Wpływ obróbki cieplnej na morfologi ledeburytu przenienionego w stopach podeutektycznych

Transkrypt

1 AMME th JUBILEE INTERNATIONAL SC IENTIFIC CONFERENCE Wpływ obróbki cieplnej na morfologi ledeburytu przenienionego w stopach podeutektycznych J. Pacyna, J. Krawczyk Wydział Metalurgii i Inynierii Materiałowej, Akademia Górniczo-Hutnicza Al. Mickiewicza 30, Kraków, Poland W pracy zaprezentowano moliwoci kształtowania struktury dwóch stopów podeutektycznych poprzez obróbk ciepln. Badania wykonano na eliwie chromowoniklowym oraz staliwie chromowo-niklowo-molibdenowym. S to materiały stosowane na walce hutnicze. Zmiany struktury obejmowały w szczególnoci rozbicie siatki ledeburytu przemienionego. Rozbicie siatki ledeburytu przemienionego uzyskano poprzez wysokotemperaturowe wyarzanie połczone z powolnym studzeniem, natomiast zmiany struktury osnowy tych materiałów prowadzono poprzez zastosowanie odpowiedniej szybkoci chłodzenia od temperatury wyszej od A c1k o ok C. Temperatur wyarzania wysokotemperaturowego dobrano w oparciu o badania własne wykonane na próbkach austenityzowanych w zakresie C, natomiast szybko chłodzenia od temperatury C wyszej od A c1k decydujc o uzyskaniu danej twardoci dobrano w oparciu o wykonane wczeniej wykresy CTP c dla tych materiałów. 1. WSTP Walce hutnicze nale do najdroszych narzdzi stosowanych w plastycznej przeróbce metali. W przypadku walców bruzdowych ich cen powiksza koszt wykonania wykrojów zgodnie z przyjtym kalibrowaniem. Wykroje natomiast zwikszaj ryzyko złamania walca. Ponadto, wykroje tak silnie komplikuj płynicie materiału w kotlinie walcowniczej na rónej ich głbokoci (rednicy walca), e to samo tworzywo walca moe wykazywa kilka mechanizmów zuywania si. Omówione we wczeniejszych pracach [1,2] mechanizmy zuywania si lanych walców hutniczych wskazały na konieczno modyfikacji ich struktury w celu poprawy ich własnoci uytkowych. Celem niniejszej pracy jest okrelenie moliwoci zmian w strukturze dwóch stopów podeutektycznych eliwa chromowo-niklowego oraz staliwa chromowo-niklowomolibdenowego. Obróbka cieplna ma w szczególnoci doprowadzi do rozerwania cigłej siatki cementytu pierwotnego w ledeburycie przemienionym. 2. MATERIAŁ DO BADA Materiałem do bada było eliwo sferoidalne chromowo-niklowe oraz staliwo chromowoniklowo-molibdenowe o składach chemicznych podanych w tabeli 1.

2 430 J. Pacyna, J. Krawczyk Tabela 1. Skład chemiczny (% masowy) badanych materiałów C Mn Si P S Cr Ni Mo Mg Cu Al Ti V As Nb eliwo 3,20 0,52 2,24 0,07 0,012 0,53 3,49 0,56 0,047 0,20 0,008 0,014 0,020 0,002 0,024 staliwo 1,82 0,77 0,85 0,021 0,031 1,09 0,59 0, ,10 0,009 0, Na rys. 1 pokazano struktury w stanie dostawy badanego eliwa i staliwa ze szczególnym uwzgldnieniem cech morfologicznych siatki ledeburytu przemienionego. Wyjciowa struktura eliwa składała si z perlitu, bainitu, grafitu oraz ledeburytu przemienionego. Natomiast w strukturze staliwa mona było wyróni tylko perlit, cementyt drugorzdowy oraz ledeburyt przemieniony. a) eliwo b) staliwo Rys. 1. Badane stopy w stanie dostawy: a) eliwo, b) staliwo. Traw. nitalem 2%. Pow. 35x. 3. WYNIKI BADA I ICH DYSKUSJA Na rys. 2 zamieszczono wyniki bada wpływu temperatury austenityzowania w zakresie C na twardo próbek o wymiarach 10x20x30 mm z badanych stopów ochładzanych od tych temperatur w powietrzu (eliwo), oleju (staliwo). Natomiast na rys. 3 zamieszczono fotografie mikrostruktury badanych próbek ochłodzonych od 800 i 1100 o C. Jak wida (rys. 2), ze wzrostem temperatury austenityzowania od 800 do 1100 C twardo próbek maleje, co jest najprawdopodobniej zwizane ze wzrostem w nich udziału austenitu resztkowego. Po ochłodzeniu od wyszych temperatur udziały austenitu resztkowego s tak due, i s bardzo dobrze widoczne midzy igłami (płytkami) martenzytu (por. rys. 3b,d) HV staliwo eliwo Temperatura austenityzowania, o C Rys. 2. Wpływ temperatury austenityzowania na twardo próbek z eliwa (chłodzenie na powietrzu) oraz staliwa (chłodzenie w oleju).

