36138 Solidific:aDoa of'mdals and AUoys, No.36, 1998

Transkrypt

1 36138 Soidific:aDoa of'mdas and AUoys, No.36, 1998 K~ Mc:ai i Stopów, Nr 36, 1998 PAN -Oddział Karowice PL ISSN BADANIA RENTGENOGRAFICZNE STALI SKSMC PO OBRÓBCE LASEROWEJ Streszczenie POLIT Jacek, STEFANUK Ireneusz Instytut Fizyki. Wyższa Szkoła Pedagogicma u.rejtana 16 A Rzeszów BYLICA Andrzej Instytut Techniki, Wyższa Szkoła Pedagogicma u.rejtana 16 A Rzeszów W pracy przedstawiono wyniki anaizy rentgenowskiej stai SK5MC poddanej obróbce aserowej oraz odpuszczaniu. Stwierdzono występowanie węgików typu ~c. M,C3. MC, faz typu FeCrMo, CoMoSi a także węgików chromu Cr,C 3. Wstęp Jedną z najnowszych technoogii w metaurgii jest aserowa obróbka metai. Jest ona stosowana do aserowego cięcia, spawania, powierzchniowej obróbki ciepnej i modyfikacji składu chemiemego warstwy wierzchniej metai []. Również perspektywicmą technoogiąjest aserowe hartowanie stai. W staach szybkotnących jednym z głównych składników strukturanych są węgiki. Metaograficme węgiki te obserwuje się zwyke w postaci większych łub mniejszych równoosiowych ziarn na te podstawowej struktury osnowy. Natomiast po przetopieniu aserowym nie obserwujemy węgików w postaci jak wyżej, ecz uważa się, że faza biała tworząca siatkę jest siatką węgików [2]. Ceem pracy było ujawnienie metodami dyfrakcji rentgenowskiej obecności węgików i okreśenie ich typu w próbkach stai SK5MC przetopionych aserowo i poddanych procesowi odpuszczania Materiał badawczy Jako materiał badawczy wybrano próbki ze stai SK5MC w stanie zahartowanym o składzie chemiemym okreśonym metodą anaizy spektranej. Sta zawierała 1,15o/oC, 7%W, 4%Mo, :ZO/oV, 5o/oCo, 4,3o/oCr, 0,5%Mn, 0,5%Si, 0,02%S i 0,03%P. Do obróbki próbek użyto asera moekułamego C0 2 o pracy ciągłej firmy Photon Soures VFA2500 i gęstości mocy,4x0 6 W/cm 2 Naświetania wykonano w Instytucie Podstawowych Probemów Techniki PAN w Warszawie. Po naświeteniu niektóre z próbek poddano procesowi odpuszczania

2 296 Badania rentgenograficzne wykonano na aparacie rentgenowskim DRON 3. Dyfraktogramy wykonano w zakresie kątowym od 29 = 30 do 29 = 150, z uiyciem ampy kobatowej. Anaizę rentgenogramów przeprowadzono za pomocą programu komputerowego XRA Y AN [6). Program ten umożiwia przeprowadzenie rentgenowskiej anaizy fazowej nieznanych próbek połikrystaicmych jedno i wieofazowych oraz pełną obsługę baz danych wzorcowych, zakładanych przez użytkownika na podstawie własnych badań, jak też bazy JCPDS typu PDF-1. Stopień dopasowania widma badanego do teoretycznego (podanego przez daną kartę). okreśany jest poprzez parametr dopasowania y uwzgędniający parametry widm poprzez nastecpującą reację: gdzie: p - parametr dopasowania położenia inii (odchyenie standardowe), i - parametr dopasowania intensywności, 1\J - iczba inii dopasowanych, D(t) - iczba inii wzorca w zakresie pomiarowym, n,. - iczba zarejestrowanych inii próbki, s - stosunek intensywności dopasowanej inii próbki. Im mniejsza wartość parametru dopasowania tym większe prawdopodobieństwo wy.stecpowania fazy. Fazy o parametrze dopasowania powy.ej 1000 są automatycznie odrzucane jako mało prawdopodobne. Zwyke przyjmuje się, że mamy do czynienia z dobrym dopasowaniem jeśi parametr dopasowania ma wartość poniżej 00. Rentgenowska anaizafazowa stai SK5MC. Struktura wyjściowa stai SKSMC w stanie zahartowanym, której dyfraktogram. doświadczany przedstawia rys. a zawiera ferryt, martmzyt oraz następu)ce ~ : Fe1C, MoC, ~C, (Cr2.sFe4~0o.1)C3. FC7C 3 i śadowe iości węgika Cr 23 4 W wreowe dyfraktogramy wybranych faz przedsaawia rys.1b. Dyfraktogram doświadczany próbki SKSMC poddanej obróbce asc:rowej przedstawia tys.2a. Zidentyfikowano następu)ce fazy: martenzyt, Fe~, Mn,C3. MoC, (Cr2.sFe4.~0o.1)C3. Fe~3. FeCrMo, CoMoSi, Cr~J. ~ (rys.2b,c), austenit (rys.3b). Po pierwszym procesie odpuszczania zidentyfikowano: MoC, Fe~1, Mn~1. (Cr2.sFe4~0o.1 )C3. CoMoSi, Cr~1. Fe1C, ~C, martenzyt i austenit (dyfraktogram doświadczajny-3a, wybrane widma WZOI'COwe-3b ). Po drugim procesie odpuszczania zidentyfikowano mutcnzyt, Fe 3 C, FC7C~oC, ~C, Cr~3 (dyfraktogram doświ.dczałny przedstawia rys.4, widma wzorcowe ridentyfikowanych faz zamieszczono na rysunkach 2b,c, oraz rys.3b). () Anaiza sicładu węgików Obecność Fe 3 C stwierdzono w próbce bez obróbki aserowej. Po naświeteniu aserowym intensywność jego inii maeje, natomiast obserwuje się wzrost intensywności inii, które moma przypisać węgikom Fe,C 3 i pojawienie się Mn-rC 3 Pierwsze i drugie odpuszczanie nie wpływa w znaczący sposób na zawartość Fe~C

