Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali ledeburytycznych Część II. Warunki obróbki cieplnej stali NC10

Transkrypt

1 Obróbka Plastyczna Metali t. XVIII nr 1 (27) Prof. dr hab. inŝ. Leopold BERKOWSKI Dr inŝ. Jacek BOROWSKI Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali ledeburytycznych Część II. Warunki obróbki cieplnej stali NC1 The influence of structure on the results of the nitriding of ledeburitic chromium steels Part II. Heat treatment conditions of NC1 steel Streszczenie Stal NC1 naleŝy do tradycyjnych materiałów narzędziowych, stosowanych na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno. Charakteryzuje się duŝą zawartością węgla i chromu, a takŝe duŝą zawartością austenitu po hartowaniu z wysokiej temperatury. W artykule przedstawiono wyniki oceny wpływu temperatury austenityzownia na skład fazowy stali oraz na parametry stereologiczne węglików, a dla wybranych warunków austenityzowania (temperatura austenityzowania 1 i 115 o C) wpływ warunków odpuszczania na twardość i zawartość austenitu szczątkowego. Badania wykazały, Ŝe moŝliwe jest otrzymanie pseudodwufazowych struktur (martenzyt z niewielką ilością austenitu i węglików oraz bardzo trwały austenit ze śladami fazy α i niewielką ilością węglików pierwotnych. Badania wykazały ponadto, Ŝe istotne zmiany struktury zachodzą w temperaturze odpuszczania około 5 o C (M = 155). Abstract NC1 steel is a traditional tool s material used on dies for the plastic cold deformation. It contains a lot of carbon and chromium and austenite after hardening from the high temperature. The carried out investigation have proved the influence of the austenitizing temperature on: the phase composition of hardening steel and stereological parameters of carbides. After hardening from 1 and 115 o C temperature, the influence of tempering parameters on the hardness and the rest austenite were specified. The research shown, that the obtainment of the near two phase structures (martensite with a little part of the austenite and carbides or much stable of austenite with the fractional of the α phase and carbides) are possible. The research also shown, that the important changes of the matrix of the steel took place after tempering about 5 o C (M = 155). Słowa kluczowe: stal narzędziowa, obróbka cieplna, struktura, właściwości Key words: tool steel, heat treatment, structure, properties 1. WSTĘP Wysokochromowe stale narzędziowe nale- Ŝą do popularnych, stosunkowo tanich materiałów narzędziowych, i w pewnych warunkach, jako stale przeznaczone na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno, mogą z powodzeniem zastąpić stale szybkotnące. Jeśli wziąć pod uwagę aspekt historyczny, to omawiana w niniejszym artykule ledeburytyczna stal NC1 stanowiła w swoim czasie podstawowy materiał narzędziowy; stosowany początkowo na narzędzia skrawające, potem na narzędzia do obróbki plastycznej, zwłaszcza na narzędzia do obróbki plastycznej blach (wykrawania i tłoczenia) oraz do wyciskania. Stal NC1 wybrano jako materiał do badań równieŝ dlatego, Ŝe jedynym składnikiem stopowym tej stali jest chrom, a zawartość węgla 1,5 1,8 % jest zbli- Ŝona do zawartości węgla w stali X153CrMV12 (według. starej normy PN-86/H NC11LV), którą oceniano w kolejnej

