KVALITA MATERI~U ODLITK~ - afe.polsl.pl · KVALITA MATERI~U ODLITK~ ... dm hcm IcpelnCho zpracovfini, ... proposal for contractual takmver condi lions concerning qudi ty for stccl

Amhives of Foundry, Year 2004, Volume 4, Nr 11

Archiwum Odlewnictwa Rok 2004, RoczniL 4, Nr El

PAN - Katowice PL ISSN 1642-5308

KVALITA M A T E R I ~ U O D L I T K ~

FrantiSek H A V L ~ ~ E K '), Petr KOZELSK~ 2', Ale3 HANUS 3'

Anotace: Pfednska pojednAvA o kvalitil rnateriA1,lu odliM v ceICrn jeho priiFezu a

hodnotach rnateri8lovych vlastnostf. Vyznarnng vliv na kvalitu matrice rnA krystalizace a jeji prPlvodnl jevy pFe'edevSlm segregace prvkii. Byly sledovdny hodnoty vgech druhd mechanicech vlastnosti, chemickkho sloZenf, mahostmktwy a hustoty matrice u oceloljch odlitkf s rozdilnou hmotnosti i s rozdfln@i tlou5t'karni stZn. U dvou odlitkd se takC aplikoval vliv pulsace taveniny pPi tuhnuti. I)& se zjiWovaly hodnoty rnateri Aloljch vlastnosti u odlitkd Zihanfch a neZfhanfch. Zlskmd esledky slouZIly k opravg nEkterJich erobdch postupb, tepelnych re5imh a k nfivrhu srnluvnich pPejimcich podrninek kvality pro oceZovC odlitky o hmotnosti nad 20t. Vysledky obohacuji poznAni v oblasti sl6vArenstvi a rnaterihlovCho inienfistvi.

Gvod Kvalita materiEilu odlitki3 i tvfrltenfch souCEistl j e ovlivnlina fadou Einitelfi.

PHEinou niZBi kvality jsou d i i k o v P poruchy bodovd, vakance Ci interstiticlj atom v mHZce, vyvolhvaj icI pnutf, nebo CArovd dislokace a plognd pomchy. Mnoht! z poruch mPiZky vnikaji j iZ pfi tuhnuti slitiny [I] a mnoii se plastickou deformaci nebo nahFAtirn na vysokou teplotu a rychI9r-n ochlazenim. V matcrialu po tepelndrn zpracovhni se nachfizeji pfibIiZn6 1 ~ 'crn-~ dislokaci [I]. lnterakce dislokaci s nekovoemi vmgstky v lit& oceli naznaEuje vyso?ch hustota dislokaci v okol t vmgstku, je pPiEinou mikrotrhlin a podstabn6ho sni;EenZ hodnot pevnosti materjau [1,2]

Rozhodujlci vliv na kvalitu materidu odIitku mB ibovefi souEasnfch v3;robnich technologii. Praxe ukazuje na sloZitost zvy3ovAni hodnot uZitn jch vlastnosti rnatet-ihlu [3, 43. VyZaduje to pokrok ve vgech oblastech teorie taveniny a strwktury kovii, metdurgie a technologic. Z hlediska kvality rnateridu pro odlitky, je nutnh dokonala Eistota oceli a jejf metalurgicke zpracovAnf, nizkh koncentrace doprovodnfch a stopoech prvkb, obsah, sloienf, bar a rozdEleni nekovoech vmgstkfi, b k d chemickt sloZeni a vysokou chernickou a teplotnf homogenitu v phnvi 121. Zde mSI uplatneni komplexni sekundarni metalurgie.

1 j ~ a t a i r a slivirenstvE, VSB-TU Ostrava 2) Katedra slivirenstvi, VSB-TU Ostrava 3) Katedra sltv5renstvi, VSB-TU Ostrava

Dal JIm qmamngm Chitelern ovlivnuj Icim kval itu materihlu odlitku j e proces vlastniho tu hnuti a jeho p~vodnhni jevy. Pohdavkem pro vysokou z hldiska slkvhrenskC technologic: - tepelnz f hen4 usrnl5rn8nt5 tuhnutl, zmCuj EcI vnith t homogenitu odlitku - EhsteEnC omezen i phmov6ho odrnigenl a vycezeni ljpravorr chemickCho slo2enf

kovu, ryW intenzitou ochlazovAni a vakuovhni taveniny pfed l itlm - aplikacc suspcnzniho liti nebo tnichfini taveniny v dobt! tuhnvti postupnym

magnctickjm polcm - pouzitl vysokCho tlaku v nali tku - zlcpSeni dosazovhni Z uvcden jc h tcc hnologi i se v souCasnC dobl! pouZivajI pouze nEkterA

doporuCenI.

