POMIAR TWARDOŒCI I ODPORNOŒCI NA ZU¯YCIE BADANYCH STOPÓWNA ZU¯YCIE BADANYCH STOPÓW

Pomiary twardoœci badanych stopów wykonano metod¹ Vickersa, a odpornoœci na zu¿ycie œcierne zmodernizowan¹ metod¹ Hawortha (rozdz. 7).

Wp³yw dodatku krzemu na wymienione w³aœciwoœci stopów Fe–C–Cr okreœlano dla próbek laboratoryjnych, napoin i odlewów. Twardoœæ próbek laboratoryjnych zawiera-j¹cych minimaln¹ iloœæ krzemu (3L–7L, tabela 4.1) zwiêksza siê o 50% wraz ze zwiêk-szaj¹c¹ siê w stopie iloœci¹ wêgla do oko³o 5% wag. i chromu do oko³o 27% wag..

Wprowadzenie 3 lub 6% wag. Si (przy sta³ej zawartoœci wêgla i chromu) prowadzi do zwiêkszenia mikrotwardoœci osnowy i iloœci wêglików w strukturze, a przez to do zwiêkszenia twardoœci stopów, szczególnie widocznego w stopach o mniejszej zawar-toœci wêgla (do oko³o 4% wag.) i chromu (do oko³o 20% wag.). Obserwuje siê nawet 50-procentowe zwiêkszenie twardoœci omawianej grupy w porównaniu do wartoœci okre-œlonej dla stopów zawieraj¹cych dwukrotnie wiêksz¹ zawartoœæ chromu.

Mikrotwardoœæ osnowy tej grupy stopów zwiêksza siê o 50% w przypadku stopów z dodatkiem 3% wag. Si i o 20% dla stopów z dodatkiem 6% wag. Si, szczególnie, co stwierdzono równie¿ w pomiarach twardoœci, w przypadku stopów zawieraj¹cych naj-mniejsz¹ iloœæ wêgla i chromu. Stwierdzono ponadto nieznaczny wp³yw dodatku krze-mu na zmianê mikrotwardoœci pierwotnych wêglików typu M₇C₃.

Twardoœæ stopów o najwiêkszej zawartoœci chromu i wêgla jest bardzo du¿a (tab. 7.2, stopy 9SL–12SL) i nie obserwuje siê istotnego zwi¹zku miêdzy sk³adem chemicznym, szczególnie zawartoœci¹ krzemu w stopie, a ich twardoœci¹.

Mikrotwardoœæ osnowy tych stopów, któr¹ tworzy krzemek typu M₃Si, wynosi od 860 HV 0,1 w przypadku stopu zawieraj¹cego najmniejsz¹ iloœæ krzemu do 1270 HV 0,1 dla stopu z najwiêksz¹ iloœci¹ krzemu. Mikrotwardoœæ wêglików typu M₇C₃ wynosi oko³o 1800 HV 0,1, a pozosta³ych faz zidentyfikowanych w tych stopach, a mianowi-cie: wêglikokrzemków typu M₇X₃ od 1300 do 1600 HV 0,1, typu M₃X₂ 1250 HV 0,1 i typu M₅X₃ 1320 HV 0,1.

Na podstawie analizy wyników pomiarów odpornoœci na zu¿ycie œcierne, zestawio-nych w tabeli 7.2, mo¿na stwierdziæ, ¿e podobnie jak twardoœæ, równie¿ odpornoœæ na tego rodzaju zu¿ycie zwiêksza siê w miarê zwiêkszania zawartoœci w stopach wêgla i chromu oko³o 30-krotnie oraz krzemu – szczególnie w stopach o mniejszej zawartoœci C i Cr – 15-krotnie.

Odpornoœæ na zu¿ycie œcierne laboratoryjnych stopów zawieraj¹cych oko³o 60% wag. Cr (stopy 9SL–12SL) jest równie¿ bardzo dobra, jednak ze wzglêdu na ich du¿¹ kru-choœæ, a przez to liczne mikropêkniêcia, wzd³u¿ których u³atwione jest wy¿³abianie metalu

157

luŸnym œcierniwem, jest porównywalna ze stopami zawieraj¹cymi o ponad po³owê mniej chromu.

