Adam PŁACHTA, Dariusz KUC, Grzegorz NIEWIELSKI. Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katowice

Podobne dokumenty
OPRACOWANIE ZALECEŃ TECHNOLOGICZNYCH DO WALCOWANIA BLACH W LPS NA PODSTAWIE WYNIKÓW Z SYMULACJI NUMERYCZNYCH I FIZYCZNYCH

WPŁYW PARAMETRÓW OBRÓBKI CIEPLNEJ TAŚM ZE STALI X6CR17 NA ICH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE I STRUKTURĘ

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

FIZYCZNE SYMULACJE WALCOWANIA BLACH ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ ULTRADROBNOZIARNISTEJ Z ZASTOSOWANIEM URZĄDZENIA GLEEBLE 3800

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

Nowoczesne stale bainityczne

Technologie Materiałowe II Wykład 2 Technologia wyżarzania stali

ANDRZEJ GONTARZ, ANNA DZIUBIŃSKA

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

OPRACOWANIE PODSTAW PRZEMYSŁOWEJ TECHNOLOGII WYTWARZANIA BLACH ZE STALI KONSTRUKCYJNEJ WIELOFAZOWEJ Z ZASTOSOWANIEM METODY PÓŁPRZEMYSŁOWEJ SYMULACJI

6. OBRÓBKA CIEPLNO - PLASTYCZNA

SYMULACJA TŁOCZENIA ZAKRYWEK KORONKOWYCH SIMULATION OF CROWN CLOSURES FORMING

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

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

Jarosław MARCISZ, Bogdan GARBARZ, Mariusz ADAMCZYK. Instytut Metalurgii Żelaza im. St. Staszica

WPŁYW SZYBKOŚCI STYGNIĘCIA NA WŁASNOŚCI TERMOFIZYCZNE STALIWA W STANIE STAŁYM

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

TEMAT PRACY DOKTORSKIEJ

WPŁYW TEMPERATURY HARTOWANIA NA MIKROSTRUKTURĘ I WŁASNOŚCI MECHANICZNE STALI DP

Mechanika i wytrzymałość materiałów instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

NOWY GATUNEK STALI KONSTRUKCYJNEJ Z DODATKIEM STOPOWYM 3% Al WYKAZUJĄCY ZWIĘKSZONĄ ODPORNOŚĆ MECHANICZNĄ NA ODDZIAŁYWANIE CIEPLNE W WARUNKACH POŻARU

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

FIZYCZNE SYMULACJE PROCESU KONTROLOWANEGO WALCOWANIA PRĘTÓW Z EKSPERYMENTALNEJ SUPERDROBNOZIARNISTEJ STALI KONSTRUKCYJNEJ

5. Wyniki badań i ich omówienie

Mikrostruktura i właściwości mechaniczne wysokostopowych stali Mn-Al typu duplex

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

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

Zaawansowane stale wysokowytrzymałe dla przemysłu motoryzacyjnego - geneza, cykl wytwarzania, właściwości mechaniczne i użytkowe. R.

Badania wytrzymałościowe

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

Inżynieria materiałowa : stal / Marek Blicharski. wyd. 2 zm. i rozsz. - 1 dodr. (PWN). Warszawa, Spis treści. Wstęp 11

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

WPŁYW MIKROSTRUKTURY NA WYBRANE WŁAŚCIWOŚCI NOWOCZESNYCH STALI KONSTRUKCYJNYCH AHSS

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

WPŁYW WIELKOŚCI WYDZIELEŃ GRAFITU NA WYTRZYMAŁOŚĆ ŻELIWA SFEROIDALNEGO NA ROZCIĄGANIE

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

Porównanie własności mechanicznych i trwałości zmęczeniowej drutów z niskowęglowej stali TRIP z drutami ze stali D45

BADANIA ŻELIWA CHROMOWEGO NA DYLATOMETRZE ODLEWNICZYM DO-01/P.Śl.

