Zastosowanie metody prądów wirowych w badaniach struktury obrobionej cieplnie stali NC11LV

Podobne dokumenty
Ocena struktury ulepszonych cieplnie stali 36HNM i 38HMJ metodą prądów wirowych

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali ledeburytycznych Część II. Warunki obróbki cieplnej stali NC10

Ocena grubości warstw azotowanych na stalach 38HMJ i WCL za pomocą przyrządów Wirotest

MOśLIWOŚĆ KSZTAŁTOWANIA TWARDOŚCI STALI EN41Cr4 Z WYKORZYSTANIEM POLIMEROWYCH ŚRODKÓW CHŁODZĄCYCH

CHARAKTERYSTYKA STRUKTURALNA WARSTWY WIERZCHNIEJ W STALIWIE Cr Mo W WARUNKACH ŚCIERANIA

Badania wpływu chropowatości powierzchni po azotowaniu gazowym na wskazania przyrządu wiroprądowego

Badania wpływu obróbki laserowej i azotowania na własności warstwy wierzchniej próbek ze stali WCL

1. WSTĘP 1. INTRODUCTION

Stale narzędziowe - stopy przeznaczone na narzędzia tj. przedmioty służące do rozdzielania i rozdrabniania materiałów bądź nadawania kształtu przez

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Stale narzędziowe. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ĆWICZENIE Nr 5. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

27/36 BADANIE PROCESÓW ODPUSZCZANIA STALI SW7.M PO HARTOWANIU LASEROWYM

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

PRÓBA ILOŚCIOWEGO OPISU WPŁYWU PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA UDARNOŚĆ STALI NARZĘDZIOWEJ 102CR6

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

WPŁYW TEMPERATURY HARTOWANIA NA MIKROSTRUKTURĘ I WŁASNOŚCI MECHANICZNE STALI DP

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Obróbka cieplna stali

ZASTOSOWANIE OCHŁADZALNIKA W CELU ROZDROBNIENIA STRUKTURY W ODLEWIE BIMETALICZNYM

STALE NARZĘDZIOWE DO PRACY NA GORĄCO

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Technologia obróbki cieplnej. Grzanie i ośrodki grzejne

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. I. Wyżarzanie

Materiały metalowe. Odkształcenie plastyczne i rekrystalizacja metali. Copyright by L.A. Dobrzaski, IMIiB, Gliwice

Ćwiczenie 6 HARTOWNOŚĆ STALI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

Krzepnięcie Metali i Stopów, Nr 26, 1996 P Ai'l - Oddział Katowice PL ISSN POCICA-FILIPOWICZ Anna, NOWAK Andrzej

Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali ledeburytycznych Część VIII. Badanie cech uŝytkowych materiałów narzędziowych

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPÓW ŻELAZA WYŻARZANIE 1. POJĘCIA PODSTAWOWE 2. PRZEMIANY PRZY NAGRZEWANIU I POWOLNYM CHŁODZENIU STALI 3.

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

ANALIZA WPŁYWU SZYBKOŚCI CHŁODZENIA NA STRUKTURĘ I WŁASNOŚCI STALIWA L21HMF PO REGENERUJĄCEJ OBRÓBCE CIEPLNEJ

ZMĘCZENIE CIEPLNE STALIWA CHROMOWEGO I CHROMOWO-NIKLOWEGO

ĆWICZENIE Nr 8. Laboratorium InŜynierii Materiałowej. Opracowali: dr inŝ. Krzysztof Pałka dr Hanna Stupnicka

WPŁYW AZOTU NA STRUKTURĘ, TWARDOŚĆ I ZUŻYCIE ŚCIERNE ŻELIWA CHROMOWEGO

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. II. Przemiany austenitu przechłodzonego

WPŁYW TEMPERATURY WYŻARZANIA NA WIELKOŚĆ ZIARNA

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI STALI TYPU MARAGING

Temperatura w obróbce plastycznej stopowych stali narzędziowych

ROZKŁAD TWARDOŚCI I MIKROTWARDOŚCI OSNOWY ŻELIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE NA PRZEKROJU MODELOWEGO ODLEWU

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

Stale niestopowe jakościowe Stale niestopowe specjalne

HARTOWANIE I ODPUSZCZANIE WALCOWANEGO NA GORĄCO ŻELIWA SFEROIDALNEGO

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

TWARDOŚĆ, UDARNOŚĆ I ZUŻYCIE EROZYJNE STALIWA CHROMOWEGO

OBRÓBKA CIEPLNA. opracował dr inż. Stanisław Rymkiewicz

ĆWICZENIE NR 39 * KRUCHOŚĆ ODPUSZCZANIA STALI

WĘGLOAZOTOWANIE JAKO ELEMENT OBRÓBKI CIEPLNEJ DLA ŻELIWA ADI

BADANIA STRUKTURALNE MECHANIZMU ODKSZTAŁCENIA NA ZIMNO STALI PRZEZ ZGNIATANIE OBROTOWE

WARSTWY WĘGLIKOWE WYTWARZANE W PROCESIE CHROMOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA POWIERZCHNI STALI POKRYTEJ STOPAMI NIKLU Z PIERWIASTKAMI WĘGLIKOTWÓRCZYMI

