PRÓBEK LABORATORYJNYCH

Pomiary twardoœci badanych stopów wykonano metod¹ Vickersa w szeœciu punk-tach, po obu stronach, na szlifowanych powierzchniach prostopad³oœciennych próbek. Wyniki zestawione w tabeli 7.2 s¹ wartoœci¹ œredni¹ z minimum 12 pomiarów [50].

101 Tabela 7.1. Twardoœæ wybranych faz wystêpuj¹cych w uk³adzie Fe–C–Cr–Si

Table 7.1. Hardness of selected phases present in the Fe–C–Cr–Si system

Faza TwardoϾ HV 30 Faza TwardoϾ HV 30

α-Fe 45–150 [80] Cr23C6 16501) [32, 78] 100–1105) [32] Cr₇C₃ 22001) [32, 78] γ-Fe 190–230 [32] Cr₃C₂ 22801) [32, 78] Grafit 13–18 [144] β-SiC 30003) [32] 4–72) [32] 33402) [116, 151] Perlit 180–4005) [32] 35001) [78] Ledeburyt 470–7004) [32] Cr₃Si 10001) 2) [27, 32, 40, 80] Bainit 280–700 [32] Cr₅Si₃ 12801) 3) [32, 40, 80] Martenzyt 300–900 [32] CrSi 10001) 3) [32, 40, 80, 140] Cementyt 800 [144] CrSi₂ 11001) 3) [32, 40, 140] 1100 [32] FeSi 1200 [152] 1) HV 0,05; 2) HV 0,1; 3) HV 0,2; 4) HV 0,5; 5) HV 10

Twardoœæ próbek, zawieraj¹cych minimaln¹ iloœæ krzemu (stopy 3L–7L), zwiêksza siê o 50% wraz ze zwiêkszaj¹c¹ siê w stopie iloœci¹ wêgla i chromu.

Wprowadzenie 3 lub 6% wag. Si do stopów o sta³ej zawartoœci wêgla i chromu pro-wadzi do zmiany ich twardoœci zwi¹zanej ze zmianami strukturalnymi, to jest ze zwiêk-szaniem siê iloœci wêglików w strukturze (rys. 6.3) oraz ze zwiêkzwiêk-szaniem siê twardoœci osnowy stopu. Najbardziej korzystny wp³yw krzemu obserwuje siê w stopach o mniej-szej zawartoœci wêgla i chromu. Twardoœæ stopów zawieraj¹cych od 2,6 do 2,9% wag. C i od 14,0 do 14,7% wag. Cr zwiêksza siê systematycznie i po wprowadzeniu 6,6% wag. Si jest wiêksza o 50% od twardoœci stopu zawieraj¹cego najmniejsz¹ iloœæ krze-mu. Podobnie w przypadku stopów 4L, S4L i S14L (tabela 7.2), lecz wzrost twardoœci wynosi w tym przypadku jedynie 20%, a przy wiêkszej zawartoœci wêgla i chromu (sto-py 5L, S5L i S15L) wzrost ten nie przekracza ju¿ 8%. W pozosta³ych stopach obserwu-je siê wzrost twardoœci nawet o 25% po wprowadzeniu oko³o 3% wag. Si, dalsze zwiêk-szenie zawartoœci krzemu do 6% wag. powoduje zmniejzwiêk-szenie ich twardoœci do warto-œci okreœlonej dla stopów bez dodatku tego pierwiastka.

Twardoœæ stopów o najwiêkszej zawartoœci chromu (9SL–12SL) jest bardzo du¿a i wynosi od 1070 do 1160 HV 30. Nie obserwuje siê jednak istotnego zwi¹zku pomiê-dzy sk³adem chemicznym, a zw³aszcza zawartoœci¹ krzemu w stopie, a ich twardoœci¹ (tabela 7.2).

Mikrotwardoœæ pierwotnych wêglików typu M₇C₃ (tabela 7.3) ulega zmianie z oko-³o 1500 HV 0,2 do okooko-³o 1700 HV 0,2 (z wyj¹tkiem stopu S15L) wraz ze zwiêkszaj¹c¹ siê w stopie iloœci¹ wêgla i chromu. Nie stwierdzono jednoznacznego wp³ywu krzemu na twardoœæ tych wydzieleñ. Maksymalne oko³o 18-procentowe zmniejszenie twardo-œci obserwuje siê w stopach S15L i S17L przy dodatku oko³o 6,6 %wag. Si.

