Projekty badawcze sfi nansowane z dotacji na dzia alno statutow Research projects fi nanced by the State Budget Funds assigned for statutory activity

Transkrypt

1 3 Projekty badawcze sfi nansowane z dotacji na dzia alno statutow Research projects fi nanced by the State Budget Funds assigned for statutory activity Wyniki projektów badawczych Þ nansowych z dotacji na dzia alno statutow Instytut Metalurgii elaza publikuje systematycznie od kilku lat w kolejnych numerach Prac, traktuj c to jako wype nienie obowi zku informowania o sposobie wykorzystania rodków publicznych na dzia alno statutow. Chc c unikn rozproszenia tych informacji w czterech zeszytach kwartalnika Zespó Redakcyjny postanowi informacj o pracach statutowych wykonanych w roku 2013 zamie ci zbiorczo w jednym numerze po wi conym w ca o ci tej publikacji. Mariusz Adamczyk Zbadanie mo liwo ci poprawy w a ciwo ci plastycznych niskow glowych stali typu C-Mn-Al-Si po obróbce cieplno-plastycznej w wyniku przemiany fazowej austenitu indukowanej odkszta ceniem plastycznym na zimno Zbadano mo liwo indukowania przemiany austenitu szcz tkowego w martenzyt w stali typu C-Mn-Al-Si poprzez odkszta cenie plastyczne na zimno. Zbadano wp yw tej przemiany na plastyczno i w a ciwo ci wytrzyma o- ciowe stali. Wykonane badania wchodzi y w zakres problematyki rozwijanej w Instytucie dotycz cej stopów elaza z uk adu Fe-(0,1%C)-(1 8%Al) b d cych baz dla nowej grupy niskow glowych stali konstrukcyjnych. Examination of ability to improve plastic properties of low-carbon C-Mn-Al-Si steels after thermomechanical treatment as a result of austenite phase transformation induced by cold plastic strain The ability to induce the transformation of residue austenite into martensite in C-Mn-Al-Si steel by cold plastic strain was examined. The impact of this transformation on workability and strength properties of steel was tested. The tests were a part of issues developed by the Instytut Metalurgii elaza with regard to Fe-(0.1%C)-(1 8%Al) ferroalloys, which are the base for a new group of low-carbon constructional steels. Wprowadzenie Celem pracy by o zbadanie mo liwo ci poprawy w a- ciwo ci plastycznych i wytrzyma o ciowych niskostopowych stali typu C-Mn-Al-Si po obróbce cieplno-plastycznej i regulowanym ch odzeniu, w wyniku wywo- ania dodatkowej przemiany fazowej austenitu szcz tkowego indukowanej odkszta ceniem plastycznym na zimno. Zagadnienia te s przedmiotem bada w prowadzonych w Instytucie pracach dotycz cych opracowania charakterystyki przemian fazowych i strukturalnych zachodz cych w stopach z uk adu Fe-(0,1%C)-(1 8%Al) stanowi cych baz dla nowej grupy stali konstrukcyjnych, charakteryzuj cych si lepszym zespo em w a- ciwo ci technologicznych i u ytkowych w stosunku do konwencjonalnych niskostopowych gatunków stali konstrukcyjnych. Wyniki pracy pozwoli y na uzupe nienie jednego z kierunków badawczych w realizowanej pracy doktorskiej nt. Okre lenie relacji pomi dzy struktur a parametrami odkszta cenia stali TRIP. We wcze niejszych badaniach [1, 2] stwierdzono m.in., i dla stopów zawieraj cych glin w ilo ci od 1 ~5% masowych mo liwe jest uzyskanie struktury wielofazowej, sk adaj cej si z osnowy ferrytycznej, w której w zale no ci od szybko ci ch odzenia, rozmieszczone s wyspy perlitu, bainitu i/lub martenzytu, jak równie pewnej ilo ci austenitu szcz tkowego. Oczekuje si, i w przypadku zastosowania regulowanego ch odzenia z przystankiem izotermicznym w zakresie przemiany bainitycznej, mo liwe jest uzyskanie stosunkowo du ej ilo ci austenitu szcz tkowego w strukturze tych stopów, co mo e przyczyni si do dalszej poprawy ich w a ciwo- ci mechanicznych, w wyniku wyst pienia efektu TRIP w trakcie odkszta cenia. W oparciu o wyniki dotychczasowych bada nad niskow glowymi stalami z dodatkiem stopowym glinu [1 4], w zakresie kinetyki przemian fazowych austenitu zachodz cych przy ch odzeniu, zaprojektowano parametry prób ciskania i ch odzenia na urz dzeniu Gleeble. ZidentyÞ kowano korelacj pomi dzy parametrami przystanku izotermicznego po odkszta ceniu na gor co (temperatura i czas wytrzymania) a udzia em i morfologi austenitu szcz tkowego wyst puj cego w strukturze badanych stali z glinem. Na podstawie przeprowadzonych prób statycznego rozci gania próbek po regulowanym ch odzeniu, okre lono wp yw udzia u metastabilnego austenitu w strukturze stali na jej w a ciwo ci mechaniczne i ci gliwo oraz dokonana zosta a ilo ciowa ocena udzia u austenitu przemienionego w martenzyt na skutek indukowanej odkszta ceniem przemiany fazowej. Materia, zakres i metodyka bada Przedmiotem bada by a niskostopowa stal typu C-Mn-Al-Si o strukturze wielofazowej oraz dwie eksperymentalne stale niskow glowe o zawarto ci masowej glinu 3 i 4%. Sk ad chemiczny badanych materia ów przedstawiono w tabeli 1. Stal A1,5 zaprojektowano tak by w trakcie kontrolowanego ch odzenia po odkszta ceniu na gor co w zakresie stabilno ci austenitu (lub poprzez wygrzewanie w zakresie temperatury A c1 i A c3 ), mo liwe by o uzyskanie struktury ferrytycznobainitycznej z austenitem szcz tkowym. W przypadku eksperymentalnych stali zawieraj cych 0,1% C i powy- ej ~1,8% glinu, w trakcie nagrzewania nast puje tylko cz ciowa przemiana fazowa. W zakresie temperatury pomi dzy temperatur powstawania ferrytu wysokotemperaturowego a temperatur A 1 stale te posiadaj struktur dwufazow : ferryt +. W zwi zku z tym istnieje ograniczona mo liwo podwy szenia w a ciwo ci mechanicznych i plastyczno ci tych stali na drodze rozdrobnienia struktury wywo anego przemian fazow w wyniku obróbki cieplnej. W a ciwo ci tych stali mo na natomiast kszta towa g ównie poprzez zastosowanie odpowiednio dobranych parametrów odkszta cenia plastycznego na gor co (temperatury oraz wielko gniotu) i towarzysz cych odkszta ceniu procesów rekrystalizacji osnowy ferrytycznej oraz w wyniku przemiany fazowej wysp austenitycznych podczas ch odzenia po odkszta ceniu.

