UMO-2013/09/B/ST8/00210

Projekt badawczy z zakresu badań podstawowych – OPUS (finansowany przez NCN)

Tytuł: „Mechanizm kształtowania struktury odlewów cienkościennych z żeliwa wermikularnego”.

Title: „Mechanism of the structure formation in thin-walled vermicular graphite cast iron castings”.

Okres realizacji: 04.03.2014 – 03.09.2016

Time of duration: 04.03.2014 – 03.09.2016

Słowa kluczowe: odlewy cienkościenne, żeliwo wermikularne, kształtowanie struktury.

Key words: thin-walled castings, vermicular cast iron, formation the structure.

Kierownik projektu: dr hab. inż. Marcin Górny

W ramach projektu opracowano mechanizm wpływu istotnych czynników na tworzenie zabieleń i grafitu wermikularnego w odlewach cienkościennych z żeliwa wermikularnego.
Opracowano wytyczne, takie jak: dopuszczalne stężenie pierwiastków desferoidyzujących, dopuszczalna szybkość stygnięcia, krytyczna dawka wermikularyzatora i modyfikatora w zakresie optymalizacji wytwarzania odlewów cienkościennych z żeliwa wermikularnego, które pozbawione są zabieleń i posiadają wysoki udział grafitu wermikularnego.
Poznano stabilność procesu wermikularyzacji i modyfikacji w aspekcie zmian struktury pierwotnej (ziaren austenitu przedeutektycznego), powstawania zabieleń, zmian morfologii grafitu i transformacji eutektyk.
Wyznaczono rzeczywisty zakresu szybkości stygnięcia ciekłego metalu w odlewach cienkościennych z zastosowaniem różnych mas formierskich, w tym izolacyjnych. Ma to kluczowe znaczenie biorąc pod uwagę możliwość otrzymywania wymaganego udziału grafitu wermikularnego przez Polską Normę, a także normy ASTM oraz ISO w odlewach stygnących z dużymi szybkościami, charakterystycznymi dla odlewów cienkościennych.
Otrzymano rzeczywiste krzywych stygnięcia i krystalizacji odlewów cienkościennych, a także wyznaczono pola temperatury w formach wykonanych na bazie różnych materiałów formierskich. Pozwoliło to na opisanie – z wysokim współczynnikami korelacji – pola temperatury w formie podczas zalewania. Umożliwi to zwiększenie dokładności obliczeń numerycznych podczas symulacji komputerowych procesu stygnięcia i krystalizacji, a także nagrzewania form podczas otrzymywania odlewów cienkościennych z żeliwa wermikularnego.
Wyznaczono właściwości mechaniczne otrzymanych odlewów cienkościennych z żeliwa wermikularnego wraz z ich analizą porównawczą w stosunku do odlewów o typowej grubości ścianek. Wyznaczono wskaźniki wytrzymałościowe dla odlewów cienkościennych na tle konkurencyjnych odlewów ze stopów aluminium.
Określono właściwości termofizyczne odlewów cienkościennych (grubość ścianki g=3 mm) z żeliwa wermikularnego (w zakresie od temperatury otoczenia do temperatury 600oC) na tle odlewów cienkościennych z innymi postaciami grafitu, a także na tle wartości zakładanych dla skrajnych gatunków żeliwa wermikularnego wg Normy ISO.
Wykazano, że odlewy cienkościenne z żeliwa wermikularnego, posiadając dobre właściwości mechaniczne, równocześnie charakteryzują się wysokimi właściwościami termofizycznymi (np. przewodność cieplna), które predestynują je do pracy w zmiennych warunkach obciążeń cieplnych, poprzez zminimalizowanie koncentracji naprężeń wywołanych zmęczeniem cieplnym.
Przeprowadzono ocenę siły tarcia, współczynnika tarcia, głębokości penetracji oraz emisji akustycznej poprzez wykorzystanie badań odporności na zarysowania (ang. scratch test).

