PL222959B1 - Sposób podwyższania wytrzymałości zmęczeniowej odlewów z ferrytycznego żeliwa sferoidalnego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób podwyższania wytrzymałości zmęczeniowej odlewów z ferrytycznego żeliwa sferoidalnego, przeznaczonych do pracy w warunkach zmiennych obciążeń, od których wymaga się również wysokiej plastyczności.

Wiadomo, że żeliwo sferoidalne o osnowie ferrytycznej w stanie odlanym wykazuje niższe własności plastyczne i niższą wytrzymałość zmęczeniową w porównaniu do żeliwa o osnowie ferrytycznej uzyskanej w efekcie dotychczas stosowanych w praktyce przemysłowej technologii ferrytycznej obróbki cieplnej.

W dotychczasowej praktyce ferrytyzująca obróbka cieplna może być dokonana dwoma drogami: bezpośrednią i pośrednią. Droga bezpośrednia opiera się o przemianę austenit + grafit ferryt + grafit. Ważnym czynnikiem tej obróbki cieplnej jest sposób chłodzenia przez zakres temperatur przemiany eutektoidalnej. W tym przypadku obróbka cieplna polega na austenityzowaniu w temperaturze 925-950°C, celem zapewnienia rozkładu cementytu eutektycznego ewentualnie obecnego w odlewie oraz ujednorodnienia składu chemicznego, a głównie krzemu i innych dodatków stopowych, co przyczynia się do obniżenia progu kruchości, z następnym wolnym chłodzeniem 30-60°C/h do temperatury 500°C. Z kolei droga pośrednia opiera się na przemianie austenit + grafit perlit + grafit w pierwszym etapie obróbki, a następnie na przemianie perlit + grafit ferryt + grafit w drugim etapie obróbki cieplnej. W pierwszym etapie, po austenityzowaniu w temperaturze 900-920°C przeprowadza się chłodzenie ciągłe do temperatury poniżej temperatury przemiany eutektoidalnej dla uzyskania perlitycznej struktury osnowy. Drugi etap polega na wyżarzaniu w temperaturze bliskiej temperatury początku przemiany eutektoidalnej, celem rozłożenia cementytu eutektoidalnego w perlicie na ferryt+grafit. Ten rodzaj obróbki cieplnej zapewnia, według publikacji Cz. Podrzucki, A. Wojtysiak „Żeliwo plastyczne niestopowe”, cz. 1, Wyd. AGH, Kraków 1987, lepsze własności plastyczne.

Stosowane dotychczas w praktyce przemysłowej technologie ferrytyzującej obróbki cieplnej odlewów z żeliwa sferoidalnego są czasochłonne, co wpływa na koszt ich wytwarzania.

Pomimo decydującej roli wytrzymałości zmęczeniowej w zagadnieniu poprawy żywotności el ementów z ferrytycznego żeliwa sferoidalnego, które muszą przenieść dużą liczbę cykli zmiennych obciążeń, brak jest w specjalistycznej literaturze porównania sposobów otrzymywania tego żeliwa w aspekcie wartości jego własności mechanicznych i wytrzymałości zmęczeniowej.

Nieoczekiwanie okazało się w przypadku ferrytycznego żeliwa sferoidalnego możliwe zastosowanie nowego sposobu podwyższenia wytrzymałości zmęczeniowej odlewów z niego wykonanych, polegającego na poddaniu ich obróbce cieplnej obejmującej austenityzowanie, który zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że odlewy poddane tej obróbce chłodzi się z kontrolowaną szybkością 300°C/h do uzyskania temperatury początku przemiany elektroidalnej i izotermicznie wytrzymuje w niej przez czas zapewniający zajście korzystnie 95% przemiany austenitu w ferryt i grafit, po czym odlewy schładza się w oleju do temperatury otoczenia.

W wyniku szybkiego schładzania uzyskuje się przemianę powstałej części austenitu w produkty hartowania rozmieszczone wokół nieciągłości materiału występujących w obszarach, które podczas krystalizacji odlewu zakrzepły jako ostatnie, co pozwoliło uzyskać wyższą wytrzymałość na rozciąg anie i umowną granicę plastyczności, wysokie wydłużenie oraz wyższą wytrzymałość zmęczeniową w porównaniu do wartości tych parametrów uzyskanych w dotychczas stosowanych w praktyce przemysłowej technologiach ferrytyzującej obróbki cieplnej. Ma to istotne znaczenie dla zwiększenia żywotności elementów pracujących w warunkach zmiennych obciążeń, ponieważ uzyskane bariery strukturalne utrudniają rozwój pęknięć na istniejących w materiale nieciągłościach.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie jego realizacji, nieograniczającym zakresu ochrony.

P r z y k ł a d

Odlew płyty o grubości 20 mm wykonany z żeliwa sferoidalnego o składzie chemicznym: 3,50%C, 2,54%Si, 0,07%Mn, 0,03%P, 0,009%S, 0,05%Ni, 0,02%Cr, 0,035%Mg poddano ferrytyzującej obróbce cieplnej, polegającej na nagrzaniu z szybkością 300°C/godz. do temperatury 900°C, wygrzaniu w tej temperaturze w czasie 1 godziny, chłodzeniu do określonej metodą badań dylatometrycznych temperatury początku przemiany eutektoidalnej równej 750°C z szybkością 300°C/h, wygrzaniu w tej temperaturze w określonym metodą badań dylatometrycznych czasie, niezbędnym

PL 222 959 B1 do zajścia przynajmniej 90% przemiany austenit + grafit ferryt + grafit, równym 2 godziny, i następnym chłodzeniu w oleju. W efekcie takiej obróbki cieplnej uzyskano żeliwo sferoidalne o osnowie ferrytycznej ze śladami produktów hartowania. Charakteryzowało się ono własnościami: R_m=470 MPa, R₀,₂=320 MPa, A₅=15%, wytrzymałość zmęczeniowa Z_gw=167 MPa.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Sposób podwyższania wytrzymałości zmęczeniowej odlewów z ferrytycznego żeliwa sferoidalnego, polegający na poddaniu ich obróbce cieplnej obejmującej austenityzowanie, znamienny tym, że odlewy poddawane obróbce cieplnej obejmującej austenityzowanie chłodzi się z kontrolowaną szybkością 300°C/h do uzyskania temperatury początku przemiany elektroidalnej i izotermicznie wytrzymuje w niej przez czas zapewniający zajście korzystnie 95% przemiany austenitu w ferryt i grafit, a następnie chłodzi w oleju do temperatury otoczenia.