36130 Solidifk:aliollCl{Mcłals and AIJoys, No.36, 1998 K~ Metali i Słopów, Nr 36, 1998 PAN - Oddział Katowice PL ISSN

Transkrypt

1 36130 Soldfk:alollCl{Mcłals and AIJoys, No.36, 1998 K~ Metal Słopów, Nr 36, 1998 PAN - Oddzał Katowce PL ISSN WPŁ YW TEMPERA TURY ODPUSZCZANIA NA WŁASNOŚCI STALI SKSMC PRZETOPIONEJ WIĄZKĄLASEROWĄ BYLICA Andrzej, BOCHNOWSKI Wojcech Instytut Technk Wyższa Szkoła Pedagogcma w Rzeszowe , ul. Rejtana 16C W pracy przedstawono wynk badań metalografcznych. dyfraktometrycznych, analzy składu chemcznego, twardośc, fraktografcznych stal SKSMC hartowanej konwencjonalne z temperatury 1200 C, przetoponej wązką lasera c~ odpuszczonej. Najwększą twardość uzyskano w wynku odpuszczana w temperawrze 590 C w czase 2~.. W p rewadzene Stale szybkotulce z zawllrtoścą kobaltu stosowane są na narzędza przeznaczone do pracy w cężkch warunkach, główne podczas obróbk stal o osnowe austentycznej. Własnośc stal kształtowane są podczas przeróbk plastycznej a następne obróbk ceplnej cepłnochemcmej. W pracach [ 1-6] wykazano, że laserowe przetopene warstwy werzchnej stal szybkotnącej powoduje wzrost twardośc, odpornośc na zużyce ścerne. koroz:ję. W wynku obróbk laserowej, w obecnośc wysokch zmennych gradentów temperatur powstaje przesycona struktura charakteryzująca sę zróżncowaną morfologą macmym ro7.drobnenem. Własnośc warstwy werzchnej uwarunkowane są parametram obróbk laserowej: mocą wązk, jej średncą kształtem oraz szybkoścą skanowana. [6]. Po obróbce laserem korzystne jest przeprowadzene odpuszczana, które powoduje wzrost twar~ oraz pozwala zmnejszyć wartość naprężeń hartownczych. Temperatura odpuszczana wywera slny wpływ na właso.ośc mechanc.me użytkowe stal. Najwększą odporność na ścerane onz najmnejszą udamość wykamje stal odpuszczana w temperatmze odpowadającej maksymalnej twardośc wtórnej [7]. Celem pracy jest określene optymalnej re względu na twardość temperatwy odpuszczana stal SK5MC hartowanej konwencjonalne przetoponej wązką lasera.

2 234 Materał metodyka bada6 Badana wykonano na próbkach ze stal SKSMC o wymarach 4x4x20 mm, hartowat1ych zgodne z PN z temperatury 1200 C, przetoponych wązką lasera C~ odpuszczonych. Obróbkę laserową powerzchn bocmych próbek przeprowadzono w Instytuce Podstawowych Problemów Technk PAN w Warszawe stosując parametry: moc wązk p =2 kw, prędkość skanowana v = 0.6 m/mn, średnca wązk + = 2.8 mm, obróbkę prowadzono w osłone argonu. Odpuszczane wykonano na dylatometrze bezwzględnym z cyfrową rejestracją temperatury w osłone argonu. Stosowano szybkośc : nagrzewana Vn = 0.3 C/s, chłodzena v cb = l C/s. Próbk odpuszczano jednokrotne w czase 2 godz. w temperaturze odpowedno 48S, S20, S60, S90, 640 C. Do obserwacj ftaktografcmych w próbkach nacęto na głębokość 2mm karb typu U, następne próbk łamano obcążenem udarowym. Mkroanalzę rentgenowską z systemem EDX frmy Lnk oraz rentgenowską analzę fazową XRD wykonano w Instytuce Inżyner Materałowej P AN w Krakowe zgodne z normą ISO 9000, EDX na mkroskope Phlps XL30 z mkroanalzą rentgenografcmą, analzę fazową XRD na dyfraktometrze rentgenowskm Phlps PW170 z programem APD. Obserwacje struktury prowadzono na mkroskope transmsyjnym Phlps CM20, oraz na mkroskope skanngowym Tesla Bs340. Pomary mkrotwardośc wykonano twardoścomerzem Hannemana Mpb l 00 stosując obcążene 0.06S N w czase S s. Badana prowadzono na zgładach prostopadłych do powerzchn przetoponej laserem. Wynk badań W wynku obróbk laserem uzyskano w stal obszar przetopena o szerokośc max 2.S mm głębokośc max 0,6 mm. Strukturę strefy przetoponej tworzą kryształy komórkowo-dendrytycme rys.l, o kerunkach wzrostu zgodnych z kerunkam odprowadzana cepła Dno strefy przetopena charakteryzuje budowa komórkowa o średncy komórek ok. S J.Lm. Przestrzeń mędzy komórkam kryształam komórkowo-dendrytycmym wypełna eutektyka z węglkam typu MC, ~C. W przestrzenach mędzydendrytycmych obserwowano węglk wzdłużne oraz węglk okrągłe typu ~C (Fe3W3C). Analzę EDX zawartośc perwastków w węglkach przedstawono na rys. 2, 3. Rys. l Komórkowo-dendrytycmy obszar strefy przetopena w stal SKSMC

