STRUKTURA STALIWA CHROMOWO NIKLOWO MOLIBDENOWEGO PO DODATKOWEJ OBRÓBCE CIEPLNEJ

Transkrypt

1 7/21 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 2006, Rocznik 6, Nr 21(1/2) ARCHIVES OF FOUNDARY Year 2006, Volume 6, Nº 21 (1/2) PAN Katowice PL ISSN STRUKTURA STALIWA CHROMOWO NIKLOWO MOLIBDENOWEGO PO DODATKOWEJ OBRÓBCE CIEPLNEJ STRESZCZENIE E. RONIATA 1, J. PACYNA 2 Akademia Górniczo Hutnicza Al. A. Mickiewicza 30, Kraków W pracy oceniono wpływ normalizacji ziarna i szybkoci chłodzenia na morfologi oraz skłonno do wydzielania si cementytu drugorzdowego w układzie Widmannstättena w staliwie G200CrMoNi Oceny dokonano dla dwóch temperatur austenityzowania. Przy 1050 C w strukturze staliwa podczas chłodzenia wydzielał si cementyt drugorzdowy na granicach ziarn byłego austenitu. Druga temperatura 1150 C odpowiadała pocztkowi nadtopie badanego staliwa. Powysze temperatury ustalono w oparciu o wykonany wczeniej tzw. szereg hartowniczy oraz dokładn analiz metalograficzn struktur próbek hartowanych od coraz wyszej temperatury. Wskazano na rónice w strukturze staliwa po normalizacji w temperaturze 1050 jak i 1150 C. Key words: cast steel, heat treatment, hypereutectoid cementite, structure of Widmannstätten type 1. WPROWADZENIE W staliwach nadeutektoidalnych cementyt drugorzdowy wystpuje bardzo czsto w postaci cigłej siatki po granicach ziaren byłego austenitu oraz w układzie Widmannstättena. Obecno grubych płytek twardego cementytu w strukturze takiego 1 mgr in., eskrzypczak@op.pl 2 prof. dr hab. in., pacyna@uci.agh.edu.pl

2 staliwa prowadzi do silnego obnienia ich własnoci mechanicznych. Utworzenie wydziele cementytu w układzie Widmannstättena zaley od szybkoci chłodzenia oraz od wielkoci ziarna austenitu, podobnie jak wydziele ferrytu w stalach podeutektoidalnych [1]. W wymienionych stalach ferryt w układzie Widmannstättena likwiduje si zwykle przez wyarzanie normalizujce [2]. W stopach lanych (staliwach) o steniach wgla zblionych do punktu E w układzie równowagi fazowej stopów Fe C układ metastabilny Fe Fe 3 C, zlikwidowanie niekorzystnych wydziele cementytu drugorzdowego w układzie Widmannstättena jest powanym problemem technologicznym, który wie si z doborem odpowiednich szybkoci chłodzenia, jak równie (ze wzgldu na wysok temperatur) ryzykiem powstania nadtopie (miknicie materiału) [3 8]. W ramach tej pracy dokonano oceny wpływu normalizacji ziarna oraz szybkoci chłodzenia po austenityzowaniu przy temperaturze 1050 i 1150 C na morfologi cementytu drugorzdowego w staliwie G200CrMoNi MATERIAŁ DO BADA Materiałem do bada było staliwo nadeutektoidalne G200CrMoNi4-6-3 gatunku ledeburytycznego o składzie chemicznym podanym w tabeli 1. Tabela 1. Skład chemiczny (% masowy) staliwa G200CrMoNi4-6-3 Table 1. Chemical composition (weight %) of the cast steel used in the investigation C Mn Si P S Cr Ni Mo V Cu Al 1,90 0,58 0,65 0,025 0,010 1,08 0,52 0,23 0,004 0,14 0,06 Mikrostruktur tego staliwa w stanie wyjciowym (lanym) zamieszczono w rozdziale 4 tym niniejszego artykułu. 3. CEL BADA Celem niniejszej pracy było zaproponowanie takiej technologii wyarzania staliwa G200CrMoNi4-6-3, która doprowadziłaby do zmian w jego strukturze polegajcych na przerwaniu cigłej siatki cementytu drugorzdowego poprzez czciow jego koagulacj, oraz do rozdrobnienia ziarna byłego austenitu. 4. WYNIKI BADA I ICH DYSKUSJA Na rysunku 1 pokazano fotografie mikrostruktury tego staliwa w stanie wyjciowym (lanym) wykonane przy uyciu mikroskopu optycznego Axiovert 200MAT niemieckiej firmy Zeiss. 86