WIELOMIANOWE MODELE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH STOPÓW ALUMINIUM

WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA WŁASNOŚCI STOPU ALUMINIUM KRZEM O NADEUTEKTYCZNYM SKŁADZIE

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 4

BADANIE WPŁYWU PARAMETRÓW PROFILU TEMPERATUROWEGO DLA PROCESU WYŻARZANIA CIĄGŁEGO NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE BLACH CIENKICH ZE STALI DP

Stochastic modelling of phase transformations using HPC infrastructure

BADANIA URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH ELEMENTEM SYSTEMU BIEŻĄCEJ OCENY ICH STANU TECHNICZNEGO I PROGNOZOWANIA TRWAŁOŚCI

WPŁYW WANADU I MOLIBDENU ORAZ OBRÓBKI CIEPLNEJ STALIWA Mn-Ni DLA UZYSKANIA GRANICY PLASTYCZNOŚCI POWYŻEJ 850 MPa

ZAPYTANIE OFERTOWE. Alchemia S.A. Oddział Walcownia Rur Andrzej, ul. Lubliniecka 12, Zawadzkie

Wytrzymałość Materiałów

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

Politechnika Białostocka

Fizyczne modelowanie walcowania normalizującego blach grubych ze stali S355J2G3

PARAMETRY EUTEKTYCZNOŚCI ŻELIWA CHROMOWEGO Z DODATKAMI STOPOWYMI Ni, Mo, V i B

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

Obróbka cieplna stali

Obróbka cieplna stali

TERMITOWA SPAWALNOŚĆ BAINITYCZNYCH STALI SZYNOWYCH (NA PRZYKŁADZIE CRB1400, PROFIL 60E1/2)

TWARDOŚĆ, UDARNOŚĆ I ZUŻYCIE EROZYJNE STALIWA CHROMOWEGO

Temat 2 (2 godziny) : Próba statyczna ściskania metali

OBRÓBKA CIEPLNA SILUMINU AK132

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

CHARAKTERYSTYKA STANU STRUKTURALNEGO STALI NISKOWĘGLOWEJ PODDANEJ ODKSZTAŁCENIU W ZAKRESIE MINIMUM OPORU PLASTYCZNEGO

STRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE SUPER CIENKICH TAŚM ZE STALI ODPORNYCH NA KOROZJĘ WYTWARZANYCH W PROCESIE WALCOWANIA NA ZIMNO

Henryk DYJA, Sebastian MRÓZ, Anna KAWAŁEK, Piotr SZOTA, Andrzej STEFANIK

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. I. Wyżarzanie

BADANIA STRUKTURALNE MECHANIZMU ODKSZTAŁCENIA NA ZIMNO STALI PRZEZ ZGNIATANIE OBROTOWE

OKREŚLANIE WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK20 NA PODSTAWIE METODY ATND

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

ROZPRAWA DOKTORSKA. Wpływ parametrów obróbki cieplno plastycznej na mikrostrukturę. i wybrane własności spiekanej stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C

Kształtowanie mikrostruktury i właściwości dwufazowych stopów tytanu α+β w procesie cieplno-plastycznym

WPŁYW GRUBOŚCI ŚCIANKI ODLEWU NA MORFOLOGIĘ WĘGLIKÓW W STOPIE WYSOKOCHROMOWYM

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

KRÓTKOTRWAŁE HARTOWANIE WYROBÓW STALOWYCH BEZPOŚREDNIO PO PRZERÓBCE PLASTYCZNEJ NA GORĄCO

3. Opracowanie projektu i wykonanie modernizacji hydraulicznego układu zasilającego trójsuwakową prasę kuźniczą.

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

OKREŚLENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH SILUMINU AK132 NA PODSTAWIE METODY ATND.

WPŁYW TEMPERATURY WYŻARZANIA NA WIELKOŚĆ ZIARNA

Rola obróbki cieplno-plastycznej w kształtowaniu struktury i właściwości mechanicznych stali przeznaczonych do walcowania walcówki

MODELOWANIE POŁĄCZEŃ TYPU SWORZEŃ OTWÓR ZA POMOCĄ MES BEZ UŻYCIA ANALIZY KONTAKTOWEJ

BADANIA OSIOWEGO ROZCIĄGANIA PRĘTÓW Z WYBRANYCH GATUNKÓW STALI ZBROJENIOWYCH

Ich właściwości zmieniające się w szerokim zakresie w zależności od składu chemicznego (rys) i technologii wytwarzania wyrobu.