Publikacje będące wynikiem prac zrealizowanych w ramach projektu:

  1. M. Górny, M. Kawalec, G. Sikora: Effect of cooling rate on microstructure of thin-walled vermicular graphite iron castings. Archives of Foundry Engineering; vol. 14, rok 2014, s. 139-142 (9 pkt MNiSW).
  2. M. Górny, M. Kawalec, G. Sikora, H. Lopez: Effect of Cooling Rate and Titanium Additions on Microstructure of Thin-Walled Compacted Graphite Iron Castings. ISIJ International; vol. 54, rok 2014, s. 2288-2293, DOI: dx.doi.org/10.2355/isijinternational.54.2288 (IF = 1,069).
  3. M. Górny, J. Lelito, M. Kawalec, G. Sikora: Influence of structure on the thermophisical properties of thin walled castings. Archives of Foundry Engineering; vol. 15, rok 2015, s. 23-26 (9 pkt MNiSW).
  4. M. Górny, J. Lelito, M. Kawalec, G. Sikora: Thermal conductivity of thin walled compacted graphite iron castings. ISIJ International; vol. 55, rok 2015, s. 1925-1931, doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2015-234 (IF = 1,069).
  5. M. Górny, R. Dańko, J. Lelito, M. Kawalec, G. Sikora: Effect of different molding materials on the thin-walled compacted graphite iron castings. Journal of Materials Engineering and Performance, vol. 25, rok 2016, s. 4359-4368, DOI: 10.1007/s11665-016-2279-x (IF = 1,094).
  6. M. Górny: Cast iron: compacted graphite. Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys. Taylor & Francis Group; vol. 5, rok 2016, s. 718-734, DOI: 10.1081/E-EISA-120050773.
  7. M. Górny, M. Kawalec, G. Sikora, H. Lopez: Effect of cooling rate and of titanium additions on the microstructure of thin-walled compacted iron castings. 10th international Symposium on the Science and Processing of Cast Iron: 10–13 listopada 2014, Mar del Plata, Argentyna.
  8. M. Górny, M. Kawalec, G. Sikora: On the primary and eutectic grains in thin wall ductile and compacted graphite iron castings. Materials Science and Technology (MS&T), 4 –8 października 2015, Columbus, USA.
  9. M. Górny, J. Lelito, M. Kawalec: Thermophysical properties of thin walled compacted graphite iron castings. Advances in the Science and Engineering of CASTING SOLIDIFICATION, TMS 2015; 15-19 marca 2015, Floryda, USA.
  10. M. Górny, R. Dańko, J. Lelito, M. Kawalec, G. Sikora: Production of thin walled compacted graphite iron castings using different moulding materials. WFC2016 the 72 World Foundry Congress, 21–25 maja 2016, Nagoya, Japonia.
  11. M. Górny, G. Sikora, M. Kawalec: Primary grains and eutectic cells in thin wall ductile and compacted graphite iron castings. International conference on design and production engineering, 25–26 lipca 2016, Berlin, Niemcy.

Wykaz konferencji, podczas których prezentowano wyniki badań uzyskanych w projekcie:

  1. 10th International Symposium on the Science and Processing of Cast Iron: 10–13 listopada 2014r., Mar del Plata, Argentyna – prezentacja;
  2. Materials Science and Technology (MST) 2015: 4 – 8 października 2015r., Columbus, USA – prezentacja;
  3. Advances in the Science and Engineering of Casting Solidification (TMS) 2015: 15-19 marca 2015r., Floryda, USA - prezentacja;
  4. WFC 2016, 72 World Foundry Congress: 21–25 maja 2016r., Nagoya, Japonia - prezentacja;
  5. International Conference on Design and Production Engineering: 25–26 lipca 2016r., Berlin, Niemcy – prezentacja;
  6. 55. Międzynarodowa Konferencja Naukowa "Krzepnięcie i Krystalizacja Metali 2014": 15-17 września 2014r., Mąchocice k. Kielc, Polska - prezentacja;
  7. XV Jubileuszowa Konferencja Naukowa „Optymalizacja Systemów Produkcyjnych w Odlewniach”: 22 – 24 czerwca 2015r., Łódź, Polska - prezentacja;
  8. Ogólnopolski Dzień Odlewnika 2015; Konferencja techniczno-szkoleniowa pt.: „Oszczędność energii i materiałów w produkcji innowacyjnych odlewów”, 11 grudnia 2015r., Kraków, Polska – prezentacja.