Mikrostruktura i właściwości stali HS poddanej procesowi wymrażania kriogenicznego

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA STRUKTURĘ, WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I ODPORNOŚĆ KOROZYJNĄ STALI MARTENZYTYCZNEJ X5CrNiCuNb16-4

Wykład 9 Obróbka cieplna zwykła

ZMIANA SKŁADU CHEMICZNEGO, TWARDOŚCI I MIKROSTRUKTURY NA PRZEKROJU POPRZECZNYM BIMETALOWYCH, ŻELIWNYCH WALCÓW HUTNICZYCH

Wymrażanie i azotowanie stali narzędziowych

OBRÓBKA CIEPLNA STALIWA Cr Mo V PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI STALI NARZĘDZIOWYCH NADTAPIANYCH LASEREM CO 2

Obróbka cieplna stali

PL B1 (13) B1. (51) IntCl6: C23C 8/26. (54) Sposób obróbki cieplno-chemicznej części ze stali nierdzewnej

Stale narzędziowe - stopy przeznaczone na narzędzia tj. przedmioty służące do: rozdzielania i rozdrabniania materiałów nadawania kształtu przez

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ NA SIŁĘ CIĘCIA I SIŁĘ ŚCISKANIA ZIEMNIAKÓW

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE POWŁOK ELEKTROLITYCZNYCH ZE STOPÓW NIKLU PO OBRÓBCE CIEPLNEJ

BADANIE WPŁYWU TEMPERATURY HARTOWANIA NA UDZIAŁ AUSTENITU W OSNOWIE ŻELIWA ADI

6. OBRÓBKA CIEPLNO - PLASTYCZNA

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

Mikrostruktura, struktura magnetyczna oraz właściwości magnetyczne amorficznych i częściowo skrystalizowanych stopów Fe, Co i Ni

WPŁYW OBRÓBKI TERMICZNEJ ZIEMNIAKÓW NA PRĘDKOŚĆ PROPAGACJI FAL ULTRADŹWIĘKOWYCH

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK9

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

Kinetyka przemian fazowych przy odpuszczaniu stali Ni-Cr-Mo zawierających 0,10 1,21 % węgla

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

PROCEDURY POMIARÓW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH, MATERIAŁOWYCH I SZYBKOŚCI ZUśYCIA KOMBAJNOWYCH NOśY STYCZNO-OBROTOWYCH

Zespół Szkół Samochodowych

4. Wyniki bada uzupełniaj cych własno ci stali szybkotn cych

WPŁYW PROCESU TARCIA NA ZMIANĘ MIKROTWARDOŚCI WARSTWY WIERZCHNIEJ MATERIAŁÓW POLIMEROWYCH

MECHANIKA KOROZJI DWUFAZOWEGO STOPU TYTANU W ŚRODOWISKU HCl. CORROSION OF TWO PHASE TI ALLOY IN HCl ENVIRONMENT

WPŁYW DODATKU MANGANU NA STRUKTURĘ I WŁAŚCIWOŚCI SPIEKÓW Fe-Cr-Mo

SILUMIN NADEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

WPŁYW ODKSZTAŁCENIA NA ZIMNO I OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ TAŚM PRZEZNACZONYCH NA PIŁY TAŚMOWE

MATEMATYCZNY MODEL PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

L: 250 mm L: 500 mm C Si Mn P S Cr W 2,0-2,3 0,1-0,4 0,3-0,6 0-0,03 0-0,03 11,0-13,0 0,6-0,8

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

MONITOROWANIE PRODUKCJI I KONTROLA JAKOŚCI STALIWA ZA POMOCĄ PROGRAMU KOMPUTEROWEGO

BADANIA STRUKTURY POŁĄCZEŃ SPAWANYCH PRZY WYKORZYSTANIU TRANSMISYJNEGO MIKROSKOPU ELEKTRONOWEGO (TEM)

ZASTOSOWANIE METODY ATD DO JAKOŚCIOWEJ OCENY STALIWA CHROMOWEGO PRZEZNACZONEGO NA WYKŁADZINY MŁYNÓW CEMENTOWYCH

STALE NARZĘDZIOWE (opracowanie dr Maria Głowacka) I. Ogólna charakterystyka Wysoka twardość Odporność na zużycie ścierne Odpowiednia hartowność

Odpuszczanie (tempering)

STALE STOPOWE KONSTRUKCYJNE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Nauka o materiałach III