2 24 L. Berkowski, J. Borowski serii badań. Stal X21Cr12, równieŝ dawniej bardzo popularna i oznaczona symbolem NC11, o podobnej zawartości chromu, zawierała jednakŝe więcej węgla, co utrudniało ocenę wpływu składu chemicznego na strukturę i właściwości wybranej grupy materiałów. Chrom w stali powoduje przesunięcie temperatury A 1 w stronę wyŝszej temperatury, co utrudnia dyfuzję, i dlatego temperatura austenityzowania stali NC1 jest wyŝsza, od temperatury austenityzownia stali chromowej o mniejszej zawartości tego składnika. Pod wpływem chromu zmienia się takŝe kinetyka przemian fazowych, zachodzących podczas chłodzenia przy hartowaniu. Przemiany perlityczna i bainityczna zostają opóźnione; na wykresie CTPi (rys. 1 [1 i 2]) przesunięte w prawo. DuŜa zawartość węgla powoduje równieŝ obniŝenie temperatury przemiany martenzytycznej M s [3]. Przez to obszar występowania austenitu jest bardzo duŝy, co umoŝliwia stosowanie róŝnych wariantów obróbki cieplnoplastycznej. Rys. 1. Wykres CTPi stali NC1. Warunki austenityzowania 95 o C/2 min [1 i 2] Fig. 1. TTT diagram for NC1 steel. Parameters of austenitizing 95 o C/ 2 min [1 i 2] Charakterystyka CTP zaleŝy od warunków austenityzowania. PodwyŜszenie temperatury umoŝliwia obniŝenie punktu M s wysokochromowych stali narzędziowych poniŝej temperatury otoczenia, co ułatwia otrzymanie dwufazowej struktury, składającej się z węglików typu M 7 C 3 i austenitu szczątkowego. MoŜliwość otrzymania struktur o skrajnych własnościach, zawierających austenit lub martenzyt i węgliki, zadecydowało o wyborze (stali NC1) materiału badań. Struktura stali NC1, wytworzona sposobem tradycyjnym, zawiera w stanie wyŝarzonym duŝe ilości węglików w postaci ledeburytycznej siatki i licznych wydzieleń węglików wtórnych. Obróbka plastyczna powoduje częściowe rozbicie niekorzystnego układu, nie likwiduje jednak skupisk duŝych węglików. Węgliki te, połoŝone niekiedy blisko siebie i popękane, tworzą karby i obniŝają plastyczność stali. Wielokrotne, kosztowne przekuwanie tylko w niewielkim stopniu zwiększa odporność na pękanie. Ledeburytyczne stale chromowe, produkowane z proszków, wykazują lepsze właściwości [4]. Wstępnie ledeburytyczne stale chromowe omówione zostały w pracy [5]. W niniejszym artykule przedstawione zostaną wyniki oceny wpływu warunków obróbki cieplnej na strukturę i własności stali NC1, wykonane w ramach projektu badawczego nr 112/T8C/96/11 pt. Podstawy technologii wytwarzania narzędzi z wykorzystaniem dyfuzji azotu w odkształconych, wysokochromowych stalach ledeburytycznych, finansowanego przez Komitet Badań Naukowych. Wybrane będą warunki austenityzowania, celem uzyskania skrajnych struktur dwufazowych, zawierających austenit + węgliki oraz martenzyt + węgliki. Taki stan strukturalny umoŝliwi, w toku dalszych badań, ocenę wpływu struktury osnowy stali chromowych na dyfuzję azotu podczas obróbki cieplno-chemicznej. Badania miały dać odpowiedź na pytania: jaki jest wpływ warunków austenityzowania na strukturę osnowy, oraz jaka jest odporność na odpuszczające dzianie temperatury stali wysokochromowej o dwufazowej strukturze?

3 Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali MATERIAŁ BADAŃ I OBRÓBKA CIEPLNA PRÓBEK Materiałem badań była ledeburytyczna stal narzędziowa, wysokochromowa stosowana na narzędzia do obróbki plastycznej na zimno gatunku NC1, w postaci prętów o średnicy 24 mm. Stal NC1 wykazuje bardzo niejednorodną strukturę; i mimo obróbki plastycznej hutniczej, zawiera duŝo węglików pierwotnych o bardzo nieregularnych kształtach ( pozostałości ledeburytycznego szkieletu). Skład chemiczny badanej stali był następujący (w %): C 1,57; Si,19; Mn,46; P,21; S,24; Cr 1, 69. Podczas badań analizowano wpływ warunków obróbki cieplnej na strukturę i twardość stali. Parametry austenityzowania wybrano w ten sposób, aby obejmowały one tradycyjnie zalecane warunki obróbki oraz temperaturę umoŝliwiającą otrzymanie dwufazowej struktury (austenitu i węglików). Temperatura i czas austenityzowania wynosiły odpowiednio: 9, 95, 1, 15, 11, 115 i 12 o C oraz 5, 1, 2 i 4 minut Próbki o wymiarach Ф2 x 4 mm austenityzowane były w kąpieli solnej i hartowane w oleju. Badanie odporności na odpuszczające działanie temperatury przeprowadzono na próbkach hartowanych w temperaturze 1 i 115 o C, w przedziale temperatury 2 6 o C. Czas wytrzymywania próbek w temperaturze odpuszczania wynosił 1/2; 1, 2 i 4 godziny. 