Próbki do badañ metalograficznych wycinano z odlanych prêtów rednicy 15 i 30 mm oraz z prostopad³ociennych próbek przeznaczonych do badania odpornoci na zu-¿ycie cierne. Przygotowywano je zgodnie z opisan¹ w punkcie 5.3 procedur¹ prepara-tyki i identyfikacji faz.
W strukturze próbek, zawieraj¹cych minimaln¹ iloæ krzemu, obserwuje siê typowe fazy dla stopów FeCCr. W stopach przedeutektycznych stwierdzono wystêpowanie pierwotnych dendrytów roztworu sta³ego γ i ze wzrostem zawartoci wêgla oraz chro-mu, rozmieszczon¹ miêdzydendrytycznie eutektykê wêglikow¹. Dalsze zwiêkszanie za-wartoci wêgla i chromu prowadzi do krystalizacji pierwotnych i eutektycznych wêgli-ków, których iloæ i wielkoæ zale¿y od zawartoci wspomnianych pierwiastków (rys. 6.22). Wprowadzenie do pierwszej grupy stopów (tabela 4.1), zawieraj¹cych oko³o 1% wag. wêgla i 10% wag. chromu (o strukturze perlitycznej z wydzielon¹ na granicach ziarn niewielk¹ iloci¹ eutektyki wêglikowej) do 2% wag. krzemu nie powoduje istotnych zmian struktury. Dopiero 4-procentowy dodatek Si prowadzi do wzrostu iloci eutekty-ki wêglikowej.
Dalsze zwiêkszanie zawartoci krzemu sprzyja ferrytyzacji osnowy. Przy zawartoci 8% wag. Si struktura próbki sk³ada siê z ferrytu oraz znacznej iloci wêglików eutek-tycznych i nie ulega zmianie po wprowadzeniu tak¿e 10% wag. Si. W próbce z najwiêksz¹ zawartoci¹ krzemu pojawiaj¹ siê wydzielenia grafitu (rys. 6.23a), pomimo ¿e dla stopu tego, zgodnie z obliczeniami teoretycznymi, maksymalna rozpuszczalnoæ wêgla w tem-peraturze 1300 °C wynosi od 2,1% wag. [112] do nawet 2,6% wag. [88].
Mikrostrukturê próbki, zawieraj¹cej oko³o 1,75% wag. C i 15% wag. Cr tworzy per-lit z austenitem oraz siatka wêglików eutektycznych. Wprowadzenie 4% wag. krzemu powoduje pe³n¹ perlityzacjê osnowy, a dalsze zwiêkszanie jego iloci prowadzi do sy-stematycznego wzrostu iloci i wielkoci wêglików.
Próbka o minimalnej iloci krzemu, z trzeciej grupy stopów, ma strukturê austeni-tyczn¹ z rozmieszczon¹ miêdzydendrytycznie eutektyk¹ wêglikow¹ (rys. 6.24a). Wpro-wadzenie 2% wag. Si powoduje czêciowy rozpad austenitu i w strukturze próbki poja-wiaj¹ siê dodatkowo wydzielenia perlitu i ledeburytu (rys. 6.24b). Dalsze zwiêkszanie zawartoci krzemu prowadzi do powstawania struktury ferrytycznej powy¿ej 6% wag. Si nastêpuje pe³na ferrytyzacja osnowy i ci¹g³y wzrost iloci pierwotnych i eutektycz-nych wêglików typu M7C3 (rys. 6.24df).
