Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia odlewów z zeliwa sferoidalnego.Znane sa sposoby wytwarzania zeliwa sferoidal¬ nego, w których do stopionego metalu dodaje sie w dostatecznej ilosci któregokolwiek ze znanych lub mieszanine znanych pierwiastków modyfikuja¬ cych zwlaszcza stop ceru, magnezu i wapnia, w ce¬ lu zmniejszenia zawartosci siarki do niewielkiej wartosci oraz pozostawienia w stopionym metalu szczatkowych ilosci modyfikatorów jako zarodków krystalizacji grafitu w postaci kulistej Wiekszosc sposobów stosowanych obecnie w praktyce polega na odsiarczaniu stopionego meta¬ lu w celu zmniejszenia kosztów wytwarzania, po¬ prawy konsystencji i umozliwienie wytworzenia zeliwa sferoidalnego o mniejszym skurczu i poda¬ tnosci na wystapienie wad.Niedogodnoscia sposobu, w którym stosuje sie magnez jako czynnik steroidujacy jest ulatnianie sie magnezu z metalu zmniejszajace stopien sfero- idyzacji. Ponadto, na skutek stosowania stopów -krzemowych, które ma miejsce w wiekszosci zna¬ nych sposobów wytwarzania zeliwa sferoidalnego, produkt koncowy zawiera wolny cementyt, nieskra- walny i kruchy. Dlatego do stopionego metalu do¬ daje sie magnez w nadmiarze obliczonym na jego ulatnianie sie i przeprowadza sferoidyzacje zeliwa w mozliwie krótkim czasie, aby zapobiec pogorsze¬ niu sie stopnia sferoidyzacji. Nadmiar czynnika sferoidyzujacego powieksza wady odlewnicze ze¬ liwa przez tworzenie sie zuzla i wiekszy skurcz.Powieksza równiez koszty wytwarzania zeliwa sfe¬ roidalnego. Dodanie stopów sferoidyzujacych zwla¬ szcza zawierajacych magnez wywoluje silne, eko- logicznie szkodliwe zjawiska pirotechniczne, które ze wzgledu na ich gwaltowny przebieg trudno kon¬ trolowac ilosciowo.Proponowano wiele sposobów dla unikniecia tych glównych niedogodnosci wytwarzania zeliwa sfe- io roidalnego i niektóre z nich pod pewnymi wzgle¬ dami byly udane, ale do ograniczonego stopnia.Jeden ze znanych sposobów polega na tym, ze stosuje sie stop krzemowy jako czynnik grafityzu- jacy lub stop sferoidyzujacy albo oba równoczesnie dodajac do zeliwa bezposrednio w ukladzie wle¬ wowym. Na skutek tego, ze skladniki te podaje sie w ostatnim mozliwym momencie, to jest w cza¬ sie operacji odlewania, eliminuje sie efekty piro¬ techniczne oraz wady strukturalne.Sposób polegajacy na dodawaniu do formy sto¬ pów sferoidyzujacych, zwlaszcza zawierajacych magnez, ma wiele wad rzutujacych na strukture odlewu i znacznie ograniczajacych mozliwosc jego rozpowszechnienia.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wy¬ twarzania odlewów z zeliwa sferoidalnego o wy¬ sokiej ciagliwosci, który nie ma wad i niedogodno¬ sci wystepujacych w znanych sposobach sferoidy- zacji w formach. 87 81687 816 3 4 Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze do zeliwa w kadzi odlewniczej dodaje sie stop zawie¬ rajacy pierwiastki ziem rzadkich w ilosci 0,1—1,2% oraz pierwiastki ziem alkalicznych w ilosci 0,01— 1%, a nastepnie zeliwo odlewa sie do formy za¬ wierajacej co najmniej jedna komore, w której umieszcza sie zaprawe magnezowa w ilosci 0,125— 1,25% wagowych w odniesieniu do ciezaru odlane¬ go zeliwa.Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uklad wlewowy formy dla trzech od¬ lewów probierczych w widoku perspektywicznym, fig, 2 — fotomikrogram struktury odlewu wykona¬ nego przy zastosowaniu drugiego zabiegu wedlug wynalazku z odlewu probierczego 1, fig. 3 — fo- tomikrogram struktury odlewu wykonanego przy zastosowaniu drtfeiego zabiegu sposobu wedlug wy¬ nalazku z odlewu probierczego 3.Uklad wlewowy dla formy trzech odlewów pro¬ bierczych 1, Z, 3, zawiera wlew 109 polaczony z ko¬ mora 9, w której umieszcza sie stop magnezowy.Komora 9 polaczona jest z odzuzlaczem 8 i kana¬ lem rozprowadzajacym 7. Odlewy probiercze 1, 2, 3 polaczone sa z kanalem rozprowadzajacym 7 za pomoca kanalów doprowadzajacych 4, 5, 6.Na fig. 2 i 3 przedstawiono fotomikrogramy struktur próbek metalograficznych odlewów 1 i 3 odlanych przy zastosowaniu drugiego zabiegu spo¬ sobu wedlug wynalazku. Struktura przedstawiona na fig. 2 pochodzi z czesci srodkowej odlewu 1 a struktura pokazana na fig. 3 z czesci srodkowej odlewu 3. Struktura czesci srodkowej odlewu 2 jest zasadniczo taka sama jak struktura przedsta¬ wiona na fig. 2 i 3.Struktura zeliwa przedstawionego na fig. 2 i 3 sklada sie z osnowy 1 ferrytycznej oraz kuleczek 3 grafitu.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze sto¬ suje sie obróbke wstepna zeliwa w kadzi odlewni¬ czej przed odlaniem zeliwa do formy zawierajacej stop magnezu, która zapobiega powstawaniu nie¬ jednorodnosci w odniesieniu do zawartosci magne¬ zu. Obróbka wstepna zeliwa eliminuje efekty piro¬ techniczne i ulatnianie sie modyfikatora w czasie odlewania zeliwa do formy oraz umozliwia wytwa¬ rzanie odlewu jednorodnego o dobrych wlasno¬ sciach.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze to¬ in, sie i odsiarcza zeliwo, a nastepnie dodaje sie do zeliwa w kadzi wybrany modyfikator o malej wy- buchowosci i duzej odpornosci na ulatnianie sie, po czym zeliwo odlewa sie do formy, której uklad wlewowy ma komore zawierajaca stop krzemowo- magnezowy.Kazdy z tych zabiegów jest niezbedna czescia sposobu wedlug wynalazku, i o ile kazdy z tych zabiegów bedzie przeprowadzany wlasciwie, otrzy¬ ma sie produkt koncowy o korzystnych wlasno¬ sciach.Podczas pierwszego zabiegu sposobu wedlug wy¬ nalazku topi sie zeliwo o skladzie typowym dla ze¬ liwa przeznaczonego do steroidyzacji i malej za¬ wartosci siarki. Zeliwo takie zawiera 3,30 do 4% wegla, 1,0 do 3,0% krzemu, 0,20 do 1,0% magnezu, 0,02 do 0,10% fosforu i 0,005 do 0,06% sikrki. Do celów specjalnych mozna równiez stosowac zeliwo, które posiada inny sklad. Zeliwo7- moze tel zawie¬ rac takie skladniki stopowe jak nikiel, molibden lub miedz nadajace mu okreslone wlasnosci. Zeli¬ wo powinno posiadac sklad, w odniesieniu do za¬ wartosci wegla i krzemu, zblizony do punktu