Twardoœæ napoin zawieraj¹cych do 1% wag. C i 10% wag. Cr zwiêksza siê o 60% ze zwiêkszeniem siê do 3,5% wag. krzemu w stopie, powoduj¹cego tworzenie siê perlitu i martenzytu w strukturze stopu (rozdz. 7.2). Proces ferrytyzacji osnowy stopów i wy-dzielanie siê siatki eutektyki wêglikowej, w zwi¹zku ze zwiêkszaniem zawartoœci krze-mu w napoinie, prowadzi do zmniejszenia, nawet o 38%, ich twardoœci.

Nie obserwuje siê wp³ywu szybkoœci stygniêcia na twardoœæ napoin, z wyj¹tkiem próbki zawieraj¹cej minimaln¹ iloœæ krzemu, w której zmniejszenie szybkoœci stygniê-cia powoduje 30-procentowy wzrost twardoœci.

Mikrotwardoœæ obszarów martenzytycznych zwiêksza siê w próbkach zawieraj¹cych do 3,5% wag. Si o 50% (podobnie jak twardoœæ tych próbek), obszarów perlitycznych w próbkach zawieraj¹cych do 6% wag. Si o 77%, eutektyki wêglikowej w próbkach z dodatkiem wiêkszym ni¿ 4% wag. krzemu o 120% oraz ferrytu w napoinach zawiera-j¹cych wiêcej ni¿ 5% wag. Si o 60%. Pomimo takich zmian mikrotwardoœci sk³adni-ków mikrostruktury, spowodowanych dodatkiem krzemu, nie obserwuje siê (z wyj¹t-kiem pierwszych próbek zawieraj¹cych do 3,5% wag. Si) istotnych zmian ich twardo-œci. Zmiany te nie wp³ywaj¹ równie¿ na odpornoœæ na zu¿ycie œcierne i jest ona oko³o 3-krotnie wiêksza ni¿ próbek referencyjnych ze stali St3S i 60 stosowanych w próbach laboratoryjnych.

Zwiêkszenie zawartoœci wêgla i chromu (napoiny zawieraj¹ce powy¿ej 2,7 %wag. C i 17% wag. Cr) prowadzi do wyraŸnego zwiêkszenia twardoœci i oko³o 5-krotnego zwiêk-szenia odpornoœci na zu¿ycie œcierne w porównaniu z omawianymi napoinami.

Równie¿ w tym przypadku nie obserwuje siê wyraŸnego i jednoznacznego wp³ywu dodatku krzemu oraz szybkoœci stygniêcia na twardoœæ badanych napoin.

Twardoœæ stopów omawianej grupy mieœci siê w granicach od 620 do 770 HV 30 (niektóre próbki osi¹gaj¹ twardoœæ powy¿ej 800 HV 30: 810 HV 30 próbka zawieraj¹ca najwiêksz¹ iloœæ wêgla, chromu i krzemu, i 880 HV 30 próbka zawieraj¹ca najwiêksz¹ iloœæ chromu i wêgla oraz najmniejsz¹ iloœæ krzemu – napawane w temperaturze pod³o-¿a równej 200°C), a ró¿nica twardoœci stopów stygn¹cych z ró¿n¹ szybkoœci¹ zawarta jest w przedziale od 5 do 20%.

Mikrotwardoœæ wêglików pierwotnych typu M₇C₃ zwiêksza siê ze wzrostem iloœci krzemu, maksymalnie o oko³o 10%. Mikrotwardoœæ mieszaniny osnowy badanych na-poin i wêglików eutektycznych typu M₇C₃ zwiêksza siê jednoznacznie (o 60%) ze wzro-stem zawartoœci krzemu jedynie w stopach zawieraj¹cych najmniejsz¹ iloœæ wêgla i chromu (oko³o 3% wag. C i 20% wag. Cr). Maksymaln¹ mikrotwardoœæ mieszaniny osnowy i wêglików okreœlono dla próbki zawieraj¹cej 2,7% wag. C, 23% wag. Cr i 5% wag. Si, w której strukturze zidentyfikowano obecnoœæ wydzieleñ wêglikokrzemku (Fe,Cr)₆CSi (próbka 11N).

W stopach o wiêkszej zawartoœci wêgla i chromu obserwuje siê ze wzrostem zawar-toœci krzemu 15-procentowe zmniejszenie mikrotwardoœci eutektyki, a w napoinach o najwiêkszej zawartoœci C i Cr zwiêksza siê mikrotwardoœæ eutektyki o 64% dopiero po wprowadzeniu 8,3% wag. Si.