3 297 Po pierwszym odpuszczaniu wzrasta zawartość węgika F~3 w stosunku do próbki po obróbce aserowej. także drugie odpuszczanie wpływa na daszy wzrost tego węgika. Węgik Mn,C 3 pojawia się po obróbce aserowej. po pierwszym () odpuszczaniu intensywność maeje, po drugim (II) odpuszczaniu nie zauważono jego obecności. Węgik (Cr2.sFe4.3MOo.1)C3 występuje w materiae wyjściowym. Po obróbce aserowej zawartość (Cr2. 5Fe4.~0o. 1 )C 3 spada wraz z pojawieniem się inii naeżących do węgika Cr,C 3. Po pierwszym odpuszczaniu intensywność inii (Cr2. 5 Fe4_ 3 MO(u)C, spada. a po II odpuszczaniu nie stwierdzono jego obecności. Natomiast zawartość węgika Cr,C 3 po koejnych odpuszczaniach stopniowo wzrasta. Faza ~C występuje w niewiekiej iości w stai wyjściowej. po obróbce aserowej i po I odpuszczaniu jego zawartość wzrasta. natomiast po II odpuszczaniu zawartość maeje. Węgik MoC występuje w materiae wyjściowym. W trakcie obróbki aserowej, po I i II odpuszczaniu intensywność inii węgika spada. W próbce wyjściowej stwierdzono obecność martenzytu. Po obróbce aserowej wykryto martenzyt oraz austenit. Zauważono, że po I odpuszczaniu zawartość austenitu spada a po II odpuszczaniu austenit nie występuje. Po obróbce aserowej wykryto związki FeCrMo i CoMoSi, które powstały prawdopodobnie z przemiany węgików (Cr2.sFe4,3MOo,1)C3 oraz fazy Cr3CosSh. Po I odpuszczaniu zaobserwowano tyko mniejszą iość fazy CoMoSi, a po II odpuszczaniu CoMoSi nie występuje. a)ix a "" y "" MI J.8e ~~ t ~-~~-~--~~-~- -~~q~--=.~~~~~=-~~=-~~~~-~--~_2-~ h)- M i t d! :! ' ::i.. i :.. ~ i i.' i :i i t! U! E 11 L : Ił d! ::: ; J: II i i j.. a; ' ;! ' w FP.- fg...;"sl aa.- SCAL., e~te.. tc.a ~-- r... M.- ~ c:u.x.e J. Fe r ta(#e,...,.t). 2?., 6/~~. 68 aa- z~~ cera.~ F 4. 3 "- - ~> C3 3~. 7 ~V2~ " c i M.4 7/~,:Ja 16-3:5 MC.uu. 6 8/1,.aa 14- _., er2:1 G Rys..a) Dyfraktogram doświadczany stai SK5MC przed obróbką, b) wybrane widma wzorcowe