Zespół Szkół Samochodowych

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

SPRAWOZDANIE Z BADAŃ

Modelowanie Wieloskalowe. Automaty Komórkowe w Inżynierii Materiałowej

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

Ćwiczenie nr 3 Statyczna próba jednoosiowego rozciągania. Umocnienie odkształceniowe, roztworowe i przez rozdrobnienie ziarna

Badanie dylatometryczne żeliwa w zakresie przemian fazowych zachodzących w stanie stałym

Badania właściwości zmęczeniowych bimetalu stal S355J2- tytan Grade 1

PaleZbrojenie 5.0. Instrukcja użytkowania

43/59 WPL YW ZA W ARTOŚCI BIZMUTU I CERU PO MODYFIKACJI KOMPLEKSOWEJ NA WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE ŻELIW A NADEUTEKTYCZNEGO

AUTOREFERAT przedstawiający opis dorobku i osiągnięć naukowych, w szczególności określonych w art. 16 ust. 2 ustawy, w języku polskim

MATEMATYCZNY MODEL PĘTLI HISTEREZY MAGNETYCZNEJ

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

KONTROLA STALIWA GXCrNi72-32 METODĄ ATD

REJESTRACJA PROCESÓW KRYSTALIZACJI METODĄ ATD-AED I ICH ANALIZA METALOGRAFICZNA

WPŁYW SZYBKOŚCI KRZEPNIĘCIA NA UDZIAŁ GRAFITU I CEMENTYTU ORAZ TWARDOŚĆ NA PRZEKROJU WALCA ŻELIWNEGO.

OBRÓBKA CIEPLNA STALIWA Cr Mo V PO DŁUGOTRWAŁEJ EKSPLOATACJI

Zadania badawcze realizowane na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

Transkrypt:

76 Prace IMŻ 1 (2012) Adam PŁACHTA, Dariusz KUC, Grzegorz NIEWIELSKI Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katowice OPRACOWANIE CHARAKTERYSTYK TECHNOLOGICZNEJ PLASTYCZNOŚCI STALI KONSTRUKCYJNEJ SUPERDROBNOZIARNISTEJ, KONSTRUKCYJNEJ WIELOFAZOWEJ I WYSOKOWĘGLOWEJ BAINITYCZNEJ W artykule przedstawiono wyniki badań plastometrycznych i ilościowej oceny mikrostruktury trzech gatunków stali: konstrukcyjnej superdrobnoziarnistej, konstrukcyjnej wielofazowej i wysokowęglowej bainitycznej. Stale odkształcano metodą skręcania na gorąco w temperaturze od 600 C do 1100 C z prędkością od 0,1 s -1 do 10 s -1. Na podstawie otrzymanych wyników wyznaczono krzywe płynięcia w układzie naprężenie uplastyczniające-odkształcenie rzeczywiste. Analizie poddano punkty charakterystyczne dla krzywej płynięcia: maksymalną wartość naprężenia uplastyczniającego, odpowiadającą jej wartość odkształcenia oraz wartość odkształcenia granicznego. Wyznaczono energię aktywacji odkształcenia plastycznego. Badania zmian mikrostruktury stali po próbie skręcania na gorąco wykonano przy użyciu techniki mikroskopii świetlnej. Słowa kluczowe: badania plastometryczne, steel, energia aktywacji struktura, rekrystalizacja ELABORATION OF TECHNOLOGICAL PLASTICITY CHARACTERISTICS OF ULTRA-FINE GRAINED STRUCTURAL STEEL, MULTI-PHASE STRUCTURAL STEEL AND HIGH-CARBON BAINITIC STEEL The paper presents the results of plastometric investigation and quantitative evaluation of microstructure of new ultra-fine grained structural steel, multi-phase structural steel and high-carbon bainitic steel. The investigation was carried out using torsion plastometer in temperature range from 600 C to 1100 C with a strain rate 0.1, s -1 and 10 s -1. Based on the obtained results, the flow curves in the flow stress true strain system were determined. The characteristic points of obtained curves: peak stress and corresponding strain as well as limit deformation value were analyzed. The activation energy of plastic deformation was determined. Structural extermination after torsion plastometric tests was carried out using light microscopy. Key words: torsion plastometric tests, steel, activation energy, microstructure, recrystallization 1. WSTĘP W publikacji przedstawiono charakterystyki technologicznej plastyczności oraz wyniki ilościowej oceny mikrostruktury trzech gatunków stali: konstrukcyjnej superdrobnoziarnistej (oznaczenie A), konstrukcyjnej wielofazowej (oznaczenie B) i wysokowęglowej bainitycznej (oznaczenie C). Badane stale niskowęglowe niestopowe charakteryzują się mikrostrukturą superdrobnoziarnistą o średnicy ziarna w strukturze końcowej nie większej niż około 2 μm, co zapewnia wysokie właściwości wytrzymałościowe (powyżej 700 MPa) i plastyczne. Superdrobnoziarnistą strukturę w stalach niskowęglowych niestopowych w procesie walcowania na gorąco można uzyskać przez zastosowanie odpowiednio dużych wartości odkształceń w ostatnim przepuście, który odbywa się w pobliżu temperatury przemiany austenitu lub w zakresie dwufazowym + γ z następnym przyśpieszonym chłodzeniem do temperatury otoczenia. Badane stale konstrukcyjne wielofazowe CP (complex phase) z osnową bainityczną, zawierające również ferryt i martenzyt charakteryzują się bardzo dobrą tłocznością. W statycznej próbie rozciągania, stale te nie wykazują wyraźnej granicy plastyczności oraz charakteryzują się bardzo dużą wartością odkształcenia równomiernego. W przeciwieństwie do stali dwufazowych (DP), w stalach CP nie występuje ferryt poligonalny, który zostaje zastąpiony ferrytem bainitycznym o dużej wytrzymałości. Z uwagi na konieczność kontroli udziału objętościowego ferrytu w strukturze tych stali, maksymalna zawartość węgla w tych stalach jest ograniczona do 0,2%. Spośród stali stosowanych do produkcji samochodów stale typu CP ustępują wytrzymałością jedynie stalom martenzytycznym, jednak plastyczność tych stali jest wyższa w porównaniu ze stalami martenzytycznymi. Badany gatunek stali wysokowęglowej bainitycznej o zawartości węgla około 0,8% i innych pierwiastków: Si, Mn, Mo, Cr, umożliwia uzyskanie bardzo wysokiej