Badania odpornoœci na zu¿ycie œcierne napoin wykaza³y wyraŸny wp³yw dodatku krzemu w stopach zawieraj¹cych oko³o 3,0% wag. C i 20% wag. Cr dopiero przy za-wartoœci 5% wag. Si, a próbka 11N, w której strukturze zaobserwowano wydzielenia wêglikokrzemku (Fe,Cr)₆CSi, wykazuje najwiêksz¹ odpornoœæ na zu¿ycie œcierne (0,48 g), wzrastaj¹c¹ dalej (0,30 g) wraz ze zmniejszaj¹c¹ siê szybkoœci¹ stygniêcia (wy-¿sza temperatura pod³o¿a podczas napawania równa 600 °C).

W pozosta³ych grupach stopów nie stwierdzono tak znacznego, maj¹cego praktycz-ne znaczenie, wp³ywu dodatku krzemu na odpornoœæ na zu¿ycie. Zwiêkszaj¹ca siê wiel-koœæ zu¿ycia stopów, zawieraj¹cych najwiêksz¹ iloœæ wêgla i chromu, jest spowodowa-na albo pojawieniem siê w strukturze wydzieleñ grafitu, albo wzrostem ich kruchoœci i tworz¹c¹ siê siatk¹ mikropêkniêæ.

Twardoœæ próbek odlewanych stopów Fe–C–Cr–Si (rozdz. 7.3) zwiêksza siê, co stwier-dzono równie¿ w dotychczasowych pomiarach twardoœci stopów laboratoryjnych i na-poin, wraz z powiêkszaniem zawartoœci w nich wêgla i chromu o 60% w stopach z minimaln¹ zawartoœci¹ krzemu.

Wprowadzenie do tych stopów 2% wag. Si powoduje zmniejszenie twardoœci od 7 do 32% spowodowane perlityzacj¹ osnowy. Dodatek 4% wag. krzemu prowadzi do zwiêk-szenia twardoœci stopów (w porównaniu z próbkami zawieraj¹cymi 2% wag. Si) od 2 do 20%, najwiêkszy w przypadku próbek zawieraj¹cych najwiêcej wêgla i chromu.

Zawartoœæ krzemu powy¿ej 6% wag. sprzyja zwiêkszaniu twardoœci próbek zawie-raj¹cych najmniejsz¹ iloœæ wêgla i chromu (do 3% wag. C i do 25% wag. Cr).

Zmiana twardoœci próbek jest wynikiem utwardzania przez krzem osnowy ferrytycznej oraz sprzyjaj¹cego oddzia³ywania tego pierwiastka podczas tworzenia wiêkszej iloœci bogatych w chrom wêglików typu M₇C₃. Potwierdzaj¹ to pomiary mikrotwardoœci osnowy oraz wêglików, a przebieg zmian jest podobny do zmian twardoœci próbek.

Mikrotwardoœæ osnowy zwiêksza siê ze zwiêkszaniem siê zawartoœci krzemu w da-nej grupie stopów, od 40% w przypadku próbek wolno stygn¹cych (o œrednicy 30 mm) do 80% dla próbek szybko stygn¹cych (o œrednicy 15 mm).

Równie¿ mikrotwardoœæ wêglików pierwotnych zwiêksza siê w stopie ze wzrostem zawartoœci krzemu. Nie obserwuje siê jednoznacznego wp³ywu (oprócz wp³ywu na iloœæ i wielkoœæ wydzieleñ) prêdkoœci stygniêcia na mikrotwardoœæ wêglików typu M₇C₃.

Odpornoœæ na zu¿ycie œcierne odlewanych stopów, zawieraj¹cych najmniejsz¹ iloœæ wêgla, chromu i do 2% wag. krzemu, jest niewielka i porównywalna z odpornoœci¹ re-ferencyjnych stali St3S i 60.

Wprowadzenie do 2% wag. Si powoduje w ka¿dej grupie odlewanych stopów zmniej-szenie odpornoœci na zu¿ycie œcierne i dopiero wiêkszy ni¿ 4-procentowy dodatek

krze-159

mu zwiêksza odpornoœæ. Najwiêkszy wp³yw tego pierwiastka obserwuje siê – podobnie jak w przypadku wp³ywu krzemu na wzrost twardoœci – w stopach zawieraj¹cych do 3% wag. C i do 25% wag. Cr, osi¹gaj¹c wartoœci uzyskane dla najlepszych z dotych-czas badanych grup stopów Fe–C–Cr–Si.