W stopach czwartej i pi¹tej grupy nie obserwuje siê ju¿ tak znacznego wp³ywu do-datku krzemu na strukturê. Jedynie wprowadzenie 2% wag. Si powoduje zmianê osno-wy z austenitycznej na ferrytyczno-perlityczn¹, a dalsze zwiêkszanie iloci krzemu do zmiany na ca³kowicie ferrytyczn¹. Ze zwiêkszaniem zawartoci krzemu pojawiaj¹ siê nieznaczne iloci wydzieleñ du¿ych pierwotnych wêglików typu M7C3, a przy maksy-malnej zawartoci wêgla, chromu i krzemu w strukturze stopu obserwuje siê drobne
Rys. 6.22. Wp³yw wêgla i chromu na mikrostrukturê stopów FeCCr. Próbki 11O31O (a,b,c) trawiono odczynnikiem Mi17Fe, próbki 41O,51O
(d,e) Mi27Fe; pow. 500×
Fig. 6.22. Influence of carbon and chromium on microstructure of the FeCCr alloys; samples 11O31O (a,b,c) etched with Mi17Fe, samples 41O
and 51O (d,e) etched with Mi27Fe (500×) 11O: 0,96% C; 9,89% Cr; 0,81% Si; 21O: 1,78% C; 15,46% Cr; 0,53% Si; 31O: 2,33% C; 20,32% Cr; 0,17% Si; 41O: 3,21% C; 25,72% Cr; 0,25% Si; 51O: 3,92% C; 30,31% Cr; 0,12% Si.
97
Rys. 6.23. Mikrostruktura stopów 16O (a) i 56O (b). Trawiono Mi27Fe; pow. 500× Fig. 6.23. The microstructure of the alloys 16O (a) and 56O (b); etched with Mi27Fe (500×)
wydzielenia grafitu (rys. 6.23b). Maksymalna rozpuszczalnoæ wêgla w tym stopie, zgo-dnie z obliczeniami teoretycznymi w temperaturze 1500 °C, wynosi 3,5% wag. (wg [15]), 3,65% wag. (wg [112]) i 4,25% wag. (wg [88]), a w 1300 °C odpowiednio 3,12% wag., 3,15% wag. i 3,95% wag., zatem dla tej temperatury jest mniejsza ni¿ okrelona na pod-stawie analizy chemicznej stopu.
W omawianym stopie obserwuje siê perytektycznie wykrystalizowan¹ na pierwot-nych wêglikach typu M7C3 fazê, któr¹ zidentyfikowano w badaniach laboratoryjnych (patrz rozdzia³ 6.3) jako wêglikokrzemek typu M7X3 (rys. 6.23b).
Wp³yw szybkoci stygniêcia na strukturê odlewanych stopów FeCCrSi przedsta-wiono przyk³adowo na rys. 6.25af. Wolniejsze stygniêcie sprzyja zarówno pe³niejszej przemianie austenitu, jak i wzrostowi wielkoci wydzieleñ sk³adników struktury próbek. Szybkoæ stygniêcia nie wp³ywa jednak na sk³ad jakociowy wystêpuj¹cych faz. Wy-dzielenia grafitu, podobnie jak wyWy-dzielenia wêglikowe typu M7X3, zaobserwowano w omawianych próbkach niezale¿nie od szybkoci ich stygniêcia.
6.5.2. BADANIA RENTGENOWSKIE TECHNICZNYCH
ODLEWANYCH STOPÓW FeCCrSi
Badania rentgenowskie próbek wykonano na urz¹dzeniu PW 1130/00 firmy Philips GmbH z zastosowaniem promieniowania CoKα. Identyfikacjê faz wystêpuj¹cych w badanych stopach prowadzono za pomoc¹ kart ASTM.