3 Rys. 1. Mikrostruktura staliwa G200CrMoNi4-6-3 bezporednio po odlaniu (w stanie wyjciowym). Trawiono 3% HNO 3 Fig. 1. Microstructure of G200CrMoNi4-6-3 of investigated cast steel (as-delivered condition). Etched with 3% HNO 3 Jak wida, osnow badanego staliwa tworzy perlit, otoczony cigł siatk cementytu drugorzdowego i ledeburytu przemienionego. W strukturze badanego staliwa obserwuje si take wydzielenia cementytu drugorzdowego w układzie Widmannstättena oraz cementytu drugorzdowego po granicach ziaren byłego austenitu. W celu okrelenia górnej temperatury austenityzowania staliwa G200CrMoNi oraz jego temperatury solidus wykonano badania, nazywane potocznie szeregiem hartowniczym, polegajce na pomiarach twardoci i obserwacji struktury próbek hartowanych od wzrastajcej temperatury, których szczegółowe wyniki przedstawiono w pracach [9] i [10]. Próbki o wymiarach 20x30x40 mm austenityzowano z zakresu temperatur o C (ze stopniowaniem temperatury co 50 o C do T A = 900 C, a nastpnie co 25 C do T A = 1100 C), po czym ozibiano je w oleju. Na rysunku 2 pokazano wpływ temperatury austenityzowania na twardo ozibianych w oleju próbek badanego staliwa. Jak wida, ze wzrostem temperatury austenityzowania do 1075 o C twardo próbek maleje. Spadek twardoci jest najprawdopodobniej rezultatem wzrostu udziału objtociowego austenitu szcztkowego. Poczwszy od temperatury 1075 o C twardo staliwa zaczyna wzrasta, co wie si prawdopodobnie z powstawaniem nadtopie wskutek przekroczenia jego temperatury solidus. Na rysunku 3 pokazano fotografie struktury próbek badanego staliwa ozibianych w oleju dla wybranych temperatur austenityzowania. 87

4 Rys. 2. Wpływ temperatury austenityzowania na twardo ozibianych w oleju próbek staliwa G200CrMoNi4-6-3 Fig. 2. The effect of austenitizing temperature on the hardness samples G200CrMoNi4-6-3 cast steel quenched in oil T A = 700 C, 580HV30 T A = 975 C, 327HV30 T A = 1075 C, 290HV30 T A = 1100 C, 315HV30 Rys. 3. Wybrane mikrostruktury próbek staliwa G200CrMoNi4-6-3 ozibianych w oleju od temperatury: a) 700 C, b) 975 C, c) 1075 C, d) 1100 C. Trawiono 3% HNO 3 Fig. 3. Selected microstructure of samples G200CrMoNi4-6-3 cast steel quenched in oil from temperature: a) 700 C, b) 975 C, c) 1075 C, d) 1100 C. Etched with 3% HNO 3 88

5 Zastosowano obróbk ciepln polegaj c na nagrzaniu próbek (20x30x40 mm) staliwa G200CrMoNi4-6-3 do temperatury 1050 C, wytrzymaniu przez 10 godzin i chłodzeniu z szybko ci 48K/h. Kolejna obróbka cieplna polegała na nagrzaniu badanego staliwa do temperatury 1150 C, wytrzymaniu 1 godzin i chłodzeniu z t sam szybko ci, tj. 48K/h do temperatury pokojowej. Na rysunku 4 pokazano struktury badanego staliwa nagrzanego do temperatury 1050 C i chłodzonego z szybko ci 48K/h do temperatury pokojowej. a) b) c) d) e) Rys. 4. Mikrostruktury próbek staliwa G200CrMoNi4-6-3 nagrzanych do temperatury 1050 C i ochłodzonych z szybko ci 48 C/h. Trawiono 3% HNO3 Fig. 4. Microstructure of G200CrMoNi4-6-3 cast steel heated to 1050 C and cooled at 48 C/h. Etched with 3% HNO3 Jak wida, w porównaniu ze stanem dostawy (patrz rys. 1) siatka cementytu drugorz dowego i ledeburytycznego stała si cie sza i cz ciej poprzerywana (rys. 4a, 4b i 4c). Natomiast wewn trz pierwotnych ziarn austenitu widoczne s wyra nie podziarna skoagulowanego cementytu drugorz dowego, które tworz ju wyra n siatk (rys. 4d, 4e). Nadal jednak widoczny jest cementyt w układzie Widmannstättena (rys. 4c). Mikrostruktury próbek nagrzanych do 1150 C i chłodzonych z szybko ci 48K/h do temperatury pokojowej pokazano na rysunku 5. Jak wida, znormalizowane ziarno byłego austenitu przy 1150 C (powy ej pocz tku nadtopie ) osi gn ło wielko niemal tak jak w stanie po odlaniu (patrz rys. 1), a pocienienie i zwi kszenie poprzerywania siatki cementytu jest wynikiem przeniesienia cz ci cementytu drugorz dowego do wn trza ziaren w postaci płytek rozmieszczonych w układzie Widmannstättena. W porównaniu ze stanem lanym nasilenie tego typu wydziele cementytu drugorz dowego jest wyra nie wi ksze, co 89