3. METODYKA BADAŃ Celem badań było określenie optymalnych warunków austenityzowania oraz warunków, które umoŝliwiłyby otrzymanie dwufazowej struktury - austenitu i węglików. W ramach badań oceniono wpływ parametrów austenityzowania (temperatury i czasu) na wielkości ziaren, na zawartość austenitu szczątkowego i twardość, oraz na stereologiczne parametry węglików. Wielkość ziaren byłego austenitu określono (zgodnie z normą PN-84/H-457/1) metodą zliczania liczby przecięć siecznych z granicami ziaren według Snyder-Graffa. Ocenę zawartości austenitu szczątkowego wyznaczono z pomocą dyfraktometru rentgenowskiego KRISTALOFLEKS 4 firmy Siemens, posługując się metodą Bierwirtha [6], polegającą na porównaniu natęŝeń dwóch linii austenitu i martenzytu, a węglików tradycyjną metodą zliczania ich powierzchni na zgładzie metalograficznym z pomocą analizatora obrazu MULTISCAN. Ponadto na wybranych próbkach przeprowadzono stereologiczne badania węglików, nierozpuszczonych podczas austenityzowania. Parametry stereologiczne węglików, ich liczbę i rozkłady określono przyjmując kulisty kształt cząstek w polidyspersyjnej strukturze, metodą Sałtykowa [7 i 8]. Oprócz liczby węglików w jednostce objętości N v wyznaczono średnią średnicę węglików D, ich dyspersję σ D oraz powierzchnię właściwą S v. Obserwacje za pomocą mikroskopu świetlnego przeprowadzono przy powiększeniu 1 x. Z tego teŝ powodu znaczna część drobnych węglików nie została zauwaŝona. 4. WYNIKI BADAŃ Badania stali NC1 obejmowały: ocenę wpływu parametrów (temperatury i czasu) austenituzowania na strukturę i twardość, stereologiczną ocenę skutków austenityzowania, badanie dopuszczalności stali o róŝnej, dwufazowej strukturze Wpływ parametrów austenityzowania na strukturę fazową i twardość Związek pomiędzy temperaturą (T) a czasem (τ) austenityzowania opisać moŝna jednym parametrem M = A(B+T)(C+logτ), który odpowiednio związany z parametrem ziarnowej struktury stali ułatwia tworzenie pro-

4 26 L. Berkowski, J. Borowski stych charakterystyk materiałowych. Zmiany własności mechanicznych w pewnym przedziale temperaturowo-czasowym mogą być opisane zaleŝnością tych własności od wybranego parametru struktury. Takie zaleŝności udało się określić podczas badań stali szybkotnących [9]. Wyznaczono wtedy związki wskaźnika wielkości ziaren Snyder-Graffa (S-G) z temperaturą i czasem austenityzowania, co pozwoliło znaleźć interesujące, waŝne zaleŝności wybranych własności określonych w próbie zginania z tym wskaźnikiem. Oczywiście przy zastosowaniu stałych warunków odpuszczania. Podobne próby przeprowadzone na stali chromowej NC1 nie powiodły się, gdyŝ wielkość ziaren stali moŝna było ocenić dopiero po austenityzowaniu w wyŝszej temperaturze, leŝącej poza zakresem zalecanej temperatury hartowania. W tablicy 1 przedstawiono wyniki pomiarów wielkości ziaren ocenionych wskaźnikiem Snyder-Graffa. Wynika z niej, ze strukturę ziarnową stali NC1 moŝna było ocenić na próbkach austenityzowanych w temperaturze powyŝej 15 o C, a więc wyŝszej od zalecanej. Z tablicy wynika ponadto, Ŝe wzrost