2 4 Projekty badawcze sþ nansowane z dotacji... Prace IM 1 (2014) Tabela 1. Sk ad chemiczny badanych stali z glinem, % masowe Table 1. Chemical composition of tested steels containing aluminium, wt % Oznaczenie C Mn Al ca k Si P S Cu Cr Sn A3 0,095 1,40 3,20 0,12 0,009 0,009 0,022-0,004 A4 0,11 1,41 4,00 0,14 0,008 0,010 0,019-0,005 A1,5 0,23 1,51 1,53 0,27 0,017 0,014 0,21 0,15 0,011 Zakres bada i analiz obejmowa nast puj ce etapy: próby ciskania na gor co w urz dzeniu Gleeble z nast pnym izotermicznym wygrzewaniem w zakresie temperatury przemiany bainitycznej ( C), w celu wytworzenia w strukturze stali C-Mn-Al-Si zró nicowanego udzia u frakcji metastabilnego austenitu szcz tkowego, wyznaczenie podstawowych w a ciwo ci wytrzyma- o ciowych i plastyczno ci stali (R e, R m, A), okre lenie udzia u austenitu szcz tkowego metod rentgenowskiej ilo ciowej analizy fazowej, przeprowadzenie obserwacji mikroskopowych w celu scharakteryzowania morfologii sk adników strukturalnych stali, analiza wyników i okre lenie wp ywu udzia u austenitu szcz tkowego w strukturze i post pu przemiany tej fazy w martenzyt na plastyczno stali. Wyniki i ich dyskusja W przypadku stali zawieraj cej 1,5% glinu zastosowanie kontrolowanego ch odzenia bezpo rednio po odkszta ceniu na gor co pozwoli o na uzyskanie wielofazowej struktury ferrytyczno-bainitycznej z austenitem szcz tkowym o udziale obj to ciowym w zakresie od ~10 do 15% (zale nie od przyj tych parametrów odkszta cenia i wygrzewania izotermicznego) oraz nieznacznej ilo ci martenzytu. Austenit szcz tkowy widoczny jest w postaci wyd u onych ziarn zlokalizowanych pomi dzy ziarnami ferrytu poligonalnego, wyst puje ponadto na granicach mi dzyfazowych ferrytu i bainitu w postaci nieregularnych, ostro zako czonych drobnych ziarn o wielko ci poni ej 4 m. W przypadku stali zawieraj cych 3% i 4% glinu poprzez zastosowanie ch odzenia obejmuj cego przystanek izotermiczny w temperaturze 470 C w czasie 20 min., uzyskano struktur z o on z osnowy ferrytycznej, w której wyst puj wyspy z o one z austenitu szcz tkowego, przemienionego cz ciowo w bainit i/lub martenzyt. Badania rentgenograþ czne potwierdzi y wyst powanie w strukturze stali austenitu szcz tkowego w ilo ci ~6% obj. (dla zawarto ci 3% glinu) oraz ~2,5% obj. (dla zawarto ci 4% glinu). Próbki po testach w symulatorze Gleeble poddano statycznej próbie rozci gania, w której wyznaczono w a ciwo ci mechaniczne oraz zbadano plastyczno stali. Najkorzystniejsze po czenie w a ciwo ci mechanicznych oraz plastyczno ci stali zawieraj cej glin w ilo ci 1,5% uzyskano w wyniku wygrzewania w temperaturze 450 C w czasie 20 minut. Dla tych warunków wygrzewania próbki charakteryzowa y si najwi kszym wyd u eniem równomiernym A gt = 20,5%, przy zachowaniu stosunkowo wysokiego poziomu wytrzyma o ci na rozci ganie i granicy plastyczno ci (R e = 470 MPa i R m = 745MPa). Niska warto stosunku R p0,2 / R m = 0,63 daje korzystny zapas plastyczno ci wymagany w procesach przeróbki plastycznej na zimno. Wykazano, i w przypadku stali zawieraj cych 3 i 4% glinu istnieje atwa technologicznie mo liwo uzyskania w strukturze po odkszta ceniu na gor co stabilnego w temperaturze otoczenia austenitu szcz tkowego. Zastosowanie izotermicznego przystanku w trakcie ch odzenia, w stosunku do ch odzenia ci g ego z szybko ci 15 C/s, znacz co poprawi o plastyczno stali. W przypadku stali o zawarto ci 3% glinu uzyskano blisko 40-procentowy wzrost wyd u enia równomiernego do poziomu A gt =17,5%. Wzrost plastyczno ci wi e si niestety ze znacznym spadkiem wytrzyma o ci na rozci ganie (o ok. 150 MPa), lecz warto granicy plastyczno ci pozostaje na zbli onym poziomie (R e = 410 MPa). Dla stali zawieraj cej 4% glinu przy stosunkowo niewielkim spadku w a ciwo ci wytrzyma o ciowych, zanotowano ponad dwukrotny wzrost plastyczno ci do A 2,5 = 20,2%, uzyskuj c jednocze nie stosunkowo du warto wyd u enia równomiernego A gt = 14%. Wnioski Przeprowadzone badania stali zawieraj cej glin w ilo ci 1,5% wskazuj, i kszta towanie wielofazowej struktury z austenitem szcz tkowym jest z o onym procesem, uwarunkowanym ró nymi czynnikami strukturalnymi i technologicznymi, które maj wp yw na udzia, morfologi, wielko i rozmieszczenie poszczególnych sk adników strukturalnych. Uzyskane wyniki eksperymentów wskazuj m.in., i poprzez zmian parametrów izotermicznego wygrzewania w zakresie przemiany bainitycznej mo na sterowa udzia em austenitu szcz tkowego oraz jego stabilno ci mechaniczn, wp ywaj c istotnie na plastyczno stali. Zastosowanie odpowiednio dobranych parametrów odkszta cenia pozwalaj cych na dostatecznie du e rozdrobnienie ziarn osnowy ferrytycznej eksperymentalnych stali zawieraj cych glin w ilo ci 3 i 4% oraz zastosowanie regulowanego ch odzenia w celu uzyskania dyspersyjnych wysp austenitu szcz tkowego mo e przyczyni si do znacz cej poprawy plastyczno ci tych stali w wyniku wyst pienia efektu przemiany fazowej. LITERATURA 1. Adamczyk M., Garbarz B., Marcisz J. i in.: Sprawozdanie z pracy badawczej IM nr S pt: Opracowanie diagramów fazowych oraz charakterystyka morfologiczna sk adników strukturalnych stopów Fe-(0,1%C)-(3 8%Al) stanowi cych baz nowej grupy stali konstrukcyjnych, Adamczyk M., Garbarz B., Marcisz J.. Zalecki W.: Sprawozdanie z pracy badawczej IM nr PW-0054 zad. 3 pt. Przeprowadzenie bada dylatometrycznych i Þ zycznej symulacji obróbki cieplnej oraz zbadanie przemian fazowych zachodz cych w stalach z dodatkiem glinu. Interpretacja wyników i sporz dzenie diagramu fazowego stali z uk adu Fe-(0,1% C)-(1-8% Al), Adamczyk M., Zalecki W., Hadasik E., Kuc D. : Wp ywy odkszta cenia i parametrów ch odzenia na przebieg przemian fazowych i struktur niskostopowej stali TRIP, Hutnik Wiadomo ci hutnicze nr 8, 2009, s Adamczyk M., Pidvysots kyy V., Marcisz J.: Sprawozdanie z projektu badawczego IM nr SW-0021 pt. Opracowanie kinetyki rekrystalizacji statycznej austenitu w niskostopowej stali C-Mn-Al-Si metod relaksacji napr enia, 2012