Prace IMŻ 1 (2012) Opracowanie charakterystyk technologicznej plastyczności stali... 77 twardości w przedziale 600 700 HV w wyrobach o dużych grubościach i wysokiej wytrzymałości do 2,5 GPa, przy dobrych właściwościach plastycznych. Szczególną cechą tej stali jest bardzo duża odporność na oddziaływania udarowe. Mikrostruktura supertwardej stali bainitycznej składa się z bezwęglikowego bainitu w postaci listew o grubości poniżej 50 nanometrów i austenitu resztkowego wykazującego efekt TRIP w procesie odkształcenia. Finalne właściwości blach ze stali wysokowęglowej bainitycznej uzyskuje się po długotrwałej niskotemperaturowej obróbce izotermicznej. Materiał badań został wytworzony w Instytucie Metalurgii Żelaza w postaci prętów kutych. Opracowano charakterystyki technologicznej plastyczności badanych gatunków stali. Mikrostrukturę stali analizowano w stanie wyjściowym oraz po skręcaniu na gorąco. Szczegółowe wyniki badań zostały zamieszczone w sprawozdaniach z realizacji projektu badawczego rozwojowego nr N R07 0008 04 pt. Opracowanie podstaw przemysłowych technologii kształtowania struktury i właściwości wyrobów z metali i stopów z wykorzystaniem symulacji fizycznej i numerycznej [1 3]. a) b) 2. MIKROSTRUKTURA W STANIE WYJŚCIOWYM PRZED ODKSZTAŁCENIEM Badana stal konstrukcyjna drobnoziarnista w stanie wyjściowym po kuciu na gorąco odznaczała się strukturą ferrytyczno-perlityczną z obszarami bainitu górnego (rys. 1a). Stal po kuciu w zakresie temperatury 1100 900 C i normalizowaniu w temperaturze 970 C przez 30 minut ze swobodnym chłodzeniem na powietrzu zawierała 26,8% perlitu (łącznie z obszarami bainitu górnego) oraz miała średnią wielkość ziarna ferrytu, scharakteryzowaną za pomocą średniej średnicy zastępczej płaskiego przekroju, równą 26 μm, zaś wskaźnik zmienności płaskiego przekroju ziarna ν(ā) równy 120%. Podobnie stal wielofazowa w stanie wyjściowym po kuciu na gorąco miała strukturę ferrytycznoperlityczną z obszarami bainitu (rys. 1b). Struktura ferrytu w stali była drobnoziarnista, a wyspy perlitu były równomiernie rozmieszczone. Stal po kuciu w warunkach 1100 850 C i chłodzeniu z piecem z temperatury 690 C odznaczała się zawartością 22,1% perlitu, średnim rozmiarem ziarna ferrytu równym 42 μm oraz wskaźnikiem zmienności płaskiego przekroju ziarna ν(ā) równym 143%. Badana stal w stanie wyjściowym po kuciu na gorąco ze studzeniem w piasku odznaczała się złożoną mikrostrukturą, z przewagą perlitu. W mikrostrukturze ujawniono duże pierwotne ziarna austenitu o wydłużonym kształcie. 3. BADANIA PLASTOMETRYCZNE Do badań plastometrycznych został wykorzystany materiał w postaci prętów kutych o średnicy φ 12 mm. Analizowane stale różnią się od siebie składem chemicznym, tak zawartością węgla, jak i dodatków stopowych. Szczegółowy skład chemiczny podano w sprawozdaniach [1 3]. Stosowano standardowe próbki plastometryczne o długości części pomiarowej L = 10 mm i średnicy D = 6 mm. Próbki skręcano w temperaturze od 600 do 1100 C z prędkością odkształcenia 0,1 s -1, c) Rys. 1. Struktura badanej stali konstrukcyjnej w stanie wyjściowym po kuciu na gorąco z chłodzeniem na powietrzu; a) stal A, b) stal B, c) stal C (studzenie w piasku) Fig. 1. Structure of investigated structural steel in initial state after hot forging with air cooling, a) steel A, b) steel B, c) stal C (cooling in sand) 1 s -1, 10 s -1 do zniszczenia. Zarejestrowane sygnały pomiarowe: moment skręcający, liczba skręceń, siła osiowa, temperatura zostały przeliczone na zależność naprężenie uplastyczniające odkształcenie zgodnie z procedurą obliczeniową przedstawioną w pracy [5, 6]. Dla ujawnienia struktury w stanie wyjściowym stosowano trawienie chemiczne nitalem. Strukturę stali po skręcaniu badano na przekroju równoległym do osi próbki plastometrycznej, w obszarze przy powierzchni próbki, gdzie odkształcenie lokalne odpowiada wielkości odkształcenia przy obliczaniu funkcji naprężenia