Odpornoœæ na zu¿ycie œcierne stopów o najwiêkszej zawartoœci wêgla i chromu jest bardzo du¿a i pogarsza siê pod wp³ywem dodatku krzemu, co spowodowane jest znacz-nym wzrostem kruchoœci stopów i powstaniem mikropêkniêæ oraz wydzielaniem siê gra-fitu w strukturze próbki zawieraj¹cej najwiêcej krzemu.

12.1.5. BADANIE ODPORNOŒCI NA UTLENIANIE

STOPÓW Fe–C–Cr–Si

Odpornoœæ na utlenianie badanych stopów Fe–C–Cr–Si (rozdz. 8) okreœlono nieci¹g³¹ i ci¹g³¹ metod¹ grawimetryczn¹ w temperaturze 800 i 1000 °C i w czasie do 100 go-dzin.

Badania odpornoœci na utlenianie nieci¹g³¹ metod¹ grawimetryczn¹ w temperaturze 800 °C, ze wzglêdu na niewielki przyrost masy próbek, nie pozwoli³y na jednoznaczn¹ interpretacjê otrzymanych wyników. W poszczególnych grupach badanych stopów wska-za³y one na tendencjê zwiêkszania siê odpornoœci na utlenianie ze wzrostem zawartoœci krzemu.

Okreœlenie odpornoœci na utlenianie w temperaturze 1000 °C pozwoli³o na stwier-dzenie, ¿e ju¿ 2-procentowy dodatek krzemu powoduje wyraŸne zmniejszenie wzrostu masy próbek (zahamowanie procesu utleniania) oraz ¿e niezale¿nie od zawartoœci chro-mu i wêgla w stopie, po wprowadzenie oko³o 4% wag. Si odpornoœæ badanych stopów na utlenianie osi¹ga swoje maksimum i nie ulega praktycznie zmianom.

Badania odpornoœci próbek na utlenianie ci¹g³¹ metod¹ grawimetryczn¹ prowadzo-no jedynie w temperaturze 1000 °C w czasie do 15 godzin (rys. 8.1), a wybrane próbki, odznaczaj¹ce siê najwiêksz¹ odpornoœci¹, badano równie¿ w czasie do 100 godzin (rys. 8.2).

Stwierdzono, ¿e odpornoœæ badanych próbek na utlenianie zwiêksza siê ze wzrostem zawartoœci C i Cr, a najkorzystniejsze oddzia³ywanie dodatku krzemu obserwuje siê w stopach zawieraj¹cych do 2,25% wag. C i do 20% wag. Cr. Najwiêksz¹ odpornoœci¹ odznaczaj¹ siê stopy zawieraj¹ce oko³o 4% wag. Si oraz stop zawieraj¹cy najwiêksz¹ iloœæ krzemu oraz 3,8% wag. C i 25% wag. Cr, w którego strukturze zaobserwowano wydzielenia wêglikokrzemku typu M₇X₃ (próbka 56O).

Badania procesu utleniania w czasie do 100 godzin najbardziej odpornych na utle-nianie próbek pozwoli³y stwierdziæ, ¿e ich odpornoœæ na utleutle-nianie jest porównywalna ze stopami kobaltu (Co–10Cr–11Al) znanymi z du¿ej odpornoœci na utlenianie.

Odpornoœæ na utlenianie stopów, zawieraj¹cych oko³o 60% wag. Cr, 5% wag. C i od 7,5 do 11% wag. Si (stopy 9SL–12SL), okreœlona w temperaturze 1100 °C i czasie do 75 godzin jest równie¿ bardzo du¿a, przy czym najwiêksz¹ odpornoœci¹ odznacza siê

stop z tej grupy zawieraj¹cy najmniejsz¹ iloœæ krzemu (rys. 8.3). Jest to zwi¹zane z mniejsz¹ iloœci¹ mikropêkniêæ, a przez to mniejsz¹ powierzchni¹ utleniania próbek.

Obserwacje mikroskopowe powierzchni badanych próbek ujawni³y, ¿e proces utle-niania stopów, zawieraj¹cych najmniejsz¹ iloœæ wêgla i chromu, ma charakter w¿erowy (szybkie, narastaj¹ce w g³¹b materia³u niszczenie stopu – rys. 8.4 i 8.5).

Ze zwiêkszaniem w stopie iloœci chromu i krzemu charakter utleniania zmienia siê na równomierny, powierzchniowy. Tworzy siê cienka, pozbawiona pêkniêæ, szczelna, pow³oka ochronna (rys. 8.6).

