KSZTAL TOW ANIE WARSTWY WIERZCHNIEJ ODLEWU STOPU

Solidification o f Metais and Alloys,
Year 2000, Volume 2, Book No 42
Krzepnięcie Metali i Stopów,
Rok 2000, Rocznik 2, Nr 42
P AN-Katowice, PL ISSN 0208-9386
37/42
KSZTAL TOWANIE WARSTWY WIERZCHNIEJ
ODLEWU STOPU KOBALTU METODĄ GTAW
Zakład
Zenon OPIEKUN
Odlewnictwa i Spawalnictwa, Politechnika Rzeszowska
ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów
STRESZCZENIE
W wyniku przetopienia powierzchni odlewu ze stopu kobaltu plazmą łuku
elektrycznego, przemieszczaną ze zmtenną prędkością, obserwuje stę
zróżnicowaną geometrię
przetopień.
W pracy przedstawiono makro
i mikrostruktury przetopieó a także określono wpływ prędkości przemieszczania
plazmy łuku elektrycznego na mikrotwardość obszaru przetopienia.
l.
WSTĘP
Odlewnicze stopy kobaltu cechujące się wysoką żarowytrzymałością
zastosowanie głównie w przemyśle lotniczym i astronautycznym. Stopy te
mają strukturę składającą się przeważnie z roztworu stałego, który stanowi
stabilizowany niklem austenit kobaltowy y oraz węglików, węglikoazotków,
borków i innych. Dzięki obecności węgla, chromu, molibdenu i wolframu, które
tworzą fazy o zmiennej rozpuszczalności ze zmianą temperatury, stopy te
podlegają procesowi przesycania i starzenia . Jednak cechą szczególną tych stopów
jest gruboziarnistość ziarn roztworu stałego. Stąd stosowane są różne metody
rozdrobnienia ich struktury. Szczególnie przydatna może tutaj być metoda
gwałtownej krystalizacji po przetopieniu ich warstwy wierzchniej na przykład
plazmą łuku elektrycznego. W związku z tym celem pracy jest poznanie wpływu
prędkości
przemieszczania plazmy łuku elektrycznego, jako parametru
technologicznego procesu GTA W na geometrię przetopień i mikrotwardość W.W.
odlewu z żarowytrzymałego stopu kobaltu.
znajdują
334
2. BADANIA
do badań
Badania wykonano na odlewniczym żarowytrzymałym stopie kobaltu typu
MAR-M509 (0,72% C, 23,61% Cr, 9,00% Ni, 7.65% W, 1,95% Ta, 0,20% Ti,
1,09% Zr, 0,90% S, i 0,0029% P), otrzymanym w piecu indukcyjnym średniej
częstotliwości typu ACEC 15. Stop odlano do formy skorupowej otrzymanej
metodą wytapianych modeli . Formę stanowił zestaw próbek wałkowych z wlewem
głównym i wlewami doprowadzającymi. Z odlewu wycięto płytki o wymiarach
70 x 36 x 20mm, na których dokonano przetopień .
2.1.
Materiał
2.2. Wykonanie przetopień
Przetopienia powierzchni płytek ze stopu kobaltu wykonano metodą GT A W
stosując natężenie prądu I = 130A. Prędkości przemieszczania plazmy łuku
elektrycznego wynosiły
VP = 250rnm/min• Vp = 500mm;min. VP = 750rnm/min·
Przetopienia zrealizowano nietopliwą elektrodą wolframową o średnicy 2,4 mm w
atmosferze argonu. Do przetopień powierzchni płytek kobaltowych zastosowano
urządzenie spawalnicze FAL TIG 315 AC/DC, którego uchwyt zamontowany
był na wózku z regulowaną prędkościąjazdy (rys. 1.)
Rys . l . Schemat przetapiania warstwy wierzchniej odlewu; l - materiał
przetapiany,
2 - elektroda wolframowa, 3 - jeziorko ciekłego metalu,
4 - przetopiona warstwa wierzchnia, 5 -łuk elektryczny
Fig. l . Diagram of the fusion of surface Jayer of carting; l - fusion materiał,
2 - tungsten electrode, 3 - lake of liquid metal, 4 - molten of surface Jayer,
5 - arc welding
335
2.3. Badania metalograficzne
przetopionych płytek wycięte zostały próbki w kierunku
do osi wzdłużnej przetopień. Z kolei wykonano zgłady
metalograficzne próbek przez polerowanie mechaniczne, wykorzystując
papiery ścierne i tarcze filcowe nasycone tlenkiem aluminiowym. Makro - i
mikrostrukturę ujawniono trawiąc zgłady elektrolitycznie 50% roztworem
wodnym HN0 3 przy napięciu ok. 9V. Tak przygotowane zgłady poddawano
obserwacji przy użyciu świetlnego mikroskopu metalograficznego Neophot
2 i elektronowego mikroskopu skaningowego Novascan 30. Z obszernego
materiału ilustracyjnego na rysunkach 2 i 3 przedstawiono wybrane makro i
mikrofotografie.