Experimenthlni EAst [5,61 Kvalitu ocilitku jc nutno spojovat s materiAlem, veIikostnim souCinitelem

odli tkn, podrnin karni t u hnut i. dm hcm IcpelnCho zpracovfini, a.j . Cilcm tkto pdcc by lo s tanovcni hodt~ot rnechanickfch vlastnost i v ccltrn priVezu odlitku na \j5e uvedengch 7Avislosrcch a vjlslcdky konirontovnt s hodnotarni mechnnickych vlastnosti zc zkutebnich blokd pfilitjch k odlitku, jako reprezentantu kvaIity adlitku. Studie ttchto probl6mb je zamBfeno na od litky vGtSfch hmotnosti, u kterjch probihaji jejich tvorby ve vcfkdm a dlnuhadohr5rn rozsnhn.

Studie rnateriAloech vlastnost i se uskuteEn ilo na pokusnych odli tcich (obr. 1) a na dal5ich pfile2itostnych odlitcfch. U odlitku l a a Ic se takC aplikovala pulsace taveniny po odliti. TakB druh materihlu a hrnotnost (tlou3t'ka stEny) byly rozdilnd.

N;r obr.2 jsou vyslcdky Rm. Rc, As a Zna obsahu uhliku a iihanCm a neZihanCrn stavu. Pevnostni vlastnosti s ohsahcm C stoupaj i, plastickd vlcls!nos t i klesnji. Tepelnd zpracovAnl zvySuje pfedevgim plastickd vlastnosti materihlu. Hadnoty mechanickych vlastnosti z odlitkb (obr.3 ai 6) nutno hodnotit z hlediska podtninck tullnutf a podm fnek odmi3ov8ni a vycezovhn f (segregace prvkb). Z hledi ska rychlcjgiho postupu tuhnuti a 6Einn6ho vyi!ihAni, jsou povrchov6 vrstvy nebo tenEi steny odlitku kval itnCj5i neZ uvni tf stEny, kde nasthvh pokles pFedevSim plasticljch vlastnosti (A,, 2, KCU). PAsrnov6 odm &en[ a segregace, here zpfisobuj i chemickou nehomogenitu s vymznjhn zvjFcnim uhliku, siry a fosfon~ v osovjkh mistech, zepelnfch cen~rech a tepelnd ose, vyvoFAvaji takC zrngny hodnot rnechanicech vIastnosti v tgchto rnistech, lcdy nchomogcni tu hodnot materidlovych vlas tnosti. Dochki zde ke zvygcni pcvnos ti. mexe kluxu a tvrdosti a silnkmu poklesu plasticity (AS, Z . KCU). Z3vislosti jsou v souhlasc s obr. 2.

PFehlednC esledky hodnot mechanicljch vlastnostf v povrchovk a stfedovC oblasti stPlny odlitkd o tlou3t'ce 200, 400 a 600 mrn a hodnot xe xku6ebniho hloku pro materiAl CSN 42 27 24.5 jsou ve sloupkovkm diagtarnu na obr.7;t. Na 0hr.7h jsou pdmtSmC hodnoty z cel6 st8ny pro material ~ S N 42 26 60.5. VyplpvA z nich ndsledujici: - hodnoty materihlo~ch vlastnosti odlitki jsou nii5t neZ hodnoty ze zkuSebn k o

bloku, rozdily se nSt5uji s tFou3t'kou stgny

- hodnoty v~astnosti v povrchov6 vrstve jsou vyggi ne2 v ose odlitku, zvlBSt6 t&osti, kontrakce a mbovd houZevnatosti

- tepelnd zpracovhni zjemfiuj e a hornogenizuj e struktutu a podstatnt! zvyguj e plasticke vlastnosti matcrihlu

- k dosahuf pfedepsanjch hodnot r ceItrn pr&Yezu odlitku, musf bfi hodnota pevnosti ze zkou5ky v h o d polovine normavanCho romezi, to je diileZitt pro iipravu chemickgho sloZenf a stanoveni reZimu tepelndho zpracovhni

I N - nethanq stav 1 !