6 mo e oznacza, e staliwo to w kokili stygło wolniej ni podczas eksperymentu (48K/h). Własno ci mechaniczne próbek tego staliwa nagrzanych ponownie do 1150 C i szybko ci 48K/h b d przedmiotem odr bnych bada. a) b) d) e) c) Rys. 5. Mikrostruktury próbek staliwa G200CrMoNi4-6-3 nagrzanych do temperatury 1150 C i ochłodzonych z szybko ci 48 C/h. Trawiono 3% HNO3. Fig. 5. Microstructure of G200CrMoNi4-6-3cast steel heated to 1150 C and cooled at 48 C/h. Etched with 3% HNO3. 5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Ponowne austenityzowanie zarówno przy 1050 C jak i 1150 C powoduje nieznaczne pocienienie i poprzerywanie siatki cementytu drugorz dowego i ledeburytu przemienionego w strukturze staliwa G200CrMoNi Po ponownym nagrzaniu do 1050 C widoczny jest efekt normalizacji, czyli rozdrobnienia ziarna byłego austenitu. Na nowych granicach ziarn obserwuje si drobne, skoagulowane wydzielenia cementytu drugorz dowego, tworz ce siatk podziarn wewn trz pierwotnych ziarn austenitu. Efektu normalizacji nie obserwuje si po austenityzowaniu przy temperaturze 1150 C, a chłodzenie z szybko ci 48K/h powoduje nasilenie wydzielania cementytu drugorz dowego w układzie Widmannstättena. Praca finansowana przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wy szego, grant nr 3 T08B

7 LITERATURA [1] Wojtkun F., Porfiriewicz Sołncew J.: Materiałoznawstwo. T. II. Wyd. Pol. Rad., Radom (1997). s , [2] Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT, Warszawa (1992, 1999), s [3] Kokosza A., Pacyna J., Krawczyk J.: Nowe wielkogabarytowe walce staliwne produkowane przez Hut Buczek Sp. z o.o., Mat. Konf. Wydziału Inynierii Procesowej, Materiałowej i Fizyki Stosowanej, Politechnika Czstochowska, X Konferencja Naukowo-Techniczna Huta Buczek Sp. z o.o. Kierunki rozwoju produkcji walców, Wisła kwiecie 2005, Seria: Metalurgia (2005), nr 45, s [4] Pacyna J., Krawczyk J., Kokosza A., Szczygieł A., Latała D.: Mechanizm zuywania si staliwnych walców bruzdowych, Mat. XIX Konferencji Naukowo Technicznej Huty Buczek S.A. p.t. Kierunki rozwoju produkcji walców, Wisła- Malinka, , s [5] Krawczyk J., Gancarz T.: Mechanizm zuywania si ulepszonego cieplnie stalowego walca hutniczego, Mat. XXXII Szkoły Inynierii Materiałowej, Kraków-Krynica , s [6] Głownia J.: Rola segregacji w procesie pkania walców lanych, Mat. Konferencji Naukowo Technicznej pt. Produkcja walców odlewanych i kutych oraz ich eksploatacja w walcowniach, Kraków-Koninki padziernik 1987, Zeszyty Naukowe AGH, Metalurgia i Odlewnictwo, t. 111, 1987, nr 1163, s [7] Stachura S., Borek T., Jaczyk J.: Badanie staliwa wysokowglowego na walce hutnicze, Mat. Konferencji Naukowo-Technicznej pt. Produkcja walców odlewanych i kutych oraz ich eksploatacja w walcowniach, Kraków-Koninki padziernik 1987, Zeszyty Naukowe AGH, Metalurgia i Odlewnictwo, t. 111, 1987, nr 1163, s [8] Pirek A., Stradomski Z.: Analiza mechanizmu pkania staliwa narzdziowego, Mat. XXXIII Szkoły Inynierii Materiałowej, Kraków Ustro , s [9] Roniata E., Pacyna J.: Problem cementytu drugorzdowego w staliwie G200CrMoNi Mat. Konf. XI Konferencji Naukowo Technicznej Huty Buczek Sp. z o.o. pt. Tendencje i Kierunki Rozwoju Produkcji Walców, Ustro-Jaszowiec, marzec 2006, s [10] Roniata E., Pacyna J.: Wpływ szybkoci chłodzenia na zmiany w strukturze staliwa ledeburytycznego w zakresie temperatur likwidus-solidus. Mat. Konf. XI Konferencji Naukowo Technicznej Huty Buczek Sp. z o.o. pt. Tendencje i Kierunki Rozwoju Produkcji Walców, Ustro-Jaszowiec, marzec 2006, s

8 STRUCTURE OF CHROMIUM NICKEL MOLYBDENUM CAST STEEL AFTER ADDITIONAL HEAT TREATMENT SUMMARY The study evaluates the influence of grain normalization and cooling rate on the morphology and susceptibility to precipitation of hypereutectoid cementite in Widmannstätten structure in G200CrMoNi4-6-3 cast steel. The evaluation has been made for two austenitizing temperatures. During cooling process at 1050 C there has been hypereutectoid cementite on grain boundaries of former austenite precipitating in the structure of cast steel. The second temperature of 1150 C corresponded to the beginning of partial melting of test cast steel. The above mentioned temperatures had been determined on the basis of previously performed so-called hardening series and accurate metallographic structures analysis of samples quenched from higher and higher temperatures. The differences in structure of cast steel after normalization at both 1050 C and 1150 C have been indicated. Recenzował: prof. Edward Guzik. 92