3 Projekty badawcze sþ nansowane z dotacji... 5 Bogdan Garbarz, Barbara Ni nik-hara czyk, W adys aw Zalecki Opracowanie podstaw technologii obróbki cieplnej ultrawytrzyma ej stali konstrukcyjnej w celu wytworzenia trójfazowej struktury nanokompozytowej o zwi kszonej odporno ci na p kanie Celem bada by o opracowanie obróbki cieplnej podwy szaj cej odporno na p kanie stali o wytrzyma o ci powy- ej 1,8 GPa. W wyniku bada dylatometrycznych, strukturalnych i mechanicznych ustalono parametry obróbki cieplnej prowadz ce do powstania trójfazowej struktury sk adaj cej si z martenzytu o p ytkach dziel cych wyj ciowe ziarno austenitu na mniejsze obszary, bezw glikowego bainitu tworz cych pakiety o mniejszych wymiarach ni osi gane po typowej obróbce cieplnej oraz z austenitu resztkowego w formie nanolistew. Stwierdzono, e zastosowanie opracowanej obróbki zwi ksza energi amania w próbie udarno ci Charpy V o 20 25% w stosunku do warto ci uzyskiwanych w wyniku zastosowania typowej obróbki cieplnej. Development of basic principles of heat treatment technology for ultrastrength structural steel aiming at creation of triple-phase nanostructure with increased fracture resistance The purpose of the research was to develop heat treatment to increase fracture resistance of steels with strength above 1.8 GPa. As a result of dilatometric, structural and mechanical tests, heat treatment parameters resulting in formation of triple-phase structure consisting of martensite with plates splitting the initial austenite grain into smaller areas, carbide-free bainite which forms packages with smaller sizes than those obtained after typical heat treatment and residual austenite in the form of nanostrips were determined. The application of the developed treatment was found to increase the fracture energy in Charpy V-notch test by 20 25% in relation to the values obtained by using the typical heat treatment. Wprowadzenie Gatunkiem stali ultrawytrzyma ej o strukturze nanokrystalicznej (nanoziarnistej), wykazuj cym bardzo korzystne w a ciwo ci, przy kosztach porównywalnych z kosztami standardowych wyrobów ze stali redniostopowych ulepszanych cieplnie, jest gatunek stali nanostrukturalnej bainityczno-austenitycznej NANOS-BA opracowany w projekcie PS 0001 [1]. Dotychczasowe badania doprowadzi y do osi gni cia w a ciwo ci wyrobów ze stali NANOS-BA (blach i pr tów) na nast puj cym poziomie: wytrzyma o powy ej 1,8 GPa, granica plastyczno ci powy ej 1,3 GPa, wyd u enie ca kowite w statycznej próbie rozci gania w przedziale warto ci 12 20%, twardo w przedziale HV10 oraz udarno KV (mierzona na wyrobach o ma ym stopniu przerobu plastycznego, wynosz cego 3,5 4,0) ok. 10 J/cm 2 w temperaturze minus 40ºC i powy ej 15 J/cm 2 w temperaturze otoczenia. G ównym wyzwaniem kolejnego etapu udoskonalania stali NANOS-BA jest polepszenie odporno ci na p kanie, przy zachowaniu ultrawysokiej wytrzyma o ci i dobrej plastyczno ci. Celem bada by o opracowanie parametrów obróbki cieplnej, prowadz cych do wytworzenia zmodyþ kowanej struktury, która zapewni aby polepszenie odporno- ci na p kanie (mierzonej udarno ci ) stali NANOS- BA. Cel ten zaplanowano osi gn przez opracowanie i testowanie nowej obróbki, obejmuj cej kilka nast puj cych po sobie zabiegów cieplnych, prowadz cych do wytworzenia trójfazowej struktury sk adaj cej si z p ytek martenzytu powstaj cych z austenitu jako pierwsza faza i dziel cych wyj ciowe ziarno austenitu na mniejsze obszary, nanolistew bezw glikowego bainitu tworz cych pakiety o mniejszych wymiarach ni osi gane po typowej obróbce cieplnej oraz z nanolistew austenitu resztkowego. Materia, zakres i metodyka bada Materia em do bada by y blachy ze stali NANOS- BA, o grubo ciach dostosowanych do wymiarów zaplanowanych do wykonania próbek. Z blach wykonano próbki dylatometryczne, wytrzyma o ciowe, udarno- ciowe i do bada strukturalnych. Metod dylatometryczn, za pomoc dylatometru DIL 805, wyznaczono temperatury charakterystyczne (A c1, A c3, M S ), opracowano fragmenty wykresów CTPc i CTPi oraz zrealizowano cykle cieplne symuluj ce operacje nowej obróbki cieplnej. Obrobione cieplnie z zastosowaniem opracowanych parametrów próbki poddano badaniom udarno ci w temperaturach -40, -20, 0 i 25 o C. W a- ciwo ci wytrzyma o ciowe wyznaczono w próbie jednoosiowego rozci gania w temperaturze otoczenia za pomoc maszyny wytrzyma o ciowej Zwick 250 kn. Pomiary zawarto ci austenitu resztkowego wykonano na wybranych próbkach dylatometrycznych za pomoc dyfraktometru rentgenowskiego PANalytical Empyrean wyposa onego w system do mikrodyfrakcji. Badania mikrostruktury próbek dylatometrycznych wykonano za pomoc mikroskopu wietlnego (MS) przy powi kszeniach 400 i 800, a wybrane próbki udarno ciowe poddano badaniom mikroskopowym charakteryzuj cym struktur, geometri proþ lu p kania (MS i SEM) oraz morfologi prze omów (SEM). Wyniki i ich dyskusja Obecnie stosowana Þ nalna obróbka cieplna wyrobów ze stali NANOS-BA polega na ch odzeniu z temperatury austenityzowania do za o onej temperatury przemiany izotermicznej T i (T i = M S ºC) oraz obróbce izotermicznej w temperaturze T i w czasie godzin (warto ci tych parametrów zale od sk adu chemicznego konkretnego wytopu i od wymaganych w a ciwo ci Þ nalnych wyrobu). Wielko ziarna austenitu uzyskiwana po austenityzowaniu stali NANOS- BA mierzona redni ci ciw wynosi m, co odpowiada wielko ci 8 9 w skali ASTM. Wielko ziarna austenitu przed przemian wp ywa na wielko pakietów listew bainitu, a typ budowy pakietowej bainitu jest jednym z istotnych czynników wp ywaj cych na mechanizm i energi p kania. Odporno na p kanie stali o strukturze listwowego dyslokacyjnego martenzytu i/lub bainitu, okre lona np. temperatur przej- cia w stan kruchy T K, jest proporcjonalna do podanej poni ej funkcji zale nej od redniej wielko ci pakietów listew d P i od redniej szeroko ci listew l [2, 3]: T K ~ ln(d P l) 1/2 (1) Z podanej zale no ci wynika, e im mniejsza wielko pakietów i im w sze listwy, tym ni sza temperatura przej cia w stan kruchy, czyli tym wi ksza odporno na p kanie. Podwy szenie udarno ci wyrobów ze stali nanostrukturalnej bainityczno-austenitycznej NANOS-

