6.1. Sestavení rovnic
Z grafu 7 byly sestaveny následující rovnice:
100GVI
TU Liberec Strana 47/ 61
Následné ověření vztahů bylo provedeno na dalších 7 vzorkách z různých sléváren.
Cílem bylo ověřit, zda zjištěné vztahy jsou platné.
6.2.
Ověření vztahů
Odlitky byli měřeny pomocí přístroje T-MIKE EL s dvojitou ultrazvukovou sondou 2MHz.
Obr. 19.: Přístroj T-MIKE EL
Na všech vzorkách bylo provedeno měření tloušťky pomocí přístroje T-MIKE EL (Lu) a poté měření tloušťky pomocí posuvného měřítka (L).
Na přístroj T-MIKE EL musela být provedena kalibrace. Tedy byla změřena tloušťka ocelového kalibru L=25,00mm a tloušťka na kalibrační měrce přístroje T-MIKE EL Lu=24,86mm a ze vztahu (28) byla spočítána kalibrační rychlost přístroje 5953m/s
cLk=(L/Lu).cLo (28)
kde: cLk… kalibrační rychlost přístroje T-MIKE EL
cLo…rychlost zvuku ocelové matrice litiny = 5920 m/s.
Údaje takto získané jsou v tabulce 13. Z nich byla vypočítána rychlost ultrazvuku vr
a vL.
Následovalo provedení metalografických výbrusů, na kterých se hodnotil tvar a velikost grafitu, vyloučení grafitu a matrice.
Na základě těchto údajů bylo stanoveno, zda se konkrétní vzorky mohou použít pro ověření výše uvedených vztahů.
TU Liberec Strana 48/ 61
6.2.1. Metalografické výbrusy a jejich vyhodnocení
Slévárna: MŽ Olomouc Odlitek: Prstenec, vzorek č.1 Tlouštka L: 28,2 mm
Tlouštka LU : 29,14 Rychlost Vr : 0,9677 Rychlost vL : 5761 m/s Velikost grafitu : 7
Vyloučení grafitu : 15%GVI a 85%GV
Matrice: Feritická a ojedinělá zrna perlitu Fe98 P2
Obr. 20.: Vzorek č.1, 100x Obr. 21.: Vzorek č.1, leptáno Nitalem, 100x Chemické složení a stupeň eutektičnosti sE
Původ %C Mn Si P S Cr Cu SE
MŽ Olomouc 3,4 0,14 2,6 0,01 0,018 0,02 0,04 0,975
Tab. 7.: Chemické složení vzorku MŽ Olomouc
Slévárna: KH Škoda Mladá Boleslav Odlitek: Vzorek č.2
Tlouštka L: 17,2 mm Tlouštka LU : 17,66 Rychlost Vr : 0,9739 Rychlost vL : 5798 m/s Velikost grafitu : 7
Vyloučení grafitu : 100% GVI
Matrice: P96Fe4
TU Liberec Strana 49/ 61
Obr. 22.: Vzorek č.2, 100x Obr. 23.: Vzorek č.2, leptáno Nitalem, 100x
Chemické složení a stupeň eutektičnosti sE
Původ %C Mn Si P S Cr Cu Sn SE
Klika Auto Škoda 3,6 0,4 2,35 0,05 0,01 0,05 0,5 0,05 1,013
Tab. 8.: Chemické složení vzorku KH Škoda Mladá Boledlav
Slévárna: AGS Jíčín
Odlitek: válečky vzorek č.3 (váleček č.7) a č.4 (váleček č.9) Tlouštka L: 20 mm
Tlouštka LU : 20,97 Rychlost Vr : 0,9537 Rychlost vL : 5678 m/s Velikost grafitu : 5/6
Vyloučení grafitu : Střed válečku 10%GIII + 10%GV+80%GVI
Matrice: P70Fe30
Obr. 24.: Vzorek č.3, 100x Obr. 25.: Vzorek č.3, leptáno Nitalem, 100x
TU Liberec Strana 50/ 61
Vzorek č.4 Tlouštka L: 20 mm
