Obliczeniowy wykres CTPc-S. Ilościowa ocena składu fazowego na podstawie wykresów CTPc-S

Transkrypt

1 Obliczeioy ykres CTPc-S. Ilościoa ocea składu fazoego a podstaie ykresó CTPc-S Z poodu zaczej różorodości ykresó CTPc-S ich peły, aalityczy opis jest zaczym stopiu utrudioy. Istieją atomiast zory pozalające yliczyć iektóre charakterystycze ielkości dla ykresó CTPc-S. Dzięki zajomości tych ielkości moża opracoać uproszczoe ykresy CTPc-S. Obliczeioy ykres CTPc-S jest ykoyay i aalizoay a podstaie astępujących ielkości: Ms - temperatura początku przemiay martezytyczej [C], Bs - temperatura początku przemiay baiityczej [C], Fs - temperatura początku przemiay ferrytyczej [C], tb - czas do początku przemiay baiityczej [s], tf - czas do początku przemiay ferrytyczej [s], tp - czas do początku przemiay perlityczej [s], tmk - czas do zakończeia przemiay martezytyczej [s]. Do obliczeń mogą być użyte astępujące zależości: edług Coe [17,19]: Ms = C - 30,4 M - 17,7 Ni - 12,1 Cr - 7,5 Mo (3.24) Mf = ,4 C - 33 M - 17 Ni - 17 Cr - 21 Mo (3.25) edług Hoeycombe [17,19]: Bs = C - 80 M - 70 Cr - 83 Mo (3.26) edług Iagaki [17,19]: tb = 10 [5,81 (C+Si/16+M/19+Ni/48+Cr/20+Mo/7+V/28) - 1,13] (3.27) tf = 10 [5,8 (C+Si/291+M/14+Ni/67+Cr/16+Mo/6+V/425) - 0,83] (3.28) tp = 10 [5,14(C+Si/17+M/19+Ni/25+Cr/16+Mo/4+V/3) + 0,06] (3.29) edług Zemaa M.[78]: Ms = 646,6-2418,2 C +219,6 M Si + 41,4 Cr - 134,7 Ni - 9,3 Mo - 7,1 V+35,2 Nb ,1 C 2-175,3 M 2-36,7 Si ,3 Cr ,5 Ni ,2 Mo ,7 C M + 228,6+M Si + 535,5 C Si (3.30) Bs = 947,9-1616,7 C - 231,5 M + 71,4 Si - 98,7 Cr - 103,4 Ni - 18,9Mo - 171,6 V - 384,8 Nb ,1 C ,3 M 2-73,9Si ,7 Cr ,7 Ni 2-19,6 Mo ,4 C M - 36,8 M Si ++ 0,913 C Si (3.31) tb = - 1,8 + 28,3 C + 17,1 M - 59,6 Si - 20 Cr +13,2 Ni + 0,1 Mo - 5,3 V + 47,0 Nb - 289,6 C 2-3,7 M ,4 Si 2 +38,6 Cr 2-7,0 Ni 2-21,0 Mo 2-9,8 C M - 19,5 M Si +232,1 C Si (3.32)