Rys. 6.24. Wp³yw krzemu na mikrostrukturê stopu 31O. Próbki 31O34O (ad) trawiono Mi17Fe, próbki 35O i 36O (e, f) trawiono Mi27Fe; pow. 500×
Fig. 6.24. Influence of silicon on microstructure of the alloy 31O; samples 31O34O (ad) etched with Mi17Fe; samples 35O and 36O (e,f) etched with Mi27Fe (500×)
Stwierdzono, ¿e w próbkach wystêpuj¹ fazy typowe dla badanych stopów, a miano-wicie ferryt, austenit, wêgliki typu M7C3 i M3C oraz wêglikokrzemki FeSiC i CrSiC,
31O: 2,33% C; 20,32% Cr; 0,17% Si 34O: 2,13% C; 19,65% Cr; 6,28% Si
32O: 2,20% C; 19,84% Cr; 2,32% Si 35O: 2,20% C; 19,68% Cr; 7,63% Si
99
Rys. 6.25. Wp³yw szybkoci stygniêcia na mikrostrukturê stopów 11O (a, d), 12O (b, e) i 13O (c, f): próbki φ15 (a, b, c); próbki φ30 (d, e, f). Trawiono Mi1Fe; pow. 500×
Fig, 6.25. Influence of cooling rate on microstructure of the alloys 11O (a,c), 12O (b, d) and 13O (c, f): samples dia. 15 mm (a, b, c) and dia. 30 mm (d, e, f) (etched with Mi1Fe; 500×)
które zidentyfikowano w badaniach laboratoryjnych stopów FeCCrSi oraz napoin wykonanych z tego typu stopów.
11O: 0,96% C; 9,89% Cr; 0,81% Si 11O: 0,96% C; 9,89% Cr; 0,81% Si
12O: 0,94% C; 9,73% Cr; 2,81% Si 12O: 0,94% C; 9,73% Cr; 2,81% Si
13O: 1,26% C; 10,21% Cr; 5,25% Si 13O: 1,26% C; 10,21% Cr; 5,25% Si
7. WP£YW DODATKU KRZEMU NA TWARDOÆ
I ODPORNOÆ NA ZU¯YCIE CIERNE STOPÓW FeCCr
Odpornoci na zu¿ycie cierne stopu nie mo¿na oceniæ na podstawie jego twardoci. Twardoæ mo¿e byæ tylko zgrubn¹ miar¹ odpornoci na zu¿ycie, dlatego ¿e decyduje o niej nie tylko iloæ twardych wydzieleñ w strukturze stopu, lecz tak¿e ich wielkoæ i rozmieszczenie w osnowie. W szczególnym przypadku, jakim jest zu¿ycie cierne lu-nym cierniwem, o odpornoci na zu¿ycie decyduje równie¿ rodzaj i stan osnowy sto-pu. Odgrywa to szczególn¹ rolê w przypadku dynamicznego cierania (zu¿ycie cierne) lunym cierniwem czêci maszyn pracuj¹cych w urz¹dzeniach przemys³u wydobyw-czego oraz przy produkcji cementu lub materia³ów ogniotrwa³ych. Ogólnie przyjmuje siê, ¿e odpornoæ na zu¿ycie cierne wyranie zwiêksza siê, gdy twardoæ metalu prze-kracza o co najmniej 20% twardoæ cierniwa [60]. W stosunku do twardoci piasku kwarcowego, kruszyw skalnych, wêgla i innych materia³ów, w kontakcie z którymi zu-¿ywaj¹ siê czêci wiêkszoci maszyn i urz¹dzeñ przemys³u wydobywczego, wszystkie rodzaje osnowy metalowej i cementyt maj¹ mniejsz¹ twardoæ [162]. W tego typu cier-niwie wymagan¹ odpornoæ na zu¿ycie cierne mog¹ zapewniæ stopy FeCCr zawie-raj¹ce twarde wêgliki (Fe,Cr)7C3. Jak dotychczas wykazano, w wyniku wprowadzenia do tych stopów krzemu nastêpuje sprê¿yste odkszta³cenie sieci ferrytu, a przez to umoc-nienie ferrytycznej osnowy wskutek, spowodowanego tym odkszta³ceniem, zmniej-szenia rozpuszczalnoci wêgla i chromu w osnowie krzem sprzyja w rezultacie zarod-kowaniu i krystalizacji wiêkszej iloci wêglików typu M7C3, twardych krzemków i wêgli-kokrzemków [15, 34, 68, 78, 97, 117, 118, 148] (tabela 7.1)
Wyniki pomiarów twardoci i odpornoci na zu¿ycie badanych stopów, prowadzo-nych zgodnie z metod¹ opisan¹ w rozdziale 5.3, zestawiono w tabeli 7.2.