Tlouštka LU : 20,94 Rychlost Vr : 0,9551 Rychlost vL : 5686 m/s Velikost grafitu : 6
Vyloučení grafitu : Střed válečku 90%GVI+GV5% +GIII10%
Matrice: P60Fe40
Obr. 26.: Vzorek č.4, 100x Obr. 27.: Vzorek č.4, leptáno Nitalem, 100x
Chemické složení a stupeň eutektičnosti sE
Původ %C Mn Si P Cu SE
AGS Jičín 3,97 0,37 3,128 0,017 1,04 1,196
Tab. 9.: Chemické složení vzorků AGS Jičín
Slévárna: Sklostroj Turnov Odlitek: Řemenice, vzorek č.5 Tlouštka L: 39,8 mm
Tlouštka LU : 41,50 Rychlost Vr : 0,9590 Rychlost vL : 5709 m/s Velikost grafitu : 5
Vyloučení grafitu : 100%GVI
Matrice: P20Fe80
TU Liberec Strana 51/ 61
Obr. 28.: Vzorek č.5, 100x Obr. 29.: Vzorek č.5, leptáno Nitalem, 100x
Chemické složení a stupeň eutektičnosti sE
Původ %C Mn Si P S Cr Cu Ti SE
Sklostroj Turnov 3,7 0,5 2,4 0,058 0,014 0,05 0,128 0,05 1,047
Tab. 10.: Chemické složení vzorku Sklostroj Turnov
Slévárna: SVUM Brno
Odlitek: ploché vzorky č.6 (plochý č.5) a č.7 (plochý č.6) Tlouštka L: 44 mm
Tlouštka LU : 54,68 Rychlost Vr : 0,8047 Rychlost vL : 4791 m/s Velikost grafitu : 4/5 Vyloučení grafitu : 100%GI
Matrice: P45Fe55
Obr. 30.: Vzorek č.6, 100x Obr. 31.: Vzorek č.6, leptáno Nitalem, 100x
TU Liberec Strana 52/ 61
Chemické složení a stupeň eutektičnosti sE
Původ %C Mn Si P S SE
SVUM 3 3,23 0,96 1,66 0,09 0,023 0,87
Tab. 11.: Chemické složení vzorku č.6 SVUM Brno
Vzorek č.7 Tlouštka L: 44,5 mm
Tlouštka LU : 53,81 Rychlost Vr : 0,8269 Rychlost vL : 4923 m/s Velikost grafitu : 5
Vyloučení grafitu : 100%GI
Matrice: P96Fe4
Obr. 32.: Vzorek č.7, 100x 33.: Vzorek č.7, leptáno Nitalem, 100x
Chemické složení a stupeň eutektičnosti sE
Původ %C Mn Si P S SE
SVUM 5 3,35 0,84 1,88 0,09 0,022 0,91
Tab. 12.: Chemické složení vzorku č.7 SVUM Brno
Tab. 13.: Shrnutí naměřených hodnot
TU Liberec Strana 54/ 61
7. Diskuze
Cílem diplomové práce bylo zjistit vliv velikosti útvarů grafitu na rychlost zvuku za předpokladu známého tvaru grafitu.
Musel být prozkoumán vliv chemického složení a stupně eutektičnosti uvedených vzorků. K tomuto účelu byl poskytnut graf 10, který byl získán z výzkumných taveb na katedře technologie VŠD Žilina.
Podle změřené rychlosti vzorků, stupně eutektičnosti a porovnáním s grafem 10 vyplývá, že jde opravdu o litinu s kuličkovým grafitem (tvárnou litinu), a u vzorků SVUM o litinu s lupínkovým grafitem (šedou litinu).
Z grafu 6 vyplývá, že s rostoucí velikostí grafitu klesá rychlost zvuku. Vzorky v grafu 6 mají blízké chemické složení, jednu metalurgii, byly vyrobeny v jedné tavicí peci, mají jednu matrici a stejný způsob měření, tedy tímto se vysvětluje veliký koeficient korelace u vztahů, které byly z tohoto grafu sestaveny (vztahy (25), (26) a (27)).