temperatury powoduje większe zmiany struktury ziarnowej stali aniŝeli wydłuŝenie czasu austenityzowania. Ze wzrostem temperatury i czasu austenityzowania węgliki w znacznej części ulegają rozpuszczeniu, co wiąŝe się ze wzrostem udziału austenitu szczątkowego w stali. W tablicy 2 przedstawiono wyniki badań, podczas których wyznaczono udział objętościowy węglików oraz zawartość austenitu szczątkowego w hartowanej stali NC1. Wyniki potwierdzają w pewnym stopniu wspomniane tendencje. Dotyczy to przede wszystkim temperatury austenityzowania. Z tablicy wynika ponadto, Ŝe od temperatury 115 o C, niezaleŝnie od czasu austenityzowania, struktura jest stabilna; zawiera śladowe ilości martenzytu, a zawartość węglików nie przekracza 3 %. Wyniki pomiarów twardości podano w tablicy 3. Z tablicy wynika, Ŝe w dolnym zakresie temperatury austenityzowania twardość wzrasta ze wzrostem czasu i temperatury; w górnym zakresie obserwujemy odwrotne tendencje. Powodem jest wyraźnie zmniejszający się udział węglików i wzrost zawartości austenitu szczątkowego. Czas Tablica 1: Wyniki oceny struktury ziarnowej hartowanej stali NC1 Table 1: Results of the evaluation of the grain structure of NC1 steel Temperatura austenityzowania, o C min Ziaren 8,5 5,7 4,2 1 nie zaobserwowano 8,8 5,4 3,5 2 7,4 7,6 4,9 3,9 4 8, 7,3 5,8 3,5

5 Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali Tablica 2. Udział objętościowy węglików i austenitu szczątkowego w hartowanej stali NC1 Table 2. Volume fraction of carbides and the retained austenite in hardened NC1 steel Czas Temperatura austenityzowania, o C min Udział objętościowy węglików, % 5 22,7 22,9 6,6 7,6 6,8 2,9 2,7 1 12,3 1,1 1,2 6,5 8,3 2,6 2,2 2 2,1 18,6 1,1 12,9 8,9 2,9 2,4 4 7,9 9,5 12, 8,3 8,3 3,3 2,3 Zawartość austenitu szczątkowego, % 5 5,5 4,9 7,7 22, 61,9 1 5,3 4,8 8,9 2,1 5,7 2 4,4 4,3 8,9 21,5 38,7 Ślady Fe α 4 3,6 6,1 12, 23,9 45,9 Tablica 3. Wpływ warunków austenityzowania na twardość stali NC1 Table 3. Influence of austenitizing temperature on the hardness of NC1 steel Czas Temperatura austenityzowania, o C min ,8 59,6 64,6 64,5 51,8 33, 28, 1 54,7 61,3 64,6 6, 5,3 31,7 28,7 2 55,5 61,8 64,5 61,7 53,7 34, 29, 4 57,5 62,2 64,7 61,3 51,7 32,3 24,3 Tablica 4. Parametry struktury stali NC1 hartowanej z róŝnej temperatury Table 4. Structure parameters of the NC1 steel after hardening from different temperature Parametry struktury Temperatura austenityzowania, o C N V, 1 7 mm -3 9,1 12,6 11,2 7,1 2,5,56,51 D, µm,99,98 1,,82 1,24 1,55 1,51 σ D, µm,41,37,42,39,86,92,91 S V, mm 2 /mm σ D /D,42,38,42,47,7,59,6

6 28 L. Berkowski, J. Borowski Rysunek 2 stanowi podsumowanie wyników badań rentgenostrukturalnych (austenit szczątkowy), mikroskopowej oceny udziału objętościowego węglików oraz pomiarów twardości. Z rysunku wynika, ze w niskiej temperaturze austenityzowania do około 1 o C udział węglików moŝliwych do zaobserwowania pod mikroskopem świetlnym (powiększenie 1 x) zmienia się stosunkowo nie wiele. Zmniejszenie zawartości węglików po austenityzowaniu w wyŝszej temperaturze wiąŝe się jednocześnie z wyraźnym wzrostem zawartości austenitu szczątkowego i obniŝeniem twardości. Z wykresu wynika ponadto, Ŝe od temperatury 115 o C udział objętościowy węglików i twardość prawie nie ulegają zmianie, a struktura staje się dwufazowa; składa się jedynie z austenitu i węglików w ilości do około 3%. Tę sytuację wykorzystano w dalszych badaniach, związanych z oceną wpływu struktury i odkształcenia plastycznego na dyfuzję azotu w ledeburytycznych stalach chromowych o róŝnej strukturze osnowy. Wyniki