4 6 Projekty badawcze sþ nansowane z dotacji... Prace IM 1 (2014) BA mo na wi c uzyska w wyniku zmniejszenia wymiarów pakietów listew bainitu. Aby to osi gn, nale y metodami obróbki cieplnej i / lub modyþ kacjami sk adu chemicznego spowodowa rozdrobnienie lub podzia na mniejsze obszary wyj ciowego ziarna austenitu. Nowa obróbka b d ca przedmiotem bada, nazwana wst pnie GSIT (Grain Sectioning and Isothermal Transformation = podzia ziarn i przemiana izotermiczna) [4], która w za o eniu ma doprowadzi do rozdrobnienia pakietów nanolistew bainitu i w konsekwencji spowodowa zwi kszenie odporno ci na p kanie, obejmuje: ch odzenie wyrobu z zakresu trwa o ci austenitu do temperatury T S pomi dzy M S a M F, wyrównanie temperatury na przekroju do warto ci T S, w wyniku czego powstaje okre lona obj to martenzytu w postaci p ytek lub listew dziel cych ziarna austenitu na subziarna, nagrzanie wyrobu do temperatury przemiany izotermicznej austenitu w bainit powy ej temperatury M S i przeprowadzenie przemiany okre lonej cz ci austenitu w bainit niskotemperaturowy. W wyniku takiej obróbki powstaje trójfazowa nanostruktura bainityczno-austenityczno-martenzytyczna (struktura BAM), o korzystnej morfologii, wielko ci i wzajemnym rozmieszczeniu poszczególnych elementów sk adników fazowych. Wst pna operacja polegaj ca na wytrzymywaniu przez okre lony czas w temperaturze pomi dzy M S a M F stosowana jest dotychczas w procesach obróbki cieplnej stali konstrukcyjnych wysokowytrzyma ych w celu wytworzenia struktury martenzytyczno-austenitycznej i spowodowania dyfuzji w gla do pozosta ego austenitu, aby zmieni jego w a ciwo ci Þ zyko-chemiczne (proces Q&P quenching and partitioning = hartowanie i rozsegregowanie w gla) [5]. Na podstawie dylatogramów oszacowano ilo ci martenzytu powsta e w wyniku och odzenia stali NANOS- BA do temperatur poni ej M S : 180ºC, 160ºC, 140ºC, 120ºC oraz 100ºC. Uwzgl dniaj c wykonane pomiary ilo ci martenzytu powsta ego w temperaturach po rednich pomi dzy M S a M F oraz morfologi i rozmieszczenie powsta ych listew lub p ytek martenzytu i twardo- ci próbek poddanych poszczególnym cyklom obróbki w dylatometrze, wytypowano warto temperatury T S, do której nast puje och odzenie w celu wytworzenia p ytek martenzytu dziel cych ziarna austenitu na mniejsze obszary. Z dokonanej analizy udarno ci próbek obrobionych cieplnie wed ug ró nych wariantów wynika, e zastosowanie obróbki GSIT zwi ksza udarno stali NANOS-BA w porównaniu z warto ciami otrzymanymi po zastosowaniu obróbki standardowej. Dla wybranych próbek udarno ciowych wykonano za pomoc mikroskopu wietlnego badania mikrostruktury i drogi p kania na p aszczy nie przecinaj cej prostopadle powierzchni prze omu (Rys. 1). Stwierdzono wyst powanie typowej struktury pakietowej nanobainitu listwowego. Droga p kania ma charakter linii rozwini tej amanej, której poszczególne elementy s zbli one do odcinków prostych lub s elementami krzywoliniowymi. Jako ciowe porównania nie pozwalaj na ustalenie jednoznacznej relacji pomi dzy charakterem drogi p kania a zastosowan obróbk ciepln (przyk ad Rys. 1a i 1b). Stosuj c równanie (2) [6] obliczono fraktaln wielko proþ lu D charakteryzuj c stopie rozwini cia prze omów próbek udarno ciowych, dla liczby zlicze L( ) w funkcji d ugo ci kroku pomiarowego (2, 5, 10, 20 m). a) b) Rys. 1. Przyk adowa mikrostruktura na p aszczy nie prostopad ej do powierzchni prze omu próbek udarno- ciowych (+20 o C) ze stali NANOS-BA poddanej obróbce: (a) standardowej 900 o C/225/70h oraz (b) obróbce GSIT 900 o C/160/225/70h; MS, pow. 400 Fig. 1. Example of microstructure on a plane perpendicular to the fracture area of impact strength test pieces (+20 C) from NANOS-BA steel subject to: (a) standard heat treatment at 900 C/225/70h and (b) GSIT treatment at 900 C/160/225/70h; MS, mag. 400 log[l( )] = (1 D) log( ) + b (2) gdzie: L( ) liczba zlicze, wielko kroku pomiarowego w m, (1 D) wspó czynnik kierunkowy, b wielko sta a. Obliczenia wykaza y, e dla ka dej próbki zale no (2) jest lini prost o wysokim wspó czynniku korelacji. Ni szymi warto ciami fraktalnymi proþ lu D charakteryzuj si prze omy próbek obrobionych zgodnie z wariantem GSIT, co potwierdza, e zastosowanie obróbki GSIT modyþ kuje sposób p kania w kierunku zwi kszenia ilo ci poch anianej energii w trakcie amania.

5 Projekty badawcze sþ nansowane z dotacji... 7 Stwierdzono, e obróbka standardowa i GSIT prowadz do bardzo zbli onych warto ci parametrów wyznaczanych w próbie jednoosiowego rozci gania. W wyniku zastosowania obróbki GSIT otrzymano zbli one warto- ci wytrzyma o ci, granicy plastyczno ci i wyd u enia wzgl dnego, do warto ci otrzymanych w wyniku zastosowania obróbki standardowej. Wnioski Nowa obróbka cieplna stali ultrawytrzyma ej nanobainitycznej, b d ca przedmiotem niniejszej pracy, (GSIT Grain Sectioning and Isothermal Transformation podzia ziarn i przemiana izotermiczna), prowadzi do rozdrobnienia pakietów nanolistew bainitu i w konsekwencji powoduje zwi kszenie odporno ci na p kanie. Obróbka GSIT obejmuje ch odzenie z zakresu trwa o ci austenitu do temperatury T S pomi dzy M S a M F, w wyniku czego powstaje okre lona obj to martenzytu w postaci p ytek lub listew dziel cych ziarna austenitu na subziarna, nagrzanie do temperatury przemiany izotermicznej austenitu w bainit powy ej temperatury M S i dokonanie przemiany okre lonej cz - ci austenitu w bainit niskotemperaturowy. Na podstawie wyników pomiarów ilo ci martenzytu powsta ego w temperaturach po rednich pomi dzy M S a M F wykonanych metod dylatometryczn oraz w oparciu o analiz morfologii i rozmieszczenia powsta ych listew lub p ytek martenzytu, a tak e twardo ci próbek poddanych poszczególnym cyklom obróbki w dylatometrze, wytypowano warto temperatury T S. W wyniku zastosowanej obróbki GSIT powsta a trójfazowa nanostruktura sk adaj ca si w przybli eniu z 20% obj. martenzytu, 55% obj. niskotemperaturowego bainitu i 25% obj. austenitu resztkowego (nanostruktura BAM). Z porównania wp ywu zastosowanej obróbki GSIT oraz obróbki standardowej na w a ciwo ci stali NA- NOS-BA wynika, e daj one bardzo zbli one warto- ci wytrzyma o ci, granicy plastyczno ci, wyd u enia wzgl dnego i twardo ci. W odniesieniu do wp ywu na udarno stwierdzono jednoznacznie, e zastosowanie obróbki GSIT zwi ksza warto tego parametru w porównaniu z warto ciami otrzymanymi po zastosowaniu obróbki standardowej o 20 25%. LITERATURA 1. Garbarz B.: Sprawozdanie z pracy badawczej IM nr PS pt. Analiza wyników i opracowanie wytycznych do wytwarzania wysokow glowej stali bainitycznej o strukturze nanokrystalicznej i wymaganych w a ciwo ciach do zastosowania w pancerzach, grudzie Naylor J.P.: The Inß uence of the Lath Morphology on the Yield Stress and Transition Temperature of Martensitic Bainitic Steels. Metallurgical Transaction, t. 10 A, 1979, s Garbarz B., Bo d T.: Stale