewane miały kształt litery Y typ II (PN-EN 
1563). 

Próbki przed hartowaniem poddano dwustopniowemu wyżarzaniu ferrytyzującemu. 

Struktura osnowy metalowej była ferrytyczna z niewielkim udziałem perlitu (2 %). Rezulta-
ty  próby  rozciągania  wyżarzonego  żeliwa  pozwoliły zakwalifikować go do gatunku EN-
GJS-400-18. 

background image

ARCHIWUM  ODLEWNICTWA 

53 

Próbki,  wycięte  z  dolnych  części  wlewków,  hartowano  z przemianą izotermiczną 

z  temperatury  T

  =  950  i  830 

o

C  i  wygrzewano  w  czasie 

 = 60 min, po czym podchła-

dzano  do  temperatury  T

pi

  =  400

250 

o

C  i  wytrzymywano  w  kąpieli  solnej  

w  czasie 

pi

  =  15

240  min.  Do  temperatury  otoczenia  (ok.  20 

o

C)  dochładzano  w oleju 

hartowniczym. 

Udział  austenitu  szczątkowego  V

,  parametry  sieci  krystalicznej  austenitu  a

  

i ferrytu a

 wyznaczono z badania rentegenograficznego na zgładach metalograficznych, 

wykorzystując wzory zawarte w pracy [4]. 

 

3. WYNIKI  BADAŃ 

 

Udział objętościowy austenitu szczątkowego V

 (nieprzemienionego, lecz wzboga-

conego w węgiel) w osnowie żeliwa ADI przedstawiono na rys.1. 

 

a) 

b)

 

Tem

perat

ura 

T

pi

o

C

Cz

as

 

pi

, m

in

Ud

zia

ł a

us

teni

tu 

sz

cz

ąt

ko

we

go,

 %

 

Cz

as

 

pi

, m

in

Tem

perat

ura 

T

pi

o

C

Ud

zia

ł a

us

teni

tu 

sz

cz

ąt

ko

we

go,

 %

 

 

Rys.1. 

Wpływ temperatury T

pi

 i czasu 

pi

 przemiany izotermicznej na udział austenitu V

 w żeliwie 

ADI, hartowanego z temperatury T

 = 950  

o

C (a) i 830 

o

C (b) 

Fig.1.  Influence of temperature T

A

 and time 

A

 of isothermal  transformation on volume fraction of 

retained austenite V

 in ADI, hardened from temperatures T

 = 950  

o

C (a)  and 830 

o

C (b) 

 

Udział austenitu szczątkowego V

 w osnowie żeliwa ADI jest zależny od temperatu-

ry austenityzowania T

, temperatury T

pi

 i czasu 

pi

 przemiany izotermicznej. Podwyższanie 

temperatury T

 powoduje, że udział fazy 

 w osnowie się zwiększa. Po hartowaniu z tempe-

ratury T

 = 950 

o

C udział w żeliwie austenitu szczątkowego V

 

45 %, a po hartowaniu  

z temperatury T

 = 830 

o

C - V

 

35 %.  

Wygrzewanie w zakresie temperatury T

pi

 = 400

350 

o

C doprowadziło do najwięk-

szego  udziału  austenitu  szczątkowego  w  osnowie  żeliwa  ADI.  W zakresie temperatury       

background image

54 

T

pi 

=

 

300

250

 

o

C wartości V

 są zdecydowanie mniejsze, co jest wynikiem różnej kinetyki 

rozpadu przechłodzonego austenitu w górnym i dolnym zakresie przemiany bainitycznej. 

Austenityzowanie w temperaturze T

 = 950 

o

C doprowadziło do wzbogacenia auste-

nitu w węgiel do zawartości 

05

,

1

C

A

γ

%, a w temperaturze T

 = 830 

o

C – 

65

,

0

C

A

γ

%. 

Wzbogacenie  osnowy  żeliwa  węglem,  pochodzącym z wydzieleń grafitowych, zwiększa 
trwałość przechłodzonego austenitu podczas izotermicznej przemiany bainitycznej i zmienia 
jej kinetykę. 