Badania rentgenowskie utlenionych próbek wykaza³y obecnoœæ w warstwie po-wierzchniowej tlenków typu M₂O₃ i/lub M₃O₄. Zaobserwowano równie¿ refleksy dy-frakcyjne pochodz¹ce od sk³adników struktury badanych stopów, a mianowicie ferrytu, wêglików typu M₇C₃ i M₃C oraz wêglikokrzemków. Oznacza to, ¿e utworzona warstwa tlenków jest bardzo cienka albo ¿e znajduj¹ siê w niej nie utlenione do koñca fragmenty próbki oddzielone od pod³o¿a.

Obserwacje powierzchni utlenionych próbek, prowadzone za pomoc¹ SEM, potwier-dzi³y obecnoœæ charakterystycznych kanciastych tlenków chromu, których wielkoœæ zwiêksza siê z wyd³u¿eniem czasu utleniania.

Na powierzchni próbek obserwuje siê równie¿ pojedyncze obszary, w których war-stwa utleniona ma wygl¹d g¹bczasty, szczególnie w próbkach, gdzie w trakcie obser-wacji mikroskopowych stwierdzono wystêpowanie obszarów o w¿erowym charakterze utleniania (próbki o niewielkiej zawartoœci wêgla i chromu). Powsta³a warstwa nie jest szczelna i nie stanowi bariery hamuj¹cej proces utleniania.

12.1.6. WP£YW PODWY¯SZONEJ TEMPERATURY

NA W£AŒCIWOŒCI STOPÓW Fe–C–Cr–Si

Ocenê wp³ywu podwy¿szonej temperatury na w³aœciwoœci stopów Fe–C–Cr–Si (rozdz. 9) dokonano na podstawie badañ metalograficznych, pomiarów mikrotwardoœci sk³adników struktury oraz pomiarów twardoœci w podwy¿szonej temperaturze.

Na podstawie obserwacji mikroskopowych próbek przetrzymywanych w temperatu-rze 1000 °C i czasie do 100 godzin stwierdzono, ¿e ju¿ po 5 godzinach nastêpuje rozpad metastabilnych sk³adników mikrostruktury stopu oraz rozpoczyna siê pocz¹tkowo koa-gulacja, a nastêpnie wzrost wielkoœci wydzieleñ wêglików eutektycznych, a po 100 go-dzinach równie¿ wêglików pierwotnych (rys. 9.1 i 9.2).

W stopie zawieraj¹cym 3,83% wag. C, 25,84% wag. Cr i 10,48% wag. Si, w którym stwierdzono obecnoœæ perytektycznie krystalizuj¹cego na wêglikach typu M₇C₃ wêgli-kokrzemku typu M₇X₃, zaobserwowano, ju¿ po 5 godzinach wygrzewania, zwiêkszenie wielkoœci jego wydzieleñ kosztem wêglika typu M₇C₃. Poniewa¿ proces wy¿arzania zbli¿a stop do stanu równowagi, podane zmiany wskazuj¹ na wystêpowanie w stabilnym uk³a-dzie Fe–C–Cr–Si obszaru, guk³a-dzie w równowadze wystêpuje ferryt, grafit i wêglikokrze-mek typu M₇X₃ (ju¿ przy zawartoœci oko³o 10% wag. Si w stopie), a którego istnienia

161

nie mo¿na potwierdziæ, ze wzglêdu na brak informacji w aktualnych danych zawartych w kartach ASTM (rys. 9.3).

Wskutek oddzia³ywania podwy¿szonej temperatury (po czasie wygrzewania równym 100 godzin) nastêpuje niewielkie, oko³o 10-procentowe, zmniejszenie mikrotwardoœci osnowy badanych stopów i takie samo zwiêkszenie mikrotwardoœci wêglików typu M₇C₃ oraz 18-procentowy wzrost mikrotwardoœci wêglikokrzemku typu M₇X₃.

Twardoœæ stopów w podwy¿szonej temperaturze okreœlono dynamiczn¹ metod¹ Vic-kersa w zakresie do 1000 °C, zmieniaj¹c ka¿dorazowo skokowo temperaturê o 200 °C (rys. 9.4).