pomiarów parametrów struktury węglików N V, D, σ D, σ D /D i S V stali podano w tablicy 4 oraz na rysunkach 3-5. a) węgliki austenit szczątkowy martenzyt twardość Udział objętościowy 1% 8% 6% 4% 2% % Temperatura hartowania o C Twardość HRC b) Rys. 2. Wpływ temperatury austenityzowania na skład fazowy oraz na twardość hartowanej stali NC1; czas austenityzowania - 1 minut Fig. 2. Influence of the austenitizing temperature on the phase composition and hardness of NC1 steel; time of austenitizing 1 minute 4.2 Stereologiczna analiza struktury hartowanej stali NC1 Na rys. 3 pokazano mikrofotografie struktury stali NC1 w stanie wyŝarzonym oraz hartowanym z temperatury 1 i 115 o C. Stereologiczne badania struktury tej stali hartowanej z róŝnej temperatury przeprowadzono na próbkach austenityzowanych w ciągu 1 minut. c) Rys. 3. Struktura stali NC1 w stanie wyŝarzonym (a), oraz hartowanym z temperatury 1 o C (b) i 115 o C (c). Pow. 5x Fig. 3. Structure of the NC1 steel in annealing state (a) an after hardening from 1 o C (b) and 115 o C (c). Magnification 5x

7 Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali Z rys. 4 wynika, Ŝe gwałtowna zmiana ilości węglików N v następuje po przekroczeniu 1 o C i wiąŝe się z wyraźnym wzrostem ich średniej średnicy D (rys. 5). Od temperatury 15 o C wzrasta średnie odchylenie σ D oraz wartość stosunku σ D do średniej średnicy węglików (rys. 5), co wskazuje na zwiększona ich niejednorodność w wyŝszej temperaturze. Zmiany powierzchni właściwej węglików S v (rys. 6) ze wzrostem temperatury austenityzowania były podobne jak zmiany wartości N v (rys. 4). Interesująco wypada ocena wpływu temperatury austenityzowania na liczność węglików w poszczególnych klasach (rys. 7) Krzywe rozkładu róŝnią się od rozkładu normalnego Gaussa. W kaŝdym przypadku najwięcej węglików znajduje się w klasie najdrobniejszej. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie liczby węglików w klasach najdrobniejszych; zwiększa się udział węglików w klasach o większej średnicy. W próbce hartowanej z najwyŝszej temperatury 12 o C, węgliki w klasie najdrobniejszej prawie nie występują Liczność NV, 1 7 mm Sv, mm 2 /mm Temperatura, o C Temperatura, o C Rys. 4. Wpływ temperatury austenityzowania na liczność N V węglików hartowanej stali NC1 Fig. 4. Influence of the austenitizing temperature on the number of carbide in the volume unit N V of the hardening NC1 steel Rys. 6. Wpływ temperatury austenityzowania na powierzchnię właściwą S V hartowanej stali NC1 Fig. 6. Influence of the austenitizing temperature on the specific surface of carbide S V of the hardening NC1 steel D, σd, m 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4, Temperatura, o C a c b,8,6,4,2 σd/d Liczność Nv, 1 7 mm Maksymalna średnica węglików w klasie, µm Rys. 5. Wpływ temperatury austenityzowania na parametry struktury węglikowej hartowanej stali NC1: a średnią średnicę D, b odchylenie standardowe średniej średnicy σ D, c wartość stosunku odchylenia standardowego do średniej średnicy σ D /D Fig. 5. Influence of the austenitizing temperature on carbide structure parameters of the hardening NC1 steel: a mean diameter D, b - mean deflection of the mean diameter σ D, c value of the ratio of the mean deflection to the mean diameter σ D /D Rys. 7. Rozkłady liczności węglików (w klasach średnic) hartowanej stali NC1 po austenityzowaniu w róŝnej temperaturze; 95, 15 i 12 o C Fig. 7. Frequency distribution of carbides (in classes of diameter) of the NC1 steel quenched after austenitizing at different temperature; 95, 15 and 12 o C