eu- tektycznego okreslony zawartoscia wegla od 4 do 4,6%. W praktyce wlasnie takie zeliwa stosuje sie na zeliwa sferoidalne. Korzystnie, wielkosc zabie¬ lenia zeliwa w znormalizowanej próbie klinowej jest mniejsza od 6,5 mm. Zeliwo topi sie w piecu elektrycznym, w zeliwiaku lub w piecu plomien¬ nym o wykladzinie kwasnej lub zaaadowej w za¬ leznosci od rodzaju. Zeliwo do sferoidyzacji powin¬ no zawierac mala ilosc siarki, a poczatkowa do¬ puszczalna zawartosc siarki jest uzalezniona od ro¬ dzaju stosowanych srodków odsiarczajacych. Mimo, ze w czasie drugiego zabiegu dodaje sie modyfika¬ tor i redukuje sie zawartosc siarki ponizej 0,02% zwykle uprzednio zmniejsza sie zawartosc siarki za pomoca tanszych srodków. Korzystnie zawartosc siarki przed rozpoczeciem drugiego zabiegu sposo¬ bu wedlug wynalazku zmniejsza sie do ponizej 0,025% a nawet 0,015%, stosujac najkorzystniej weglik wapniowy oraz stosujac wsad porowaty w celu wymieszania zeliwa.Najistotniejszym w sposobie wedlug wynalazku jest drugi zabieg i o ile przeprowadzi sie go wla¬ sciwie, sferoidyzacja zeliwa w ukladzie wlewowym formy bedzie skuteczna. Korzystnie jest, jesli ze¬ liwo w kadzi doprowadza sie do stanu, który umo¬ zliwia lagodny przebieg sferoidyzacji w formie i otrzymanie bardziej jednorodnego odlewu.Drugi zabieg sposobu wedlug wynalazku polega na tym, ze do zeliwa w kadzi dodaje sie skladnik zawierajacy pierwiastki ziem rzadkich, a zwlasz¬ cza cer i pierwiastki ziem alkalicznych, a zwlasz¬ cza wapn, w celu zmiany stopnia zabielenia zeliwa do wartosci odpowiadajacej poczatkowemu zabie¬ leniu kapieli. Korzystnie dazy sie do znacznego zwiekszenia stopnia zabielania zeliwa.Sa dwa powody ku temu. Pierwszy z nich polega na tym, ze cer i wapn nie zwiekszaja stopnia za¬ bielenia zanim calkowicie nie zneutralizuja zawar¬ tosci siarki. Po zneutralizowaniu siarki cer i wapn lacza sie w nietrwale wegliki zwiekszajac stopien zabielenia. Poniewaz stopien zabielenia daje sie stwierdzic szybko i latwo mozna wiec ustalic czy zeliwo jest wlasciwie przygotowane do sferoidyza¬ cji. Ma to istotne znaczenie w sposobie wedlug wynalazku. Cer i wapn wprowadza sie najkorzy¬ stniej do zeliwa pod postacia krzemku i fluorku ceru. W niektórych przypadkach dodaje sie rów¬ niez magnez w malej ilosci, lecz nie jest to takie istotne dla podwyzszenia stopnia zabielenia zeliwa, jak dodanie ceru w dostatecznej ilosci.Korzystnie jest jesli stopien zabielenia kapieli stwierdzony za pomoca znormalizowanej próby klinowej, w której stosuje sie klin o kacie ostrza wynoszacym 28° i grubosci podstawy równej 12,70 mm, wynosi nie wiecej niz 6,5 mm. Dodawanie ce¬ ru i wapnia powyzej tej wartosci zabielenia powo¬ duje powstawanie w zeliwie trwalych weglików w miejsce weglików nietrwalych. Wegliki trwale 40 45 50 55 6087 816 maja niekorzystny wplyw na strukture odlewu. Aby zapewnic wystepowanie weglików nietrwalych w zeliwie sieroidyzowanym, stosuje, sie zeliwo wyj¬ sciowe o duzej zawartosci