BOROAZOTOWANIE STALI 42CrMo4

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTW DUPLEX WYTWARZANYCH W PROCESIE TYTANOWANIA PRÓŻNIOWEGO NA STALI NARZĘDZIOWEJ POKRYTEJ STOPEM NIKLU

SILUMIN OKOŁOEUTEKTYCZNY Z DODATKAMI Cr, Mo, W i Co

ZMIANY SKŁADU FAZOWEGO STALI SZYBKOTNĄCYCH PO OBRÓBCE LASEROWEJ. ul. Reymonta 25, Kraków

BADANIA PORÓWNAWCZE ODPORNOŚCI NA ZUŻYCIE PRZEZ TARCIE AZOTOWANYCH I NAWĘGLANYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH

Transkrypt:

Obróbka Plastyczna Metali t. XVIII nr 2 (2007) Dr inŝ. Beata PACHUTKO Instytut Obróbki Plastycznej, Poznań Zastosowanie metody prądów wirowych w badaniach struktury obrobionej cieplnie stali Application of the eddy current method in the investigation of heat treated steel Streszczenie W artykule przedstawiono wyniki oceny zmian struktury stali, obrobionej cieplnie w róŝnych warunkach tzn. hartowanej z temperatury 1020 i 1150 C oraz odpuszczonej po hartowaniu w zakresie temperatury 1 575 C, na podstawie badań metodą prądów wirowych przy częstotliwości prądu magnesującego 0,5 khz (przyrząd Wirotest 03) i 50 khz (przyrząd Wirotest 301). Strukturę próbek dokumentowano za pomocą mikroskopu świetlnego ECLIPSE L150 oraz mikroskopu skaningowego VEGA TC - dla wybranych próbek. Zawartość austenitu szczątkowego określono metodą rentgenowską. Wskazania przyrządów wiroprądowych odniesiono do zmian twardości HRC próbek hartowanych z obu temperatur i odpuszczonych oraz zmian zawartości austenitu szczątkowego próbek hartowanych z wyŝszej temperatury i odpuszczonych. W badaniach stwierdzono liniowy charakter zmian wskazań przyrządu wiroprądowego (przy częstotliwości 50 khz) od zawartości austenitu szczątkowego w próbkach hartowanych z temperatury 1150 C i odpuszczonych w zakresie temperatury 1 575 C. Pozwala to rekomendować metodę prądów wirowych do określania zawartości austenitu szczątkowego w stalach narzędziowych. Abstract The work presents the results of the assessment of structure changes of steel as heat treated under various conditions, i.e. quenched from 1020 and 1150 ºC and tempered after quenching within the temperature range of 1 575 ºC, based on the investigation by the eddy current method with the magnetizing current frequency of 0.5 khz (Wirotest 03 device) and 50 khz (Wirotest 301 device). The structure of the samples has been recorded by means of an ECLIPSE L 150 optical microscope and a VEGA TC scanning Microscope for selected samples. The content of retained austenite has been determined by the x-ray method. The indications of the eddy current devices have been related to the changes of the HRC hardness of the samples quenched from both temperatures and tempered, as well as to the changes of the retained austenite content of the samples quenched from the higher temperature and tempered. Practical application of the eddy current method for quality assessment of the investigated steel structure can generate some difficulties only in the case of samples in which the effect of secondary hardness takes place during tempering. The investigation has shown linear character of the eddy current device indication changes (at the frequency of 50 khz) depending on the content of retained austenite in the samples quenched from 1150 ºC and tempered within the range of 1 575 ºC. This allows us to recommend the eddy current method for determining the retained austenite content in tool steels. Słowa kluczowe: struktura, stal narzędziowa, obróbka cieplna, metoda prądów wirowych Key words: structure, tool steel, heat treatment, eddy current method 1. WSTĘP Badania przedstawione w artykule są kontynuacją badań opisanych w pracy [1]. Pomimo pewnych problemów, związanych z oceną struktury stopowych stali konstrukcyjnych metodą prądów wirowych, zdecydowano się na podobne badania stopowej stali narzędziowej do pracy na zimno (odpowiednik X153CrMoV12 wg normy PN-EN ISO