Vzorky, které byly ověřovány mají chemické složení podobné (toto chemické složení je uvedeno v tabulce 14, užité hodnoty vzorků v grafu 9 jsou vyznačeny tučně) a pokud mají stejné vyloučení grafitu (vzorky ze slévárny KH Škoda auto a Sklostroj Turnov), tak do grafu 9 zapadají. Na základě této skutečnosti je metoda zjišťování velikosti grafitu měřením rychlosti zvuku použitelná.
Vzorky byly hodnoceny metalograficky, toto hodnocení je velmi subjektivní - každá osoba hodnotí výbrus trochu jinak, konkrétně u červíkového grafitu se hodnoty od dvou různých osob mohou lišit až o 30% a u tohoto typu grafitu je ještě nutné uvádět údaj, z kterého místa vzorku odhad pochází. Zda z osy či povrchu apod. V ose se vyskytuje
%GIII nejvíce.
Proto je důležité struktury popisovat hodnotami fyzikálních veličin a ne smluvními vizuálně získanými znaky (%GVI apod.).
Z provedeného vyhodnocení a měřených vzorků vyplývá, že tato metoda není náchylná na malé odchylky chemického složení.
Odlitky se 100%GVI mají rychlost zvuku 5798m/s a 5709m/s a odlitky s 80%GVI (toto bývá přípustné mezní minimum pro odlitky z LKG) mají rychlost zvuku 5678m/s,
TU Liberec Strana 55/ 61
tato menší rychlost je vysvětlena tím, že v tomto vzorku se vyskytoval i červíkový grafit - červíkový grafit sám o sobě snižuje rychlost zvuku.
Do grafu 10 vzorky moc nezapadají, což ukazuje, že si musí každá slévárna zhotovit svůj vlastní graf sE na vL.
Z grafu 10 vyplývá, že u velikosti grafitu 5 a 6 se rychlost liší přibližně o 50-100m/s.
S ohledem na sE se rychlost pro jednu velikost výrazně neliší.
Vzorky ze slévárny SVUM Brno jsou zde uvedeny jen pro porovnání velikosti rychlosti zvuku na vzorcích z litiny s kuličkovým grafitem a s lupínkovým grafitem.
Rychlost zvuku u litiny s lupínkovým grafitem je o 1000m/s menší než rychlost zvuku u litiny s kuličkovým grafitem, což je způsobeno tím, že u litiny s lupínkovým grafitem se akustické vlny šíří kolem grafitových útvarů a tedy je jeho dráha podstatně delší než u litiny s kuličkovým grafitem a tím je menší rychlost zvuku.
Pokud tyto vzorky zakreslíme do grafu 10, vyplývá dobrá shoda se zvolenými prokládacími křivkami. Např. plochý vzorek SVUM Brno č.5 má velikost lupínků 60-120µm a leží v grafu přesně mezi křivkami s velikostí 60µm a 60-120µm.
Tedy graf 10 by v oblasti LLG mohl být použitelný i pro jiné slévárny. – na metalografickém výbrusu je velikost 7.
Pro vzorek č.5 Sklostroj Turnov 100% GVI, vr = 0,9590 y = -4845,8x2 + 9492,2x - 4640,9
po dosazení y=-4845,8 * 0,95902 + 9492,2 * 0,9590– 4640,9 => y (velikost grafitu) 5,4 – na metalografickém výbrusu je velikost 5.
Ostatní ověřované vzorky měly jiný podíl vyloučení grafitu, proto nemohly být použity.
Bohužel ze 7 vzorků (z toho 2 byly ze šedé litiny, tedy zde byly jen pro porovnání rychlosti zvuku v litině s kuličkovým grafitem a v litině s lupínkovým grafitem) k ověřování mohly být použity pouze dva, které vyhověly, ale oba byly pro 100%GVI.
TU Liberec Strana 56/ 61 Řemenice Sklostroj Turnov -100%GVI - P20 Fe80, vr=0,9590, velikost 5
0
Graf 9.: Závislost velikosti grafitu na rychlosti zvuku
Původ %C Mn Si P S Cr Cu SE * vL vel. Gr
TU Liberec Strana 57/ 61