grafitu w postaci wolnej, o malym stopniu zabielenia i nastepnie dodaje sie do niego cer i wapn w celu zwiekszenia stopnia zabielenia. Korzystnie jest, jesli stopien zabielenia zeliwa wyjsciowego wynosi 0,8 do 3,2 mm chociaz moze byc równiez uzywane zeliwo o stopniu zabie¬ lenia wynoszacym 6,35 mm.W drugim zabiegu do kapieli dodaje sie cer i wapn dopóty, dopóki stopien zabielenia nie zwiek¬ szy sie co najmniej o 50% ale nie wiecej niz 150% wzrastajac w stopniach zabielenia od zakresu 0,8— 6,5 mm odpowiednio do zakresu wynoszacego 1,2— 19,1 mm. Jesli poczatkowy stopien zabielenia wy¬ nosil 1,6 mm po zwiekszeniu zabielenia wyniesie 2,4 do 4,8 mm. W tym przypadku stopien zabiele¬ nia zeliwa zwieksza sie o 100%, aby uniknac ble¬ dów pomiaru stopnia zabielenia. Zwykle dodaje sie dostateczna ilosc wapnia i ceru do podwojenia sto¬ pnia zabielenia wzgledem poczatkowego stopnia za¬ bielenia, jaki miala kapiel przed ich dodaniem.Najkorzystniej w kapieli o stopniu zabielenia 3,2 mm w drugim zabiegu sposobu wedlug wynalazku zwiekszaja sie stopien zabielenia zeliwa cerem i wapniem do 6,5 mm i wiecej.Typowa mieszanina stosowana w drugim zabiegu sposobu wedlug wynalazku zawiera 80% krzemu i 20% zwiazku z pierwiastkiem ziem rzadkich (flu¬ orek ceru). Ilosc, która zwiekszylaby stopien za¬ bielenia zeliwa do zadanego, miesci sie lub prze¬ kracza zakres od 0,125% do 1,125%, a korzystnie wynosi 0,75% w zaleznosci od zawartosci siarki w kapieli. Innym stosowanym pierwiastkiem ziem rzadkich jest neodym, a pierwiastkiem ziem alka¬ licznych odpowiednio bar.Trzeci zabieg sposobu wedlug wynalazku polega na tym, ze odlewa sie zeliwo, otrzymane podczas drugiego zabiegu wedlug wynalazku, do formy któ¬ rej uklad wlewowy zawiera komore, w której znaj¬ duje sie zelazokrzemowa zaprawa magnezowa. Me¬ tal przeplywajac do formy przez uklad wlewowy rozpuszcza zaprawe magnezowa. Po rozpuszczeniu sie zaprawy w zeliwie powstaje struktura sferoidal- na, która cechuje liczba malych kuleczek grafito¬ wych w osnowie zasadniczo ferrytycznej przy cal¬ kowitym braku twardych i kruchych weglików.Roztwór staly magnezu w zeliwie moze róznic sie stezeniem w róznych czesciach odlewu, lecz na skutek wlasciwego przygotowania zeliwa podczas pierwszego i drugiego zabiegu sposobu wedlug wy¬ nalazku, warunek jednorodnosci odlewu co do za¬ wartosci magnezu staje sie mniej istotny, umozli¬ wiajac uzyskanie jednakowych wlasnosci mecha¬ nicznych i struktury w calym odlewie.Bez kondycjonowania zeliwa zastosowanie trze¬ ciego sposobu wedlug wynalazku doprowadziloby do powstania w odlewie niejednorodnej struktury niedopuszczalnej z handlowego punktu widzenia.Do przeprowadzenia trzeciego sposobu wedlug wynalazku stosuje sie forme z ukladem wlewowym zaopatrzonym w znany odzuzlacz. Odzuzlacz zawie¬ ra zbiornik zeliwa oraz rdzen odzuzlajacy, który uniemozliwia przedostawanie sie zanieczyszczen oraz produktów reakcji do formy. Wielkosc zbiornika zalezna jest od ilosci