0 1

42 43 44 45 O h a h C PA)

- Obr.2 - ZAvislost pevnostnich a plastickqch vlastnosti na obsahu uhliku a tepelnCm zpracov6ni

Zhvi5r Matcri5lov~m rozhorern se zjistila nehomogeni ta hodnot mechanic kfch

vlastnosti v odlitku. VyW hodnoty jsou v poncho\jch vrstvhch a nZJi v osovk oblasti. Rozdily se zvGt5uji s tlou~tlcou sthy a stupngm odmfgenf. Tento stav Ize EAsteEnE vylepSit fipravou chernicktiho sloZeni a reiirnem tepelneho zpracovbf s popougtEnirn, pro zlepgeni plastiCnosti rnaterihlu. Hodnoty vlastnosti z pfilitdho zkdebniha bloku jsou vyB5I nei dosahuje material steny odlitku.

PPedloZen6 prAce byla real izovhna za podpory Grantovd agentuq CR pTi reSeni projektu reg.E. 106 1 02 1 1062.

MECHAVFCKE 'vLASfN~Si8 OCLIT h'J '101

Obr.3 - Mechanicke vlastnost i odlilku VO 1

1,i teratura 1 I ] BeneS. A. a kol.: Nauka o kovcch, SNTL, Praha. 1972 123 BbZek, Z., Mazanec, K.: HutnickC listy, C.9, str. 12- 1 6, 1 995 131 HarliCek, F.: Hodnoty mechanicmh vlastnosti odl itkb, Technick& dokumentace

~vojov]ich praci r. 1 974-1 989, dvod 3, VA KG, Ostrava [4] BiiZek, Z., Motloch, 2.: Vymam sekundaml metalurgie pro zvy5ovflnl Eistoty

oceli, Konference ,,Vyroba ocef i o vysokd CistotE", RoXlov pod RadhoStEm, 1996

[ 5 ] HavliZek, F,: Materiglovlr kvalita odlitkf, SICvArenstvi, r. XXXVI, E.8, str. 326, 1989

[6] Roesch,G., Zimrnermann, 1.: Stahlguss, Verlag Stahleisea, M.B .N, 1996, Dijsseldorf

Obr.4 - PdibGh mechanicljch vlastnosti v zlvislosbi na tlougt'ce stEny

# a J : V N b t s f f J ( G 5 25CrNfvlno Y6U)

Obr.5 - PdbEh mechanicljch vlastnosti v ziivislosti na tlou5fce sthy

0 ) M C M A W C ~ ~ ~ ~ ~ s r m s i e axlrwv r 7 1 bI

Obr.6 - MechanickC vlastnosti

Qbr.7 - Mechanickt vlastnosti pFfli@ch zkougek a workti ze stgny odlitkti u dmhu oceli - CSN 42 27 24.5 a CSN 42 26 60.5

QUALITY OF MATERIAIS FOR CASTINGS

SUMMARY

The lecture deds with the quality of materials for casrings in their whole sections and the valucs of material propcrtics. It i s crystnllisation and i ts accompanying phenomena, especially elemcnt segregation, that have a significant influence on matrix quality. Values of all the kinds or tncchnnical properties, the chemical composition, macrostructure and density of the matrix with stecl castings of various weights and different wall thicknesses were obscrvcd. To two castings, the influence of melt pulsation at solidification was applied as well. Furthemore, values of material properties of anncaled and unmnaIed castings were ascertained. The results obtained were uscd for modifications of some manufacturing processes, thermal modes and for a proposal for contractual takmver condi lions concerning qudi ty for stccl castings of t hc weight of more than 20 t. The results contribute to the knowledge from thc area of foundry and mntcrial engineering.

Recenzowal proh J&zeT Dadko