Twardoœæ badanych próbek zmniejsza siê ze wzrostem temperatury i osi¹ga w tem-peraturze 800 °C, w przypadku próbek zawieraj¹cych oko³o 2,3% wag. C i 20% wag. Cr oraz 2,3% wag. Si (próbka 32O) lub 3,8% wag. Si (próbka 33O), wartoœæ 150 HV₈₀₀, a dla próbki z najwiêksz¹ zawartoœci¹ krzemu (10,36% wag.) wartoœæ 260 HV₈₀₀ (twar-doœæ stali St3S w temperaturze otoczenia wynosi 140 HV₂₀).

Zmniejszenie o po³owê twardoœci próbek HV₂₀, mierzonej w temperaturze otocze-nia (przyjête jako miernik dynamiki zmian twardoœci w przedstawionej metodzie) na-stêpuje w temperaturach 640–680 °C.

Zmianê twardoœci próbek, zawieraj¹cych oko³o 4% wag. C i 30% wag. Cr, obserwu-je siê znacznie wczeœniej i po³owê wartoœci HV₂₀ osi¹ga próbka zawieraj¹ca 3,5% wag. Si (próbka 53O) ju¿ w temperaturze 315 °C, podczas gdy próbka zawieraj¹ca 10,5% wag. Si (próbka 56O) traci w temperaturze 400 °C dopiero 20% twardoœci okreœlonej w temperaturze otoczenia, a o 50% twardoœæ zmniejsza siê w temperaturze 550 °C.

Twardoœæ badanych stopów w temperaturze 800 °C jest porównywalna ze znanymi ¿aroodpornymi stopami Stellit 6, Stellit 8, Inconel 625 czy Inconel 718.

12.1.7. BADANIE ODPORNOŒCI NA KOROZJÊ

STOPÓW Fe–C–Cr–Si

W celu okreœlenia odpornoœci badanych stopów na korozjê wykonano testy korozyj-ne metod¹ potencjostatyczn¹ (polaryzacji anodowej) w 0,1n roztworach HCl, HNO₃, H₂SO₄ i NaOH i KCl. W celach porównawczych okreœlano odpornoœæ na korozjê próbek stalowych (bez uwzglêdnienia czynników strukturalnych) oznaczonych zgodnie z Pol-sk¹ Norm¹: H17N13M2T i H17 (rozdz. 10).

Spoœród wszystkich próbek poddanych badaniom w 0,1n roztworze HCl jedynie te, zawieraj¹ce powy¿ej 2,25% wag. C, 20% wag. Cr i po oko³o 10% wag. Si (próbki 36O, 46O i 56O) oraz próbka zawieraj¹ca najwiêksz¹ iloœæ chromu i wêgla przy zawartoœci 8,5% wag. Si (próbka 55O) wykaza³y odpornoœæ na korozyjne oddzia³ywanie tak stê¿o-nego roztworu (w za³o¿onych warunkach badania), znacznie wiêksz¹ ni¿ u¿ytych po-równawczo materia³ów referencyjnych (rys. 10.1).

Na podstawie obserwacji mikroskopowych stwierdzono, ¿e w badanych stopach wystêpuje korozja równomierna (rys. 10.1a–c), jedynie lokalnie na powierzchni mate-ria³ów referencyjnych wystêpuj¹ obszary korozji objêtoœciowej (w¿erowej).

Badania przeprowadzone w 0,1n roztworze HNO₃ wykaza³y, ¿e tak samo jak w roztworze HCl (w okreœlonych warunkach) du¿¹ odpornoœci¹ na korozjê odznaczaj¹ siê te same stopy wysokochromowe i wysokokrzemowe (próbki 36O, 46O, 55O i 56O), podobnie jak porównawczo testowana stal H17N13M2T. Odporna na korozjê stal H17 wykazuje wielokrotnie mniejsz¹ odpornoœæ na korozjê ni¿ badane materia³y. Równie¿ w tym przypadku korozja ma charakter równomierny (rys. 10.2).

Z analizy testu korozyjnego próbek, wykonanego w 0,1n roztworze H₂SO₄, mo¿na wnioskowaæ, ¿e równie¿ w tym przypadku najwiêksz¹ odpornoœci¹ na korozjê odzna-czaj¹ siê stopy zawieraj¹ce powy¿ej 2,25% wag. C, 20% wag. Cr oraz najwiêksz¹ iloœæ krzemu, a odpornoœæ ta jest wiêksza ni¿ badanych referencyjnych stali H17N13M2T i H17 (rys. 10.3).

