PL139257B1 - Nodular cast iron - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest zeliwo sferoidalne o strukturze bainitycznej, odlewane odsrod¬ kowo, zawierajace wagowo wegiel 2,5 do 4,0tf, krzem 2 do 4,0#, mangan 0,1 do 0,6#, fosfor max. 0,0ó#, siarke max. 0,01#, magnez do 0,5 oraz nikiel i miedz, reszte zelazo. Zeliwo wedlug wy¬ nalazku przeznaczone jest zwlaszcza do wytwarzania rur o duzych srednicach moetoda odlewania odsrodkowego, dzieki czemu rury te w wyniku odpowiedniej obróbki cieplnej nabieraja struktury, umozliwiajacej znaczne zmniejszenie ich ciezaru.Obecnie stosowane zeliwo z grafitem sferoidalnym posiada po odsrodkowym odlaniu i obróbce termicznej strukture ferrytyczna, która ma zalety polegajace na tym, ze z jednej strony daje dobre charakterystyki mechaniczne, jak sprezystosc i ciagliwosc, z drugiej zas strony struktu¬ ra ferrytyczna moze byc latwo otrzymywana przez obróbke cieplna, wykonana po odsrodkowym odla¬ niu badz w kokili z gruba wewnetrzna powloka, badz tez w kokili zupelnie pozbawionej warstwy zaroodpornej. Natomiast bainityczna struktura zeliwa sferoidalnego byla juz stosowana w elemen¬ tach zeliwnych odlewanych w kokilach, zwlaszcza do mechanicznych czesci samochodowych, jak to ujawnione zostalo przykladowo w patencie francuskim nr 1 056 330, szczególnie ze wzgledu na dobra charakterystyke mechaniczna, wykazywana przez te strukture.W artykule w przegladzie "Hommes et Fonderie" (Ludzie i odlewnia) nr 84 z kwietnia 1978 r. jest opisana z kolei obróbka termiczna dla otrzymania struktury bainitycznej. Podana obróbka termiczna nazywa sie hartowaniem stopniowym i pozwala osiagnac strukture bainityczna, przecho-" dzac przez strukture austenityczna, poprzez fazy sukcesywnego chlodzenia o róznej predkosci, z których jedna, a mianowicie hartowanie jest wykonywane na goracym odlewie, zaraz po odlaniu.Ta obróbka ma te zalete, ze omija koniecznosc nagrzewania, inicjujacego austenityzacje. Jednak wedlug techniki opisanej w tym artykule, przy zalozeniu slabej zdolnosci hartowania sie zeliwa z grafitem sferoidalnym, nie tylko nalezy kontrolowac bardzo dokladnie zawartosc wegla, krzemu i manganu w tym zeliwie, ale ponadto, jezeli chce sie otrzymac odlewy, na przyklad rury wzgled-ie nie grube, trzeba dodac, w celu powiekszenia zdolnosci do hartowania zeliwa, drogie elementy stopowe jak molibden, który jest szczególnie wydatny nawet w niewielkich ilosciach, lecz wystar-2 139 257 czajacych, aby hartowanie stopniowe ominelo formacje perlityczna i doprowadzilo do formacji bainitycznej• Celem wiec niniejszego wynalazku jest opracowanie skladu sferoidalnego zeliwa bainitycz- nego bez koniecznosci dodawania skladników specjalnych, uciazliwych w stosowaniu nawet w ma¬ lych ilosciach na przyklad takich, jak molibden. Cel ten zostal osiagniety dzieki opracowaniu skladu zeliwa sferoidalnego o strukturze balnitycznej zgodnie z wynalazkiem, a którego istota polega na tym, ze zeliwo to zawiera wagowo nikiel 0,3 do 3,5% oraz miedz 0,3 do 11%. Wyniki otrzymane w przypadku zastosowania tego zeliwa sferoidalnego potwierdzaja w sposób jednoznacz¬ ny, ze wykonana z niego na przyklad rura o duzej srednicy posiada znacznie mniejszy ciezar, wyzsze nominalne cisnienie robocze oraz inne zalety, lecz osiagniete jednak kosztem nieco wiekszej owalizacji wywolanej wlasnym ciezarem, mieszczacej