Z
prostopadłym
Rys. 2. Makrostruktura i mikrostruktury: warstwa przetopiona a), stop typu MARM509 b). Prędkość przetapiania Y p= 250mmirnin
Fig. 2. Macrostructure and microstructures: molten of surface layer a), alloy of
MAR- M509 type b). Speed of molten of surface layer Y p= 250mmirnin
336
Rys. 3. Makrostruktura i mikrostruktura z obszaru przetopionego . Prędkość
przetapiania wynosiła V p= 750mm/min
Fig. 3. Macrostrukture and microstructure from molten area. Speed of molten of
surface layer V p= 250mm;min·
2.4. Badania mikrotwardości
Pomiarów mikrotwardości przetopionych warstw dokonano przy użyc iu
mikrotwardościomierza Matsuzawa Seiki
Co LTD, piramidką Vickersa przy
obciążeniu l OOg. Wyniki tych pomiarów zilustrowano w formie wykresów:
JlHVlOO = f(odległość od powierzchni) (rys . 4.)
460~--------------------------~~----------~
g
strefa Jnelopiona
440
"r"
5:
:1.
•(J
·~
"E
ns
~....
~
~
_),1 ..
420
400
380
360
•••• •
•
'0.,8
•
340
••
•••••
połlierzchnia
...
rmteriał
''
•
rodzimy
strefa Jnejśdo.va
o
"'
o
"
•
~
•
•
o
•
320
300+-------,--------.-------.-------,------~
o
1
2
Odległość
3
4
5
od powierzchni, mm
Rys. 4. Wpływ prędkości przetapiania powierzchni odlewu ze stopu kobaltu na
mikrotwardośćjego W.W.: Y p= 250mm/min----, V p= 500mm/min
, VP= 750mm;min
Fig. 4. Effect of speed molten of surface cobalt casting alloy on the its
microhardness surface layer: Y p= 250mm/min----, V 9 = 500mm/min , Yp= 750mm1rrun
337
3. PODSUMOWANIE
Stwierdzono,
że
w
wyniku
uszlachetniania
W.W.
odlewu
z żarowytrzymałego odlewniczego stopu kobaltu plazmą łuku elektrycznego,
uzyskano strukturę warstw złożoną z wysoko dyspersyjnych ziarn dendrytycznych
przesyconego roztworu stałego - austenitu kobaltowego y z mikrocząstkami faz
rozmieszczonymi w przestrzeniach między wtórnymi gałęziami dendrytów.
W wyniku przetopienia i gwałtownej krystalizacji uzyskano znacznie twardsze
warstwy od osnowy stopu. Zaobserwowano, że o geometrii przetopienia a także
twardości powierzchni decyduje prędkość przemieszczana V P skoncentrowanego
strumienia ciepła jakim jest plazma łuku elektrycznego:
•
•
•
dla Y p= 250mmirnin, głębokość i szerokość W.W. wynosi odpowiednio
ok. 2,8 mm
i 15 mm, a średniajej mikrotwardość ok. 420 jJ.HVlOO,
dla V p= 500mm/min, głębokość i szerokość W.W. wynosi odpowiednio
ok. 1,7 mm
i 10 mm, a średniajej mikrotwardość ok. 440 jJ.HVlOO,
dla VP = 750mm/min, głębokość i szerokość W.W. wynosi odpowiednio
ok. 0,8 mm
i 3,8 mm, a średniajej mikrotwardość ok. 405 j..l.HVIOO.
Zastosowanie techniki gwałtownej krystalizacji W. W. pozwala na skuteczny
wzrost jej twardości, a przede wszystkim na uzyskanie ultradrobnych ziarn
roztworu stałego y wzbogaconych w chrom co może zwiększyć żaroodporność
tych stopów.
LITERATURA
[l] Ch. T. Sims, W.C. Hagel: The Superalloys, wyd. J. Wiley and Sons, New York,
Toronto, Sydney, London, 1972,
[2] B. Mikułowski: Stopy żaroodporne i żarowytrzymałe- nadstopy, wyd. AGH,
Kraków, 1997,
[3] Z. Opiekun, W. Orłowicz: Budowa warstwy wierzchniej odlewniczych stopów
kobaltu, Przegląd spawalnictwa, nr 4, 1998.
338
FORMING OF SURFACE LA YER OF CASTING CO BALT ALLOY
GTAWMETHOD
Zenon OPIEKUN
Technical Uniwersity of Technology
ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów
Abstract
In present work the influence of remelting by plasma ars welding of surface
layer of cast cobalt alloy MAR- M509 type has been tested. The test have been
based on the measurments of microhardness and metallgraphic tests. Surface layers
determine very fine dentritic grain and they constitute layers of different thickness.