2 tf = - 225,4-4011,0 C M + 670,1 Si - 434,6 Cr - 123,8 Ni - 912,8 Mo - 112,2 V ,3 Nb ,2 C 2-401,4 M ,3 Si ,2 Cr 2-2,83 Ni ,1 Mo ,2 C M - 227,6 M Si ,1 C Si (3.33) edług Jaresa [17,19]: Ms = C+90C 2-35M-30Cr-20Ni-15W-10Mo (3.34) edług Paysoa, Savageho [21]: Ms = C-35M-20Cr-15Ni-10Si-10Mo (3.35) edług Okumury [47]: tb = exp(7,4(c+si/24+(m+cr)/6+cu/15+ni/40+mo/4+(nb+v)/5+5b)-3,027) (3.36) tp = exp(5,6(c-si/30+m/5+cu/5+ni/20+cr/4+mo/6+10b)-1,821) (3.37) edług Kasatkia, Seyffartha [30]: Ms = Si-197CM-515CSi-26MSi-365C 2 +7,41M 2 (3.38) Bs = C+356M+341Si-583CM-849CSi-161MSi-77,3M 2 (3.39) tb = -3,83+29,9C+1,7M-13,3Si+67,8CSi+2,22MSi-40,8C 2 (3.40) tf = -47,2+121C+46,1M+26,1Si-88,4CM (3.41) edług Seyffartha [56]: l Ac1 = C Si Ni Al W Cu V S P M C Cr C Cr Si Mo C Mo M Mo Si Mo Cr Ni C M Si Cr Mo Ni 2 (3.42) l Ac3 = C M Si Cr Ni Ti W N S Si C Cr C Mo M Mo Si Mo Cr Ni C Ni M Ni Cr C M Cr Mo Ni 2 (3.43) l Ms = C Cr Ni Ti Al M C Cr M Mo C Mo M Mo Si Mo Cr Ni C Ni Si Ni Cr C M Cr Ni 2 (3.44) l Bs = C M Si Cr Mo Ni V Ti Nb Cu B N S P M V Si C M Si Cr C M Cr M Mo Mo Ni Mo Si Ni C M Ni Si Ni C M Mo Ni 2 (3.45)

3 l (t 8/5 ) B = Ni Al Nb Cu B N M C Si C Cr C Mo M Mo Si Ni C Ni M Ni Cr Si Cr 2 (3.46) l (t 8/5 ) F = C M Si Cr Mo Ni V Cr C Cr M Mo C Mo Si Mo Cr Ni C Si Mo 2 (3.47) edług Wojar, Mikuła [74]: Ms = 635,02-549,82C - 85,441M - 68,967Si - 18,07Cr - 30,965Ni - 69,301Mo - 6,6033V +420,26Nb + 553,8Ti ,3B (3.48) Mf = 381,76-252,44C - 111,12M + 54,538Si + 114,17Cr - 23,779Ni - 57,381Mo + 215,7V + 945,4Nb ,7Ti ,5B (3.49) Bs = 744,93-183,65C - 77,404M + 45,594Si - 132,37Cr + 2,037Ni + 14,051Mo - 11,364V - 309,27Nb - 609,46Ti + 488,89B (3.50) edług Makaroa i Głazuoa [35]: krytycze szybkości chłodzeia zakresie temperatur 600 do 500C przy których struktura SWC zaiera 5 i 90% martezytu: M 5 M90 = 0343, C = 3, 217C 4116, ek 3, 838 ek krytycze szybkości chłodzeia przy których struktura SWC zaiera 5 i 95 % ferrytu i perlitu: (3.51) (3.52) = (3.53) FP5 M 5 = 01, (3.54) FP95 FP5 C C Si M Cr Ni Mo V Cu ek = B (3.55) t 85 / 225 (3.56) 65 / zaartość martezytu i ferrytu z perlitem strukturze przy [ ( M M )] M90 6/ 5 M5 M = 100 0, 95 exp K 65 / (3.57) ( FP ) FP = 100 exp KFP 65 / (3.58) K K M FP = 0, M M 5 = 2, ,7664 FP5 M 3, = I FP = 1, 7664 ( / ) M90 M5

4 Zaartość baiitu B dla zadaej prędkości chłodzeia określa się jako dopełieie udziału martezytu M do 95% (ok. 5% staoi austeit szczątkoy A 0 ) lub dopełieie udziału struktur ferrytyczo-perlityczych do 100%. Zakres zastosoaia: 0,08-0,45%C, 0,5-1,8 %M, 0,1-1,4 %Si, 0,0-0,6 %Mo, 0,0-3,0 % Ni, 0,0-0,18 % V, 0,0-2,0 %Cr. edług Kasatkia i Seyfferta [30]: Ocea składu fazoego SWC: l t l t M = Φ l S m t tf F+ P = 100Φ l l l S F = F max m + P F+ P [%] (3.59) [%] (3.60) l t l tf Φ [%] (3.61) l S F B = M - (F+P) [%] (3.62) M, B, F, P - procetoy udział strukturze martezytu, baiitu, ferrytu i perlitu, t - czas chłodzeia pomiędzy 850 a 500 C l t M = -2,1 + 15,5 C + 0,96 M + 0,84 Si + 0,77 + 0,74 Mo + 0,7 Ni + 0,3 V + 4 Al + 0,5 W + 0,8 Cu - 13,5 C 2 (3.63) l S M = C M Cr Mo Ti Nb Cu Cu Mo (3.64) l t F+P = C M Si Cr Mo Ni W + Cu C 2 (3.65) l S F+P = C M Ce Mo Ni V Ti W (3.66) l t F = C M Si Cr Mo Ni W C M C 2 (3.67) I S F = M Si Cr Mo Ni Nb W Cu (3.68) F max = 100 %, jeżeli C < 0.02% (3.69)

