PL222673B1 - Sposób wytwarzania odlewów z żeliwa wysokoaluminiowego z dodatkiem chromu - Google Patents

Description

(21) Num^{er z}gł^os^zenia: ⁴⁰⁴⁸³⁶ C22C 37/06 (2006.01)

C22C 37/10 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 25.07.2013 (54) Sposób wytwarzania odlewów z żeliwa wysokoaluminiowego z dodatkiem chromu (73) Uprawniony z patentu:

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA

IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE,

Kraków, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

02.02.2015 BUP 03/15 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.08.2016 WUP 08/16 (72) Twórca(y) wynalazku:

EDWARD GUZIK, Libertów, PL DARIUSZ KOPYCIŃSKI, Głogoczów, PL ANDRZEJ SZCZĘSNY, Kraków, PL ROBERT GILEWSKI, Lublin, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz. pat. Elżbieta Postołek

PL 222 673 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania odlewów z żeliwa wysokoaluminiowego z dodatkiem chromu, znajdujących zastosowanie w przemyśle wydobywczym, motoryzacyjnym, budowlanym, drogowym, energetycznym i innych, wykazujących dużą odporność na ścieranie i wysoką żaroodporność.

Dotychczas na tego typu odlewy stosuje się żeliwo chromowe, w którego strukturze występują węgliki typu M₇C₃, gdzie M oznacza chrom, żelazo i pierwiastki stopowe, takie jak: tytan, molibden, niob, wanad, wolfram i inne, a także żeliwo wysokoaluminiowe o zawartości powyżej 28% wagowych Al. W strukturze tego żeliwa występują wydzielenia węglika aluminium, co powoduje wysoką odporność na ścieranie oraz ferryt aluminiowy, co skutkuje dobrą żaroodpornością. W praktyce przemysłowej nie stosuje się żeliwa wysokoaluminiowego o zawartości aluminium powyżej 28% wagowych ze względu na zjawisko samorozpadu odlewów, spowodowane występowaniem oprócz eutektycznego węglika AI₄C₃ wydzieleń węglika pierwotnego. Znany z publikacji A. Wojtysiak, Cz. Podrzucki pt. „Wpływ składu chemicznego i zabiegów modyfikacji na wybrane właściwości użytkowe wysokojakościowego żeliwa wysokoaluminiowego”, Inżynieria Materiałowa, 1985 r., nr 6, str. 156, sposób eliminowania węglika aluminium ze struktury żeliwa polega na zmniejszeniu ilości aluminium do wartości 26-29% z jednoczesnym wyeliminowaniem zawartości krzemu oraz przeprowadzeniem zabiegu modyfikacji stosując optymalną ilość modyfikatora, zawierającego wagowo: 0,5-1,0% CuMg18 lub 0,05% zaprawy cerowej oraz 0,2% Ti lub 0,005% B.

Celem wynalazku jest wytworzenie odlewów z żeliwa, charakteryzującego się cechami żeliwa chromowego jak i wysokoaluminiowego, tj. wykazującego zarówno wysoką odporność na ścieranie oraz żaroodporność.

Sposób wytwarzania odlewów z żeliwa wysokoaluminiowego z dodatkiem chromu, według wynalazku polega na tym, że wytopiony stop, zawierający wagowo: 29-40% aluminium, 5-30% chromu, 0,8-2,5% węgla, 0,9-1,8% krzemu, 0,2-0,5% manganu, 0,005-0,02% fosforu, 0,0010,005% siarki, reszta żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, przegrzano do temperatury powyżej 1400°C i odlano do form, a następnie otrzymane odlewy poddano obróbce termicznej poprzez w ygrzewanie w temperaturze 750-1100°C przez okres co najmniej 20 godzin i chłodzeniu razem z urządzeniem grzewczym.

Odlewy wytworzone sposobem według wynalazku charakteryzują się strukturą złożoną z dwóch faz ferrytu aluminiowo-chromowego, o składach uboższych i bogatszych w chrom, wzmocnionego wydzieleniami węglika AI₄C₃ - pierwotnego i wtórnego oraz AI₂C₃. Zmiana fizykochemicznego stanu stopu następuje na skutek wprowadzenia do składu żeliwa wysokoaluminiowego dodatku chromu, a także późniejszej obróbce termicznej uzyskanych z tego stopu odlewów. Wprowadzenie Cr powoduje utworzenie form węglika aluminium o bardziej regularnych kształtach, a wydłużone wydzielenia węglika AI₄C₃ przekształcają się w zwartą formę AI₂C₃, a struktura osnowy z gruboziarnistej o przełomie kruchym zmienia się na drobnoziarnistą o przełomie plastycznym. Blokuje to dostęp wilgoci do węglika aluminium, który reagując z parą wodną zwiększa swoją objętość, powodując samorzutny rozpad materiału. Jednak żeliwo o takim składzie i poddane obróbce termicznej jest odporne na ro zsypywanie się w temperaturze otoczenia, co pozwala na jego zastosowanie do otrzymywania odlewów o dużej odporności na zużycie ścierne i wysokiej żaroodporności.

P r z y k ł a d. W tyglu indukcyjnym stopiono żeliwo, zawierające wagowo: 34,5% aluminium, 14,2% chromu, 2,2% węgla, 1,21% krzemu, 0,4% manganu, 0,013% fosforu, 0,005% siarki, reszta żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, a następnie kąpiel metalową przegrzano ponad temperaturę 1400°C. Po upływie 3 minut z ciekłego stopu odlano próbki badawcze, które poddano obróbce termicznej w piecu oporowym. Próbki wygrzewano w temperaturze 950°C przez okres 24 godzin, po czym chłodzono z piecem. Po wyjęciu z pieca próbki przechowywano w warunkach całkowitego dostępu powietrza i wilgoci przez dwa miesiące i po tym okresie nie zaobserwowano na ich powierzchni pęknięć. Dla porównania wykonano próbki z żeliwa o składzie podanym powyżej, jednak nie podano je obróbce termicznej, a po miesiącu zaobserwowano pęknięcia na powierzchni, a po dwóch miesiącach uległy całkowitemu rozpadowi.

PL 222 673 B1

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób wytwarzania odlewów z żeliwa wysokoaluminiowego z dodatkiem chromu, znamienny tym, że ciekły i przegrzany do temperatury powyżej 1400°C stop, zawierający wagowo: 29-40% aluminium, 5-30% chromu, 0,8-2,5% węgla, 0,9-1,8% krzemu, 0,2-0,5% manganu, 0,005-0,02% fosforu, 0,001-0,005% siarki, reszta żelazo i nieuniknione zanieczyszczenia, odlano do form, a następnie otrzymane odlewy poddano obróbce termicznej poprzez wygrzewanie w temperaturze 750-1100°C przez okres co najmniej 20 godzin i chłodzeniu razem z urządzeniem grzewczym.