3 235 ZaWltość.,;..... ;_.ów w węglku Fe Mo Cr w %wagowa zawutotlć 19,26 32,26 11,93 29,2S Tabela l m V Co 6,26 1,16 %a11jmowa zawutotlć 28,49 27,79 18,96 13,1S 10,16 1,62 b) Counts ( x l O 1 l ~ ~ u j l l ~l n l ' r l O ~ Jt Ho '- ~ l 11 l l ~ ~ 11 r l ~~~!l 811 er l r 6 ~l,,, l ~ J ~ l l l. t ~ l /1 ~l z~ vv l u ~ l l o~l~~~.-~~~~~~~~~ ~~~ - ~ ~!L o lo Rance < kev) Rys.2. a) Obraz TEM mkrostruktury obszaru przetopena stal SKSMC odpuszczonej w temp.560 C w czase 2 godz., perwotne węglk wzdłume w grancach komórek, b) Analza zawartośc perwastków w węglku r

4 236 Tabela2 Zawartość perwastków we MJetrzu komórek Fe Mo Cr w V Co %wagowa zawartość 79,07 3,51 4,32 5,99 1,28 6,17 l perwastków %atomowa zawartość 83,69 2,16 4,91 1,93 1,49 6,19 l2erwastków o z lo Range (kev> Rys.3. a) Obraz TEM mkrostruktury obszaru przetopena stal SKSMC odpuszczonej w tcmp.560 C w czase 2 godz.. okrągłe węglk typu ~C w gnmcach komórek, b) Analza zawartośc perwastków w węglku

5 Wewnętrmą strukturę 237 komórek dendrytów stanow martenzyt płytkowy austent S7..czątkowy o składze jak w tabel 2. Dodatkowo wewnątrz dendrytów wyrm:nono sferodalne Postac tlenków krzemu. o śrcdńcy ok. 0,8 J.Ull. W oparcu o pomary mkrotwardośc strefę przetopena podzelono na dwa, obszary: perwszy w odległośc od powerzchn przetopu O J.UD. drug ~ rys.5. Twardość poszczególnych stref była ll'óżncowana wynosła w obszarze O J.UI1 ; HV0,065, w obszarze J.Jm; HV0,065. Bezpośredno pod strefą przetopena wyróżnono strefę wpływu cepła o szerokośc ok. 150 J.UI1, charakteryzującą sę twardoścą 700 HV 0,065. Strukturę strefy wpływu cepła tworzą martenzyt, węglk perwotne wtórne oraz lokalne nadtopena eutektyk. węglkowej w osnowe. Twardość materału rodzmego zawerała sę w zakrese HV 0,065. Rys.4. Struldur8 stal SKSMC przetoponej wązką lasera C~ a) warstwy werzchnej, b) dna przetopena 10CO~ ~..... fo\...\'w :. l. l V''. :. ~ - v.~.. v~ f-~ ;~ - r '11:.,, ' tl. -l..... Odleglość od powerzchr próbk [!.Lm) Rys.S. Mkrotwardość stal SK5MC obrobonej wązką laserową

6 % ~ ~ ~ ~ ro ~ ~~ Przaąaalasenm ą=3,er1<f wanz. ocj!szczj B W 411) "c % ~ 18 ~ ~ ~ ~ ro ~l ~~ Przaąaalasenm ą=3,er1cfwan 2, <ąllmc:zora w 520 Oc ~ ~ ~ ro ~1 ~~ o;~00, ł----:--pr2l-mt_cp_ _aa_lasenm -+ --, 84 : ą=j.er1<f warfl. 38 ~!:. ~mcznra w M> "c! ll: 18 ~ Rys.6. Dyfraktogramy dośwadczalne stal SKSMC hartowanej konwencjonalne, przetoponej wązką laserową odpuszczonej

7 % Pr.zaąaa lasen!m 64 ą=3, 6"10' Warf, <x"'5lczora w SD Oc 38 <-:: 16 ~ ~ 100 % Pr.zaąaa lasen!m 64 ą=3,6"1(f Wan 2, 38 ~ <x"'5lczora w 6«> Oc fl Rys.7. Dyfraktogramy dośwadczalne stal SKSMC hartowanej konwencjonalne, przetoponej wązką laserową odpuszczonej a) b) ) 8 c 3:ml <> ~ 'E llj) ~ -~ eoo l ' [.. [ l II 1! ! ""! l l, l e l l ' l ' l o < ) 58) 8(1) 8C) ternoeratura odpuszczana Oc Rys.8. Wpływ temperatury odpuszczana na mkrotwardość obszaru przetopena a) w odległośc j.1dl od powerzchn naśwetlanej laserem, b) w odległośc J.Lm od powerzchn naśwetlanej laserem

