Stal spiekana Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C niezależnie od stanu wyjściowego, charakteryzuje się dobrą plastycznością. Zadane odkształcenie podczas spęczania realizowanego na plastometrze wynoszące ε > 0,8, zgodnie z celem i z założonymi parametrami procesu (tj. temperatura, prędkość odkształcenia), nie spowodowało utraty spójności. Odkształcanie spowodowało dogęszczenie spieków, których średnia gęstość rzeczywista po procesie obróbki cieplno – plastycznej wyniosła 7,74 ± 0,07 g/cm3.
Podczas nagrzewania próbek do odkształcenia, stwierdzono, że koniec przemiany austenitycznej Ac1f nastąpił w temperaturze 767°C dla materiału hartowanego, a w przypadku stali nieobrobionej cieplnie podczas wygrzewania próbki do odkształcenia w temperaturze 775°C. Tak, więc proces odkształcenia na plastometrze realizowano w zakresie współistnienia faz: austenitu i cementytu.
Zastosowany proces obróbki cieplno – plastycznej wysokowęglowej stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C wpłynął znacznie na zmiany w mikrostrukturze i własnościach, zarówno w spiekach nieobrobionych cieplnie i spiekach po hartowaniu. Istotny wpływ poza mikrostrukturą materiału wyjściowego na przebudowę mikrostruktury miały parametry procesu odkształcenia: temperatura i prędkość odkształcenia.
Po przeprowadzonej OCP spieków nieobrobionych cieplnie o mikrostrukturze złożonej z perlitu, ferrytu i cementytu z prędkością odkształcenia ε = 0,001 s-1
w zakresie temperatury odpowiadającej temperaturze końca przemiany austenitycznej 775°C, udział powstałych sferoidalnych węglików Fe3C w mikrostrukturze jest znacznie większy w porównaniu do tego samego materiału wyjściowego ale odkształconego w temperaturze 700°C. Duży wpływ na przebudowę mikrostruktury przy tych parametrach odkształcania ma intensywność odkształcenia. W obszarze odpowiadającym małej intensywności odkształcenia tj. przy powierzchni czołowej próbek, w małym stopniu została przebudowana mikrostruktura. W centralnej części odkształconych próbek, a więc strefach odpowiadających największej intensywności odkształcenia, zaszły największe zmiany, gdzie dominuje skoagulowany cementyt. Po odkształceniu w wyższej temperaturze (775°C) udział perlitu w tej strefie w mikrostrukturze jest niewielki, występują pojedyncze, bardzo małe kolonie perlitu w odniesieniu do stali po OCP w temperaturze 700°C, gdzie perlit stanowi znaczny udział w mikrostrukturze. Charakterystyczne, pasmowe rozmieszczenie węglików, szczególnie
120 widoczne po odkształcaniu stali jest związane z dużą koncentracją cementytu po granicach ziaren w materiale wyjściowym, które podczas spęczania zostały wydłużone.
Średnia twardość obu materiałów jest porównywalna i wynosi około 300 HV10. Najmniejsze wartości twardości występują w obszarach gdzie intensywność odkształcenia εi > 1, a więc tam gdzie nastąpiła największa przebudowa w mikrostrukturze. Duży rozrzut w rozkładzie twardości na przekroju odkształconych próbek wynika z niejednorodności mikrostruktury.
Największe, docelowe zmiany w mikrostrukturze stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C powstały w wyniku obróbki cieplno – plastycznej spieków w stanie wyjściowym po hartowaniu. Zarówno w temperaturze 700 jak i 775°C martenzytyczna mikrostruktura wyjściowa została przebudowana w procesie OCP do mikrostruktury złożonej z ferrytu i sferoidalnego cementytu.
Bardziej jednorodną mikrostrukturę otrzymano po odkształceniu w temperaturze wyższej gdzie w miejscach odpowiadających zarówno małej i dużej intensywności odkształcenia mikrostruktura stali jest porównywalna. W przypadku procesu przeprowadzonego w temperaturze 700°C rozkład sferoidalnego cementytu w osnowie ferrytu jest niejednorodny, powstały obszary o bardzo małej wielkości oraz obszary o zróżnicowanej wielkości węglików. Średnia wielkość wydzielonego sferoidalnego cementytu jest większa po odkształceniu w temperaturze 775°C. Temperatura realizacji procesu OCP ma również wpływ na średnią twardość spieków. Jest ona większa dla stali odkształconej w niższej temperaturze tj. 315 HV10 i jest większa o 20 HV10 od twardości stali odkształconej w temperaturze 775°C.
Krzywe płynięcia dla spieków ze stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C nieobrobionej cieplnie i po hartowaniu znacznie różnią się przebiegiem. Szczególny wpływ na kształt przebiegu krzywych jak i wartości naprężenia płynięcia ma temperatura procesu OCP. W obu przypadkach, przy odkształcaniu w temperaturze 700 i 775°C niższe wartości naprężenie płynięcia zarejestrowano dla stali po hartowaniu. W trakcie odkształcania spieków w temperaturze 700°C, wartość naprężenia płynięcia osiągnęła maksimum przy znacznie mniejszym odkształceniu w porównaniu do stali odkształcanej w temperaturze 775°C. W temperaturze odkształcania 700°C zaszedł proces dynamicznego zdrowienia natomiast przy odkształcaniu w wyższej temperaturze dynamiczna rekrystalizacja, co wynika z dużego spadku wartości naprężenia płynięcia po osiągnięciu maksimum.
