PL228539B1

PL228539B1 - Sposób wytwarzania małogabarytowych odlewów ze staliwa ferrytyczno-austenitycznego

Info

Publication number: PL228539B1
Application number: PL414771A
Authority: PL
Inventors: Zbigniew Stradomski; Grzegorz Stradomski; Marek Sławomir Soiński
Original assignee: Politechnika Czestochowska
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2018-04-30
Also published as: PL414771A1

Description

(21) Numer zgłoszenia: 414771 _e22D _{13/00 (2}006.01)

B22D 13/02 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 11.11.2015

Sposób wytwarzania małogabarytowych odlewów ze staliwa ferrytyczno-austenitycznego (73) Uprawniony z patentu:

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA, Częstochowa, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

22.05.2017 BUP 11/17 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

30.04.2018 WUP 04/18 (72) Twórca(y) wynalazku:

ZBIGNIEW STRADOMSKI, Częstochowa, PL GRZEGORZ STRADOMSKI, Częstochowa, PL MAREK SŁAWOMIR SOIŃSKI,

Częstochowa, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz, pat. Cezary Radecki σ>

co m

co

CM

Q_

PL 228 539 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania małogabarytowych odlewów ze staliwa ferrytyczno-austenitycznego, zwłaszcza odlewów stosowanych w urządzeniach, maszynach i instalacjach do odwadniania i przepompowywania mediów agresywnych o niskim pH i zwiększonym udziale cząstek stałych, w przemyśle metalurgicznym oraz chemicznym i petrochemicznym, jak również w przemyśle wydobywczym przy eksploatacji złóż szelfowych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 205645 sposób wytwarzania blachy stalowej dwufazowej polegający na tym, że zwój blachy stalowej o składzie: 0,02-0,20% węgla, 0,010-0,150% aluminium, maksymalnie 0,01% tytanu, maksymalnie 0,5% krzemu, a maksymalnie 0,060% fosforu, maksymalnie 0,030% siarki, 1,5-2,40% manganu, 0,03-1,50% chromu, 0,03-1,50% molibdenu, podaje się do strefy ogrzewania, przy czym taśmę przesuwa się przez strefę ogrzewania systemem ciągłym do nagrzania jej do temperatury 727-774°C. Taśmę następnie przesuwa się przez strefę wygrzewania utrzymując jej temperaturę w zakresie 727-771°C przez 20 do 90 sekund, a potem taśmę przesuwa się przez strefę chłodzenia ochładzając ją z szybkością większą niż 1°C na sekundę, po czym przerywa się chłodzenie taśmy gdy jej temperatura zostanie zmniejszona do ±17°C względem temperatury kąpieli do cynkowania. W kolejnym etapie taśmę przetrzymuje się w temperaturze 454-493°C i ±17°C względem temperatury kąpieli do cynkowania przez 20 do 100 sekund, następnie taśmę zanurza się w kąpieli do cynkowania i chłodzi się ją do temperatury otoczenia.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 150919 sposób wytwarzania odlewów ze staliwa o strukturze austenityczno-ferrytycznej polegający na wytapianiu staliwa w indukcyjnym piecu elektrycznym o wyłożeniu zasadowym. Odlewy elementów na przykład pomp uzyskiwane w tym sposobie poddaje się obróbce cieplnej polegającej na przesycaniu z temperatury 1020-1050°C w wodzie, a następnie starzeniu przy temperaturze 480-500°C przez 5 godzin.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 125 644 sposób otrzymywania łopatek turbin gazowych polegający na tym, że wsad metalowy znajdujący się w zbiorniku topielnowlewowym w górnej części formy umieszczonej w piecu grzewczym poddaje się wraz z formą nagrzaniu do temperatury wyższej od temperatury topienia stosowanego stopu. Następnie wnękę formy zapełnia się roztopionym, przegrzanym i odgazowanym metalem, po czym formę w celu wywołania kierunkowego krzepnięcia wysuwa się ze strefy grzewczej pieca ze stałą prędkością. W wyniku takiego sposobu postępowania otrzymuje się łopatki turbin gazowych o strukturze monokrystalicznej, w wyniku czego wykazują one wyższą wytrzymałość na pełzanie i plastyczność.

Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 146962 sposób wytwarzania cienkościennych odlewów według wynalazku polegający na tym, że wsad metalowy topi się i rafinuje w czasie 300-900 s w zależności od stopnia jego czystości, przy ciśnieniu 10^-2-10^-3 Tr oraz modyfikuje dodatkami lantanowców w ilości 0,005-0,04% wagowych, a następnie odlewa się go metodą grawitacyjną lub syfonową, w obecności argonu czystego będącego pod ciśnieniem 400 Tr, do formy, którą stanowi misa z wlewem głównym i jedną lub dwoma belkami współśrodkowymi lub misa z wlewem trzpieniowym, a po wytopieniu wosku z formy w autoklawie wysokociśnieniowym obsypuje się ją wermiculitem, wyżarza w temperaturze 1050-1100°C oraz poddaje odsysaniu iniekcyjnemu i odgazowaniu w piecu próżniowym w czasie 150-300 s. Modyfikacji wsadu lantanowcami dokonuje się na pięć minut przed zalaniem go do formy odlewniczej. Argon wprowadza się do pieca próżniowego równocześnie z zalewaniem formy.

Celem wynalazku było opracowanie sposobu wytwarzania małogabarytowych odlewów cienkościennych o zwiększonej udarności oraz odporności korozyjnej i erozyjnej dla poszerzania możliwości wykorzystania wykonanych odlewów w urządzeniach pracujących dynamicznie.

Sposób według wynalazku polega na tym, że wsad wytopiony do temperatury 1580°C - 1600°C zalewa się do formy z czujnikiem temperatury końca krzepnięcia odlewu, a następnie wsad chłodzi się z prędkością 15°C/s - 60°C/s aż do uzyskania przez powstały odlew co najmniej temperatury końca krzepnięcia zmierzonej przez czujnik temperatury końca krzepnięcia odlewu, nie dłużej niż do osiągnięcia temperatury początku zakresu wydzielania się w odlewie fazy sigma, po czym uzyskany odlew chłodzi się z prędkością 0,3°C/s w zakresie temperatur wydzielania się fazy sigma aż do uzyskania przez odlew temperatury 600°C.

Korzystnym jest gdy wsad chłodzi się z prędkością 15°C/s - 20°C/s aż do uzyskania przez powstały odlew temperatury końca krzepnięcia.

W sposobie według wynalazku wykorzystany został mechanizm umacniania dyspersyjnego w celu zwiększenia odporności na zużycie erozyjne wydzieleniami fazy sigma o określonej dyspersji

PL 228 539 B1 i rozkładzie. Przyjęty w sposobie zakres szybkości krzepnięcia oraz chłodzenia odlewu umożliwił uzyskanie bardzo silne rozdrobnionego ziarna oraz korzystną z punktu widzenia własności erozyjnych, morfologię i dyspersję fazy sigma. Określone w opracowanym sposobie szybkości krzepnięcia oraz chłodzenia umożliwiają uzyskanie w surowym odlewie korzystnej struktury staliwa duplex bez dodatkowej, bardzo kosztownej ze względu na stosowane temperatury przesycania, sięgające 1150°C obróbki cieplnej.

Dla niewielkich odlewów o wadze od kilku do kilkunastu kg uzyskano około 10% udział fazy sigma. Badania laboratoryjne odporności erozyjnej potwierdziły skuteczność sposobu, którego efektywność sięga nawet 300%.

Sposób według wynalazku gwarantuje jednocześnie około czterokrotny wzrost uda rności co poszerza możliwości wykorzystania tak wykonanych elementów w urządzeniach pracujących dynamicznie.