5 F max = 100 [1 - (C ):( M Mo)] [%] (3.70) Skład chemiczy stali poiie spełiać aruki: C 0.4, M 2, Si 0.8, Cr 2, Mo 1, Ni 1.5, V 0.3, Ti 0.06 Al 0.06, Nb 0.1, W 0.5, Cu 0.5. Czas chłodzeia: 5 t 200 [%] Φ - fukcja rozkładu ormalego 1 Φ= 1 exp t (3.71) 2π 2 Aalizując przedstaioe zależości ależy stierdzić, że brakuje zoró a temperaturę początku przemiay ferrytyczej i czas końca przemiay martezytyczej. Brakujące ielkości moża ustalić szacukoo jako [74]: Fs = Bs + 50 (3.72) tmk = 10tB (3.73) Poyższe zależości ie mają pradzie uzasadieia teoretyczego, ykazao jedak a podstaie aalizy kilkudziesięciu ykresó CTPc-S, że dla zdecydoaej iększości ykresó poyższe uproszczoe zależości a F s i t Mk dają poprae yiki. Istoty problem staoi ocea składu strukturalego co yika ze zmieej prędkości ydzielaia się poszczególych faz. Wykres płyu czasu a stopień zaaasoaia przemia dyfuzyjych jest ieliioy. Fukcja, opisująca te proces musi być fukcją mootoiczą, zmierzającą asymptotyczie zaróo do kresu dolego (całkoity brak przemiay), jak i do kresu górego (100% zaaasoaia przemiay). Jedą z fukcji, które spełiają poyższe założeia jest fukcja typu: V v = A, B, C - stałe, t - czas. A A+ exp( B( l t C) ) (3.74) W celu aalityczej ocey składu strukturalego ależy dodatkoo przyjąć astępujące założeia [41]: 1. Dla czasó poiżej t B struktura składa się z martezytu i 5% austeitu szczątkoego. 2. Dla czasó pomiędzy t B i t Mk zaartość austeitu szczątkoego maleje prost proporcjoalie do l(t), osiągając ielkość 0 (zero) dla t = t Mk. 3. W celu yzaczeia stałych róaiu (3.74) przyjmuje się, że czas początku przemiay odpoiada 2% zaaasoaia przemiay, atomiast czas końca przemiay odpoiada 98% zaaasoaia przemiay. 4. Zakłada się, że przemiaa ferrytycza zachodzi czasie 40 s. 5. Zaartość baiitu określa się jako dopełieie do 100% po obliczeiu zaartości austeitu szczątkoego, martezytu i ferrytu. 6. Ze zględu a małą zaartość ęgla ie rozdziela się ferrytu i perlitu, traktując je jako jede składik strukturaly. Poyższe założeia ie zasze są spełioe, a brak odpoiedich daych dośiadczalych uiemożliia proadzeie dokładiejszych zoró obliczeioych. Pomimo to ymieioe zory i założeia pozalają a oceę struktury z zadoalającą dokładością, przez co ależy rozumieć jakościoą zgodość struktur rzeczyistych z

6 obliczoym składem strukturalym. Przeproadzoe badaia dośiadczale ykazały poadto ilościoą zgodość obliczoych i zmierzoych zaartości poszczególych składikó struktury dla kilku grup stali, zaróo ęgloych mikrostopoych o podyższoej ytrzymałości, jak i stali iskostopoych. Nie moża jedak przeosić tych dośiadczeń a ie grupy stali bez cześiejszego przeproadzeia badań spradzających.