3 Wpływ obróbki cieplnej na morfologi ledeburytu przenienionego w stopach a) eliwo, T A =800 o C b) eliwo, T A =1100 o C c) staliwo, T A =800 o C d) staliwo, T A =1100 o C Rys. 3. Mikrostruktura badanych tworzyw po austenityzowaniu przy temperaturach 800 i 1100 C ochłodzonych na powietrzu eliwo, w oleju -staliwo. Traw. nital 2%. Pow. 80x. Nawet pobiena obserwacja zmian wystpujcych w strukturze ledeburytu badanych stopów nagrzewanych w zakres temperatur C pokazuje, e przy wyszych temperaturach wygrzewania istnieje moliwo poprzerywania niemal cigłej siatki ledeburytu przemienionego wskutek równoczesnego działania procesów rozpuszczania, koagulacji i grafityzacji cementytu pierwotnego w ledeburycie. Oceniono, e temperatura 1000 o C jest dla obu stopów wystarczajc temperatur dla poprzerywania siatki ledeburytu przemienionego. Intensyfikacj procesu koagulacji cementytu pierwszo- a take drugorzdowego w badanych materiałach zdecydowano uzyska poprzez wyarzanie wahadłowe. Jako górn temperatur tego zabiegu przyjto 1000 o C, natomiast dolne temperatury ustalono w oparciu o wykonane wczeniej wykresy CTPc dla tych stopów [3,4]. Temperatury te leały poniej zakresu przemian dyfuzyjnych. Zastosowano równie zmian szybkoci chłodzenia pomidzy najwysz i najnisz temperatur wygrzewania tak aby z jednej strony maksymalnie skróci czas wyarzania lecz uzyska minimaln twardo oczekiwan przez uytkowników walców, tj. min. 300 HB. Fotografie mikrostruktur po kolejnych etapach wyarzania wahadłowego pokazano na rys. 4 i 5. Jak wida, kady kolejny etap powoduje zaawansowanie procesu koagulacji cementytu pierwotnego w ledeburycie (rozbicie siatki tego wglika).

4 432 J. Pacyna, J. Krawczyk a) etap 1 b) etap 2 c) etap 3 d) etap 4 Rys. 4. eliwo sferoidalne chromowo-niklowe po kolejnych etapach wyarzania wahadłowego. Traw. nital 2%. Pow. 80x. a) etap 1 b) etap 2 c) etap 3 d) etap 4 Rys. 5. Staliwo chromowo-niklowo-molibdenowe po kolejnych etapach wyarzania wahadłowego. Traw. nital 2%. Pow. 80x.