34 B. Pachutko 4957:2004 Stale narzędziowe ). Poszukiwano nieniszczącej metody oceny efektów obróbki cieplnej ledeburytycznej stali narzędziowej o martenzytycznej strukturze osnowy po hartowaniu. Metody niszczące powszechnie stosowane, jak mikroskopia świetlna mogą nie dostarczać wystarczających informacji o przeprowadzonym procesie hartowania lub odpuszczania stali, co jest szczególnie waŝne, gdy podlegają one dalszej obróbce cieplnochemicznej. Pewne doświadczenia dotyczące oceny grubości warstw azotowanych na stalach narzędziowych, za pomocą prądów wirowych, opisano w pracy [2]. Niewystarczające są teŝ dane literaturowe dotyczące nieniszczących metod oceny jakości stali narzędziowych po obróbce cieplnej. Wybór stali podyktowany był du- Ŝym zakresem jej stosowania zarówno na narzędzia tnące (np. wykrojniki, obcinaki, noŝe), jak i narzędzia do wyciskania metali na zimno. Innym aspektem wyboru był fakt, Ŝe w wyniku hartowania tej stali z temperatury powyŝej 1150 C moŝna uzyskać materiał nieferromagnetyczny o strukturze zawierającej austenit szczątkowy i nierozpuszczone podczas austenityzowania węgliki stopowe. 2. BADANY MATERIAŁ I METODYKA BADAŃ Materiał Badania przeprowadzono na prętach o średnicy φ 25,5 mm ze stali, której skład chemiczny zamieszczono w tablicy 1. Tablica 1. Skład chemiczny stali Table 1. Chemical composition of steel Materiał Skład chemiczny, % C Si Mn P S Cr Mo V 1,50 0,28 0,26 0,024 0,015 11,43 0,68 0,94 Z pręta pobrano próbki: - walcowe o wymiarach φ24 15 mm do badań za pomocą prądów wirowych, - prostopadłościenne o wymiarach 13 15 8 mm do badań mikroskopowych. Obróbka cieplna Przeprowadzono 2 warianty obróbki cieplnej próbek w celu uzyskania materiału wyraźnie róŝniącego się strukturą i twardością. Wariant I polegał na podgrzaniu próbek w soli w temperaturze 570 C, ich austenityzowaniu w soli w temperaturze 1020±10 C w czasie 20 min - dla próbek walcowych i 12 min - dla próbek prostopadłościennych oraz chłodzeniu w oleju. Próbki, wg wariantu II, podgrzewano dwustopniowo w soli w temperaturach 570 C i 900 C, austenityzowano w soli w temperaturze 1150±10 C w czasie 15 min - dla próbek walcowych i 6 min - dla próbek prostopadłościennych oraz chłodzono w oleju. Czas austenityzowania próbek dla kaŝdego wariantu dobrano tak, aby ilość nierozpuszczonych węglików i wielkość ziaren była zbliŝona. Próbki zahartowane odpuszczano w temperaturze: 1, 220, 250, 300, 350, 400, 450, 475, 500, 525 i 575 C w czasie 2 godzin. Pomiary twardości Pomiary twardości metodą Rockwella HRC wykonano na próbkach zahartowanych po austenityzowaniu wg obu wariantów i odpuszczonych w zakresie temperatury 1 575 C, zgodnie z normą PN-EN ISO 6508-1:2006(U). W badaniach zastosowano twardościomierz FR-3ATL (Future Tech Corp.). Badania strukturalne Obserwacje przekrojów wzdłuŝnych próbek za pomocą mikroskopu świetlnego ECLIPSE L150 (Nikon) przeprowadzono w celu oceny struktury próbek w stanie dostawy hutniczej oraz po obróbce cieplnej. Próbki trawiono alkoholowym roztworem kwasów pikrynowego i solnego. Badania za pomocą mikroskopu skaningowego VEGA TC (TESCAN) wykonano na wybranych próbkach obserwowanych uprzednio za pomocą mikroskopu świetlnego. Badania zawartości austenitu szczątkowego w próbkach hartowanych i odpuszczonych przeprowadzono metodą rentgenowską za pomocą zmodernizowanego dyfraktometru Kristalloflex 4 (Siemens) przy uŝyciu promieniowania MoKα.

