Razvoj in uporabnost domačih kompleksnih cepiv za sivo litino z lamelastim grafitom - II. del Development and Usability of Domestic Complex Inoculants for Grey Čast Iron vvith Flake Graphite Uršič V1., Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana I. Surina, S. Semenič, TDR - Metalurgija d.o.o. M. Tonkovič-Prijanovič, Belt - Livar d.o.o. Rezultati cepljenja talin sive litine z lamelastim grafitom. Ugotavljanje cepilnega učinka v odvisnosti od kemijske sestave taline, temperature taline, odstajanja taline po cepljenju in od hitrosti ohlajanja ulitka. Ključne besede: cepiva, siva litina, cepilni učinek, vplivni dejavniki The results of inoculation of grey čast iron vvith flake graphite. Determination of inoculation effect, depending on chemical composition of the melt, on melt temperature, on holding time after inoculation and on cooling rate of test castings. Key vvords: inoculants, grey čast iron vvith flake graphite, inoculation effect, significant factors 1. Uvod V 1. delu smo predstavili kemijsko sestavo (tabela 1). mikrostrukturne značilnosti in obnašanje domačih cepiv v talilnem mikroskopu1. To so kompleksna cepiva za sivo litino z lamelastim grafitom, s katerimi želimo doseči v litini drobnozr-nat perlit s čimbolj enakomerno porazdeljenim lističastim grafitom. Razv ili in izdelali so jih v Tovarni dušika Ruše2' v okviru triletnega razvojno - raziskovalnega projekta: "Razvoj in implementacija sodobnih zlitin za livarstvo in jeklarstvo". Tabela 1: Kemijska sestava preiskovanih cepiv Table 1: Chemical composition of investigated inoculants (m. '/<) Si Al Ca Ba Zr Mg CeMM Mn Fe Cepivo - (mas. %) RB 25 72.9 1.59 0.9 2.59 _ - ost. RB 5 69.6 1.82 1.7 6.09 - - ost. RB 10 69.4 1,71 1.4 0.25 - - ost. RZ 25 71.9 1.80 1.07 - 3,32 - - ost. RC 1 74.8 1.60 2.84 1.88 - - ost. RC 2 48.0 0.89 1.21 - 2,23 2,50 0.40 - ost. RBM 59 59.8 1.77 3.60 4,36 - - 6.26 ost. RZM 33 64.8 1.38 0.72 3.08 - 2.48 ost. RZM 55 62.4 0,60 0.54 - 4.75 - - 5,42 ost. TC 63.0 1.58 1.23 2.32 - - ost. Vilo t RŠIČ. dipl. inž. mer. Inštitut 7.a kovinske materiale in tehnologije Lepi pot I I. 61000 Ljubljana V nadaljevanju poročamo o ugotavljanju uporabnosti obravnavanih cepiv, ki smo jih preiskušali v polindustrijskem obsegu in pri tem ugotavljali, kateri dejavniki poleg lastnosti cepiv samih, vplivajo na njihov cepilni učinek. 2. Delo in rezultati 2.1 \ piiv kemijske sestave taline na učinek cepljenja V elektroindukcijski peči smo pripravili dve talini - s stopnjo nasičenja SC = 0.88 in SC = 0.98. Cepili smo ju z dvema cepivoma z, barijem (RB 5 in RB 25) in z dvema cepivoma s cirkonijem (RZ 25 in RC 1). Dodatek cepiva z. granulacijo 2 do 6 mm je bil v vseh primerih 0.35 mas.%. Za posamezno obdelavo smo porabili po 250 kg taline s temperaturo, ki je bila ob'cep-I jen j u 1350°C. V forme iz bentonitne peščene mešanice smo uli-vali palice s premerom 30 mm - za določanje natezne trdnosti in obroče z maso 10 kg, pri katerih se je debelina stene skokovito povečala iz 15 na 45 mm. Litina s stopnjo nasičenja SC = 0.88 Litine, ulite 2 minuti po cepljenju, so imele, če so bile cepljene s cepivi RB 25, RZ 25 in RC I natezno trdnost med 320 in 330 MPa, medtem ko je imela litina, cepljena s cepivom RB 5 natezno trdnost 304 MPa. Ko smo pustili cepljene taline odstajati 8 minut, pa so se pokazale določene razlike: pri litinah, cepljenih s cepivoma RB 25 in RZ 25, vpliv časa zadrževanja pred ulivanjem ni bil opazen, medtem ko je pri