Zmiany zawartości węgla w austenicie szczątkowym C

 w zależności od temperatury 

T

pi

  i  czasu 

pi

 przemiany izotermicznej przedstawiono na rys. 2. Zawartość węgla w au -

stenicie żeliwa ADI wyznaczono ze wzoru podanego w pracy [4]. Wyliczenia są oparte na 
wartości parametrów sieci przestrzennej a

 

a) 

b) 

Tem

perat

ura 

T

pi

o

C

Cz

as

 

pi

, m

in

Za

wa

rto

ść

 wę

gl

aus

teni

cie

, %

 

Za

wa

rto

ść

 wę

gl

aus

teni

cie

, %

Cz

as

 

pi

, m

in

Tem

perat

ura 

T

pi

o

C

 

Rys.2. 

Wpływ temperatury T

pi

 i czasu 

pi

 przemiany izotermicznej na zawartość węgla w austenicie 

szczątkowym C

 w żeliwie ADI, hartowanego z temperatury  T

 = 950  

o

C (a) i 830 

o

C (b) 

Fig.2. 

Influence of temperature T

A

 and  time 

A

 of isothermal  transformation on carbon concentra-

tion in retained austenite C

 of  ADI, hardened from temperatures T

 = 950  

o

C (a) and  830 

o

C (b) 

 

 

 

 

Na parametr sieci austenitu a

 i związane z nim stężenie węgla C

 nie oddziałuje zna-

cząco  temperatura  austenityzowania  T

.  Na  ogół  temperatura  T

pi

  w zakresie przemiany  

w górny bainit, w przyjętym do badań czasie 

pi

, nie wpływa zasadniczno na stężenie węgla 

w fazie 

. Natomiast w zakresie przemiany w dolny bainit wartości C

 wyraźnie się różnią. 

W miarę przedłużania czasu 

pi

 przemiany izotermicznej zawartość węgla w fazie 

 ciągle 

się zwiększa. 

Zmiany cząstkowej zawartości węgla w fazie 

 w osnowie żeliwa ADI, pod wpły-

wem  czasu 

pi

 przemiany izotermicznej i przyjętych do badań w zakresie temperatur T

pi

przedstawiono na rys.3. 

background image

ARCHIWUM  ODLEWNICTWA 

55 

W  osnowie  austenit  szczątkowy  powstały podczas wytrzymywania żeliwa w za-

kresie  temperatury T

pi 

 = 400

250 

o

C, wykazuje zmienne wartości cząstkowej zawartości 

węgla 

C

γ

C , zależnie od temperatury austenityzowania oraz parametrów przemiany izote r-

micznej.  Wartości  cząstkowej  zawartości    węgla  w  austenicie  szczątkowym osnowy są 
iloczynem  udziału  objętościowego  fazy 

 i zawartości w niej węgla C

, podzielone przez  

100. 

Maksymalne wartości 

C

γ

C  = 0,62

0,69 % C charakteryzują fazę 

, powstałą po wy-

grzewaniu w zakresie przemiany w górny bainit w temperaturze T

pi

 = 400 

o

C i po austenity-

zowaniu  w  temperaturze  T

  =  950 

o

C,  a  minimalne  wartości

 

C

γ

C

  = 

0,20

0,30  % C – po 

wygrzewaniu  w  zakresie  dolnego  bainitu  (T

pi

  =  250 

o

C).  Podobnym  zmianom  podlega 

cząstkowa zawartość węgla w fazie 

 w osnowie żeliwa ADI hartowanego z temperatury T

 

= 830 

o

C, przy czym wartości 

C

γ

C

wynoszą odpowiednio: 0,46

0,52 % C i 0,12

0,14 % C. 

Przedłużanie czasu 

pi

 przyczynia się do zmniejszenia cząstkowej zawartości węgla w auste-

nicie szczątkowym w osnowie żeliwa ADI. 
 

a)

 

b)

 

Tem

perat

ura 

T

pi

o

C

Cz

as

 

pi

, m

in

Cz

ąs

tk

owa

 z

awa

rto

ść

 węg

la

 C

C

, %

 

Cz

ąs

tk

owa

 z

awa

rto

ść

 węg

la

 C

C

, %

Tem

perat

ura 

T

pi

o

C

Cz

as

 

pi

, m

in

 

Rys.3. 