sie pomimo to w dozwolonych gra¬ nicach.Zgodnie z wynalazkiem do wyrobu rur stosuje sie zeliwo sferoidalne, przy czym zeliwo to posiada nastepujacy sklad w procentach wagowych: wegiel 2,5 do 4,096, korzystnie 3,6, krzem 2 do 4,0%, korzystnie 2,4%, magnez do 0,5%, korzystnie 0,03%, siarka najwyzej 0,01%, fosfor najwyzej .0,06%, oraz mangan 0,1 do 0,6%, korzystnie 0,5%f nikiel 0,3 do 3,5%, miedz 0,3 do 11%, zas reszte zelazo* Sklad zeliwa zostal zmieniony w stosunku do tego, który normalnie byl dotychczas stosowa¬ ny przy wykonywaniu rur o duzej srednicy z zeliwa z grafitem sfero.idalnym o strukturze ferry¬ tyczno-perlitycznej przez zastosowanie dodatkowych skladników Ni oraz Cu, które nie byly uzy¬ wane, oraz przez wprowadzenie znacznego dodatku Mn, którego zeliwo o znanym skladzie zawiera nie wiecej niz 0,1- do 0,2%. Skladniki Mi, Cu, Vzi maja wlasnosci polepszajace hartownosc zeliwa.Zeliwo o podanym wyzej skladzie z grafitem sferoidalnya odlewa sie odsrodkowo w maszynie do odlewania odsrodkowego. Po zakonczeniu odlewania rure poddaje sie obróbce termicznej, która polega na stopniowym hartowaniu, wykonywanym partiami wewnatrz odsrodkowej kokili, a nastepnie w piecu wyrównawczym w celu otrzymania i stabilizacji bainitu oraz unikniecia powstawania per¬ litu.W pierwszej fazie tej obróbki termicznej odlana rure pozostawia sie wewnatrz odsrodkowej kokili i dokonuje sie jej chlodzenia w celu otrzymania bainitu poprzez przemiane austenitu bez grzania, gdyz wykorzystuje sie cieplo zeliwa. Tak wiec odlana rura jest skrzepnieta i ma jesz¬ cze temperature rzedu 1150°C. Poniewaz odsrodkowa kokila jest chlodzona z zewnatrz i pozosta¬ wia sie ja obracajaca sie dokola swej osi, rura chlodzi sie powoli, to znaczy od 1300°C do 1150°C i od 1150°C do 1000°C w sposób praktycznie jednorodny. Rura o jednolitej temperaturze osiaga w pewnym momencie strukture austenitu bez doprowadzenia dodatkowego ciepla. Poczawszy od tego homogenicznego stanu temperatury i struktury austenitycznej, dokonuje sie obróbki ter¬ micznej polegajacej na zraszaniu, to znaczy gwaltownym chlodzeniu wewnatrz odsrodkowej kokili przy pomocy przewodu nawilzajacego i dysz natryskowych. Czynnikiem chlodzacym jest rozpylona woda lub mieszanina powietrza i wody. Natryskiwana woda paruje wewnatrz obracajacej sie rury i jest stamtad usuwana przy pomocy odpowiedniego urzadzenia. Temperature przy koncu zraszania ustala sie na 250-450°C. W tym obszarze temperatur, umiejscowionym nieco nizej lub nieco wyzej 350°C, rura ma juz dostateczna sztywnosc, zapobiegajaca owalizacji po wyjeciu jej z odsrodko^ wej kokili. Rura dzieki jej polewaniu uzyskuje strukture perlitu.Druga faza obróbki polega na podtrzymaniu odpowiedniej temperatury, aby ustabilizowac strukture bainityczna. W tym celu po fazie gwaltownego chlodzenia, czyli nawilzania, rure wyj¬ muje sie z odsrodkowej kokili i wprowadza do pieca tunelowego, zaopatrzonego w regulowane dy¬ sze grzejne. W tym piecu rura jest utrzymywana w stalej temperaturze w granicach 250-450°C, przykladowo 350°C podczas 15-20 minut. Czas pobytu rury w piecu tunelowym jest w przyblizeniu dla rur wszystkich srednic jednakowy i wynosi okolo 10 minut. Czas utrzymania temperatury jest wystarczajacy, aby spowodowac powstanie jednolitej struktury balnitycznej, dajacej optymalne charakterystyki mechaniczne.139257 ' 3 