litinah, cepljenih s cepivoma RC 1 in RB 5, cepilni učinek nekoliko splahnel in se je njuna natezna trdnost zmanjšala za 70 - 80 MPa. Trdota litin, cepljenih z. omenjenimi štirimi cepivi, je bila v vseh primerih med 220 in 240 HB, ne glede na hitrost ohlajanja, tako da vpliv debeline stene ni bil izrazit. Litina s stopnjo nasičenja SC = 0.98 Pri litinah z višjo stopnjo nasičenja, ne glede na cepivo, je bil učinek v \ seli primerih občutno slabši kol pri litinah z nižjo stopnjo nasičenja, kar smo pričakovali. Litine, cepljene s cepivi RB 25. RZ 25 in RC 1 in ulite 2 minuti po cepl jenju, so imele natezno trdnost med 190 in 205 MPa. le pri litini, cepljeni s cepivom RB 5 je natezna trdnost dosegla 215 MPa. Natezna trdnost po osem-minutnem zadrževanju pred ulivanjem se litinama, cepljenima s cepivoma RB 5 in R/. 25 ni spremenila, litinama cepljenima s cepivoma RB 25 in RC 1 pa se je za malenkost povečala. Po cepljenju s cepiv i RB 5. RB 25 m RZ 25 so imele litine trdoto med 202 in 210 HB. Zelo v isoko trdoto je imela litina, cepljena s cepivom RC I - 239 HB. Občutnejšo razliko trdote zaradi različne debeline stene smo ugotovili le pri lilini. cepljeni s cepivom R/. 25 - trdota tankega prereza je bila 207 HB. debelejšega pa 185 HB. 2.2 Cepilni učinek in vpliv trajanja odstajanja V nadaljevanju smo preizkusili šest cepiv (RB 5. RB 25. RZ 25. RZM 33. RZM 55 in tuje cepivo TC, za katerega smo že ugotovili. da ga lahko primerjamo z našim cepivom RB 25). Taline s stopnjo nasičenja SC = 1.0 in pregrete na 1350 C smo porabili po 280 kg. Dodatek cepiva z granulacijo 2 - 6 mm je bil v vseh primerih 0.35 mas.%. Ugotavljali smo učinkovitost posameznih cepiv in kako se spreminja - upada - eepilni učinek, če trajanje zadrževanja taline po cepljenju podaljšamo preko 20 minut. V tem času smo uliv ali posamezne vzorce za preiskavo v razmakih 5 - 7 minul. Kol kriterij uspešnosti cepljenja oziroma učinkovitosti cepiva je predlagano razmerje med eutektično podhladitvijo taline pred cepljenjem in po cepljenju4. Ta podatek nam posreduje termična analiza. Večje je to razmerje, večje je število eutektičnih celic (pri razmerju 1.7 je okoli 300 evtektičnih celic/cm i. Majhno razmerje (okoli 1.3) pomeni, da je bila litina prešibko cepljena. Če pa je omenjeno razmerje visoko (okoli 2.2). pa to pomeni, da je bila litina precepljena in je poleg drugih napak možen predvsem pojav lunkranja oziroma mikroporoznosti. Po omenjenem kriteriju je bilo najučinkovitejše cepivo RZ 25: učinek takoj po cepljenju je bil najboljši (razmerje okoli 1.9) in kljub sorazmerno močnemu padanju med odstajanjem taline pred ulivanjem je bil tudi še po 20 minutah v sprejemljivih mejah (okoli 1.35). Cepivi RZM 55 in RZM 33 sta kljub nekoliko nižji začetni ravni zadržali potrebni učinek do dvajsete minute (slika I) Za primerjavo smo temperaturo taline dvignili na približno 1420 C. S termično analizo smo ugotovili eutektično podhladitev necepljene taline in talin, ulitih 2 - 3 minute po vnosu istih cepiv v talino. Vidimo, da cepivi s cirkonijem in manganom (RZ 25 in RZM 33). zagotavljata najboljši učinek, občutno slabšega pa cepivi z barijem (slika 2). Preiskave v talilnem mikroskoptr so pokazale, da imajo med obravnavanimi cepivi najvišja tališča (med 1400 in 1500 C) tista s cirkonijem in manganom (RZ 25. RZM 55, RZM 33), za katera smo ugotovili, da zagotavljajo tudi najboljši eepilni učinek. To je posledica vnosa zlitin z višjim tališčem, iz katerih nastanejo