121 Obróbka cieplno – plastyczna zahartowanej stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C w temperaturze 775°C, którą realizowano z większymi prędkościami odkształcenia 0,01, 0,1 1 s-1, z porównywalnym odkształceniem, również doprowadziła do przebudowy mikrostruktury. Mimo krótkiego czasu odkształcania otrzymano podobnie jak w przypadku procesu realizowanego z prędkością odkształcenia 0,001 s-1 mikrostrukturę złożona z ferrytu i cementytu sferoidalnego, która rożni się od mikrostruktury stali odkształconej z najmniejszą prędkością odkształcenia, przede wszystkim wielkością wydzieleń cementytu. Powstałe wydzielenia Fe3C w stali są mniejsze wraz z większą prędkością odkształcenia, z jaką realizowano odkształcanie. W przypadku procesu OCP realizowanego z prędkością odkształcenia 0,001 s-1
średnia powierzchnia sferoidalnego cementytu jest kilkukrotnie większa aniżeli po odkształcaniu z prędkością odkształcenia 0,01, 0,1 czy 1 s-1
. Efekt ten jest związany z czasem trwania procesu, który był znacznie dłuższy przy najmniejszej prędkości odkształcenia, co spowodowało koagulację cementytu, a równoczesne odkształcenie stanowiło siłę pędną tego procesu. Poza wielkością wydzieleń cementytu, prędkość odkształcenia (czas trwania odkształcania) ma również wpływ na kształt cząstek Fe3C, których przekrój jest najbardziej zbliżony do przekroju kołowego po procesie OCP, realizowanym z prędkościami odkształcenia 0,1 i 1 s-1. Natomiast po odkształcaniu z prędkością odkształcenia 0,01 i 0,001 s-1
wydzielenia Fe3C są bardziej rozbudowane.
Proces rekrystalizacji dynamicznej podczas odkształcania stali o mikrostrukturze wyjściowej martenzytycznej zachodzi po przekroczeniu określonej wartości odkształcenia, która zależy od prędkości realizowanego odkształcenia. Ze wzrostem prędkości odkształcenia, zwiększa się wymagane minimalne odkształcenie, powyżej którego zachodzi rekrystalizacja dynamiczna.
Wyżarzanie przeprowadzone bezpośrednio po odkształceniu spowodowało koagulację cementytu i ujednorodnienie mikrostruktury niezależnie od prędkości, z jaką realizowano odkształcenie. Część rozpuszczonego cementytu podczas chłodzenia wydzieliła się w formie perlitu.
Twardość stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C w stanie po hartowaniu i OCP w temperaturze 775°C jest również zależna od z prędkości, z jaką realizowano odkształcenie, a więc od otrzymanej mikrostruktury stali w wyniku procesu. Wraz ze wzrostem prędkości, z jaką realizowano odkształcenie twardość odkształconej stali jest większa i sięga 362 HV10 po odkształcaniu z największą prędkością odkształcenia. Prędkość realizowanego odkształcenia ma również wpływ na rozkład w twardości na przekroju odkształconych próbek. Po odkształcaniu z prędkością odkształcenia 0,001 s-1
122 intensywności odkształcenia, z kolei po odkształcaniu z większymi prędkościami twardość próbek jest największa w centralnej strefie. W przypadku próbek wyżarzonych bezpośrednio po odkształcaniu twardość nieznacznie się zmieniła, poza ujednorodnieniem mikrostruktury w wyniku tego procesu nastąpiło również ujednorodnieniem w twardości na przekroju próbek.
Struktury przełomów po rozdzieleniu próbek są zróżnicowane i są ściśle związane z mikrostrukturą. W przypadku spieków nieobrobionych cieplnie po obróbce cieplno – plastycznej, a więc o zróżnicowanej mikrostrukturze, dominują elementy kruchego pękania, odwrotnie jest w przypadku stali hartowanej po OCP, gdzie obserwuje się liczne wgłębienia, których wielkość zależy od wielkości sferoidalnego cementytu.
Proces obróbki cieplno – plastycznej w temperaturze 775°C z prędkością odkształcenia ε 0,001 s-1
zarówno, spieków po hartowaniu i nieobrobionych cieplnie spowodował niewielkie steksturowanie stali, które jest porównywalne do stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C po przeprowadzonej obróbce cieplnej złożonej z hartowania i wyżarzania sferoidyzującego. W wyniku dynamicznej rekrystalizacji podczas odkształcania materiału wyjściowego po hartowaniu powstała drobnoziarnista mikrostruktura, w której dominują wysokokątowe granice ziaren.
123