8 3 L. Berkowski, J. Borowski Z rysunków wynika, Ŝe istotne zmiany struktury węglikowej mają miejsce w przedziale temperatury austenityzowania o C. Wtedy to większość węglików rozpuszcza się, co sprzyja rozrostowi ziaren i powoduje, Ŝe ze wzrostem temperatury austenityzowania zawartość austenitu szczątkowego w osnowie hartowanej stali wzrasta. W temperaturze leŝącej powyŝej tego zakresu zawartość austenitu szczątkowego prawie nie ulega zmianie, choć rozpuszczanie węglików nadal zachodzi. Wpływa to na jednorodność struktury węglikowej. Pozostające po austenityzowaniu bardzo drobne węgliki nie stanowią juŝ przeszkód dla migracji granic ziaren. Skutkiem tego otrzymujemy obszary gruboziarnistej struktury (rys. 8). W miejscach większych skupisk duŝych węglików struktura ziarnowa jest raczej stabilna Wpływ stanu strukturalnego po hartowaniu na odpuszczalność stali NC1 Stale narzędziowe stopowe do pracy na zimno, zwłaszcza stale o strukturze ledeburytycznej, cechuje złoŝoność zjawisk strukturalnych zachodzących podczas odpuszczania. Istotny wpływ na właściwości tych stali (twardość, udarność, wytrzymałość na zginanie i inne) ma stan strukturalny osnowy oraz wielkość i udział węglików. Wpływ zawartości austenitu szczątkowego na własności jest nadal badany. Twardość, HRC Temperatura odpuszczania, o C Rys. 9. Wpływ temperatury dwugodzinnego odpuszczania na twardość stali NC1 hartowanej z temperatury 1 i 115 o C Fig. 9. Influence of the temperature of two hours tempering on the hardness of NC1 steel after hardening from 1 and 115 o C Rys. 8. Struktura stali NC1 hartowanej z temperatury 12 o C. Pow. 5x Fig. 8. Structure of the NC1 steel after hardening from 12 o C. Magnification 5x Zmiany stanu strukturalnego stali NC1 wykorzystano w dalszych badaniach. Oceniając wpływ warunków odpuszczania na własności wykorzystano istotne róŝnice osnowy. Do badań wybrano próbki o róŝnej,w przybliŝeniu dwufazowej strukturze, zawierające węgliki z martenzytem lub austenitem. W strukturach pominięto, wykryte podczas rentgenowskiej analizy strukturalnej, śladowe zawartości γ lub α-fe. Otrzymanie takich struktur gwarantowała temperatura austenityzowania - 1 i 115 o C. Materiałem badanym były próbki zahartowane z temperatury 1 o C, o twardości około 64 HRC, oraz z temperatury bliskiej solidusu 115 o C, o twardości 33 HRC, gwarantującej otrzymanie dwufazowej struktury austenitu i węglików. Odpuszczanie przeprowadzono w temperaturze 2, 25, 3, 35, 4, 45, 5, 55 i 6 o C, w ciągu,5; 1; 2 i 4 godziny. Na rys. 9 przedstawiono wyniki badań w postaci tradycyjnej charakterystyki; zaleŝność twardości od temperatury odpuszczania w ciągu dwóch godzin. Przy ocenie dopuszczalności wykorzystano równieŝ związek Jaffe- Hollomona pomiędzy temperaturą (T), a czasem odpuszczania (t) w postaci M + T (C + log t), który odpowiednio związany z twardością ułatwia tworzenie prostej charakterystyki materia-

9 Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali łowej (rys. 1 i 11). Z rysunków wnioskować moŝna o wpływie struktury po hartowaniu na zachowanie się stali podczas odpuszczania. Twardość, HRC Twardość Austenit Parametr odpuszczania M=T(C+logt) Austenit, % Po tradycyjnym hartowaniu z niŝszej temperatury twardość stali jest z razu wysoka i po niewielkim spadku na początku, do temperatury odpuszczania 5 o C. (rys. 9) i M = 155 (rys. 1) utrzymuje się na stałym poziomie; powyŝej następuje gwałtowny spadek twardości. Od tego miejsca (temperatury odpuszczania) zaczyna się wzrost twardości próbek hartowanych z temperatury 115 o C. W przypadku stali hartowanej z niŝszej