Optymalizacja dodatków Ni i Cu w żeliwie ADI z uwzględnieniem szybkości stygnięcia odlewu

• Autorzy: Wilk-Kołodziejczyk D. , Kowalski A. , Opaliński A. , Regulski K. , Mrzygłód B. , Gumienny G. , Jaśkowiec K.

Identyfikatory

DOI

10.7356/iod.2017.08

Warianty tytułu

EN

Optimization of Ni and Cu additions in ADI cast iron in respect of cast cooling rate

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

W pracy analizowano wpływ dodatków Ni i Cu na właściwości mechaniczne żeliwa ADI w odlewach o różnej grubości ścianek. Zastosowano plan eksperymentu, stosując kombinacje dodatku Ni w ilości 0,5% i 1,5% oraz dodatku Cu w ilości 0,5% i 1,0%. Zawartość pozostałych pierwiastków wynosiła: C = 3,3−3,6%, Si = 2,2−2,6%, Mn = 0,10−0,13%, P do 0,05%, S do 0,020% (% wag.). Wykonano 4 wytopy żeliwa, odlewając wlewki o grubości 25 mm, 50 mm i 75 mm. Sferoidyzację żeliwa przeprowadzono metodą przewodu elastycznego (otoczka stalowa wypełniona magnezem). W formach odlewniczych zastosowano specjalny układ filtrująco-modyfikujący. Z każdego wytopu i z każdego wlewka wykonano próbki wytrzymałościowe. Po hartowaniu izotermicznym zmierzono R_m i A₅. Opracowano wielomiany aproksymujące (R_m, A₅) = f(Ni,Cu). Wielomiany te pozwalają na dobór optymalnych dodatków Ni i Cu dla uzyskania wymaganej wytrzymałości bądź plastyczności. Na podstawie wielomianów wykonano wykresy trójwymiarowe obrazujące powyższe zależności.

EN

The study analyzes the effect of Ni and Cu additions on the mechanical properties of ADI cast iron in casts with different wall thickness values. The applied experiment plan included the use of combinations of the Ni addition in the amount of 0.5% and 1.5% and the Cu addition in the amount of 0.5% and 1.0%. The content of the remaining elements equaled: C = 3 .3−3.6%, S i = 2 .2−2.6%, M n = 0 .10−0.13%, P max. 0.05%, S max. 0.020% (wt. %). Four cast iron melts were performed, by way of casting ingots with a thickness of 25 mm, 50 mm and 75 mm. The cast iron spheroidization was conducted by the flexible conduit method (steel envelope filled with magnesium). In the casting moulds, a special filtering-modifying system was applied. From each melt and each ingot, strength samples were prepared. After isothermal quenching, R_m and A₅ were measured. The approximating polynomials (R_m, A₅) = f(Ni,Cu) were elaborated. The polynomials make it possible to select the optimal Ni and Cu additions to obtain the required strength or plasticity. Based on the polynomials, three-dimensional diagrams illustrating the above relations were constructed.

Słowa kluczowe

PL

żeliwo ADI; obróbka cieplna; właściwości mechaniczne; struktura

EN

ADI cast iron; thermal treatment; mechanical properties; structure

• Wydawca: Instytut Odlewnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Odlewnictwa
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 57, no. 2
• Strony: 85--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wilk-Kołodziejczyk D.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

autor

Kowalski A.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

autor

Opaliński A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, ul. Czarnowiejska 66, 30-059 Kraków, Polska

autor

Regulski K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, ul. Czarnowiejska 66, 30-059 Kraków, Polska

autor

Mrzygłód B.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, ul. Czarnowiejska 66, 30-059 Kraków, Polska

autor

Gumienny G.

• Politechnika Łódzka, Wydział Mechaniczny, ul. Stefanowskiego 1/15, 90-001 Łódź, Polska

autor

Jaśkowiec K.

• Instytut Odlewnictwa, ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków, Polska