Okreœlenie odpornoœci na korozjê w 0,1n roztworach kwasów HCl, HNO₃ i H₂SO₄ wykonano równie¿ dla stopów zawieraj¹cych oko³o 60% wag. Cr i oko³o 5% wag. C i od 7,5 do 11% wag. Si (stopy 9SL–12SL). Stwierdzono, ¿e najmniejsz¹ odpornoœæ na korozjê wykazuje próbka zawieraj¹ca najmniejsz¹ iloœæ krzemu, jednak odpornoœæ ta jest wielokrotnie wiêksza ni¿ referencyjnych stali. Wyj¹tek stanowi stal H17N13M2T, która w 0,1n roztworze HNO₃ odznacza siê najwiêksz¹ odpornoœci¹ na korozjê w po-równaniu do badanych próbek tej grupy stopów. Tak¿e w tym przypadku korozja ma równomierny, powierzchniowy charakter (rys. 10.4).

Ze zdjêæ mikroskopowych powierzchni próbek testowanych w roztworach kwaœnych, gdzie obserwuje siê jedynie równomiern¹, powierzchniow¹ korozjê, wynika, ¿e o od-pornoœci na korozjê stopów Fe–Cr–Si–C decyduje g³ównie osnowa stopu, w której za-sadniczo rozpuszczony jest wprowadzony krzem (rys. 10.1–10.4).

Odpornoœæ na korozjê stopów Fe–C–Cr–Si w 0,1n roztworach KCl i NaOH jest znacz-nie wiêksza ni¿ w roztworach kwasów (tab. 10.3).

Wszystkie stopy zawieraj¹ce maksymaln¹ iloœæ dodatku krzemu oraz stopy zawiera-j¹ce powy¿ej 6,3% wag. Si, oraz powy¿ej 2,25% wag. C i 20% wag. Cr odznaczaj¹ siê wiêksz¹ odpornoœci¹ na korozjê w 0,1n roztworze KCl i NaOH ni¿ badane referencyjne stale H17 i H17N13M2T.

Obserwacje mikroskopowe potwierdzi³y, ¿e równie¿ w tym przypadku wystêpuje równomierna korozja powierzchniowa, przy czym (chocia¿ w mniejszym stopniu) ko-roduj¹ wydzielenia wêglików, a zatem o odpornoœci na korozjê badanych stopów bêd¹ decydowaæ wszystkie sk³adniki mikrostruktury (rys. 10.5).

W stopach zawieraj¹cych mniej ni¿ 1,8% wag. C i 15% wag. Cr i 6% wag. Si obser-wuje siê ponadto obszary, w których wystêpuje lokalna korozja objêtoœciowa (w¿erowa).

12.1.8. OKREŒLENIE MO¯LIWOŒCI WYTWARZANIA

WARSTW STOPOWYCH Fe–C–Cr–Si NA ODLEWACH Z ¯ELIWA

Na podstawie wyników badañ rozpoznawczych stwierdzono, ¿e mo¿liwe jest wy-twarzanie na odlewach ¿eliwnych warstw stopowych Fe–C–Cr–Si metodami natryski-wania lub napanatryski-wania plazmowego (rozdz. 11).

163

Stwarza to mo¿liwoœæ zastosowania stopów Fe–C–Cr–Si (szczególnie zawieraj¹cych du¿e iloœci krzemu i chromu, a odznaczaj¹cych siê bardzo dobrymi w³aœciwoœciami u¿yt-kowymi, lecz nastrêczaj¹cymi niekiedy trudnoœci w wytwarzaniu ich w procesie odlew-niczym) do nanoszenia warstw o zwiêkszonej odpornoœci na korozjê, zu¿ycie œcierne i utlenianie na nowych wyrobach ¿eliwnych lub do regeneracji uszkodzonych, albo zu-¿ytych czêœci maszyn.

Wybrane do badañ stopy 34O, 36O, 53O i 56O, o bardzo korzystnych w³aœciwoœciach, nanoszone na powierzchnie ¿eliwne, dobrze ³¹czy³y siê z pod³o¿em, gwarantuj¹c uzy-skanie ci¹g³ych warstw, bez wad, o du¿ej, sprawdzonej w badaniach, odpornoœci na zu-¿ycie œcierne, korozjê i utlenianie (rys. 11.1–11.4).

Twardoœæ natryskiwanych warstw stopowych nie ró¿ni³a siê od twardoœci materia³u wytwarzanego w procesie odlewania, a warstw napawanych by³a wiêksza o 20% w przypadku napoin trzywarstwowych.