niskostopowe o strukturze martenzytu dyslokacyjnego. Hutnik Wiadomo ci Hutnicze, t. 59, 1992, nr 12 s Garbarz B.: Podstawy obróbki cieplnej GSIT (Grain Sectioning and Isothermal Transformation) w zastosowaniu do stali NANOS-BA. Opracowanie wykonane w ramach projektu PS 0001, niepublikowane, Gao G., Zhang H., Tan Z., Liu W., Bai B.: A carbide-free bainite/ martensite/austenite triplex steel with enhanced mechanical properties treated by a novel quenching-partitioning-tempering process. Mater. Sci. Eng., t. A559, 2013, s Przerada I., Bochenek A.: MikrofraktograÞ czne aspekty odporno ci na p kanie stali mikrostopowej. Archiwum Nauki o Materia ach, t. 11, 1990, z. 1, s Barbara Ni nik-hara czyk, Wojciech Burian, Mariusz Adamczyk Numeryczna i fizyczna analiza procesów wydzieleniowych i przemian fazowych w ultrawytrzyma ych stalach bainitycznych i maraging Przeprowadzono numeryczne i Þ zyczne symulacje przemian fazowych i procesów wydzieleniowych w ultrawytrzyma ej stali bainityczno-austenitycznej i w stali maraging. Badania obejmowa y analizy dylatometryczne, kalorymetryczne i strukturalne oraz symulacje numeryczne za pomoc programów Thermo-Calc i TC-Prisma. Obliczenia za pomoc pakietu Thermo-Calc dla stali NANOS-BA dostarczy y danych o zmianach sk adu fazowego w funkcji temperatury w warunkach równowagi. Wyznaczono sk ady chemiczne powstaj cych faz i charakterystyczne temperatury przemiany Ac 1 i Ac 3. Symulacje numeryczne kinetyki procesu wydzieleniowego dla stali MS350 za pomoc programu TC-Prisma da y wyniki zgodne z obserwacjami do wiadczalnymi, co potwierdza mo liwo wykorzystania metod numerycznych do projektowania procesu obróbki cieplnej stali maraging. Po czenie modelowania numerycznego z badaniami Þ zycznymi stwarza mo liwo ci zaprojektowania sk adu chemicznego i obróbki cieplnej stali bainitycznej i stali maraging, zapewniaj c otrzymanie odpowiedniego typu mikrostruktury o korzystnych w a ciwo- ciach wytrzyma o ciowych i plastycznych. Numerical and physical analysis of precipitation processes and phase transformations in ultra-strong bainitic and maraging steels Numerical and physical simulations of phase transformations and precipitation processes in ultra-strong bainitic-austenitic steel and maraging steel were carried out. The tests included dilatometric, calorimetric and structural analyses and numerical simulations made with Thermo- Calc and TC-Prisma software. The NANOS-BA steel calculations made with Thermo-Calc package provided data on changes in phase composition vs. temperature under the equilibrium conditions. Chemical compositions of the occurring phases and characteristic temperatures of Ac 1 and Ac 3 transformation were determined. The numerical simulations of precipitation kinetics for MS350 steel carried out with TC-Prisma software provided results in compliance with experimental observations, which conþ rms the possibility of using numerical methods to design the maraging steel heat treatment process. The combination of numerical modelling and physical examinations creates the possibility to design chemical composition and heat treatment of bainitic steel and maraging steel so that suitable type of microstructure with advantageous strength and plastic properties can be obtained. Wprowadzenie Celem pracy by o przeprowadzenie numerycznych i Þ zycznych symulacji przemian fazowych i procesów wydzieleniowych w stali bainityczno-austenitycznej i stali maraging. Za pomoc programów Thermo-Calc i TC-Prisma symulowano przemiany fazowe, kinetyk procesów wydzieleniowych i równowagowe diagramy fazowe. Stale bainityczne ze wzgl du na z o ono przemian fazowych i procesów wydzieleniowych zachodz cych w nich podczas obróbki cieplnej s w dalszym ci gu intensywnie badane, aby mo na by o wykorzysta w pe ni ich potencja aplikacyjny [1, 2]. Kszta towanie w a ciwo ci stali ultrawytrzyma ych odbywa si na

6 8 Projekty badawcze sþ nansowane z dotacji... Prace IM 1 (2014) drodze odpowiednio zaprojektowanego procesu obróbki cieplnej, podczas którego zachodz przemiany fazowe i procesy wydzieleniowe. Polepszenie wytrzyma o ci stali bainitycznych mo na osi gn poprzez rozdrobnienie struktury, co wp ywa równie pozytywnie na ci gliwo. Fakt ten zosta wykorzystany do opracowania procesów regulowanego walcowania, które maj za zadanie rozdrobnienie ziaren austenitu przed przemian w ferryt [3, 4]. Procesy te nie zosta y dot d poznane w stopniu umo liwiaj cym stworzenie pe nego ich opisu, dlatego wykorzystano dost pne obecnie w Instytucie narz dzia badawcze do uzyskania informacji niezb dnych do optymalizacji procesu obróbki cieplnej, prowadz cego do osi gni cia najwy szych technicznie mo liwych warto ci wytrzyma o ci oraz ci gliwo ci materia u. Istniej ce obecnie metody obliczeniowe oraz metody eksperymentalne, umo liwiaj ce badanie materia ów w skali atomowej otwieraj nowe mo liwo ci w zakresie poznania przebiegu procesów wydzieleniowych i przemian fazowych. Modelowanie numeryczne w po czeniu z weryþ kacj oblicze metodami Þ zycznymi stwarza nowe mo liwo ci optymalizacji w a ciwo ci materia ów konstrukcyjnych i funkcjonalnych. Materia, zakres i metodyka bada Stal NANOS-BA badano w postaci blach przewalcowanych w LPS z kutych wsadów wykonanych w warunkach przemys owych, stal maraging MS350 badano w postaci blach przewalcowanych w LPS z laboratoryjnego wlewka p askiego o wymiarach mm. Zrealizowano nast puj cy zakres bada : badania dylatometryczne: w dylatometrze DIL 805, badania kalorymetryczne: za pomoc analizatora termicznego, Þ rmy NETZSCH model STA 449 F3 Jupiter, badania strukturalne: za pomoc mikroskopu wietlnego i SEM, symulacje numeryczne: wykonano za pomoc programu Thermo-Calc i TC-Prisma. Wyniki i ich dyskusja Na podstawie oblicze za pomoc oprogramowania Thermo-Calc sporz dzono dla warunków równowagowych diagramy przemian fazowych, dla których wyznaczono sk ady chemiczne wyst puj cych faz i charakterystyczne temperatury: Ac 1, Ac 3 i T liq (715 o C, 762 o C i 1447 o C). Na rysunku 1 przedstawiono wyniki oblicze sk adu fazowego dla stali NANOS-BA. Pokazuj one, e w badanej stali mog si utworzy ró ne typy w glików (MC, M 6 C, M 7 C 3 ). Wydzielanie si w glików przed przemian wp ywa na przebieg przemiany bainitycznej, poniewa zwi e w giel powoduj c zmniejszenie zawarto ci tego pierwiastka w austenicie i uniemo liwia jego stabilizacj, co w konsekwencji przyspiesza przemian w martenzyt. Je li nie dopu ci do zbytniego rozrostu wytworzonych w glików, mog one umocni materia, poprawiaj c jego w a ciwo ci mechaniczne. Obliczenia równowagowe pokaza y, e w gliki w badanych stalach wyst puj do temperatury oko o 980 o C, co ma znaczenie przy planowaniu parametrów procesu obróbki cieplnej. Wykonane badania dylatometryczne DIL805 i mikroskopowe stali NANOS-BA potwierdzi y obecno wydziele w glików molibdenu do temperatury oko o 950 o C, które cechowa y si rednic cz stki od 100 do Rys. 1. Zmiana sk adu fazowego w funkcji temperatury dla stali NANOS-BA Fig. 1. Change in phase composition vs. temperature for NANOS-BA steel