Wpływ temperatury T

pi

 i czasu 

pi

 przemiany izotermicznej na cząstkową zawartość węgla  

w austenicie 

C

γ

C

osnowy żeliwa ADI, hartowanego z temperatury T

 = 950 

o

C (a) i 830 

o

C (b) 

Fig. 3.  Influence of temperature T

A

 and time 

A

 of isothermal  transformation on particle contents of 

carbon in retained austenite 

C

γ

C

for matrix in ADI, hardened from temperatures T

 = 950  

o

(a) and 830 

o

C (b) 

 

Cząstkowa zawartość węgla w pozostałych produktach reakcji bainitycznej, a mia-

nowicie;  ferrycie  bainitycznym  i  powstałym  ewentualnie  martenzycie,  w  zależności  od 
parametrów hartowania z przemianą izotermiczną przedstawiono na rys.4. Cząstkowa za-
wartość węgla jest sumą cząstkowej zawartości węgla w ferrycie bainitycznym lub ferrycie 

background image

56 

bainitycznym i fazie węglikowej oraz cząstkowej zawartości węgla w martenzycie. Wartości 
tego wskaźnika są różnicą pomiędzy równowagową zawartością węgla przechłodzonego 

austenitu 

A

γ

C , a cząstkową zawartością węgla austenitu szczątkowego 

C

γ

C .

 

a) 

b) 

Ws

ka

źni

C

B

C

+C

M

C

, %

Cz

as

 

pi

, m

in

Te

mperat

ura 

T

pi

o

C

 

Te

mperat

ura 

T

pi

o

C

Cz

as

 

pi

, m

in

Ws

ka

źni

C

B

C

+C

M

C

, %

 

Rys.4. 

Wpływ temperatury T

pi

 i czasu 

pi

 przemiany izotermicznej na cząstkową zawartość węgla  

w  ferrycie bainitycznym i martenzycie 

C

M

C

B

C

C

 w osnowie żeliwa ADI, hartowanym  

z temp eratury T

 = 950 

o

C (a) i 830 

o

C (b) 

Fig.4.   Influence of temperature T

A

 and  time 

A

 of isothermal  transformation on  particle  contents of 

carbon in bainitic ferrite and martensite 

C

M

C

B

C

C

 in  ADI, hardened from temperatures T

 = 

950  

o

C (a) and 830 

o

C (b) 

 

Z  badań  wynika,  że  wzrost  temperatury  austenityzowania  T

  przyczynia  się  do 

zwiększenia cząstkowej zawartości węgla przesyconego ferrytu bainitycznego i martenzytu 
w osnowie żeliwa ADI, mimo, że w miarę przedłużania czasu 

pi

 maleje udział martenzytu 

w osnowie. 

Maksymalne  wartości  wskaźnika 

C
M

C
B

C

C

  po  przemianie  izotermicznej  w  tem-

peraturze T

pi

 = 400 

o

C należą do przedziału 0,75

0,85  % C. Można zatem stwierdzić wprost, 

że w miarę obniżenia temperatury T

pi

 cząstkowa zawartość węgla się zwiększa. Oddziały-

wanie czasu 

pi

 jest różne. W przypadku temperatury T

 

= 950 

C przedłużenie czasu 

pi

 

zwiększa wartość wskaźnika 

C
M

C
B

C

C

, ale dla temperatury T

 =830 

o

C są one zdecydowa-

nie mniejsze. Po austenityzowaniu w tej temperaturze, przedłużanie czasu 

pi

,  nie wpływa 

na cząstkową zawartość węgla w ferrycie bainitycznym i martenzycie za wyjątkiem temp e-

ratury T

pi

 = 400 

o

C. Maksymalne wartości wskaźnika 

C
M

C
B

C

C

 po przemianie w tempera-

turze T

pi

 = 250 

o

C należą do przedziału 0,51

0,53 % C, a minimalne dla temperatury T

pi

 = 

400 

o

C – 0,10

0,28 % C . Zwiększenie tych wartości, w miarę przedłużania czasu wygrze-

wania wynika z rozpadu wysokowęglowego austenitu na ferryt    i fazę węglikową (II sta-

background image

ARCHIWUM  ODLEWNICTWA 

57 

dium reakcji bainitycznej). Ten fakt jest dobrze zauważalny po hartowaniu z temperatury T

 

= 950 

o

C i wygrzewaniu w zakresie górnego i dolnego

 

bainitu po przekroczeniu czasu 

pi

 = 

120  min.   