Zastosowanie metody prądów wirowych w badaniach struktury... 35 Badania za pomocą prądów wirowych Badania próbek hartowanych i odpuszczonych po austenityzowaniu w temperaturze 1020 C wykonano za pomocą przyrządu Wirotest 03 przy częstotliwości prądu magnesowania wynoszącej 0,5 khz. W przypadku próbek obrobionych cieplnie wg wariantu z temperaturą austenityzowania 1150 C zastosowano przyrząd Wirotest 301 i czujnik o częstotliwości prądu magnesującego 50 khz. Badania te miały wykazać wpływ zmian strukturalnych w próbkach spowodowanych zmianą temperatury austenityzowania i odpuszczania na własności elektromagnetyczne próbek. 3. WYNIKI BADAŃ Wyniki pomiarów twardości Rockwella próbek hartowanych z temperatury 1020 C lub 1150 C oraz odpuszczonych w zakresie temperatury 1 575 ºC podano graficznie na rys. 1 i 2. Średnia twardość HRC 66 64 62 58 56 54 52 Temp. aust. 1020 o C 50 0 50 150 200 250 300 350 400 450 500 550 0 Temperatura odpuszczania, o C Rys. 1. Wpływ temperatury odpuszczania na twardość HRC próbek ze stali austenityzowanych w temperaturze 1020 C i odpuszczonych Fig. 1. The influence of the tempering temperature on the HRC hardness of steel samples austenitized at 1020 ºC and tempered próbek zahartowanych i odpuszczonych 35 w temperaturach: 300, 450 i 550 ºC, które zamieszczono na rys. 4 i 5. Średnia twardość HRC 55 53 51 49 47 45 43 41 39 37 35 Temp. aust. 1150 o C 0 50 150 200 250 300 350 400 450 500 550 0 Temperatura odpuszczania, o C Rys. 2. Wpływ temperatury odpuszczania na twardość HRC próbek ze stali austenityzowanych w temperaturze 1150 C i odpuszczonych Fig. 2. The influence of the tempering temperature on the HRC hardness of steel samples austenitized at 1150 ºC and tempered Wyniki badań struktury za pomocą mikroskopu świetlnego wybranych próbek ze stali austenityzowanych w temperaturze 1150 C i odpuszczonych w temperaturze 1, 475 i 575 C, pokazano na rys. 6. Struktury próbki zahartowanej i odpuszczonej w najwyŝszej temperaturze 575 o C obserwowane za pomocą mikroskopu skaningowego pokazano na rys. 7 i 8. Wyniki badania zawartości austenitu szczątkowego w wybranych próbkach hartowanych z temperatury 1020 C i odpuszczonych w temperaturze 1, 300 lub 500 C podano w tablicy 2. Na rys. 9 przedstawiono zaleŝność zawartości austenitu szczątkowego od temperatury odpuszczania próbek zahartowanych z temperatury 1150 C. Wyniki badań struktury za pomocą mikroskopu świetlnego wybranych próbek ze stali : w stanie dostawy hutniczej, hartowanych z temperatury 1020 C oraz hartowanych z tej temperatury i odpuszczonych w temperaturze 550 ºC przedstawiono na rys. 3. Uzupełnieniem tych badań są wyniki obserwacji za pomocą mikroskopu skaningowego, struktury

B. Pachutko 36 Stal Stan dostawy hutniczej hartowanie z temperatury 1020 C 1020 C/ 1 C 1020 C/ 450 C 1020 C/ 550 C Rys. 3. Struktury próbek ze stali w stanie dostawy hutniczej i po obróbce cieplnej: temperatura austenityzowania 1020 C, temperatura odpuszczania 1, 450, 550 C Mikroskop świetlny Fig. 3. Structures of steel samples as delivered by the steelworks and after heat treatment: austenitizing temperature 1020 ºC, tempering temperature within 1, 450, 550 ºC - Optical microscope

Zastosowanie metody prądów wirowych w badaniach struktury... Stal hartowanie z temperatury 1020 C 1020 C/ 300 C Rys. 4. Struktury próbek ze stali po obróbce cieplnej: temperatura austenityzowania 1020 C, temperatura odpuszczania 300 C - Mikroskop skaningowy WEGA TC (TESCAN) Fig. 4. Structures of steel samples after heat treatment: austenitizing temperature 1020 ºC, tempering temperature 300 ºC Scanning microscope WEGA TC (TESCAN) Stal 1020 C/ 450 C 1020 C/ 550 C Rys. 5. Struktury próbek ze stali po obróbce cieplnej: temperatura austenityzowania 1020 C, temperatura odpuszczania 450 i 550 C - Mikroskop skaningowy WEGA TC (TESCAN) Fig. 5. Structures of steel samples after heat treatment: austenitizing temperature 1020 ºC, tempering temperature within 450 and 550 ºC Scanning microscope WEGA TC (TESCAN) 37

B. Pachutko 38 Stal hartowanie z temperatury 1150 C 1150 C/ 1 C 1150 C/ 475 C 1150 C/ 575 C Rys. 6. Struktury próbek ze stali po obróbce cieplnej: temperatura austenityzowania 1150 C, temperatura odpuszczania 1, 475, 575 C - Mikroskop świetlny Fig. 6. Structures of steel samples after heat treatment: austenitizing temperature 1150 ºC, tempering temperature within 1, 475, 575 ºC - Optical microscope Stal hartowanie z temperatury 1150 C 1150 C/ 575 C Rys. 7. Struktury próbek ze stali po obróbce cieplnej: temperatura austenityzowania 1150 C, temperatura odpuszczania 575 C - Mikroskop skaningowy Fig. 7. Structures of steel samples after heat treatment: austenitizing temperature 1150 ºC, tempering temperature 575 ºC Scanning microscope