zaprawy magnezowej umie¬ szczonej w komorze.Korzystne jest, jesli wielkosc komory jest taka, ze stop zajmuje objetosc wieksza niz 25% a mniej¬ sza niz 50% objetosci komory. Zapewnia to równo¬ mierne rozpuszczenie sie zaprawy magnezowej w zeliwie w czasie odlewania. Natezenie przeplywu metalu zalezy od wielkosci przekroju górnej czesci io odzuzlacza, w której jest umieszczony rdzen odzuz¬ lajacy, i wynosi zgodnie z praktyka odlewnicza za¬ sadniczo 1 :1,25 razy pierwiastek kwadratowy z wagi odlewanego metalu. Zaprawe zawierajaca krzem i magnez stosuje sie w postaci ziaren owiel- kosci od 3,18 do 6,35 mm, poniewaz stwierdzono, ze ziarna o tej wielkosci rozpuszczaja sie jedno¬ rodnie. Zaprawe magnezowo-fcrzemowa mozna za¬ stapic zaprawa magnezowo-niklowa. Ilosc dodawa¬ nej zaprawy zalezy od czasu odlewania i zasadni- czo wynosi tyle, aby zawartosc magnezu w odle¬ wie byla nie mniejsza niz 0,01% wagowych i nie przekraczala 0,10% wagowych. Podaje sie wiec wieksza ilosc magnezu wynoszaca korzystnie 0,04% do 0,20% wagowych. Poczatkowa ilosc krzemu lub niklu powinna wynosic od 0,10% do 1,0 %{ wago¬ wych.Stwierdzono, ze te ilosci magnezu i krzemu da¬ ja najlepsze wyniki w wiekszosci przypadków.O ile odlew jest skomplikowany i odlewany wolno w kilku punktach równoczesnie, stosuje sie kilka komór i odzuzlaczy. Uklad wlewowy formy dobie¬ ra sie zasadniczo w zaleznosci od geometrii odle¬ wu. Stosowanie wiekszej liczby odzuzlaczy w spo¬ sobie wedlug wynalazku przestaje byc istotne, na skutek kondycjonowania zeliwa, jakie przeprowa¬ dza sie w drugim zabiegu. Bez wstepnego kondy- cjonowania zeliwa niejednorodnosci w roztworze stalym bylyby tak znaczne, ze odlew bylby wadli¬ wy. 40 Na skutek zastosowania drugiego zabiegu wplyw trzeciego zabiegu sposobu wedlug wynalazku na ja¬ kosc odlewów zostal znacznie ograniczony.Przyklad. W formie zawierajacej trzy wneki odlano próbki takie jaik na fig. 1 i po przeprowa- 45 dzeniu badan stwierdzono, ze zeliwo zawieralo 3,80% wegla, 1,92% krzemu, 0,35% magnezu, 0,03 fosforu i 0,03% siarki. Do odsiarczenia zeliwa sto¬ sowano 1% weglika wapniowego, przy czym zeli¬ wo mieszano za pomoca gazu w postaci azotu. Za- 50 wartosc siarki zredukowano do 0,01%. Stopien za¬ bielenia kapieli mierzonej za pomoca próby klino¬ wej, w której stosowano klin o kacie ostrza rów¬ nym 28° i grubosci podstawy równej 12,70 mm, wyniósl 2,4 mm. Nastepnie dodano do kapieli mie- 55 szanine zawierajaca 80% krzemku wapniowego i 20% fluorków pierwiastków ziem rzadkich, w ilo¬ sci 0,625% ceru. Zawartosc siarki zredukowano na skutek tego do 0,005%, a stopien zabielenia wzrósl do 5,6 mm. Nastepnie zeliwo odlano do formy, przy 60 czym w komorze ukladu wlewowego umieszczono 0,5% wagowych zaprawy zawierajacej 10% magne¬ zu i 40% krzemu w postaci ziaren o wielkosci do 3,18 mm. Próbki oznaczono jak na fig. 1 i odpo¬ wiednio 1, 2, 3 i po przeprowadzeniu badan otrzy- 65 mano wyniki zestawione na tabUcy.87 816 7 S Tablica PL PL PL