12.2. WNIOSKI

Z przeprowadzonych badañ, dotycz¹cych wp³ywu krzemu na strukturê i w³aœciwoœci stopów Fe–C–Cr, mo¿na przedstawiæ nastêpuj¹ce wnioski:

1. Na podstawie analizy wyników badañ wp³ywu krzemu na budowê uk³adu fazowe-go Fe–C–Cr, przeprowadzonej z wykorzystaniem aktualnych danych termo–dynamicz-nych stwierdzi³em, ¿e pierwiastek ten powoduje zmniejszanie, a ostatecznie zanik, ob-szarów pierwotnej krystalizacji austenitu i wêglików typu M₃C i M₂₃C₆ oraz zwiêksze-nie obszaru wystêpowania ferrytu i wêglika typu M₇C₃.

Analiza izotermicznego przekroju uk³adu fazowego stopu Fe–C–Cr–Si wykaza³a, ¿e w temperaturze 1200 °C, ju¿ przy zawartoœci 3% wag. Si, tworz¹ siê obszary, w których wystêpuj¹ wêglik krzemu oraz krzemki Cr₃Si i Cr₅Si₃. Przy zawartoœci 10% wag. Si tworzy siê, ju¿ przy dodatku poni¿ej 30% wag. Cr, obszar wystêpowania krzemku Cr₅Si₃, bêd¹cego w równowadze z faz¹ α, wêglikiem typu M₇C₃ i grafitem.

2. Analiza wyników badañ strukturalnych rozpatrywanych stopów wykaza³a, ¿e do zawartoœci 8% wag. Si wystêpuj¹ w nich fazy typowe dla uk³adu Fe–C–Cr. Ich iloœæ i wielkoœæ zale¿y od zawartoœci wêgla i chromu oraz od iloœci wprowadzonego krzemu, a tak¿e od szybkoœci stygniêcia stopu.

Wyj¹tek stanowi stop otrzymany przez napawanie, zawieraj¹cy 5% wag. Si, w którego mikrostrukturze ujawni³em obecnoœæ wêglikokrzemku o wzorze stechiometrycznym (Fe,Cr)₆CSi.

W warstwach napawanych, zawieraj¹cych powy¿ej 8% wag. Si, stwierdzi³em obe-cnoœæ krzemku ¿elaza Fe₃Si, czego nie wykaza³y obliczenia teoretyczne.

W próbkach odlewanych, zawieraj¹cych równie¿ powy¿ej 8% wag. Si, wystêpuje nowa faza, okreœlona jako wêglikokrzemek typu M₇X₃ (w stopach o najwiêkszej za-wartoœci wêgla i chromu) oraz wydzielenia grafitu (w stopach o najmniejszej zawarto-œci wêgla i chromu).

W strukturze stopów wysokochromowych stwierdzi³em tak¿e wystêpowanie, nie opisywanych dot¹d w znanej mi literaturze, pierwotnych wydzieleñ wêglikokrzemków M₇X₃, M₅X₃ oraz M₃X₂.

3. Na podstawie przedstawionych wyników badañ mo¿na projektowaæ i sterowaæ w³aœciwoœciami stopów Fe–C–Cr–Si. Przez odpowiedni dobór sk³adników wsadu me-talowego oraz uwzglêdnienie zdolnoœci stopu do rozpuszczania wêgla (wed³ug opraco-wanych nomogramów) mo¿na wp³ywaæ na wytworzenie materia³ów konstrukcyjnych o zamierzonych korzystnych w³aœciwoœciach u¿ytkowych.

4. Wprowadzenie okreœlonej iloœci krzemu powoduje ogólnie wzrost twardoœci, od-pornoœci na zu¿ycie œcierne, odod-pornoœci na utlenianie w wysokiej temperaturze, a tak¿e odpornoœci na korozjê stopów. Najbardziej skuteczne oddzia³ywanie krzemu na wymie-nione w³aœciwoœci u¿ytkowe stwierdzi³em w stopach o mniejszej zawartoœci wêgla i chromu. Stwierdzi³em ponadto, ¿e odpornoœæ na zu¿ycie œcierne stopów o okreœlonej zawartoœci krzemu, w niektórych przypadkach jest podobna do stopów zawieraj¹cych wiêksz¹ o 50% zawartoœæ chromu, co stwarza mo¿liwoœæ zastêpowania dro¿szego chromu krzemem.