Solidification ofmctałs and Ałłoys, No.27, 19% Knepnięcie Metali i Stopów, Nr 27, 1996 PAN- Oddział Katowice PL ISSN

Transkrypt

1 27/35 Slidificatin fmctałs and Ałłys, N.27, 19% Knepnięcie Metali i Stpów, Nr 27, 1996 PAN- Oddział Katwice PL ISSN BADANIE PROCESÓW ODPUSZCZANIA STALI SKSMC PRZETOPIONEJ LASEROWO BYLICA Andrzej, BOCHNOWS.KI Wjciech Instytut Techniki, Wyższa Szkła Perlaggiczna Rzeszów, ul.rejtana 16 A W pracy przedstawin wyniki badań struktury stali szybktnącej SK5MC przetpinej wiązką laserwą a następnie dwukrtnie dpuszczanej w temperaturach 560 i 600 C. W parciu wyniki badań dylatmetrycznych i dane literaturwe przeprwadzn próbę kreślenia kinetyki przemian fazwych zachdzących w bszarze przetpinym pdczas dpuszczania. Wstęp Stale szybktnące są dminującym twrzywem stswanym d wyrbu narzędzi skrawających, których szczególnie pżądaną cechą jest duża ciągliwść [l]_ Struktura i własnści stali kształtwane są w wielu zabiegach technlgicznych pdczas przeróbki plastycznej, bróbki cieplnej i ciepln-chemicznej. Plepszenie własnści eksplatacyjnych stali dbywa się na drdze ptymalizacji składu chemiczneg, wprwadzania nwych i dsknalenia knwencjnalnych zabiegów bróbki cieplnej. Jedną z nwych technlgii bróbki cieplnej jest bróbka laserwa. W warstwie wierzchniej stali przetpinej wiązką laserwą przemiany fazwe zachdzą przy dużych prędkściach nagrzewania i chłdzenia w becnści wyskich i zmiennych gradientów temperatur. Szybka krystalizacja pwduje pwstanie siłnie przesycnej struktury zróżnicwanej mrflgii i znacznym rzdrbnieniu. W strefie przetpinej pwstaje stan naprężeń wywłany zmianą bjętści mateńału wskutek efektów cieplnych raz zmianą bjętści wywłaną przemianami fazwymi [2,3]. Przetpina warstwa charakteryzuje się pdwyższną twardścią, dprnścią na ścieranie, dprnścią na krzję. Skjarzenie laserwej i knwencjnalnej bróbki cieplnej pprzez dpwiedni dbór parametrów (gęstści energii wiązki lasera, czasu i temperatury dpuszczania) daje nwe mżliwści pprawy własnści użytkwych stali [ 4]. Przedmitem badań w niniejszej pracy były zmiany struktury i mikrtwardści stali SKSMC przetpinej wiązką laserwą, a następnie dpuszczanej raz kreślenie kinetyki przemian fazwych zachdzących w bszarze przetpinym pdczas dpuszczania. Materiał i metdyka badań Badania przeprwadzn na próbkach ze stali SKSMC składzie chemicznym jak w tab.[i] w stanie wyżarznym. Próbki wymiarach 4x4x20 z siw wyknanym twrem przetpin na przeciwległych pwierzchniach wiązką laserwą gęstści mcy