7 Projekty badawcze sþ nansowane z dotacji nm. Wyznaczone eksperymentalnie w pracy [5] za pomoc dylatometru temperatury przemiany przy nagrzewaniu wynosz Ac 1 =747 o C i Ac 3 = 873 o C. Warto- ci tych temperatur s wy sze od warto ci temperatur obliczonych. Nale y jednak pami ta, e oprogramowanie Thermo-Calc wykonuje obliczenia dla stanów równowagowych i wyniki otrzymane na drodze oblicze mog si ró ni od stanu rzeczywistego. W ramach pracy [6] wykonano badania kinetyki procesów wydzieleniowych dla stali maraging za pomoc transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) oraz wst pne symulacje numeryczne. Obliczenia termodynamiczne kinetyki procesów wydzieleniowych wykonano za pomoc programu TC-Prisma, który na okres testowy zosta udost pniony przez Þ rm Thermo-Calc. Na podstawie obrazów nanowydziele w stali maraging MS350 po starzeniu krótkotrwa ym, uzyskanych w mikroskopie transmisyjnym (Rys. 2), przeprowadzono ilo ciow analiz otrzymanej mikrostruktury. Rys. 3. Rozk ad wielko ci wydziele w stali maraging MS350 po starzeniu w temperaturze 550 C przez 2 minuty [6] Fig. 3. Distribution of precipitation sizes in MS350 maraging steel after ageing at 550 C for 2 minutes [6] Rys. 2. Przyk adowa mikrofotograþa wydziele w stali maraging MS350 po starzeniu w temp. 550 C przez 2 minuty [6] Fig. 2. Example microphotograph of precipitations in MS350 maraging steel after ageing at 550 C for 2 minutes [6] Na rys. 3 przedstawiono rozk ady wielko ci wydziele powsta ych podczas obróbki cieplnej. Wyniki bada rozk adu wielko ci wydziele wykorzystane zosta y do przygotowania danych wej ciowych do numerycznej symulacji zarodkowania i wzrostu cz stek wydziele podczas obróbki cieplnej. Wnioski Przeprowadzone obliczenia dla stali NANOS-BA za pomoc pakietu Thermo-Calc pokazuj zmiany udzia- u faz w funkcji temperatury w warunkach równowagi. Wyznaczono sk ady chemiczne wyst puj cych faz i charakterystyczne temperatury przemiany Ac 1 i Ac 3 (715 o C i 762 o C). Wyznaczone metod dylatometryczn temperatury przemiany przy nagrzewaniu wynios y odpowiednio 747 o C i 873 o C. Warto ci tych temperatur s wy sze od warto ci temperatur obliczonych dla warunków równowagowych. Wyniki oblicze wskazuj, e stal w temperaturze 1447 o C przechodzi ze stanu ciek ego w mieszanin cieczy i austenitu, a w temperaturze 1340 o C nast puje ca kowite zakrzepni cie stali. Koniec przemiany nast puje w temperaturze 715 o C, a w gliki typu MC, M 6 C i M 7 C 3 wydzielaj si odpowiednio do temperatur 980, 960 i 800 o C. Wykonane badania Þ zyczne i strukturalne dla stali za pomoc dylatometru DIL805 oraz mikroskopu wietlnego i skaningowego potwierdzaj obecno wydziele do temperatury oko o 950 o C. Przeprowadzone symulacje numeryczne, za pomoc programu TC-Prisma, kinetyki procesu wydzieleniowego dla stali MS350 da y wyniki zgodne z obserwacjami, co potwierdza mo liwo wykorzystania metod numerycznych do projektowania procesu obróbki cieplnej stali maraging. Wykonanie symulacji numerycznych i bada Þ zycznych pozwoli o na uzupe nienie wiedzy podstawowej, wykorzystywanej w rozwojowych i aplikacyjnych projektach, dotycz cych stali maraging i stali NANOS-BA. LITERATURA 1. Muddle B.C., Nie J.F., Scripta Materialia, 47, 2002, pp Bhadeshia H.K.D.H.: Bainite in Steels. 2nd ed., Institute of Materials, London, UK, Nakasugi H., Matsuda H., Tamehiro H., Alloys for the 1980 s, Climax Molybdenum, Ann Arbor, Michigan, USA, 1980, s Nakasugi H., Matsuda H., Tamehiro H.: Steels for Line Pipe and Pipeline Fittings. Metals Society, London, 1983, p Garbarz B., Ni nik B.: Opracowanie podstaw technologii obróbki cieplnej ultrawytrzyma ej stali konstrukcyjnej w celu wytworzenia trójfazowej struktury nanokompozytowej o zwi kszonej odporno ci na p kanie w stosunku do poziomu osi ganego obecnie, praca statutowa-niepublikowana, Burian W., Marcisz J.: Kinetyka procesów wydzieleniowych w stalach maraging obliczenia termodynamiczne i badania strukturalne, praca statutowa-niepublikowana, 2012

8 10 Projekty badawcze sþ nansowane z dotacji... Prace IM 1 (2014) Jaros aw Marcisz, Mariusz Adamczyk, Bart omiej Walnik Zastosowanie niekonwencjonalnego starzenia krótkotrwa ego i wielokrotnego do podwy szenia ci gliwo ci wysokowytrzyma ych stali umacnianych wydzieleniowo Wyznaczono charakterystyki materia owe stali umacnianych wydzieleniowo po zastosowaniu niestandardowych parametrów Þ nalnej obróbki cieplnej, prowadz cych do podwy szenia ci gliwo ci w zakresie maksimum wytrzyma o ci. Materia bada stanowi gatunek stali maraging MS350 oraz nowoopracowany gatunek stali niklowo-molibdenowej 8Ni2MoCu umacnianej wydzieleniowo trzema rodzajami cz stek (ND3). Charakterystyki obejmowa y wyznaczenie w a ciwo ci mechanicznych w statycznej próbie rozci gania i ciskania oraz pomiary twardo ci. Dla wybranych wariantów obróbki cieplnej przeprowadzono badania mikrostruktury. Badania dylatometryczne stali umacnianych wydzieleniowo obejmowa y wyznaczenie temperatur charakterystycznych przy ró nych szybko ciach nagrzewania i ch odzenia oraz ujawnienie procesów umacniania. Wykonano tak e wst pne testy pó przemys owe strefowego nagrzewania indukcyjnego stali umacnianych wydzieleniowo oraz ocen wp ywu odkszta cenia plastycznego na proces wydzielania. The application of non-conventional short-time and repeated ageing process to improve ductility of high-strength precipitation-hardened steels Material characteristics of precipitation-hardened steels after the application of non-standard Þ nal heat treatment parameters resulting in ductility improvement within the maximum range of strength were determined. The