5 Wpływ obróbki cieplnej na morfologi ledeburytu przenienionego w stopach Biorc pod uwag konieczno ograniczenia czasu tego wyarzania, przyjto w obu przypadkach jako optymaln struktur po trzecim etapie tego wyarzania, uznajc rozbicie siatki cementytu w ledeburycie przemienionym za wystarczajce. Warto zwróci uwag, e kady kolejny etap wyarzania wahadłowego przynosi równie widoczne zmiany w osnowie. W przypadku eliwa, zmiany polegaj na zaawansowaniu procesu grafityzacji przejawiajcego si równie wzrostem udziału objtociowego ferrytycznej otoczki wokół wydziele grafitowych a w przypadku staliwa ronie zaawansowanie procesu koagulacji cementytu drugorzdowego. Zaproponowano równie inny sposób wyarzania tych stopów. Pozostawiono tylko jedno nagrzewanie do temperatury 1000 o C. Połczono go jednak z powolnym studzeniem do temperatury lecej poniej zakresu przemian dyfuzyjnych. Nastpnie zastosowano ponowne nagrzanie, które miało za zadanie rozpuci w austenicie tylko cz wglików wtórnych oraz doprowadzi do normalizacji ziarna byłego austenitu w osnowie tych stopów. Kocowe studzenie równie rozbito na etapy. Pierwszy etap to dosy szybkie chłodzenie do temperatur poniej przemian dyfuzyjnych co powinno umoliwi uzyskanie perlitu o drobnych płytkach, wikszej twardoci i wikszej odpornoci na pkanie. Krótkie izotermiczne wytrzymanie przy temperaturze poniej przemian dyfuzyjnych, połczone z powolnym chłodzeniem do 450 C powinno spowodowa wyrównanie temperatury w obrabianym cieplnie narzdziu. Natomiast dalsze szybkie chłodzenie powinno doprowadzi do przemiany reszty nie przemienionego jeszcze austenitu. Na rys. 6 zamieszczono obraz mikrostruktur eliwa i staliwa po opisanej wyej obróbce cieplnej. Jak wida, dua cz ledeburytu przemienionego uległa koagulacji a w przypadku eliwa równie grafityzacji o czym wiadczy wikszy udział grafitu. Natomiast w przypadku staliwa szczególnie korzystnym obok rozbicia siatki ledeburytu przemienionego jest całkowite zlikwidowanie prcikowych wydziele cementytu drugorzdowego w układzie Widmannstättena. Takie zmiany struktury wpłynły na wysoki wzrost własnoci wytrzymałociowych w stosunku do materiałów w stanie wyjciowym: z MPa do MPa dla eliwa i z MPa do MPa dla staliwa. a) eliwo b) staliwo Rys. 6. Struktura eliwa i staliwa po drugim sposobie wyarzania. Traw. nital 2%. Pow. 80x.

6 434 J. Pacyna, J. Krawczyk 5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI W pracy zaproponowano dwie nowe technologie obróbki cieplnej eliwa sferoidalnego chromowo-niklowego oraz staliwa chromowo-niklowo-molibdenowego. Zaproponowana obróbka cieplna umoliwia rozbicie siatki ledeburytu przemienionego. Właciwa obróbka cieplna poprzez odpowiedni modyfikacj struktury wpłynła na popraw własnoci wytrzymałociowych badanych stopów. LITERATURA 1. Pacyna J., Kokosza A., Krawczyk J., Szczygieł A., Latała D.: Mat. Konferencji Naukowo- Technicznej Kierunki rozwoju produkcji walców, Huta Buczek S.A., Wisła-Malinka , s Pacyna J., Krawczyk J., Kokosza A., Szczygieł A., Latała D..: Mat. Konferencji Naukowo- Technicznej Kierunki rozwoju produkcji walców, Huta Buczek S.A., Wisła-Malinka , s Pacyna J., Skrzypek T.: Kinetyka przemian fazowych przechłodzonego austenitu w eliwie sferoidalnym chromowo-niklowym. Praca własna Wydziału Metalurgii i Inynierii Materiałowej, AGH. Kraków 1999r. 4. Pacyna J., Skrzypek T., Kokosza A. i in.: Wpływ temperatury austenityzowania na kinetyk przemian przechłodzonego austenitu oraz efekty dylatacyjne towarzyszce przemianom w staliwie L200HNM. Praca Wydziału Metalurgii i Inynierii Materiałowej AGH. Kraków 1999r.