78 Adam Płachta, Dariusz Kuc, Grzegorz Niewielski Prace IMŻ 1 (2012) uplastyczniającego od odkształcenia. Dla ujawnienia struktury austenitu pierwotnego stosowano specjalną procedurę opisaną w pracy [7]. 4. WYNIKI BADAŃ 4.1. WYNIKI BADAŃ PLASTOMETRYCZNYCH Na rys. 2 przedstawiono porównanie naprężenia uplastyczniającego badanych stali dla temperatur T = 700º C, 900º C i 1100 C, dla prędkości odkształcenia fo = 1 s -1 i 10 s -1. Przebiegi krzywych dla poszczególnych wytopów różnią się od siebie. Stal wysokowęglowa bainityczna (stal C) charakteryzuje się najwyższymi wartościami naprężenia uplastyczniającego w całym analizowanym zakresie zmienności parametrów skręcania. Stal ta osiąga maksymalny poziom naprężenia uplastyczniającego dla najmniejszego odkształcenia, jak również charakteryzuje się najmniejszą wartością odkształcenia granicznego. Najwolniej umacnia się stal konstrukcyjna drobnoziarnista (stal A) i jednocześnie najłagodniejszy przebieg wykresu naprężenie c) d) Rys. 2. Porównanie naprężenie uplastyczniające badanych stali wyznaczonego na podstawie próby skręcania, a) T = 700º C, f o = 1 s -1, b) T = 900º C, f o = 1, c) T = 1100º C, f o = 10 s -1, d) T = 1100º C f o = 10 s -1 Fig. 2. Comparison of flow stress for investigated steels determine base od torsion test, a) T = 700º C, f o = 1 s -1, b) T = 900ºC, f o = 1, c) T = 1100ºC, f o = 10 s -1, d) T = 1100º C f o = 10 s -1 Rys. 3. Maksymalne naprężenie uplastyczniające ( p ) dla badanych gatunków stali, prędkość odkształcania: a) f o = 1,0 s -1, b) f o = 10 s -1 Fig. 3. Maximum yield stress ( p ) for investigated steels, strain rate: a) f o = 1.0 s -1, b) f o = 10 s -1