material for testing was MS350 maraging steel and newly developed nickel-molybdenum 8Ni2MoCu steel hardened by precipitation with three types of particles (ND3). The characteristics included the determination of mechanical properties in a static tensile and compression test and hardness measurements. Microstructural examinations were carried out for selected heat treatment variants. Dilatometric examinations of precipitation-hardened steels included the determination of characteristic temperatures at different heating and cooling rates and revealed the hardening processes. The preliminary semi-industrial tests of induction heating of precipitation-hardened steels and the assessment of plastic strain impact on precipitation process were made too. Wprowadzenie Ide projektu by o opracowanie parametrów niekonwencjonalnego starzenia stali stopowych umacnianych wydzieleniowo, umo liwiaj cych uzyskanie wysokiej plastyczno ci przy jak najwy szym poziomie wytrzyma o ci. Cel projektu zrealizowano przez zastosowanie niestandardowej obróbki cieplnej polegaj cej na stosowaniu krótkich czasów i podwy szonej temperatury starzenia oraz na starzeniu kilkuetapowym w ró nych temperaturach. Zakres pracy obejmowa wykonanie bada w a ciwo ci mechanicznych oraz mikrostruktury stali umacnianych wydzieleniowo poddanych niestandardowej obróbce cieplnej oraz eksperymenty starzenia z regulowan szybko ci nagrzewania w celu optymalizacji przemys owego procesu obróbki cieplnej wyrobów ze stali maraging. Badania s kontynuacj zagadnienia starzenia krótkotrwa ego prowadzonego przez autorów niniejszej pracy w latach ubieg ych [1 4]. Materia, zakres i metodyka bada Materia bada stanowi y próbki z blach walcowanych na gor co z wytopów laboratoryjnych. Pró niowe wytopy laboratoryjne odlano we wlewki p askie o wymiarach przekroju poprzecznego mm do wlewnicy eliwnej. Kierunek ciskania próbek w urz dzeniu Gleeble i kierunek rozci gania próbek wytrzyma o ciowych by równoleg y do kierunku walcowania blachy. W pracy wykonano eksperymenty starzenia krótkotrwa ego w zakresie czasów minut w temperaturze C. Ponadto przeprowadzono badania wp ywu szybko ci nagrzewania w procesie starzenia stali maraging MS350 na w a ciwo ci mechaniczne, twardo oraz mikrostruktur. Przeprowadzone eksperymenty pozwoli y na wst pn ocen mo liwo ci optymalizacji przemys owego procesu starzenia stali MS350 polegaj ce na skróceniu czasu obróbki cieplnej (nagrzewania i wygrzewania), co jednocze nie powoduje obni enie kosztów wytwarzania i popraw wydajno- ci procesu przy zachowaniu wymaganych w a ciwo ci wyrobów. Przeprowadzono dwa rodzaje eksperymentów, w których obróbce cieplnej poddano próbki cylindryczne po przesycaniu i odkszta ceniu plastycznym na zimno oraz próbki wytrzyma o ciowe p askie w stanie przesyconym. Materia bada stanowi y równie próbki odkszta cone metod zgniatania obrotowego na zimno. Wyniki i ich dyskusja W wyniku starzenia krótkotrwa ego (15 30 minut) w zakresie temperatury C stali maraging MS350 uzyskano materia o twardo ci w przedziale HV. Materia ten charakteryzowa si wysok wytrzyma o ci oraz dobr plastyczno ci. W próbie ciskania nie wykazywa znacznego spadku napr enia w miar kontynuacji odkszta cenia. Na podstawie przeprowadzonych laboratoryjnych eksperymentów starzenia i wyników testów rozci gania wytypowano nast puj ce warianty starzenia: C/30 minut R 0, MPa, R m 2250 MPa i A 7,0%, C/20 minut R 0, MPa, R m 2300 MPa i A 6,5%, C/15 minut R 0, MPa, R m 2330 MPa i A 8,0%. Eksperymentalnie wyznaczone ww. parametry starzenia s mo liwe do zastosowania w warunkach przemys owych bez konieczno ci modernizacji istniej cego wyposa enia zak adów obróbki cieplnej. Na rys. 1 zamieszczono przyk adowe krzywe ciskania próbek ze stali maraging po starzeniu niekonwencjonalnym, a na rys. 2 zmiany granicy plastyczno ci w zale no ci od parametrów starzenia. W ramach optymalizacji starzenia w warunkach przemys owych wykonano eksperymenty z kontrolowan szybko ci nagrzewania oraz zmodyþ kowano parametry starzenia. Podwy szono temperatur i skrócono czas obróbki cieplnej. W wyniku przeprowadzonych bada wskazano nast puj ce warianty stanowi ce alternatyw dla stosowanych parametrów standardowych (480 C/4 godziny R 0, MPa, R m 2420 MPa i A 6,0%,):

9 Projekty badawcze sþ nansowane z dotacji Rys. 1. Przyk adowe krzywe napr enie-odkszta cenie zarejestrowane podczas ciskania próbek po krótkotrwa ym starzeniu (symulator Gleeble 3800) Fig. 1. Examples of stress-strain curves recorded during compression of samples after short-time ageing (Gleeble 3800 simulator) Rys. 2. Wp yw parametrów krótkotrwa ego starzenia stali maraging MS350 na warto granicy plastyczno ci przy ciskaniu (R c ) Fig. 2. Effect of short-time ageing parameters of MS350 maraging steel on yield point at compression (R c ) C/2 godziny R 0, MPa, R m 2430 MPa i A 5,0%, C/3 godziny R 0, MPa, R m 2460 MPa i A 5,0 %, C/2 godziny R 0, MPa, R m 2360 MPa i A 7,0%, C/3 godziny R 0, MPa, R m 2400 MPa i A 5,5%. W eksperymentach stosowano próbki po odkszta ceniu plastycznym na zimno metod zgniatania obrotowego w warunkach przemys owych. Mikrostruktur takiej próbki zamieszczono na rys. 3. Celem starzenia niestandardowego dwuetapowego by o m.in. wytworzenie materia u o regulowanej zawarto ci austenitu i w ten sposób podwy szenie plastyczno ci stali. Obserwacje makroskopowe próbek starzonych po ciskaniu nie wykaza y wyst powania p kni na ich powierzchni. Próbki te charakteryzowa- y si ni szym poziomem wytrzyma o ci, ale uzyskano stosunkowo wysoki jak dla materia u umacnianego wydzieleniowo wspó czynnik R m /R C do 1,25 przy poziomie twardo ci HV. Eksperymenty nagrzewania indukcyjnego stali maraging MS350 przeprowadzono w niniejszej pracy w celu wst pnej oceny mo liwo ci wytworzenia Rys. 3. Przyk adowa fotograþa mikrostruktury stali maraging po odkszta ceniu plastycznym w stanie przesyconym i nast pnym starzeniu: 500 C/3 godz. Fig. 3. Example photograph of maraging steel microstructure after plastic strain in a supersaturated state and subsequent ageing: 500 C/3 h materia u o zmiennych w a ciwo ciach na przekroju. W materiale starzonym poddanym powierzchniowemu strefowemu nagrzewaniu indukcyjnemu i regulowanemu ch odzeniu wodnemu uzyskano warstw o grubo- ci od 2 mm do 3 mm o zmiennej twardo ci w zakresie HV. Wp yw odkszta cenia na Þ naln twardo materia u oceniono na próbkach odkszta conych w Gleeble i nast pnie starzonych po nagrzewaniu z regulowan szybko ci w dylatometrze. Materia odniesienia stanowi y próbki starzone analogicznie w piecu grzewczym, które nie by y odkszta cone. Stwierdzono, e twardo stali maraging MS350 odkszta conej przed starzeniem wzrasta o ok. 20 HV dla parametrów starzenia 490 C/2, 3 i 4 godziny i dla 500 C/2 i 3 godziny. Badania stali ND3 dotyczy y analizy parametrów procesu przesycania oraz wyznaczenia zakresu temperatury wydzielania na podstawie dylatogramów. W wyniku przeprowadzonych bada mikrostruktury i analizy dylatogramów ustalono temperatur przesycania wynosz c powy ej 900 C oraz zakres temperaturowy wydzielania ok C. Wyznaczono temperatury