2 260 1,4x10~/cm 2 (rys. l). Naświetlanie wyknan laserem technlgicznym C0 2 działaniu ciągłym firmy Phtn Sures VFA 2500 w Instytucie Pdstawwych Prblemów Techniki PAN w Warszawie. Tabela I.. Skład cherniczjl.y stl!.li SK5MCl/t; c IW!M IV!C ICr IMn!Si l s l p 1,1s 11,0 l4, lz, ls 143 l,s ls l 0,021 l 0,03 Badan próbki: -przetpine laserem a następnie dwukrtnie dpuszczane w temp.560 C w czasie 2 gdz., -przetpine laserem a następnie dwukrtnie dpuszczane w temp.600 C w czasie 2 gdz., stsując szybkści: nagrzewania V.=0,3 Cis, chldzenia Yc=l C/s. Obserwacje zmian struktury raz pmiary mikrtwardści przeprwadzn na zgładach prstpadłych d pwierzchni naświetl~ej, przy użyciu SEM raz mikrtwardścimierza Hannemana mph 100. Pmiary wydłużenia w funkcji temperatury l=ftt) wyknan na dylatmetrze bezwzględnym z zastswaniem kmputera. Temperatury pczątku i kńca przemian fazwych zachdzących w stali pdczas dpuszczania kreśln na pdstawie krzywej f(t)=dlldt blicznej z wielmianu ftt)=a 18 T 1 s+.. +a 1 T+a wyznaczneg w parciu punkty pmiarwe met dą Czebyszewa. Analiza wyników badań Obróbka stali SKSMC wiązką laserwą z gęstścią mcy 1,4x l 0 6 W/cm 2 prwadzi d przetpienia warstwy wierzchniej na głębkść max 0,6 mm. Bezpśredni pniżej bszaru przetpineg pwstaje strefa wpływu ciepła szerkści k. l OOJ.lm. Mrflgia strefy przetpinej wykazuje znaczne zróżnicwanie d kmórkwej ( średnicy kmórek k.8 J.lm) na granicy strefy i materiału rdzimeg d dendrytycznej ( wyraźnie zrientwanych kierunkach wzrstu dendrytów) przy pwierzchni (rys. l). Przestrzeń międzydendrytyczną wypełnia eutektyka węglikwa, wewnątrz kmórek i dendrytów bserwwan martenzyt długści igieł nie przekraczającej średnicy kmórki raz martenzyt któreg igły znajdwały się w bszarze kilku kmórek. Mikrtwardść strefy była zróżnicwana i zawierała się w granicach l HV0.065.Strukturę strefy wpływu ciepła stanwi ferryt, węgliki stpwe, raz kryształy pwstałe wskutek lkalneg przetpienia ferrytu i fazy węglikwej. Mikrtwardść strefy wpływu ciepła zmieniała się w zakresie 1000 HV0.065 (w klicy dna przetpienia) d 400 HV0.065 (twardść materiału rdzimeg) w miarę zmniejszania si ę udziału kryształów lkalnie przetpinych raz lkalnych nadtpień fazy węglikwej w bjętści tej strefy. P dwukrtnym dpuszczaniu stali w temperaturze 560 C typwa dla strefy przetpienia struktura kmórkw-dendrytyczna zstała zachwana. W martenzycie nastąpił wydzielenie drbndy~>persyjnych faz węglikwych c spwdwał wzrst tw ardści d k.l350 HV W stali przetpinej laserem w trakcie pierwszeg dpuszczania w temperaturze 600 C na granicy dendrytów wydzieliły się sferidalne węgliki średnicy max. k. 3J.lm, nastąp ił częściwe rzpuszczenie eutektyki węglikwej (rys. 2).Twardść strefy przetpinej wzrsła d k.l250 HVO 065.Pdczas drugieg dpuszczania w temp.600 C nastąpił dalszy wzrst tward ści d k HV0.065 (rys.3). Pdczas każdeg dpuszczania rejestrwan wydłużenie próbek w funkcji temperatury (rys.4).

3 261 Rys. l a) struktura warstwy wierzchniej strefy przetpienia, b) struktura dna strefy przetpienia. Rys.2. Struktura strefy przetpienia p dpuszczaniu, a) 2 gdz w temperaturze 560 C, b) 2 gdz. w temperaturze 600 C 1400 "' <D 1200 ci > H:X:Xl I.!!:! u., 800 c: <D V> 'E as.,!j "E 00 "' tj c: ~ "' 3:... ::J lj "' e 40J "' ::J Q. N. "C """ ~ 5. "' E 200 '8 rdzaj bróbki Rys.3. Mikrtwardść bszaru przetpineg p dpuszczaniu