temperatury niewielki spadek twardości, w zakresie parametru odpuszczania do wartości M = 155, spowodowany jest utwardzaniem wydzieleniowym, a przy mniejszej wartości parametru M izotermiczną przemianą austenitu w martenzyt lub w bainit. Na rys. 11 pokazano strukturę stali NC1 hartowanej z temperatury 1 o C i odpuszczonej w temperaturze 5 o C. Stal hartowana z temperatury 115 o C (rys. 12) zawiera bardzo stabilny austenit, a jego przemiana w strukturę o większej twardości (prawdopodobnie w strukturę typu bainitycznego) zachodzi, w bardzo wąskim przedziale, dopiero powyŝej wartości parametru M = 155; powyŝej następuje spadek twardości skutkiem koagulacji węglików wydzielonych. Rys. 1. Wpływ parametru odpuszczania na twardość i zawartość austenitu w stali NC1 hartowanej z temperatury 1 o C Fig. 1. Influence of the tempering parameter on the hardness and the value of austenite of the NC1 steel after hardening from 1 o C Twardość, HRC Twardość 1 Austenit Parametr odpuszczania M=T(C+logt) Austenit, % Rys. 12. Wpływ parametru odpuszczania na twardość i zawartość austenitu w stali NC1 hartowanej z temperatury 115 o C Fig. 12. Influence of the tempering parameter on the hardness and the value of austenite of the NC1 steel after hardening from 115 o C Rys. 11. Struktura stali NC1 hartowanej z temperatury 1 o C, po dwugodzinnym odpuszczaniu w temperaturze 5 o C. Pow. 1x Fig. 11. Structure of the NC1 steel after hardening from 1 o C and after two hour tempering at 5 o C. Magnification 1x Przemiany zachodzące przy odpuszczaniu stali NC1 hartowanej z temperatury 115 o C ilustrują mikrofotografie na rys. 13. Z rysunku wynika, Ŝe czterogodzinne odpuszczanie w temperaturze 45 o C (a) nie powoduje jeszcze wyraźnych zmian struktury osnowy stali. Ślady przemiany struktury austenitu na granicach ziaren austenitu widoczne są w strukturze próbki odpuszczonej w temperaturze 5 o C (b). Wzrost temperatury o 5 o C powoduje dalszy rozpad austenitu, mimo krótkiego czasu odpuszczania. Czterogodzinne odpuszczanie w temperaturze 6 o C powoduje prawie całkowitą likwidację austenitu, o czym moŝna wnioskować na podstawie charakterystyk na rys. 12.

10 32 a) b) L. Berkowski, J. Borowski d) Rys. 13. Struktura stali NC1 po hartowaniu z temperatury 115 oc i odpuszczonej; temperatura i czas odpuszczania: a) 45 oc/ 4 h, b) 5 oc/ 4 h, c) 55 oc/,5 h, d) 6 oc/ 4 h. Pow. 1x Fig. 13. Structure of the NC1 steel after hardening from 115 oc and after tempering; temperature and time of the tempering: : a) 45 oc/ 4 h, b) 5 oc/ 4 h, c) 55 oc/,5 h, d) 6 oc/ 4 h. Magnification 1x 5. PODSUMOWANIE WYNIKÓW BADAŃ I WNIOSKI c) DuŜy wpływ chromu na stabilność austenitu w stali o strukturze ledeburytycznej, po jej hartowaniu z wyŝszej temperatury, wzbudził nasze zainteresowanie. Chodziło o wykorzystanie tej cechy w praktyce; moŝliwość zastosowania nagniatania celem uzyskania wyrobów i narzędzi umocnionych powierzchniowo z ciągliwym rdzeniem. Konieczne było zatem wyznaczenie udziału austenitu po hartowaniu stali w szerokim przedziale temperatury austenityzowania. WaŜną była równieŝ ocena stabilności otrzymanych struktur i raz ich ilościowy opis metodami stereologicznymi. Badania wykazały, Ŝe moŝliwe jest otrzymanie pseudodwufazowych struktur; martenzytu z niewielką ilością austenitu szczątkowego i węglików, oraz austenitu ze śladowa zawartością fazy α, z niewielką ilością nierozpuszczonych węglików pierwotnych. Jak wykazały badania, otrzymany w ten sposób austenit jest bardzo trwały, dopiero powyŝej 5 oc (parametr M = 155) ulega rozpadowi na struktury typu bainitycznego.