Bibliografia

• 1. „Austempered ductile irons – their significance and present applications”. 1985. Foundry Trade Journal 160 (3314) : 277−286.
• 2. Bowe K.H., E. Hornbogen, M. Huehner. 1987. „Temperaturbehandlungen und bruchmechanische Eigenschaften von bainitischem GGG-100B”. Konstruieren + Giessen 12 (4) : 14−19.
• 3. Dorazil E., M. Holzmann, J. Crhák, J. Kohout. 1985. „Influence of low and cryogenic temperatures on deformability and fracture behaviour of austempered ductile cast irons under static and impact stresses”. Giesserei-Praxis (8−9) : 109−123.
• 4. Fan Z., R.E. Smallman. 1994. Carbide formation in austempered ductile iron alloyed with nickel and copper. W 5th International Symposium on the Physical Metallurgy of Cast Iron. October 1994, Nancy, France.
• 5. Faucher B., K.C. Wang, M. Gagne. 1987. „Dynamic fracture toughness of austempered ductile irons”. Transactions of the American Foundrymen's Society 95 : 127−132.
• 6. Górecka R. 1995. Teoria i technika eksperymentu. Kraków: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej.
• 7. Grech M., J.M. Young. 1988. „Impact properties of a Cu-Ni austempered ductile iron”. International Journal of Cast Metals Research 1 (2) : 98−103.
• 8. Hayrynen K.L., G.P. Faubert, D.J. Moore, K.B. Rundman. 1989. „Heavy section ADI: microsegregation, microstructure and tensile properties”. Transactions of the American Foundrymen's Society 97 : 747−756.
• 9. Hornung K. 1987. Four years experience in making gears of austempered iron (ADI). W BCIRA International Conference: S.G. Iron – The Next 40 Years. Warwick, England 1987.
• 10. Hua-Qin Su, Xing-Li Guo, J.M. Schissler. 1994. Influence of nickel on kinetics of bainitic transformation of the first stage of austempered ductile iron (ADI). W 5th International Symposium on the Physical Metallurgy of Cast Iron. October 1994, Nancy, France.
• 11. Janowak J.F., P.A. Morton. 1984. „A guide to mechanical properties possible by austempering 1.5% Ni-0.3% Mo ductile iron”. Transactions of the American Foundrymen's Society 92 : 489−498.
• 12. Kowalski A., J. Tybulczuk, J. Jackowski. 1990. Manufacture and properties of the bainitic-austenitic ductile iron with an addition of Ni and Cu. W 57. Światowy Kongres Odlewniczy, Osaka 1990, ref. 3.
• 13. Kowalski A., M. Biel-Gołaska. 1995. „Optymalizacja parametrów obróbki cieplnej żeliwa ADI nie zawierającego molibdenu”. Prace Instytutu Odlewnictwa 45 (4) : 283−300.
• 14. Kovacs B.V. 1986. Development of austempered ductile iron (ADI) for crankshafts. W Proceedings of the 2nd International Conference on Austempered Ductile Iron, 191. Ann Arbor, MI, USA 1986, March 17−19.
• 15. Mayer H., B. Barbezat. 1986. Sulzer GGG-100, austempered ductile iron (ADI) also for heavy sections. W Proceedings of the 2nd International Conference on Austempered Ductile Iron, 99−115. Ann Arbor, MI, USA 1986, March 17−19.
• 16. Viau R., M. Gagne, R. Thibau. 1988. „Cu-Ni-legierte zwischenstufenvergutete Gusseisen mit Kugelgraphit”. Giesserei-Praxis (9−10) : 117−125.
• 17. Yicheng Z., F. Guiru, S. Juichang, Z. Yingkai, D. Yogan, J. Jizhi, S. Huibin. 1979. Hypoid pinion and ring gears of bainitic nodular iron with shell moulded cast teeth. W 46. Międzynarodowy Kongres Odlewniczy, Madryt 1979, ref. 7.
• 18. Shih T.S., P.Y. Lin, C.H. Chang, C.R. Loper Jr. 1990. „A study of the austempering of a Ni-Cu alloyed ductile iron”. Transations of the American Foundrymen's Society 98 : 609−630.
• 19. Moore D.J., G.P. Faubert, E.D. McCarty, D.J. Ellerbrock, K.B. Rundman. 1990. „Isothermal transformation diagrams in heavy-section, high-alloy ductile cast iron”. Transations of the American Foundrymen's Society 98 : 449.
• 20. Takita M., Y. Ueda. 1988. „Effect of retained austenite on properties of austempered ductile iron”. International Journal of Cast Metals Research 1 (3) : 147−155.
• 21. Cooper G., A. Roebuck, H. Bayati, R. Elliott. 1999. „The influence of nodule count on the austempering kinetics of a Mn-Cu ductile iron”. International Journal of Cast Metals Research 11 (4) : 227−235.
• 22. Liu J., E. Elliott. 1999. „The influence of cast structure on the austempering of ductile iron. Part 3. The role of nodule count on the kinetics, microstructure and mechanical properties of austempered Mn alloyed ductile iron”. International Journal of Cast Metals Research 12 (3) : 189−195.
• 23. Huh Y.-J., M.H. Arroyo, A.L. Rimmer, R. Elliott. 1999. „Austempering kinetics of a Mn-Mo-Cu ductile iron with a high nodule count”. International Journal of Cast Metals Research 11 (4) : 237−246.
• 24. Shih T.-S., Z.-C. Yang. 1998. „Effects of nickel and processing variables on the mechanical properties of austempered ductile irons”. International Journal of Cast Metals Research 10 (6) : 335−344.
• 25. Pirowski Z., A. Gwiżdż, J. Wodnicki, J. Olszyński. 2004. „Najnowsze przykłady zastosowania wysokojakościowego żeliwa sferoidalnego w polskim przemyśle maszynowym”. Odlewnictwo – Nauka Praktyka 6 (sp. is. 2) : 51−58.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).