Wpływ  warunków  hartowania  z  przemianą  izotermiczną  na  parametr  sieci  kry-

stalicznej  ferrytu bainitycznego a

 pokazano na rys. 5. 

 

a) 

b) 

P

a

ra

m

e

tr

 s

ie

c

fe

rr

y

tu

 a

 *

 1

0

-1

 n

m

Cz

as

 

pi

, m

in

Tem

perat

ura 

T

pi

o

C

 

P

a

ra

m

e

tr

 s

ie

c

fe

rr

y

tu

 a

 *

 1

0

-1

 n

m

Cz

as

 

pi

, m

in

Tem

perat

ura 

T

pi

o

C

 

Rys. 5. 

Wpływ temperatury T

pi

 i czasu 

pi

 przemiany izotermicznej na parametr sieci przestrzennej 

ferrytu bainitycznego a

  żeliwa ADI, hartowanego z temperatury T

 = 950 

o

C (a) i 830 

o

C (b) 

Fig. 5. 

Influence of temperature T

A

 and  time 

A

 of isothermal  transformation on lattice p arameter of 

bainitic ferrite a

  in ADI, hardened  from temperatures T

 = 950  

o

C (a) and 830 

o

C (b) 

 

Temperatura zarówno austenityzowania jak i czas wytrzymywania w zakresie prze-

miany  izotermicznej  nie  wpływa  na  parametr  sieci  przestrzennej  fazy 

.  Parametr  a

,  

w przyjętych do badań warunkach hartowania z przemianą izotermiczną, zawiera się w prze-
dziale  0,2854

0,2867  nm.  Porównanie  wartości parametru ferrytu bainitycznego a

 z pa-

rametrem ferrytu zawierającego ok. 2,6 % Si (a

 = 0,2856 nm) daje podstawę do stwierdze-

nia, że utworzony podczas przemiany izotermicznej ferryt bainityczny jest przesycony wę-
glem.  Jednak  w  sposób  znaczący  nie  decyduje o tym temperatura austenityzowania T

           

i temperatura T

pi

 przemiany izotermicznej. W większym lub mniejszym stopniu na przes y-

cenie węglem wpływa czas 

pi

 zależnie od stadium przemiany.  

Wykresy przedstawione na rys. 1

5 wykonano za pomocą programu STATISTICA. 

 

background image

58 

4. ZAKOŃCZENIE 

 

Żeliwo  sferoidalne  bezpośrednio  po  zakrzepnięciu  ma  budowę  składającą  się  

z  dendrytów  austenitu  i  ziarn  eutektycznych,  w  których  austenit  otacza  kulkowe  wy-
dzielenia  grafitowe  znajdujące  się  w  środku  ziarn.  Mikrosegregacja  pierwiastków  sto-
powych jest zjawiskiem  występującym w ziarnach eutektycznych  i dendrytach [5].   

Izotermiczna  przemiana  przechłodzonego  austenitu  w  żeliwie,  w  zakresie  baini-

tycznym,  rozpoczyna  się  w  każdym  ziarnie  eutektycznym  w  austenicie  przylegającym 
do  grafitu,  a  kończy  się  na granicy ziarn. Po przemianie austenitu w zakresie bainitycz-
nym,  po  austenityzowaniu  w  temperaturze  T

  =  950 

o

C  struktura  osnowy  składa  się,

 

 

w zależności od temperatury T

pi

 i czasu 

pi

, z ferrytu bainitycznego, austenitu szczątko-

wego,  fazy  węglikowej  i  obszarów  austenityczno-martenzytycznych  oraz  martenzytu 
powstałego w początkowym  okresie wygrzewania.   

Udział  austenitu  szczątkowego,  jego  nasycenie  węglem  i  cząstkowa  zawartość 

węgla  w  austenicie oraz w pozostałych składnikach struktury osnowy (ferryt bainityc z-
ny,  faza  węglikowa  i  ewentualnie  martenzyt),  a  także  parametr  ferrytu  bainityczn ego 
zależą  od parametrów przemiany  izotermicznej. 