Prace IMŻ 1 (2012) Opracowanie charakterystyk technologicznej plastyczności stali... 79 Rys. 4. Odkształcenie graniczne (ε gr ) dla badanych gatunków stali, prędkość odkształcania: a) f o = 1,0 s -1, b) f o = 10 s -1 Fig. 4. Limit deformation value (ε gr ) for investigated steels, strain rate: a) f o = 1,0 s -1, b)f o = 10 s -1 uplastyczniające odkształcenie rzeczywiste ma stal A (konstrukcyjna superdrobnoziarnista). Stal A charakteryzuje się najniższym poziomem osiągalnych wartości naprężenia uplastyczniającego spośród wszystkich trzech wytopów, ale jednocześnie osiąga największe wartości odkształcenia granicznego. Stal B (konstrukcyjna wielofazowa) charakteryzuje się bardzo dobrą odkształcalnością (wartości odkształcenia granicznego zbliżone do stali A) oraz pośrednim poziomem naprężenia uplastyczniającego. Dla wszystkich gatunków badanych stali wraz ze wzrostem prędkości odkształcania oraz wraz z obniżaniem temperatury skręcania rośnie wartość naprężenia uplastyczniającego (rys. 3). Na rys. 4 przedstawiono wartości odkształcenia granicznego dla każdego z wytopów w zależności od prędkości odkształcania. Wartość odkształcenia granicznego dla plastometrycznej próby skręcania wyliczono z liczby skręceń próbki do jej zniszczenia. Najbardziej monotoniczną zależność uzyskano dla stali wysokowęglowej bainitycznej (rys. 4). Dla stali wysokowęglowej bainitycznej stwierdzono, że ze wzrostem prędkości odkształcania i temperatury rośnie wartość odkształcenia granicznego. Podobna prawidłowość widoczna jest dla stali konstrukcyjnej superdrobnoziarnistej A, natomiast dla stali B (stali konstrukcyjnej wielofazowej) prawidłowość ta jest zaburzona dla temperatury 850 i 900 C. Należy jednak zaznaczyć, iż wartość odkształcenia rzeczywistego na poziomie > 10 jest wyraźnym sygnałem świadczącym o bardzo dobrej odkształcalności i podatności tych stali do procesów przeróbki plastycznej, w związku z tym występująca nieprawidłowość nie ma wpływu na uzyskane wyniki badań z perspektywy procesu technologicznego. Dla uzyskanych wyników badań z plastometrycznej próby skręcania wyznaczono współczynniki równania (1). Postać matematyczna równania jest identyczna dla wszystkich badanych gatunków stali. Stałe równania A, B C, D, E, F dla poszczególnych gatunków stali zestawiono w tablicy 1. B D+ E/ T F vp = Af exp( Cf) fo expc m T (1) Tablica 1. Stałe równania (1) dla poszczególnych gatunków badanych stali Table 1. Constants of equation (1) for investigated steel grades Stałe Stal A Stal B Stal C A 6,58 10,9 8,2 B 0,27 0,0001 0,28 C -0,039 0,009-0,09 D 0,491 0,19 0,46 E -308,9-116,7-305,7 F 2424,3 1934,9 2 858 Tak określona matematyczna postać funkcji naprężenia uplastyczniającego w funkcji parametrów odkształcenia może zostać zaimplementowana do programów wykorzystujących metodę elementów skończonych w matematycznym modelowaniu procesów technologicznych. Należy zauważyć, iż współczynniki kierunkowe funkcji (1) przedstawione w tablicy 1 są określane metodą liniowej regresji wielokrotnej, czyli obarczone Rys. 5. Maksymalna wartości naprężenia uplastyczniającego w funkcji parametru Zenera-Hollomona dla badanych gatunków stali Fig. 5. Maximum yield stress as a function of Zener-Hollomon parameter for investigated steel grades