P r z y k ł a d 1

Przykład dotyczy przygotowania 4,5 kg wirnika o małych łopatkach przeznaczonego do pracy w pompie do wybierania zasolonej i zapiaszczonej wody. W tym celu około 6 kg wsadu stanowiącego staliwo duplex o składzie określonym w poniższej tabeli 1 wytopionego w temperaturze 1580°C zalano do formy z czujnikiem temperatury umożliwiającym określenie temperatury końca krzepnięcia odlewu, a następnie wsad został chłodzony z prędkością 15°C/s aż do uzyskania przez powstały odlew temperatury końca krzepnięcia wynoszącej 1230°C. Temperatura ta została zmierzona przez czujnik temperatury końca krzepnięcia odlewu umieszczony w formie. Szybkość chłodzenia została utrzymana aż do temperatury 1050°C stanowiącej temperaturę początku zakresu wydzielania się w odlewie fazy sigma, po czym uzyskany odlew chłodzony był z prędkością 0,3°C/s w zakresie temperatur wydzielania się fazy sigma aż do uzyskania przez odlew temperatury wynoszącej 600°C.

Szybkość krzepnięcia odlewu poniżej 15°C/s byłaby niekorzystna gdyż spowodowałoby wzrost wielkości ziarna a co za tym idzie obniżenie własności plastycznych, w tym udarności. Chłodzenie zakrzepniętego odlewu w zakresie temperatur 950-600°C przebiegające z szybkością 0,3°/s umożliwiło uzyskanie drobnoziarnistej struktury ferrytyczno-austenitycznej z około 10% fazy sigma o bardzo drobnej i równomiernej dyspersji.

T a b e l a 1. Skład chemiczny staliwa [% wag.]

ozn.	C	Cr	Ni	Cu	Mo	Mn	Si	S	P	N	Fe
% wag.	0,025	26,80	6,48	0,03	3,00	1,19	1,04	0,011	0,008	0,25	reszta

P r z y k ł a d 2

Przykład dotyczy przygotowania 6 kg wirnika o małych łopatkach przeznaczonego do pracy w systemie do wybierania zasolonej i zapiaszczonej wody. W tym celu 8 kg wsadu stanowiącego staliwo duplex o składzie określonym w poniższej tabeli 2 wytopionego w temperaturze 1600°C zalano do formy z czujnikiem temperatury umożliwiającym określenie temperatury końca krzepnięcia odlewu, a następnie wsad został chłodzony z prędkością 40°C/s aż do uzyskania przez powstały odlew temperatury końca krzepnięcia odlewu wynoszącej 1230°C po czym odlew chłodzony był dalej z prędkością 0,3°C/s w zakresie temperatur wydzielania się fazy sigma aż do uzyskania przez odlew temperatury wynoszącej co najmniej 600°C.

Ciągła szybkość chłodzenia odlewu powyżej 60°C/s byłaby niekorzystna gdyż spowodowałoby to niewydzielenie się fazy sigma bądź jej wydzielenie w bardzo małe ilości.

T a b e l a 2. Skład chemiczny staliwa [% wag.]

PL 228 539 B1

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wyrobów małogabarytowych ze staliwa ferrytyczno-austenitycznego polegający na wytopieniu wsadu, a następnie dwuetapowym chłodzeniu, znamienny tym, że wsad wytopiony do temperatury 1580^oC-1600°C zalewa się do formy z czujnikiem temperatury końca krzepnięcia odlewu, a następnie wsad chłodzi się z prędkością 15°C/s - 60°C/s aż do uzyskania przez powstały odlew co najmniej temperatury końca krzepnięcia zmierzonej przez czujnik temperatury końca krzepnięcia odlewu, nie dłużej niż do osiągnięcia temperatury początku zakresu wydzielania się w odlewie fazy sigma, po czym uzyskany odlew chłodzi się z prędkością 0,3°C/s w zakresie temperatur wydzielania się fazy sigma aż do uzyskania przez odlew temperatury 600°C.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wsad chłodzi się z prędkością 15°C/s - 20°C/s aż do uzyskania przez powstały odlew temperatury końca krzepnięcia.

Departament Wydawnictw UPRP