4 262 a) b) temperatura, C temperatura, C 0 Rys.4. Wyniki badań dylatmetrycznych pdczas dpuszczania stali SK5MC przetpinej laserw, a) przy nagrzewaniu, b) przy chłdzeniu W parciu krzywą dl/dt w zakresie temperatur C kreśln charakterystyczne temperatury pczątku i kńca przemian fazwych zachdzących w stali. Wyniki zestawin w tabeli [2]. Prównując trzymane wyniki z danymi literaturwymi [l] z zakresu dpuszczania knwencjnalnie hartwanej stali, wyróżnin zakresy temperatur w których zachdzą następujące przemiany fazwe: F:tap nagrzewania Pdczas pierwszeg dpuszczania w zakresie temperatur l C następuje wydzielenie węgla z martenzytu, twrzenic węglika E a następnie w temperaturze C twrzenie cementytu. Zachdzi przemiana martenzytu tetragnalneg w martenzyt regularny (dpuszczny). W przedziale temperatur C następują prcesy przechdzenia cementytu d snwy z jednczesnym wydzielaniem drbndyspersyjnych faz węglikwych w martenzycie. W zakresie temperatur C wydzielają się sferidalne węgliki stpwe na granicach dendrytów. Pdczas drugieg dpuszczania zachdzi przemiana martenzytu pwstałeg w czasie chłdzenia z temperatury pierwszeg dpuszczania w martenzyt dpuszczny. Etap wygrzewania Wygrzewając stal pdczas dpuszczania w temperaturach 560 C i 600 C nie bserwwan zmiany wydłuże nia próbek. W stali zachdzi dyfuzja węgla z bszarów austenitu szczątkweg d martenzytu, zubżneg wskutek wydzielania się w nim drbndyspersyjnych faz węglikwych. Następuje kndycjnwanie - przygtwanie austenitu d przemiany w martenzyt pdczas chłdzenia. Etap chłdzenia Pdczas pierwszeg dpuszczania przy chłdzeniu w zakresie temperatur M. - Mr zachdzi przemiana austenitu szczątkweg w martenzt tetragnalny. Pdczas drugieg dpuszczania pzstała część austenitu ulega przemianie w martenzyt w wyższych temperaturach M. - M( Wzrst temperatur pczątku i kńca przemiany martenzytycznej pwdwany jest wydłużeniem czasu kndycjnwania austenitu w etapie nagrzewania - następuje większe zubżenie

5 263 austenitu szczątkweg w węgiel. Wartści M, i Mr dla każdeg dpuszczania przedstawin w tab.2. Tabela 2 Nagrzewanie Chłdzęnie Rdzaj bróbki stali twrzenie wydz.węglików w HV0,065 SK5MC przetpinej weglika E martenzycie laserw temperatura C T.,_ Tk T Tk M, Mr I dpuszczanie II dpuszczanie I dpuszczanie G II_dpuszczanie Pdsumwanie Obróbka stali SK5MC wiązką laserwą gęstści mcy 1.4xl0 6 W/cm 2 pwduje przetpienie pwierzchni na głębkść 0,6 mm. Szybka krystalizacja prwadzi d różnej mrflgii pwierzchni (struktura dendrytyczna) i dna przetpienia ( struktura kmórkwa). Mikrtwardść strefy przetpinejjest zróżnicwana w zakresie HV0,065. Odpuszczanie stali przetpinej laserem w temperaturach 560 C i 600 C pwduje wzrst twardści wskutek wydzielania faz węglikwych w martenzycie i na. granicy dendrytów. Maksymalną twardść bszaru przetpienia (1400 HV0,065) zapewnia dwukrtne dpuszczanie w temperaturze 560 C w czsie 2 gdz. Wzrst temperatury i wydłużenie czasu dpuszczania przycz:ynia się d wzrstu temperatur M, i Mr przemiany austenitu szczątkweg w martenzyt. Wzrst M, i Mr spwdwany jest zmianą stsunku między udziałami austenitu szczątkweg i martenzytu. LITERATURA l. Dbrzański L, Hajduczek E., Marciniak J, Nwsielski R. : Metalznawstw i bróbka cieplna materiałów narzędziwych. WNT. Warszawa Kusiński J. Zastswanie prmieniwania laserweg w technlgii mdyfikacji warstwy wierzchniej materiałów. VIII Krajwa Szkła Optelektrniki nt. Laserwe Technlgie Obróbki Materiałów. Gdańsk Przetakiewicz W., Patejuk A., Napadłek W.. Pdwy ż szenie trwałści zawrów wyltwych silnika z wykrzystaniem stpwania laserweg. ITI Sympzjum nt. Wpływ bróbki laserwej na strukturę i właściwści materiałów. Red. A. Bylica. Krasiczyn Burakwski T., Wierzchń T.. Inżynieria pwierzchni metali. WNT Warszawa Czeranwski Z., Grzyś : Badanie prcesów dpuszczania stali szybktnącej SK5MC p hartwaniu laserwym. WSP. Rzeszów A..Bylica A., Adamiak S.. Hartwanie Jaserwe stpów żelaza. V Sympzjum Techniki Laserwej. Świnujście Prtzstala wykana w ramach~ badawczeg nr 7f08B pt. ~pvcesu la<x!i'cmt!j bróbki stali szy/jkarą.x!j