bolj stabilne kristalizacijske kali. ki so v talini tudi dalj časa obstojne. Na njihovo obstojnost med drugim vpliva tudi temperatura taline, saj lahko na ta način pojasnimo zakaj je eepilni učinek vseh obravnavanih cepiv občutno boljši \ manj pregreti talini. dTE pred coplj /dTE po ceplj. Trajanje odstajanja taline (min) Slika I: Razmerje eutektične podhladitve pred in po cepljenju v odvisnosti od trajanja odstajanja taline s temperaturo 1350 C Figure 1: Ratio eutectic undereooling before inoculation / eutectic undercooling after inoculation. depending on holding (ime ol the melt u ith temperature 1350°C dTE pred cept)./dTE po cepi). m mi ■ ■ ■ ■ ■ * TC RB 28 RZM 58 RB 6 RZM 33 RZ 26 Slika 2: Razmerje eutektične podhladitve pred in po cepljenju pri talini s temperaturo I420 C Figure 2: Ratio eutectic undercooling before inoculation / eutectic undereooling after inoculation: melt temperature: 1420 C 2 J Sknpni vpliv hitrosti ohlajanja in trajanja odstajanja na lastnosti sive litine Poznavanje vpliva debeline sten na izoblikovanje mikrostrukture in na mehanske lastnosti sive litine je pomembno za livarja. ki mora s pomočjo ustrezne livarske tehnologije in sredstev, ki so mu na vol jo, zagotoviti čimbolj izenačene lastnosti po različno debelih prerezih ulitka. Tudi s pravilno izbranim cepivom je mogoče vpliv različne hitrosti ohlajanja na izoblikovanje mikrostrukture nekoliko omiliti. Zato smo iz talin SC = 1.0, ki smo jih pri 1350 C cepili s šestimi preiskovanimi cepivi, ul i vali poleg palic s premerom 30 mm tudi preiskušance s tremi različnimi debelinami stopnic: 25. 50 in 100 mm. Poleg ugotavljanja vpliva hitrosti ohlajanja »smo ugotavljali tudi. kako se mikrostruktura in trdota litin spreminjata s trajanjem odstajanja po cepljenju. Pri litinah, cepljenih s cepivi RZ 25. RZM 33. RZM 55. RB 25 in s cepivom TC je bil vpliv hitrosti ohlajanja bolj ali manj neizrazit, kar je zelo ugodno, ko moramo ulitek pred v gradnjo mehansko obdelati. Pri littni, cepljeni s cepivom RB 5. pa seje trdota precej bolj spreminjala od stopnice do stopnice. Vpliv trajanja odstajanja cepljene taline ni bil močan pri litinah. cepljenih s cepivi RZ 25. RZM 33 in TC. Ves čas odstajanja je bila namreč trdota v naštetih primerili na stalni ravni (med 160 in 170 HB). kar je prav tako ugodno, če obdelamo večjo količino taline in z njo dalj časa polnimo večje število form. Trdota litine, cepl jene s cepivom RZM 55 pa je bila do približno petnajste minute odstajanja nespremenjena ( 165 HB). nato pa se je hitro močno znižala (135 HB). Trdota litine, cepljene s cepivom RB 25 se je med odstajanjem ves čas postopoma nižala (od 165 na 145 HB) (slika 3). Na slikah 4 do 8 vidimo, kako seje spreminjala mikrostruktura v palicah iz litine, cepljene s cepivom RB 25. v odvisnosti od trajanja odstajanja po cepljenju. S pojemanjem cepilnega učinka zaradi zadrževanja taline se namreč v mikrostrukturi povečuje delež ferita na račun perlita"1 \ V necepljeni litini (slika 4) prevladuje 1'erit predvsem v večjih gnezdih na robu ulitka, preostala osnova pa je perlitna. Pri tem se pojavlja grafit oblike D in E. Osnova litin, pri katerih je bil cepilni učinek najboljši (sliki 5 in 6) je pretežno perlitna le z 1 - 5 c/r po vsem prerezu enakomerno porazdeljenega ferita. Prevladuje grafit A 3 - 4: poleg njega je prisoten le še manjši delež grafita B. Pri predolgo odstajani litini (sliki 7 in 8). se je delež ferita. na račun perlita. povečal na 20 - 40