Zastosowanie metody prądów wirowych w badaniach struktury... 39 95 Zawartość Aszcz, % 90 85 75 70 Temp. aust. 1150 o C 65 0 50 150 200 250 300 350 400 450 500 550 0 Temperatura odpuszczania o C Rys. 9. Wpływ temperatury odpuszczania na zawartość austenitu szczątkowego w próbkach ze stali hartowanej z temperatury 1150 C Fig. 9. The influence of the tempering temperature on the retained austenite content in steel samples quenched from 1150 ºC Rys. 8. Struktura próbki ze stali po obróbce cieplnej: temperatura austenityzowania 1150 C, temperatura odpuszczania 575 C - Mikroskop skaningowy WEGA TC (TESCAN) Fig. 8. Structure of an steel sample after heat treatment: austenitizing temperature 1150 ºC, tempering temperature within 1 575 ºC - Scanning microscope WEGA TC (TESCAN) Tablica 2. Zawartość austenitu szczątkowego w próbkach ze stali po obróbce cieplnej: temperatura austenityzowania 1020 C, temperatura odpuszczania: 1, 300 i 500 C Table 2. Retained austenite content in steel samples after heat treatment: austenitizing temperature 1020 º, tempering temperature 1, 300 and 500 ºC Temperatura austenityzowania/ temperatura odpuszczania, C Średnia zawartość austenitu szczątkowego, % 1020/- 6,9 1020/ 1 7,8 1020/ 300 5,8 1020/ 500 0,2 Wyniki badań metodą prądów wirowych określające zaleŝność wskazań przyrządów Wirotest 03 i Wirotest 301 od warunków obróbki cieplnej próbek ze stali podano graficznie na rys. 10 i 11. Średnie wskazanie przyrządu, działki. 150 140 130 120 110 90 70 50 40 30 20 10 0 Temp. aust. 1020 o C Częstotliwość 0,5 khz 0 50 150 200 250 300 350 400 450 500 550 0 Temperatura odpuszczania, o C Rys. 10. Wpływ temperatury odpuszczania próbek ze stali hartowanej z temperatury 1020 C na wskazania przyrządu Wirotest 03 Fig. 10. The influence steel sample the temperature of tempering steel samples quenched from 1020 ºC on the indications of the Wirotest 03 device

40 B. Pachutko Wskazanie przyrządu, działki. 120 40 20 0-20 -40 - - - -120-140 Temp. aust. 1150 o C Częstotliwość 50 khz 0 50 150 200 250 300 350 400 450 500 550 0 Temperatura odpuszczania o C Rys. 11. Wpływ temperatury odpuszczania próbek ze stali hartowanej z temperatury 1150 C na wskazania przyrządu Wirotest 301 Fig. 11. The influence steel sample the temperature of tempering steel samples quenched from 1150 ºC on the indications of the Wirotest 03 device ZaleŜność wskazań przyrządu Wirotest 03 od twardości HRC próbek hartowanych z temperatury 1020 C i odpuszczonych w zakresie temperatury 1 550 C przedstawia rys. 12. Średnie wskazanie przyrządu, działki. 150 140 130 120 110 90 70 50 40 30 20 10 0 2 52 53 54 55 56 57 58 59 61 62 63 64 65 Twardość HRC 1 Temp. austenit. 1020 o C Temp. odp. 1 550 C Częstotliwość 0,5 khz Rys. 12. Wpływ twardości HRC próbek ze stali hartowanej z temperatury 1020 C i odpuszczonej w zakresie temperatury 1 550 C na wskazania przyrządu Wirotest 03 Fig. 12. The influence of HRC hardness of steel samples quenched from 1020 ºC and tempered within 1 550 ºC on the indications of the Wirotest 03 device ZaleŜność przedstawioną na rys. 12 najlepiej opisują: Równanie 1: y = 0,352x 3-65,15x 2 + 4019x - 82483, współczynnik R 2 = 0,75 Równanie 2: y = 9,38x - 508, współczynnik R 2 = 0,98 ZaleŜność wskazań przyrządu Wirotest 301 od twardości HRC próbek hartowanych z temperatury 1150 C i odpuszczonych w zakresie temperatury 1 575 C przedstawia rys. 13. Wskazanie przyrządu, działki. 120 40 20 0-20 -40 - - - -120-140 Temp. aust. 1150 o C Temp. odp. 1 575 C Częstotliwość 50 khz 38 40 42 44 46 48 50 52 54 Średnia twardość HRC Rys. 13. Wpływ twardości HRC próbek ze stali hartowanej z temperatury 1150 C i odpuszczonej w zakresie temperatury 1 575 C na wskazania przyrządu Wirotest 301 Fig. 13. The influence of HRC hardness of steel samples quenched from 1150 ºC and tempered within 1 575ºC on the indications of the Wirotest 301 device ZaleŜność pokazaną na rys. 13 najlepiej opisuje równanie: Równanie 3: y = 0,156x 3-20,15x 2 + 870,7x - 12667, współczynnik R 2 = 0,996 Związek między wskazaniami przyrządu Wirotest 301 a zawartością austenitu szczątkowego w próbkach hartowanych z temperatury 1150 C i odpuszczonych w zakresie temperatury 1 575 C przedstawiono na rys. 14. Wskazanie przyrządu, działki. 120 40 20 0-20 -40 - - - -120-140 4 Temp. aust. 1150 o C Temp. odp. 1 575 o C Częstotliwość 50 khz 65 70 75 85 90 95 Zawartość Aszcz, % Rys. 14. Wpływ zawartości austenitu szczątkowego w próbkach ze stali hartowanej z temperatury 1150 C i odpuszczonej w zakresie temperatury 1 575 C na wskazania przyrządu Wirotest 301 Fig. 14. The influence of the retained austenite content in the samples of steel quenched from 1150 ºC and tempered within 1 575ºC on the indications of the Wirotest 301 device 3