4 298 a) 1M Jxi A "A MI ae b) c) se ae : n ~ i :! i.. - ae &e. M?e.ae I"P &..ł'si. SICRL P1.A ct...ta& r... t.a. w.e :u 4.:a - a fe fe afa -ru-e.:ix ca ' e :159 -'P CI IM.e ~11.:a :aa- 211 cc:ra.s r.4.3 fto.1) C3 13:a.S ~.S..4 ZJ-It.a h: C Cohe.. tt., e wa -.. i... h - ~ :: : :. m \ L ~ :1 i n : : ae.m 311.M 48.88!e.M &e.ae?e.m,. 1'1'...,.._ SOU.,..,. a...taa\ F ae.6 14"_.&:ł'M ,_ 3114 w... r. c c.. " :17.e uva.n 1! c '111.ae 1.6- :III MC :M.4 1'P-'ł1 --~1., c mru ae ae 98-1M e ae Rys. 2. a) Dyfraktogram doświadczany stai SKSMC po obróbce aserowej, b),c) wybrane widma wzorcowe

5 a) b) - FP ~ - - 8CAI. PhA C:..,.ła.a1 ~.- F...-a M.- ft S? e re ' ~ <-e.:r.c C>.,..6 3/ a PeJ.J. Pe.- CZI-2'Je) :1'7.1. cv~o~o.66 aa- a~o.1 cera.:t Fe4.3...) a QaJłc8 '" Rys 3. a) Dyfraktogram doświadczany stai SK5MC po pierwszym odpuszczaniu, b) wybrane widma wzorcowe -- ae w. ae.n ~. - ~. M..,... - Rys 4. Dyfraktogram doświadczany stai SK5MC po drugim procesie odpuszczania

6 300 Wnioski Laserowa obróbka powoduje powstawanie metastabinych faz takich jak FeCrMo, CoMoSI, które zanikają w procesie odpuszczania. Składniki tych faz wchod7..ą w powstające węgiki co zwiększa mikrotwardość materiału. Duży wpływ na mikrotwardość po odpuszczaniu może mieć węgik Cr-rC 3. W fazie wyjściowej jest on nieobecny, powstaje po aserowej obróbce w postaci zarodków z rozpadu węgików typu (MCr}TC 3. Wzrost tych zarodków następuje w procesie odpuszczania. Wydaje się, że drobnoziarnistą strukturę węgików po obróbce aserowej i odpuszczaniu nie tworzą kasycme węgiki typu M 23 C 6 i ~C. które w warunkach odpuszczania wystąpiłyby jako węgiki pierwotne, ecz węgiki, da których zarodkowania potrzebne są niekonwencjonane warunki termicme. Dość faz węgikowych typu ~C. M-rC 3, MC po obróbce aserowej wzrasta, co zgadza się z wcześniejszymi badaniami [ 2,3,4,5 ], natomiast złożony węgik Cr2.sfe4.3MOo,I)C3 rozpada się na prostsze węgiki typu M-rC 3 tak po obróbce aserowej jak i po odpuszczaniu. Ujawniona metodą rentgenowskiej anaizy strukturanej iość faz jest macznie większa od iości faz ujawnionych przy pomocy mikroskopu skaningowego, datego też do ich wizuaizacji potrzebna byłaby metoda transmisyjnej mikroskopii eektronowej (TEM). Zawartość austenitu szczątkowego spada po każdym rodzaju obróbki ( I i II odpuszczanie) do wartości zerowej po II odpuszczaniu. Autorzy dziękują dr hab. Marianowi Kuźmie za inspirujące dyskusje i pomoc w anaizie wyników. Literatura [].Dobrzański, E. Hajduczek, J. Marciniak, R. Nowosieski, Materiałoznawstwo obróbka ciepna materiałów narz~dziowych, WNT. Warszawa [2].A. Byica, M. Kuźma, M. Górka, W. Czajka, Struktura stai szybkotnących SK5MC, SW7M po aserowej obróbce, Inżynieria Materiałowa nr 2, 27, [3]. M. Kuźrna, M. Gajdek, Rentgenowska anaiza struktury stai narzędziowej po aserowym przetopieniu. Materiały VI Ogónoposkiej Konferencji Naukowo Technicznej, Zieona Góra, 197, [4].A. Byica, J. Poit,. Stefaniuk, M. Kuźma, Rentgenowska anaiza węgików w stai SW7M po aserowym wtopieniu domieszek. Inżynieria Materiałowa 85, 5, , [5].J. Kusiński, G. Łukawski, A. Twardowska, K. Przybyłowicz, Zmiana własności stai SW18 w stanie anym w wyniku aserowego przetopienia, Internationa Scientific Conference, Krzepni~cie Metai i Stopów '96, 239, Jawor1996. [6].M. Marciniak. K. Diduszko, Program komputerowy X - ray, Phase Anaysis, version 2.60, Praca została wykonana w ramach projektu badawczego KBN nr 7T08B 031 O pt Optymaizacja procesu aserowej obróbki stai szybkotnącej