Austenit  żeliwa  w  temperaturze  T

  =  950 

C,  przed  przemianą  izotermiczną,  za-

wierał 

1,05

C

A

γ

% węgla. Po przemianie w zależności od parametrów (T

pi

pi

) austenit 

szczątkowy  ma  maksymalną  zawartość  węgla  około  1,6  %.  Przedłużenie  czas u 

pi

,  po-

woduje  zmniejszenie  udziału  wysokowęglowej  fazy 

  w  osnowie  żeliwa  ADI,  wynika-

jącego z jej  rozpadu na ferryt i fazę  węglikową. 

Obniżenie  temperatury  austenityzowania  wywołało  zmniejszenie  zawartości  wę-

gla 

A

γ

C

w  osnowie  żeliwa.  W  temperaturze  T

 

=  830

 

o

C  austenit  zawierał  około  

0,65  %  węgla.  Po  przemianie  izotermicznej  tego  austenitu  struktura  osnowy  składa się  
z  ferrytu  bainitycznego,  austenitu  szczątkowego  i  fazy  węglikowej  oraz  w  po -
czątkowych  czasach  –  martenzytu.  W  środku  ziarn  eutektycznych,  a  w  szczególności 
między  środkiem  i  granicą  jest  również,  o  niewielkim  udziale,  wolny ferryt. W osnowie 
tej  nie ma na granicach ziarn eutektycznych obszarów austenityczno-martenzytycznych 
tak, jak  w osnowie austenityzowanej w temperaturze  T

 = 950 

o

C. 

Fizykochemiczny  stan  osnowy  żeliwa  ADI  został  określony;  właściwościami  fi-

zycznymi  fazy 

  i 

,  parametrami  sieci  krystalicznej  a

 

  i  a

,  zawartością  węgla  w  os-

nowie i fazie 

. Wszystkie te cechy kształtują nanostrukturę osnowy, co wywiera wpływ 

na  poziom  wytrzymałości  i  plastyczności  żeliwa  ADI.  Na  stan  fizykochemiczny  skład-
ników  struktury  oddziałuje  temperatura  T

pi

  i      czas 

pi

  przemiany  izotermicznej,  jak 

również,  lecz w mniejszym  stopniu, nasycenie austenitu przed jego przemianą. 

Temperatura  austenityzowania  T

  wpływa  na  skład  austenityczno-ferrytycznej 

osnowy żeliwa, a także na cząstkową zawartość węgla w fazie 

C

γ

C

γ

i równocześnie na 

cząstkową  zawartość  węgla    w  ferrycie  bainitycznym  wraz    z  fazą  węglikową  i  mar-

tenzytem 

C
M

C
B

C

C

.  

background image

ARCHIWUM  ODLEWNICTWA 

59 

Gdy  izotermiczna  przemiana  przechłodzonego  austenitu  postępuje  w  ziarnach 

eutektycznych, w ich obszarach środkowych może lub już rozpada się wysokowęglowy 
austenit,  znajdujący  się  między  igłami,  płytkami  ferrytu  bainitycznego.  Węgiel  pocho-
dzący  z  tego  samego  austenitu  przemieszcza  się  najpierw  do  zarodków,  a  później  do 
rosnącej  fazy  węglikowej.  W  ten  sposób  następuje  zwiększenie  zawartości  węgla  
w  dwufazowym  bainicie  przy  malejącym  udziale  wysokowęglowego  austenitu  w osn o-
wie  żeliwa  (II stadium przemiany). 

W  niższym  zakresie  temperatur  T

pi

  w  początkowym  stadium  przemiany  izoter-

micznej cząstkowa  zawartość węgla 

C
M

C
B

C

C

 w zasadzie odnosi się do dolnego baini-

tu  i  martenzytu.  Natomiast  w  wyższym  zakresie  temperatur  T

pi

 – ferrytu bainitycznego  

i ewentualnie fazy węglikowej  oraz martenzytu. 

W  miarę  przedłużenia  czasu  udział  martenzytu,  o  znaczącej  zawartości  węgla, 

odpowiadającej  zawartości  równowagowego  austenitu,  maleje  i  dlatego  cząstkowa 
zawartość  węgla  przy  wydłużonych  czasach  przemiany  (II  stadium)  uwzględnia  tylko 
dolny lub górny baint, zależnie  od zakresu temperatur T

pi

Wytrzymywanie  żeliwa  w  zakresie  izotermicznej  przemiany  bainitycznej  powo-

duje  powstanie  w  osnowie  struktury  ferrytyczno -austenitycznej.  Ponadto  w  osnowie 
może  powstać  martenzyt  lub  faza  węglikowa  przy  krótkich  lub  dłuższych  wartościach 

pi

.  Natomiast  optymalne  parametry  przemiany  izotermicznej  powinny  gwara ntować 

osnowę ausferrytyczną z jak  najmniejszym  udziałem  martenzytu  i fazy węglikowej. 