Zastosowanie metody prądów wirowych w badaniach struktury... 41 Związek ten moŝna opisać regresją liniową o postaci: Równanie 4: y = -8,77x + 701,4, współczynnik R 2 = 0,959 4. OMÓWIENIE WYNIKÓW BADAŃ W wyniku hartowania z dwu temperatur 1020 o C i 1150 o C stali, która w stanie dostawy po wyŝarzeniu zmiękczającym charakteryzowała się pasmowym rozłoŝeniem węglików pierwotnych w osnowie ferrytycznej (rys. 3), wg obu wariantów, otrzymano materiał róŝniący się strukturą i własnościami elektromagnetycznymi. 4.1. Hartowanie z temperatury 1020 o C Strukturę próbek hartowanych z temperatury 1020 C stanowił martenzyt z austenitem szczątkowym, węglikami pierwotnymi i wtórnymi, które nie uległy rozpuszczeniu podczas austenityzowania (rys. 3 i 4). Twardość próbek wynosiła ok. 65 HRC (rys. 1). Zawartość austenitu szczątkowego wyniosła ok. 7 % (tablica 2). Odpuszczanie próbek w zakresie temperatury 1 450 C powoduje obniŝenie twardości do ok. 57,6 HRC, co wg [3, 4] naleŝy tłumaczyć rozkładem martenzytu i wydzielaniem najpierw węglika ε, następnie jego rozpuszczeniem i wydzielaniem cementytu stopowego. Zwiększenie temperatury odpuszczania powyŝej 475 C do 500 C powoduje przemianę austenitu szczątkowego. W tym zakresie temperatury następuje wg [1, 2] przemiana cementytu stopowego w węglik stopowy M 7 C 3 i niezaleŝne zarodkowanie tych węglików, co przejawia się niewielkim wzrostem twardości. Stwierdzono zwiększenie twardości próbek do ok. 58,4 HRC. Dalsze zwiększenie temperatury odpuszczania do 550 C powoduje spadek twardości stali wskutek ciągłego wydzielania dyspersyjnych węglików stopowych. Badania struktury za pomocą mikroskopu świetlnego nie wykazały istotnych róŝnic między próbkami odpuszczonymi w zakresie temperatury 1 550 C (rys. 3). Obserwacje mikroskopowe za pomocą mikroskopu elektronowego przy powiększeniu ok. 13 tysięcy razy wykazały róŝnice w intensywności wydzieleń węglików stopowych między próbkami odpuszczonymi w temperaturach 300 C a 450 C (rys. 4 i 5). Struktury próbek odpuszczonych w temperaturze 450 C i 550 C dyskretnie się róŝnią. W temperaturze 550 C rozpoczyna się proces koagulacji węglików stopowych. Zmiany wskazań przyrządu Wirotest 03 przy częstotliwości 0,5 khz w funkcji temperatury odpuszczania pokazane na rys. 10 mają monotoniczny malejący przebieg do temperatury ok. 475 C. Odpuszczanie próbek w temperaturze powyŝej 475 C powoduje silny spadek wskazań przyrządu wiroprądowego. Przenikalność magnetyczna stali zwiększa się ze wzrostem temperatury odpuszczania do 550 C. Skokowe zwiększenie przenikalności magnetycznej występuje w temperaturze przemiany austenitu szczątkowego i wydzielania węglików stopowych, co powoduje nieznaczny wzrost twardości stali. Korzystanie z wykresu zaleŝności wskazań przyrządu Wirotest 03 od twardości HRC próbek, który pokazano na rys. 12 jest utrudnione, poniewaŝ próbki o zbliŝonej twardości mają róŝne własności elektromagnetyczne np. odpuszczone w temperaturach 250 C i 500 C. Ocenę zmian struktury próbek odpuszczonych lepiej jest wykonywać na podstawie zaleŝności przedstawionej na rys. 10. 4.2. Hartowanie z temperatury 1150 o C W wyniku hartowania stali z temperatury 1150 C uzyskano materiał o drobnych ziarnach składający się z austenitu szczątkowego i nierozpuszczonych węglików pierwotnych, o udziale 89±5% austenitu w strukturze (rys. 13). Podobne, co do wielkości udziały austenitu szczątkowego ok. 96 % i 98 % otrzymano po hartowaniu z tej temperatury stali o składzie chemicznym zbliŝonym do badanego [5, 6]. Odpuszczanie tej stali w zakresie temperatury 1 500 C powoduje niewielki wzrost twardości o ok. 2,5 HRC (rys. 2). Dalsze zwiększanie temperatury odpuszczania w zakresie 525 575 C powoduje wzrost twardości od ok. 44 do ok. 53 HRC i zmniejszenie zawartości austenitu szczątkowego do ok. 70%. Badania struktury za pomo-

