Struktura, właściwości mechaniczne i odporność na zużycie ścierne stopów Fe-C-V

• Autorzy: Fraś E. , Kawalec M.

Warianty tytułu

EN

Structure, mechanical properties and wear resistance of high--vanadium cast iron

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badaniami objęto stopy zawierające 1,38÷4,16% węgla i 5,25÷15,50% wanadu. Analiza rentgenograficzna tych stopów wykazała obecność trzech faz, to jest ferrytu i cementytu stopowego oraz węglika wanadu VC1-x. Określono współrzędne linii eutektycznej oraz współczynnik nasycenia eutektycznego Sc, pozwalający klasyfikować strukturę stopów. Wykazano, że wanad w stopach okołoeutektycznych powiększa udział węglika VC,1-x, zaś zwiększenie wartości współczynnika Sc zmniejsza udział dendrytów austenitu przemienionego w ferryt. Poza eutektyką, zależnie od zawartości węgla i wanadu, w skład struktury wchodzi osnowa, którą tworzy: ferryt stopowy, perlit płytkowy, perlit ziarnisty oraz mieszaniny ferrytu i perlitu. Do badań ścieralności stopów wykorzystano dwa rodzaje prób ścieralności, to jest typu (P1) "próbka-papier ścierny" oraz (P2) "próbka-przeciwpróbka" ze staliwa Hadfielda. Stwierdzono, że właściwości mechaniczne i odporność stopów na zużycie zależą głównie od rodzaju osnowy. Z punktu widzenia rodzaju struktury oraz właściwości mechanicznych, stopy można w zasadzie podzielić na 5 grup. W miarę przechodzenia od osnowy ferrytycznej poprzez osnowę perlitu ziarnistego do perlitu płytkowego, powiększa się: twardość HB, wytrzymałość na rozciąganie Rm, i umowna granica plastyczności R p0,2, maleje natomiast wydłużenie A5. Obecność eutektyki cementytowej zwiększa twardość i zmniejsza właściwości plastyczne stopów. W porównaniu do zwykłego żeliwa białego o dużej kruchości i nieobrabialnego zwykłymi narzędziami skrawającymi, stopy F-C-V (białe żeliwo wanadowe) są obrabialne i wykazują właściwości plastyczne (np. o osnowie ferrytycznej), które zależą od udziału fw węglików wanadu (eutektycznych i pierwotnych) oraz rodzaju osnowy. Wyniki otrzymane z próby ścieralności typu P1 można podzielić na trzy grupy. Pierwszą grupę stanowią stopy z osnową ferrytyczną o najniższej twardości (182÷189 HB) i najmniejszej odporności na zużycie ścierne (Lm =3,14÷3,93 mg/m). Druga grupa - to stopy z osnową perlitu płytkowego i twardością z przedziału 387÷416 HB o odporności na zużycie ścierne, porównywalnej do staliwa Hadfielda (Lm ~ 2 mg/m). Trzecia grupa stopów o osnowie perlitu płytkowego i ziarnistego oraz twardości z przedziału 322÷401 HB wykazuje największą odporność na zużycie ścierne {Lm ~ 0,44÷0,62 mg/m). Ogólnie można także stwierdzić, że odporność stopów na zużycie ścierne badanych za pomocą próby P2 jest większa niż za pomocą próby P1.

EN

A series of melts with carbon content changing in the range of 1.38÷4.16% and that of vanadium in the range of 5.25÷15.50% was made. The X-ray diffraction of the examined alloys revealed the presence of three phases, i.e. ferrite, alloyed cementite, and VC1-x carbide. The relationships between the content of carbon and vanadium corresponding to eutectic structure (the eu-tectic line) as well as the degree of eutectic saturation Sc were determined. It has been shown that increasing the content of vanadium in around-eutectic cast iron makes the content of eutectic carbide VC1-x increase, while increasing the degree of eutectic saturation reduces the content of the austenite dendrites transformed into ferrite. Besides a eutectic, the high-vanadium cast iron holds the following constituents in its matrix: alloyed ferrite, granular pearlite, and lamellar pearlite as well as a mixture of alloyed ferrite + granular pearlite, granular pearlite + lamellar pearlite. The wear behaviour of vanadium alloys was tested in two different modes. The first "specimen-abrasive paper" test (P1) and the second "specimen-counterspecimen" test (P2) were used. From viewpoint of structure type (except vanadium eutectic) as well as mechanical properties, alloys can be divided into 5 groups. In general, from investigations results that passing from ferritic matrix through granular pearlitic to lamellar pearlitic matrix, hardness HB, tensile strength Rm, and yield strength Rp0,2 , increases while plastic properties of alloys represented by elongation A5 decreases. Moreover, presence of cementite eutectic in structure increase of the hardness and decrease of the plastic properties of alloys. It is worth mentioning that in comparison to typical white cast iron having high brittleness and which are unprocessable by typical machine tools, Fe-C-V alloys (white vanadium cast iron) are workable and show plastic properties (eg. with ferritic matrix) which depend on vanadium carbides fraction (eutectic or primary) and type of matrix. The results obtained in test P1 can be divided into three groups. The first group of alloys with ferritic matrix and of the lowest hardness (182÷189 HB) is characterized by the lowest abrasion wear resistance (Lm = 3.14÷3.93 mg/m). In the second group alloys with a pearlitic matrix and hardness in the range of 387÷416 HB the wear resistance is comparable to that of Had-field cast steel (Lm~ 2 mg/m). The third group includes cast iron with lamellar pearlite + granular pearlite matrix and hardness 322 to 401 HB and gives the highest wear resistance of Lm = 0.44÷O.62 mg/m. In general, it can be statement that the wear resistance in test P2 is higher than in test P1.

Słowa kluczowe

PL

stopy Fe-C-V; właściwości mechaniczne; odporność na ścierania

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 29, nr 2
• Strony: 78--85
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Fraś E.

autor

Kawalec M.

• Katedra Inżynierii Stopów i Kompozytów Odlewanych, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie,

Bibliografia

• [1] Vogel R., Martin E.: Über das ternaere System Eisen – Kohlenstoff – Vanadin. Archiv für das Eisenhüttenwesen, vol. 4, s. 487, 1930.
• [2] Collins M. J.: Fe – C – V phase diagram, Journal of the Iron and Steel Institute, London, vol. 210, s. 284, 1972.
• [3] Ebeling R., Hever H.: Zur Kenntnis der Eisenecke des Systems. Eisen – Vanadin – Kohlenstoff. Archiv für das Eisenhüttenwesen, vol. 40, nr 7, s. 551, 1969.
• [4] Kesri R., Durand-Charre M.: Metallurgical structure and phase diagram of Fe-C -V system: comparison with other forming MC carbides, Materials Science and Technology, vol. 4, s. 692, 1988.
• [5] Serantoni C. R., Boccalini M.: Nucleation and growth of MC carbides In Fe-C-V alloys, The 5th International Conference on Solidification Processing, Sheffield, July, s. 234, 2007.
• [6] Fraś E., Guzik E.: Pierwotna mikrostruktura stopów Fe – C – V, Archiwum Hutnictwa, tom 25, zeszyt 4, s. 757, 1980.
• [7] Fraś E.: Krystalizacja metali, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2003.