8 240 Po odpuszczanu stal w temperaturach z zakresu C nastąpł wzrost twardośc o ok. 200 HV0,065. Maksymalną twardość zapewna odpuszczane stal w temperatur:r.e 560 C, rys.8. Podczas chłodzena z temperatury odpuszczana 485 C, w-stal ne zachodz przemana austentu szczątkowego w martenzyt, rys.6. Nemacmy wzrost twardośc po odpuszczanu w tej temperaturze naley tłumaczyć wydzelenem węglków typu M,C 3, M Badana z wykorzystanem rentgenowskej analzy fazowej w zakrese kątowym 29 = ujawnły, te struktura stal odpuszczonej w temperaturach z zakresu C składała sę z martenzytu, austentu szczątkowego, eutektycmych węglków perwotnych typu ~c. MC oraz węglków wtórnych ~c. MC, M234. Odpuszczane stal w temperaturze 640 C prowadz do rozpuszczena uprzedno wydzelonych węglków typumnc6. Strefę przekrystalzo~ charakteryzuje złom mędzykrystalcmy, rys.9,10. (wdocme w struktur1$1comórk dendrytycme) z obszaram pękana o cechach złomu transkrystalcmego łuplwego, w których płaszczyma łuplwośc przebega przez komórk dendrytycme. W obszarze wpływu cepła oraz w materale rodzmym obserwowano szereg wgłębeń wmeseń utworzonych w wynku odkształceń plastycmych tworzących przełom transkrystalcmy cąglwy. Odpuszczane stal w czase 2 godz. w temperaturach odpowedno 485, 520, 560, C ne wpływa na charakter pękana stal - domnującym we wszystkch przypadkach był złom mędzykrystalcmy. Rys. 9. Strukturyprzełomów stal SKSMC wyżarzonej przetoponej wązką laserową: a) prz.cłom mędzykrystalcmy, b) przełom mędzykrystalcmy, struktura dendrytycma

9 241 Rys. lo. Struktury przełomów stal SKSMC hartowanej przetoponej wązką laserową: a) przełom m ędzykrystalczny strefy przetopena, b) u dołu zdjęca przełom transkrystalczny c ąglwy strefy wpływu cepła stal odpuszczonej w temperaturze 520 C, c) przełom mędzykrystalczny z obszaram pękana transkrystalcznego łuplwego w stal odpuszczonej w temperaturze 590 C, d) przełom transkrystalczny cąglwy - materał rodzmy, struktura martenzytu, austentu szczątkowego, węglków perwotnych wtórnych Podsumowane Obróbka stal SK5MC hartowanej konwencjonalne z temperatury 1200 C laserem co2 z parametram przyjętym w pracy prowadz do przetopena warstwy werzchnej na głębokość 0,6 mm. Strukturę strefy przetopena o twardośc z zakresu HV 0,065 stanową: martenzyt, austent szczątkowy, węglk eutektyczne ~C, MC oraz węglk typu M 7 C3. Maksymalny wzrost twardośc obszaru przetoponego (do 1200 HV0,065) zapewna odpuszczane stal w temperaturze 590 C. Wzrost twardośc spowodowany jest przemaną austentu szczątkowego w martenzyt oraz wydzelenem faz węglkowych typu ~C, M1C3, M23C6. W strefe przetopena łamanych udarowo próbek obserwowano złom mędzykrystalczny nezależne od rodzaju temperatury zastosowanej obróbk ceplnej.

10 242 Lteratura: [l] Burakowsk T., Werzchoń T., Inżynera powerzchn metal, WNT, Warszawa, (2] Bylca A., Bochnowsk W., Dzedzc A., Badane procesów odpuszczana stal SK5MC, SW7M po hartowanu laserowym, Krzepnęce metal stopów, PAN, nr 29, [3] Kusńsk J., Zastosowane promenowana laserowego w technolog modyfkacj warstwy werzchnej materałów, VIII Krajowa Szkoła Optoelektronk nt. Laserowe Technologe Obróbk Materałów, Gdańsk, [4] Major B. Elber R., Konstytuowane warstwy werzchnej tworzyw metalowych na drodze obróbk laserowej, IP, nr l, [5] III Sympozjum nt. Wpływ obróbk laserowej na strukturę właścwośc materałów, Red. A.Bylca, Krasczyn, (6] Kusńsk J., Przybyłowcz K., Łu.kawsk G., Twardowska A. Zmana własnośc struktury stal SW18 w stane lanym w wynku laserowego przetopena. Krzepnęce metal stopów, PAN, nr 27, [7] Dobrzańsk L., Hajduczek E., Marcnak J., Nowoselsk R., Metaloznawstwo obróbka ceplna materałów narzędzowych, WNT, Warszawa, (8] Kocańda S. Zmęczenowe pękane metal. WNT Warszawa [9] Macejny A. Kruchość metal. Wyd. Śląsk, [10] Fraś E. Krystalzacja metal stopów. PWN Warszawa Praca została wykonana w ramach projektu badawczego KBN nr 7TOB 0391 O pt Optymalzacja laserowej obróbk stal szybkotnących..