42 B. Pachutko cą mikroskopu świetlnego, przedstawione na rys. 6 wykazały, Ŝe związane jest to z przemianą austenitu szczątkowego. Produktem przemiany austenitu szczątkowego jest bainit dolny, co wykazały badania struktury próbki odpuszczonej w temperaturze 575 C, za pomocą mikroskopu skaningowego przy powiększeniu ok. 34 tysięcy razy (rys. 8). Uprzywilejowanym miejscem przemiany austenitu okazały się obszary przy granicach ziaren. ZaleŜność wskazań przyrządu Wirotest 301 przy częstotliwości 50 khz od temperatury odpuszczania próbek po ich hartowaniu z temperatury 1150 C (rys. 11) ma charakter zbliŝony do zmian twardości próbek w funkcji temperatury odpuszczania. Świadczy to o tym, Ŝe metoda prądów wirowych jest bardzo czuła na zmiany struktury próbek wywołane przemianą austenitu szczątkowego nieferromagnetyczna faza γ ulega przemianie w ferromagnetyczną fazę α z wydzieleniem dyspersyjnych węglików. Zwiększanie udziału bainitu dolnego w strukturze powoduje teŝ wyraźny wzrost twardości stali. Trudność w aplikacji metody sprawia jedynie fakt, Ŝe zaleŝność wskazań przyrządu Wirotest 301 w funkcji twardości HRC próbek (rys. 13) nie jest prostoliniowa. Regresję taką wykazuje zaleŝność wskazań przyrządu wiroprądowego od udziału austenitu szczątkowego w strukturze. Przedstawiono ją na rys. 14. Współczynniki R 2 obu badanych zaleŝności są duŝe. 5. WNIOSKI 1. Ocena zmian struktury stali o martenzytycznej osnowie i odpuszczanej w szerokim zakresie temperatury, na podstawie kontroli twardości metodą prądów wirowych, jest niejednoznaczna. W przypadku obszaru wystąpienia efektu twardości wtórnej moŝna otrzymać materiał o podobnej twardości, ale o róŝnych własnościach elektromagnetycznych. 2. Metodę prądów wirowych moŝna rekomendować do badania zmian struktury odpuszczanej stali o austenitycznej osnowie. ZaleŜność zmian wskazań przyrządu wiroprądowego Wirotest 301 (częstotliwość prądu magnesującego 50 khz) od udziału austenitu szczątkowego w strukturze jest prostoliniowa. Pracę zrealizowano w ramach działalności statutowej finansowanej przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa WyŜszego: BM 901 14 002 - Zastosowanie metody prądów wirowych w badaniach zmian struktury stali po obróbce cieplnej. LITERATURA [1] B. Pachutko: Ocena struktury ulepszonych cieplnie stali 36HNM i 38HMJ metodą prądów wirowych. Obróbka Plastyczna Metali 2006 nr 1 s. 41-50. [2] B. Pachutko: Kontrola grubości warstw azotowanych na stalach narzędziowych, metodą prądów wirowych. Obróbka Plastyczna Metali 1999 nr 2 s. 17-26. [3] L. Dobrzański, E. Hajduczek, J. Marciniak, R. Nowosielski: Metaloznawstwo i obróbka cieplna materiałów narzędziowych. WNT, Warszawa 1990. [4] L. Berkowski: Wpływ struktury na skutki azotowania chromowych stali ledeburytycznych. Część 1: Informacje o materiale badań. Obróbka Plastyczna Metali 2005 nr 5 s. 5-15. [5] J. Borowski: Wpływ stanu strukturalnego hartowanej stali na skutki krótkookresowego azotowania. Rozprawa doktorska Politechnika Poznańska. Poznań 2002. [6] A. E. Pavaras, R. P. Gabšjavičjute: Ostatočnyj austenit v instrumentalnoj stali. Metallovedenie i Termičeskaja Obrabotka Metallov 1981 nr 8 s. 31-34.