10 12 Projekty badawcze sþ nansowane z dotacji... Prace IM 1 (2014) przemiany martenzytycznej, dla zmiennych warunków austenityzowania co do temperatury i szybko ci nagrzewania, które wynosz M s ok. 370 C i M f ok. 130 C. Wnioski Celem pracy w zakresie bada stali maraging MS350 by o wyznaczenie parametrów starzenia niekonwencjonalnego, w wyniku którego mo na uzyska wysoki poziom wytrzyma o ci i plastyczno ci. Niekonwencjonalne starzenie ma na celu optymalizacj kosztów procesu i wytworzenie materia u o w a ciwo ciach wystarczaj cych do wybranych zastosowa. Przeprowadzone eksperymenty pozwoli y na wst pn ocen mo liwo ci optymalizacji przemys owego procesu starzenia stali maraging w gatunku MS350 polegaj cej na skróceniu czasu obróbki cieplnej (nagrzewania i wygrzewania), co jednocze nie powoduje obni enie kosztów wytwarzania i popraw wydajno ci procesu przy zachowaniu wymaganych w a ciwo ci wyrobów. Zrealizowane w zakresie niniejszej pracy badania i analizy by y cz ciowo wykonywane we wspó pracy z zak adami przemys owymi, z którymi jest planowana dalsza wspó praca m.in. wspólne sk adanie wniosków na projekty badawcze. Badania dotycz ce nagrzewania indukcyjnego oraz badania stali ND3 stanowi etap poprzedzaj cy z o enie nowych wniosków o charakterze badawczo-rozwojowym. LITERATURA 1. Marcisz J., Garbarz B., Adamczyk M., St pie J.: Zg oszenie patentowe nr P pt.: Sposób krótkotrwa ej obróbki cieplnej stali umacnianej wydzieleniowo Marcisz J., Garbarz B., Adamczyk M., St pie J.: Kinetyka wydzielania oraz w a ciwo ci stali maraging po krótkotrwa ym starzeniu. Prace Instytutu Metalurgii elaza, t. 64, nr 4, 2012, s Marcisz J., Burian W., Adamczyk M.: W a ciwo ci mechaniczne stali maraging MS300 po starzeniu krótkotrwa ym. Prace Instytutu Metalurgii elaza, t. 65, nr 2, 2013, s Burian W., Marcisz J.: Kinetyka procesów wydzieleniowych w stalach maraging podczas krótkotrwa ego starzenia. Prace Instytutu Metalurgii elaza, t. 65, nr 2, 2013, s Marek Burdek, Jerzy St pie Podstawy materia oznawcze zmodyfikowanej technologii wytwarzania korpusów ze stali konstrukcyjnej niskostopowej Opracowano propozycj modyþ kacji technologii wykonywania korpusów ze stali konstrukcyjnej niskostopowej. Badano mikrostruktur, rozk ady twardo ci na przekroju poprzecznym i wzd u nym, przed i po obróbce cieplnej oraz w a ciwo ci mechaniczne pó wyrobów odkszta canych dwoma metodami przeróbki plastycznej na zimno. Stwierdzono, e jest mo liwe zmodyþ kowanie technologii wytwarzania korpusów poprzez zastosowanie kilkukrotnego zgniatania obrotowego z pomini ciem wyci gania cianki na zimno. Materials-related basics of modified technology for manufacturing bodies from low-alloy constructional steel The proposal for modiþ cation of technology for manufacturing bodies from low-alloy constructional steel was developed. The microstructure, distributions of hardness on cross- and longitudinal section, before and after heat treatment, and mechanical properties of semi-products deformed by two cold plastic working methods were examined. It was found that the technology for manufacturing bodies could be modiþ ed by the application of repeated roll ß owing without cold wall stretching. Wprowadzenie Celem pracy by o opracowanie propozycji modyþ kacji technologii wykonywania korpusów rakiet ze stali 15HGMV, polegaj cej na zast pieniu procesu wyci gania cianki korpusu procesem wst pnego zgniatania obrotowego wraz z innymi niezb dnymi operacjami. W tym celu zaprojektowano i wykonano metod obróbki skrawaniem 5 sztuk pó wyrobów, które poddano wst pnemu zgniataniu. Badano mikrostruktur, rozk ady twardo ci na przekroju poprzecznym i wzd u nym, przed i po obróbce cieplnej oraz w a ciwo ci mechaniczne pó wyrobów odkszta canych obiema metodami przeróbki plastycznej na zimno. Technologia wykonania korpusów obejmuje szereg operacji przeróbki plastycznej, obróbki skrawaniem i obróbki cieplnej. Do podstawowych operacji nale y zaliczy : kucie na gor co odcinków k siska, wy arzanie zmi kczaj ce, obróbka mechaniczna, wyci ganie cianki na zimno, obróbka mechaniczna, obróbka cieplna, zgniatanie obrotowe na zimno. Badania mikrostruktury i w a ciwo ci mechanicznych korpusów po kolejnych etapach wytwarzania Badania mikrostruktury i w a ciwo ci mechanicznych zosta y wykonane po nast puj cych etapach wytwarzania korpusów: po kuciu na gor co; po kuciu i wy arzaniu zmi kczaj cym materia wej ciowy do przeróbki plastycznej na zimno; po przeróbce plastycznej na zimno (wyci ganiu cianki na zimno); po obróbce cieplnej; po ko cowym zgniataniu obrotowym na zimno. Stwierdzono znaczne zró nicowanie struktury po kolejnych etapach wytwarzania korpusów. Na rys. 1 przedstawiono przyk adow mikrostruktur na przekroju wzd u nym korpusu po Þ nalnym zgniataniu obrotowym w rodku grubo ci cianki korpusu. W tablicy 1 przedstawiono wyniki bada w a ciwo- ci wytrzyma o ciowych i plastycznych stali 15HGMV po kolejnych etapach wytwarzania. Dane w tablicy s redni z trzech pomiarów. Wypraska po kuciu na gor co charakteryzuje si wysok wytrzyma o ci, która uniemo liwia dalsze odkszta canie na drodze przeróbki plastycznej na zimno. Z tego wzgl du kolejn operacj jest wy arzanie zmi kczaj ce wytrzyma o spada do ok. 600 MPa, a wyd u enie wzgl dne ro nie do poni ej 24%. Taki materia poddawany jest obróbce mechanicznej i przeróbce plastycznej na zimno, w wyniku której wytrzyma o materia u wzrasta do ok. 800 MPa, a plastyczno spada do ok. 11,5%. Kolejn operacj jest obróbka cieplna pó wyrobu. Stwierdzono, e zale nie od parametrów ulepszania cieplnego wytrzyma o