80 Adam Płachta, Dariusz Kuc, Grzegorz Niewielski Prace IMŻ 1 (2012) pewnym błędem. W programach do matematycznego modelowania procesów technologicznych bardziej dokładne wydaje się stosowanie tabelarycznej postaci funkcji naprężenia uplastyczniającego dla określonych parametrów odkształcania tj.: temperatury, prędkości odkształcania i wartości odkształcenia. Na rys. 5 pokazano relację pomiędzy maksymalnym naprężeniem uplastyczniającym σ pp a parametrem Zenera-Hollomona. Zależność można opisać funkcją potęgową. Dokładniejszą zależność można zaobserwować po rozdzieleniu zależności na dwie części w zależności od temperatury próby, w zakresie < 800 C, oraz dla zakresu przeróbki plastycznej na gorąco 800 1100 C. 4.2. WYNIKI BADAŃ STRUKTURALNYCH Przykładowe mikrostruktury stali po skręcaniu, z ujawnionymi granicami ziarn pierwotnych pokazano na rys 6 8. Wraz z podwyższeniem temperatury skręcania, do 1100 C dla wszystkich stali obserwowano wzrost wielkości ziarn austenitu. Szczególnie drobne ziarna ma stal A i C odkształcana w temperaturze 900 C. Wpływ temperatury skręcania na średnią średnicę zastępczą płaskiego przekroju ziarna austenitu pierwotnego badanych stali skręcanych z prędkością 1 i 10 s -1 pokazano na rys. 9. Na prezentowanych wykresach nie uwzględniono próbek stali B skręcanych w temperaturze 800 C, gdzie obserwowano strukturę złożoną z odkształconych ziarn pierwotnych i zrekrystalizowanych. Wraz ze wzrostem temperatury skręcania obserwuje się wzrost średniego rozmiaru dla badanych stali. W zakresie temperatury odkształcenia od 900 do 1000 C największe ziarna ma stal B, zarówno dla prędkości 1 i 10 s -1. Po skręcaniu w temperaturze 1100 C następuje rozrost ziarn, szczególnie intensywny dla stali C. Przykładowe rozkłady wielkości ziarna, charakteryzowanej średnią średnicą zastępczą płaskiego przekroju ziarna, dla stali konstrukcyjnej drobnoziarnistej pokazano na rys. 10. Rozkłady wykonano z podziałem na 20 klas wielkości ustalając każdą klasę na 2 μm. Uzyskane rozkłady wielkości ziarna po odkształceniu dla zadanych parametrów są zbliżone do rozkładów normalnych. Wraz ze wzrostem temperatury obserwuje się przesunięcie maksimum rozkładu dla klas o większej wielkości ziarna, co wiąże się z obserwowanym rozrostem. Rys. 6. Pierwotne ziarna austenitu w stali konstrukcyjnej drobnoziarnistej (stal A) po odkształceniu w temperaturze: a) 900 C, b) 1100 C, z prędkością 10 s -1 Fig. 6. Primary austenite grains in ultra-fine grained structural steel (steel A) after deformation at a) 900 C, b) 1100 C, with a rate of 10 s -1 Rys. 7. Pierwotne ziarna austenitu w stali konstrukcyjnej wielofazowej (stal B) po odkształceniu w temperaturze a) 900 C, b) 1100 C, z prędkością 10 s -1 Fig. 7. Primary austenite grains in multi-phase structural steel (steel B) after deformation at a) 900 C, b) 1100 C, with a rate of 10 s -1

Prace IMŻ 1 (2012) Opracowanie charakterystyk technologicznej plastyczności stali... 81 Rys. 8. Pierwotne ziarna austenitu w stali konstrukcyjnej bainitycznej (stal C) po odkształceniu w temperaturze: a) 900 C, b) 1100 C, z prędkością 10 s -1 Fig. 8. Primary austenite grains in high-carbon bainitic steel (steel C) after deformation at a) 900 C, b) 1100 C, with a rate of 10 s -1 Rys. 9. Wpływ temperatury skręcania na średni rozmiar ziarna badanych stali odkształcanych z prędkością: a) 1 s -1 i b) 10 s -1 Fig. 9. Influence of torsion temperature on average grain size of investigated steels deformed at a rate of: a) 1 s -1 and b) 10 s -1 Rys. 10. Rozkład rozmiaru ziarna po skręcaniu w temperaturze: a) 900 C, b) 1100 C z prędkością 10 s -1 Fig. 10. Distribution of grain size after torsion at temperature: a) 900 C, b) 1100 C with a rate of 10 s -1 Relację pomiędzy parametrem Zenera-Hollomona a średnią średnicą zastępczą płaskiego przekroju ziarna austenitu pierwotnego badanych stali pokazano na rys. 11. Analiza statystyczna wskazuje, istotną zależność, pomiędzy tymi parametrami. Najmniejszą czułością na zmiany parametrów procesu odznacza się stal A, dla której wzrost parametru Z (zmniejszenie temperatury lub podwyższenie prędkości odkształcenia) prowadzi do niedużych zmian średniej wielkości ziarna. Zmiany te większe dla stali B, a najbardziej znaczące w przypadku stali C. Na wykresie pokazano również matematyczny zapis zależności. Zależności te, wraz z prezentowanymi wcześniej relacjami pomiędzy parametrami charakteryzującymi technologiczną plastyczność a parametrami procesu, pozwalają w prosty sposób na prognozowanie i dobór parametrów obróbki cieplno-plastycznej.