Ostatnia faza obróbki termicznej polega na szybkim oziebieniu rury na wolnym powietrzu* Oziebienie to wykonuje sie po uplywie czasu utworzenia sie bainitu i po wyciagnieciu rury z pieca tunelowego. Na wolnym powietrzu chlodzenie jest intensywne i trwa okolo 10 minut az do osiagniecia temperatury otoczenia.Struktura bainityczna ze wzgledu na doskonale wlasciwosci mechaniczne pozwala na znacz¬ ne zmniejszenie grubosci scianek rur, a wiec przede wszystkim ich ciezaru. Zmniejszenie gru¬ bosci scianki rury wplywa ponadto korzystnie na jednorodne jej stygniecie* a w szczególnosci na zdolnosc hartowania przy wyzarzaniu, co zapewnia skutecznosc tego wyzarzania na calej gru¬ bosci odsrodkowo odlanej rury bez potrzeby dodawania do skladu zeliwa drogich dodatków meta¬ licznych ulatwiajacych wyzarzanie, takich jak molibden. Tak wie znaczne zmniejszenie grubosci rur odlewanych odsrodkowo przy uzyciu zeliwa wedlug wynalazku przynosi dodatkowe oszczednosci w ilosci zuzytego zeliwa.Zastosowanie zeliwa wedlug wynalazku pozwala na powiekszenie czestotliwosci wytwarzania rur odlewanych odsrodkowo z zeliwa, zawierajacego grafit sferoidalny o strukturze bainitu, bo¬ wiem natryskiwanie wnetrza wirujacej rury podczas fazy hartowania zmniejsza czas przebywania tej rury w kokili odsrodkowej. Rura odlana odsrodkowo przy uzyciu zeliwa wedlug wynalazku, za¬ wierajacego grafit sferoidalny i o strukturze bainitu, mimo znacznego zmniejszenia jej grubos¬ ci scianki, co przynosi zmniejszenie ciezaru ulatwiajace manipulowanie, zachowuje charakterys¬ tyki mechaniczne równorzedne w stosunku do znanych rur ferrytycznych za cene wiekszej podat¬ nosci na owalizacje, która miesci sie jednak w granicach tolerancji ze wzgledu na to, ze rura nie jest transportowana gdy posiada wysoka temperature, co jest przyczyna owalizacji.Odnosnie charakterystyk mechanicznych rur otrzymanych przy uzyciu zeliwa wedlug wynalaz¬ ku, to rury te, w szczególnosci o duzych srednicach, to znaczy powyzej 700 mm, nadaja sie do ukladania na glebokosciach ponizej 4 m. Stwierdzic mozna równiez latwo, ze laczny spadek cie¬ zaru, który pozwala osiagnac zeliwo wedlug wynalazku, ma tym wieksze znaczenie, im wymagana grubosc scianki rury jest wieksza. Porównanie wlasnosci rur o strukturze bainitycznej wykona¬ nych z zeliwa wedlug wynalazku, w stosunku do rur wykonanych ze znanego zeliwa: granica spre- zystosci 55-75 dekaN/mm , zamiast okolo 30 dla struktury ferrytycznej, przy czym wydluzenie jest wieksze od 10%, czyli tak, jak dla rur ferrytycznych. Udamosc wynosi 70-110 dekaN/mm , podczas gdy u rury ferrytycznej okolo 45 dekaN/mm .Zastrzezenie patentowe Zeliwo sferoidalne o strukturze bainitycznej, przeznaczone na rury odlewane odsrodkowo, zawierajace wagowo wegiel 2,5 do 4,0$, krzem 2 do 4,0%, mangan 0,1 do 0,6%, fosfor max. 0,06%, siarke max. 0,01%, magnez do 0,5% oraz nikiel i miedz, reszte zelazo, znamienne tym, ze zawiera nikiel 0,3 do 3,5% oraz miedz 0,3 do 11%. PL PL PL PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Zeliwo sferoidalne o strukturze bainitycznej, przeznaczone na rury odlewane odsrodkowo, zawierajace wagowo wegiel 2,5 do 4,0$, krzem 2 do 4,0%, mangan 0,1 do 0,6%, fosfor max. 0,06%, siarke max. 0,01%, magnez do 0,5% oraz nikiel i miedz, reszte zelazo, znamienne tym, ze zawiera nikiel 0,3 do 3,5% oraz miedz 0,3 do 11%. PL PL PL PL