Węgliki 

  i Fe

3

C w ferrycie bainitycznym, powstałym w zakresie dolnego bainitu 

powodują  wzrost  wytrzymałości  i  twardości  żeliwa,  przy  czym  decydujący  jest  ich 
stopień  dyspersji.  Sumaryczny  wpływ  węglików  i  przesycenie  ferrytu  węglem  umożli-
wia  osiągnięcie  dużej  wytrzymałości  żeliwa  ADI  przekraczającej  1200  MPa.  Stąd  żeli-
wo ADI z dolnym ausferrytem jest zaliczane  do gatunków o dużej wytrzymałości. 

Program Ramowy Unii Europejskiej – Granty, priorytet trzeci pt. „ Nanotechnologie 

i nanonauki, materiały funkcjonalne oparte na wiedzy i nowe procesy produkcyjne i urzą-
dzenia”  przewiduje  wykorzystanie  inżynierii  do  rozwoju  materiałów.  Zatem  żeliwo  ADI 
może więc stanowić inżynierski materiał konstrukcyjny, dla którego optymalizacja składu 
chemicznego i nano- oraz mezostruktury za pomocą obróbki cieplnej, jest ukierunkowana na 
zastosowanie w systemach produkcyjnych przemysłu. 
 
LITERATURA 
 

[1]  E.  Guzik:  Procesy  uszlachetniania  żeliwa.  Wybrane  zagadnienia.  Archiwum  Od-

lewnictwa  PAN – Oddział  Katowice,  Monografia nr 1M, (2001). 

[2]  C.  Podrzucki:  Problemy  produk cji  odlewów  z  żeliwa  sferoidalnego  ADI. Przegląd 

Odlewnictwa,  nr 10,  s.260,  (1996). 

[3]  D.  Myszka,  M.  Kaczorowski:  Nowe  metody obróbk i cieplnej żeliwa ADI. Między-

narodowa  Konferencja  Naukowa  nt.  „Żeliwo  ADI-  oferta  odlewnictwa  dla  kon-
struktorów  i  użytkowników    odlewów”.  Instytut  Odlewnictwa  Kraków,  23-
24.09.2000  r, s.I/43. 

background image

60 

[4]  S. Dymski: Kształtowanie struk tury i właściwości mechanicznych żeliwa sferoida l-

nego  podczas  izotermicznej  przemiany  bainitycznej.  Rozprawy  nr  95.  ATR  Byd-
goszcz, (1999). 

[5]  S.  Pietrowski:  Żeliwo  sferoidalne  o  struk turze  ferrytu  bainitycznego z austen item 

lub bainitycznej. Archiwum Nauki  o Materiałach, t.18,  nr 4, s. 253,  (1997). 

[6]  W. Dziadur: Wpływ ilości  i morfologii austenitu nieprzemienionego na własności 

mechaniczne żeliwa sferoidalnego o osnowie bainitycznej (ADI). Proceeding of the 
11th  International  Scientific Conference „Achievements in Mechanical and Materi-
als Engineering”AMME’  2002,  Gliwice-Zakopane,  s.179,  (2002). 

 

 

SOME  ASPECTS  OF  STRUCTURE  OPTIMIZATION  IN  ADI 

 
SUMMARY 
 
 

The  results  of  study  of  in  ADI  structure  are  presented.  On  bases  of  testing  

X-ray  diffraction  and  carbon  distribution  of  ADI  matrix  structure  after hardening from 
austenitising  temperatures  T

  =  950 

o

C

 

and  830 

o

C  and  austempering  temperatures  

T

A

  =  400

250 

o

C  of  time 

A

  =  15

240  min.  were  analysed.  It  was  demonstrated  that 

carbon contents in matrix  structure elements influence on parameters of austempering. 

 

Recenzował:  prof. dr hab. inż.  Stanisław  Pietrowski