82 Adam Płachta, Dariusz Kuc, Grzegorz Niewielski Prace IMŻ 1 (2012) Rys. 11. Relacja pomiędzy parametrem Zenera-Hollomona a średnim rozmiarem ziarna (średnia średnica zastępcza płaskiego przekroju ziarna) badanych stali Fig. 11. Relation between Zener-Hollomon parameter and average grain size (average equivalent diameter of grain plane section) for investigated steels 5. PODSUMOWANIE Stale konstrukcyjne A i B po kuciu na gorąco i chłodzeniu na powietrzu mają mikrostrukturę ferrytyczno-perlityczną, zaś stal wysokowęglowa (stal C) perlityczną. Opracowano charakterystyki technologicznej plastyczności badanych stali. Stale wykazują wzrost odkształcenia granicznego wraz z podwyższeniem temperatury. Jednocześnie wzrost temperatury odkształcenia powoduje spadek wartości naprężenia uplastyczniającego, zaś podwyższenie prędkości odkształcenia jego wzrost (rys. 2). Od temperatury ponad 900 C skręcana stal konstrukcyjna superdrobnoziarnista wykazuje bardzo wysoką odkształcalność dla całego zakresu parametrów zmienności odkształcenia. Najwyższe wartości naprężenia uplastyczniającego przy najniższej odkształcalności ma stal C. Stwierdzono jednoznaczną zależność, o charakterze potęgowym, maksymalnego naprężenia uplastyczniającego od warunków procesu ujętych parametrem Zenera-Hollomona. Wykonane badania umożliwiły opracowanie funkcji zmian naprężenia uplastyczniającego w zależności od parametrów procesu równanie (1). Przeprowadzone badania struktury wskazują na monotoniczny wzrost średniej wielkości ziarna ze wzrostem tetemperatury skręcania od 800 do 1000 C. Po skręcaniu w temperaturze 800 C pierwotne ziarna austenitu dla stali konstrukcyjnej drobnoziarnistej i wielofazowej są drobne, szczególnie po skręcaniu z dużą prędkością 10 s -1. Natomiast po odkształceniu w temperaturze 1100 C stwierdzono intensywny rozrost ziarn dla stali konstrukcyjnej wielofazowej i bainitycznej dla obu zadanych prędkości odkształcenia. Wykazano, że dla badanej stali występuje zależność o charakterze potęgowym pomiędzy średnią wielkością ziarna austenitu w zakresie temperatury odkształcania od 900 do 1100 C a parametrem Zenera-Hollomona. Rozkłady wielkości ziarna są zbliżone do rozkładów normalnych, co również potwierdza efekt pełnej rekrystalizacji stali dla zadanych parametrów. Wykazano występowanie zależności o charakterze potęgowym pomiędzy parametrem Zenera-Hollomona a średnim rozmiarem ziarna badanych stali. Uzyskane w opisanych badaniach wyniki, opisujące technologiczną plastyczność i mikrostrukturę, były podstawą do opracowania zaleceń do obróbki cieplno-plastycznej w lini walcowniczej LPS analizowanych gatunków stali. Publikacja została opracowana na podstawie pracy wykonanej w projekcie badawczym rozwojowym nr N R07 0008 04 pt. Opracowanie podstaw przemysłowych technologii kształtowania struktury i właściwości wyrobów z metali i stopów z wykorzystaniem symulacji fizycznej i numerycznej finansowanym przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, realizowanym przez Instytut Metalurgii Żelaza im. Stanisława Staszica w Gliwicach (koordynator), Akademię Górniczo-Hutniczą, Politechnikę Częstochowską, Politechnikę Śląską i Politechnikę Warszawską. LITERATURA 1. Sprawozdanie częściowe z realizacji projektu badawczego rozwojowego nr N R07 0008 04, etap 3.3. Opracowanie charakterystyk technologicznej plastyczności stali konstrukcyjnej superdrobnoziarnistej 2. Sprawozdanie częściowe z realizacji projektu badawczego rozwojowego nr N R07 0008 04, etap 3.4. Opracowanie charakterystyki technologicznej plastyczności stali konstrukcyjnej wielofazowej 3. Sprawozdanie częściowe z realizacji projektu badawczego rozwojowego nr N R07 0008 04, etap 3.5. Opracowanie charakterystyki technologicznej plastyczności stali wysokowęglowej bainitycznej 4. Kuc D.: Zmiany struktury podczas odkształcenia plastycznego na gorąco stali, Praca doktorska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Katowice, 2000. 5. Grosman F., Płachta A.: Zunifikowana metoda wyznaczania charakterystyk technologicznej plastyczności w próbie skręcania. Hutnik Wiadomości Hutnicze, maj 2006, nr 5, s. 220-225. 6. Płachta A.: Metodyka wyznaczania funkcji naprężenia uplastyczniającego w próbie skręcania na gorąco. Materiały Konferencji Plastyczność materiałów Ustroń, 22-25 wrzesień 1998, s.129-136. 7. Vander Voort G.F.: Metalography: Principles and Practice, McGraw-Hill Book Co., Inc, New York, 1984.