A. Pytel, S. Pysz Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

1. Wpływ parametrów technologicznych na właściwości odlewów pracujących w warunkach cyklicznych zmian temperatury. A. Pytel, S. Pysz Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

2. . Prezentacja wyników badań dotyczy projektu Nr POIG.01.03.01-12-061/08 pt „Badania i rozwój nowoczesnej technologii tworzyw odlewniczych odpornych na zmęczenie cieplne” realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka w latach 2007-2013. Priorytet 1. Badania i rozwój nowoczesnych technologii, Działanie 1.3.

3. W artykule przedstawiono parametry opisujące warunki brzegowe i dynamikę zmian temperatury podczas stygnięcia odlewów w formie odlewniczej i eksploatacji wybranych odlewów, zwłaszcza odlewów masywnych. Zmęczenie cieplne materiałów pracujących w warunkach cyklicznych zmian temperatury jest zjawiskiem występującym w szeregu kluczowych gałęziach przemysłu. Odlewy stosowane przemyśle metalurgicznym, ulegają szybkiej j destrukcji w wyniku naprężeń powstających w procesie eksploatacji. Problem poprawy odporności materiału na zmęczenie cieple jest ciągle aktualny.

4. Do badań wykorzystano odlewane płyty podkokilowe: • z żeliwa szarego – • żeliwa z grafitem wermikularnym • Masa odlewu płyty około 4500 kg

5. Analiza odlewania płyt z żeliwa szarego

6. W miarę wzrostu równoważnika węgla obserwuje się tendencję zmniejszania się wielkości komórek eutektycznych. Będzie się to również wiązało z ich ilością.

7. Zwiększenie wielkości równoważnika powoduje zwiększenie wielkości wydzieleń grafitu.

8. Wytrzymałość rośnie wraz z malejącym równoważnikiem węgla. Dla składu w którym równoważnik węgla jest duży i żeliwo jest zbliżone do składu eutektycznego wytrzymałość maleje gdyż dominuje struktura ferrytyczna. Dodatkowo na własność wpływa ilość i wielkość wydzieleń grafitu.

9. Analiza odlewania płyt z żeliwa wermikularnego

10. W1 W2 335 MPa 405 MPa W3 W4 345 MPa 375 MPa 480 MPa

11. 25 C Duże przechłodzenie zmniejsza w większym stopniu energię swobodną a zarazem zmniejszają się odległości pomiędzy blisko uporządkowanymi grupami atomów fazy ciekłej. Żeliwo szare Żeliwo wermikularne

12. Gwałtowne zmniejszenie energii swobodnej układu (duże przechłodzenie) sprzyja powstawaniu grafitu o zwartej budowie o mniej zaostrzonych krawędziach w porównaniu z grafitem płatkowym w żeliwie szarym. Postać grafitu - żeliwo szare Postać grafitu - żeliwo wermikilarne

13. Udział perlitu 40 % Udział perlitu 45 % Wytrzymałość ok. 180 MPa Wytrzymałość ok. 360 MPa Odlew płyty z żeliwa szarego Odlew płyty z żeliwa wermikularnego

14. Komputerowa symulacja rzeczywistych warunków pracy w celu określenia pola naprężeń w dużych odlewach pracujących w warunkach cyklicznych zmian temperatury.

15. Proces wlewania miedzi Płyta podkokilowa Wykonane odlewy płyt podkokilowych pracują w zmiennym polu temperatury, jako elementy oprzyrządowania do odlewania kokil z miedzi. Proces wypełniania kokili trwa około 240 sek. Po okresie krzepnięcia i stygnięcia czyli po czasie 120 do 180 min., boki kokili żeliwnej są podnoszone.

26. Krzywa nr 2 Krzywa nr 5 W okresie około 30 do 50 min od zakończenia zalewania temperatura w kokili żeliwnej osiąga maksymalną wartość. Taki rozkład temperatury generuje naprężenia

27. Naprężenia w kierunku osi Y po 76 minutach od zalania w przekroju płyty

28. 1. Przeprowadzono wstępne próby odlewania płyt podkokilowych o masie ok. 4100 kg z żeliwa szarego, poddanego procesowi wermikularyzacji. 2. Wykonano badania identyfikacji parametrów brzegowych procesu technologicznego w odlewni, takich jak: temperatura procesu odlewania płyt, dynamika zmian temperatury w formie odlewniczej w czasie stygnięcia odlewu, skład chemiczny łącznie z poziomem zawartości tlenu aktywnego, struktura i podstawowe właściwości mechaniczne żeliwa. 3. Obliczenia numeryczne odlewania płyt z żeliwa szarego oraz z żeliwa wermikularnego wykazała, że przy zbliżonej zawartości perlitu w strukturze w obu odlewach, wytrzymałość na rozciąganie płyt z żeliwa wermikularnego zwiększyła się o 100%. Zwiększa się również moduł Younga z 117 GPa do 160 GPa, co korzystnie wpłynie na parametry eksploatacyjne odlewu poddawanego cyklicznym zmianom kształtu. 4. Podczas pracy płyt podkokilowych maksymalne naprężenia rozciągające wynoszą średnio 140 MPa. Dla płyt z żeliwa szarego jest to 80% maksymalnego dopuszczalnego obciążenia, natomiast w przypadku płyt z żeliwa wermikularnego tylko 40%. 5. Przeprowadzona próba przemysłowa odlewania i eksploatacji płyt z żeliwa z grafitem wermikularnym bez szczegółowych badań rzeczywistych parametrów i analizy wykazała trwałość wyższą o około 40% od płyt z żeliwa szarego.