Mateusz Franckowiak	Katedra Inżynierii Stopów i Kompozytów Odlewanych	Data ćwiczenia: 09.04.2013
Rok: I magisterski Odlewnictwo 1	Metaloznawstwo i obróbka cieplna Temat: Obróbka cieplna żeliwa – część 2	Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z technologią otrzymywania żeliwa ausferrytycznego.

1. Część teoretyczna

Wpływ krzemu, miedzi i niklu na proces austenityzacji żeliwa opiera się przede wszystkim na otrzymanej mikrostrukturze stanu wyjściowego oraz stopniu rozdrobnienia grafitu. Miedź oraz nikiel są pierwiastkami, które powodują zwiększenie ilości wydzieleń grafitu, dodatkowo są odpowiedzialne za ukształtowanie się mikrostruktury perlitycznej (Cu i Ni obniżają temperaturę przemiany eutektoidalnej). Z kolei Si jest pierwiastkiem, który podwyższa tą temperaturę, co powoduje, zwiększenie obszaru wydzielania się ferrytu bezpośrednio z austenitu.

Na proces austenityzacji wpływa kilka ważnych czynników. Pierwszym jest nasycenie węglem powstałego austenitu. W żeliwie o osnowie ferrytyczno – perlitycznej, część austenitu powstaje z ferrytu, co oznacza, że posiada małą zawartość węgla i nasycenie oraz ujednorodnienie go zajmuje więcej czasu. Drugim czynnikiem jest droga dyfuzji węgla do austenitu. Zmniejszona ilość wydzieleń kulek grafitu powoduje, że transport węgla na drodze grafit – austenit wydłuża się, a co za tym idzie, wydłuża się czas nasycenia węglem austenitu w całej jego objętości. Zmienia się to wraz ze zwiększeniem wydzieleń grafitu.

Można więc stwierdzić, że dodatek miedzi i niklu powoduje zwiększenie udziału objętościowego perlitu w mikrostrukturze pierwotnej, zwiększa liczbę wydzieleń grafitu, oraz powoduje skrócenie czasu austenityzacji oraz zwiększenie szybkości przemiany perlitu i ferrytu w austenit. Krzem zwiększa udział objętościowy ferrytu w osnowie oraz zmniejsza liczbę wydzieleń grafitu, przez co zwiększa się czas austenityzacji oraz zmniejsza się czas przemiany perlitu i ferrytu w austenit.

1. Przebieg ćwiczenia

Podczas zajęć laboratoryjnych przeprowadzono obróbkę cieplną żeliwa o danym składzie chemicznym: 3,6% C, 2,5% Si, 1,0% Cu, 1,5% Ni, 0,2% Mn. W stanie wyjściowym (żeliwo o osnowie perlitycznej z grafitem płatkowym) charakteryzował się następującymi właściwościami mechanicznymi: Rm = 650 MPa, A₅ = 5%, twardość 250HB. Obróbka cieplna polegała na austenityzowaniu żeliwa w temperaturze 900^O C przez godzinę. Następnie przeprowadzono hartowanie izotermiczne w kąpieli solnej o temperaturze 300^O C również przez godzinę. Przeprowadzono także pomiary twardości dla badanego żeliwa po różnym czasie ausferrytyzacji. Wyniki badań twardości przedstawiono na rysunku 1. Wykonano badanie wytrzymałościowe, mające na celu określenie wytrzymałości na rozciąganie żeliwa ausferrytycznego. Posłużono się do tego próbką przedstawioną na rysunku 2. Maksymalne naprężenie Rm określono na podstawie statycznej próby rozciągania wykonanej za pomocą uniwersalnej maszyny do badania wytrzymałości i wynosi 1397 MPa.

Rys.1. Wyniki pomiaru twardości

Rys.2. Kształt i wymiary próbki wytrzymałościowej

1. Wnioski

Głównym celem hartowania izotermicznego żeliwa jest uzyskania mikrostruktury składającej się z wysokowęglowego austenitu i rozgałęzionych wydzieleń grafitu. Ważnym parametrem, który decyduje o powstaniu tej pożądanej mikrostruktury jest czas wygrzewania w kąpieli solnej.

Proces powstawania ausferrytu związany jest z wydzielaniem się ferrytu, który zarodkuje i jednocześnie rozrasta się. Kosztem powstawania ferrytu, austenit nasyca się węglem, jednak aby przechłodzony austenit był stabilny, jego zawartość węgla musi być na pewnym poziomie (1,8÷2,2%). Zbyt szybki wyjęcie odlewu z kąpieli solnej może spowodować przemianę niestabilnego austenitu w martenzyt, który jest niepożądany. Z kolei zbyt długie wygrzewanie w kąpieli solnej, powoduje, że węgiel wydziela się w postaci węglików i otrzymuje się mikrostrukturę bainityczną, a co za tym idzie gorsze właściwości odlewu. Na szybkie powstawanie mikrostruktury bainitycznej odpowiedzialne są pierwiastki węglikotwórcze tj. mangan, dlatego zawartość tych pierwiastków w składzie chemicznym żeliwa powinna być jak najmniejsza.