11 Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali Badania pozwoliły sformułować następujące wnioski: 1. Strukturę ziarnową stali NC1 moŝna ocenić dopiero po austenityzowaniu i hartowaniu z temperatury 1 o C. Z dwóch parametrów austenityzowania (temperatury i czasu) czas ma - w tym przypadku - mniejsze znaczenie. 2. Ze wzrostem temperatury austenityzowania węgliki rozpuszczają się; intensywnie w przedziale temperatury 1 11 o C. Rośnie przy tym udział węglików w klasach większej średnicy. PowyŜej temperatury austenityzowania 115 o C zawartość węglików w stali i ich parametry stereologiczne nie ulegają zmianie. 3. Segregacja węglików wpływa na niejednorodność struktury ziarnowej stali NC1, zwłaszcza po hartowaniu z wysokiej temperatury. 4. Stal NC1 po hartowaniu tradycyjnym i po odpuszczaniu do temperatury 5 o C (M = 155) wykazuje duŝą twardość; powyŝej następuje gwałtowny spadek twardości. 5. Stal NC1 po hartowaniu z temperatury 115 o C, skutkiem duŝej zawartości austenitu, wykazuje małą twardość (33 HRC). Austenit jest bardzo stabilny; twardość ta utrzymuje się do temperatury odpuszczania 5 o C (parametr odpuszczania 155). Wysoką twardość (około 6 HRC) uzyskano w wąskim przedziale temperatury, powyŝej tego zakresu. LITERATURA [1] Bielecki M.: Charakterystyki stali. Seria F: Stale narzędziowe. Tom II: Stale stopowe do pracy na zimno. Wyd. Śląsk Katowice 1976, s. 25 [2] Peter W., Matz W.: Das Umwandlungsverhalten von Stählen mit 12 bis 14 % Cr. Arch. Eisenhüttenwesen. 1957, t. 28, nr 12, s , 22 rys., 1 tab., bibliogr. 16 poz. [3] Staska E., Kulmburg A.: Einfluß der Austenisierungsbedingungen auf und Regin der Martensitumwandlung nund die Härte Ledeburitischer Stähle mit 12 % Cr. Arch. Eisenhüttenwesen. 1972, t. 43, nr 11, s , 14 rys. 1 tab., bibliogr. 58 poz. [4] Černyševa T. A., Gvozdev A. E., Bazyk A. C.: Vlijanie sverchplastičeskoj deformacji pri različych schemach napražennogo sostojanija na strukturu bystrorežuščich stalej. Metalloved. i Term. Obrab. Metallov.: 1989, nr 5, s. 3 34, 1 rys., 2 tab., bibliogr. 19 poz. [5] Berkowski L.: Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali ledeburytycznych. Część 1: Informacje o materiale badań. Obróbka Plastyczna Metali. 25, t. 16, nr 5, s. 5 15, 12 rys., 2 tab., bibliogr. 26 poz. [6] Bierwirth G.: Sonderdruck aus Materialprüfung. Siemens 1961 [7] Sałtykow S.A.: Stereometričeskaja metallografija. Izd. Metallurgija, Moskwa 1976, s. 375, rys. 19, tab. 59, bibliogr. 166 poz. [8] Ryś J.: Metalografia ilościowa, Skrypt AGH nr 922, Kraków 1983, s. 172, rys. 52, tab. 2, bibliogr. 56 poz. [9] Berkowski L.: Stale szybkotnące na narzędzia do obróbki plastycznej. INOP Poznań 1994, s. 23, rys. 133, tab. 1, bibliogr. 77 poz.