Tabela 7.2. Twardoœæ i zu¿ycie œcierne badanych stopów Table 7.2. Hardness and abrasive wear of the examined alloys STOP Twardoœæ HV 30 Zu¿ycie g STOP Twardoœæ HV 30 Zu¿ycie g STOP Twardoœæ HV 30 Zu¿ycie g 3L 460 6,72 1N 358 5,28 11O 455 17,37 4L 597 5,44 2N 508 5,16 12O 406 21,46 5L 673 0,68 3N 573 5,62 13O 412 2,18 6L 664 0,35 4N 471 5,75 14O 586 1,60 7L 698 0,23 5N 412 7,13 15O 594 1,22 S3L 616 6,95 6N 498 5,62 16O 490 1,38 S4L 657 0,99 7N 455 6,19 21O 534 6,08 S5L 723 0,47 8N 494 6,30 22O 416 8,14 S6L 743 0,35 9N 708 1,10 23O 436 8,24 S7L 746 0,25 10N 695 1,52 24O 551 2,77 S13L 685 0,67 11N 670 0,48 25O 558 1,71 S14L 718 0,44 12N 692 0,68 26O 615 1,09 S15L 713 0,35 13N 766 0,66 31O 481 1,32 S16L 658 0,31 14N 623 0,67 32O 450 4,71 S17L 681 0,28 15N 680 0,65 33O 489 2,62 9SL 1072 0,34 16N 694 0,52 34O 589 1,24 10SL 1118 0,49 17N 635 1,12 35O 575 0,53 11SL 1123 0,57 18N 881 0,76 36O 616 0,44 12SL 1161 0,39 19N 693 0,79 41O 707 0,55 20N 676 1,10 42O 480 2,35 21N 702 0,65 43O 570 0,77 44O 638 0,85 45O 657 0,49 46O 756 0,50 51O 729 0,41 52O 520 0,98 53O 624 1,11 54O 552 1,11 55O 591 0,73 56O 560 1,31

103 Tabela 7.3. Mikrotwardoœæ HV 0,05 wêglików pierwotnych i HV 0,2 osnowy badanych stopów Table 7.3. Microhardness HV 0,05 of primary carbides and HV 0,2 of matrix of the examined alloys

Stop Wêgliki Osnowa Stop Wêgliki Osnowa Stop Wêgliki Osnowa

3L – 522 S3L – 607 S13L – 785

4L – 512 S4L 1518 627 S14L – 784

5L 1720 666 S5L 1670 801 S15L 1495 928

6L 1730 673 S6L 1730 904 S16L 1700 922

7L 1730 806 S7L 1720 826 S17L 1465 912

Mikrotwardoœæ pierwotnych wêglików typu M₇C₃ w stopach o najwiêkszej zawar-toœci chromu zawiera siê w przedziale od 1740 HV 0,1 (stop 12SL) do 1860 HV 0,1 (stop 10SL) i jest najmniejsza dla stopu o najwiêkszej zawartoœci wêgla i najmniejszej zawartoœci chromu, natomiast najwiêksza jest dla stopu o najmniejszej zawartoœci wê-gla i najwiêkszej zawartoœci chromu. Istotne znaczenie dla tak du¿ej twardoœci maj¹ w tych stopach pozosta³e twarde fazy, których obecnoœæ stwierdzono w badaniach struk-turalnych. Mikrotwardoœæ fazy zidentyfikowanej jako wêglikokrzemek typu M₇X₃ wy-nosi od 1300 do 1600 HV 0,1, wêglikokrzemek typu M₃X₂ w stopie 10SL 1250 HV 0,1 oraz wêglikokrzemek typu M₅X₃ w stopie 12SL 1320 HV 0,1.

Mikrotwardoœæ osnowy stopów zwiêksza siê wraz ze zwiêkszaniem siê w stopie ilo-œci wêgla i chromu. W stopach bez dodatku krzemu zwiêksza siê o 67%, dla stopów zawieraj¹cych oko³o 3% wag. Si o 49% i tylko o 18% dla stopów z dodatkiem oko³o 6% wag. krzemu. Najwiêksze wartoœci mikrotwardoœci osnowy zmierzono w stopach zawieraj¹cych oko³o 4,5% wag. C i oko³o 25% wag. Cr, po czym ulega ona zmniejsze-niu o maksymalnie 10% (tabela 7.3).

Podobnie jak w przypadku twardoœci, mikrotwardoœæ osnowy zwiêksza siê o 40–50% pod wp³ywem dodatku do 6% wag. Si w stopach zawieraj¹cych do oko³o 4% wag. C i 20% wag. Cr (stopy 5L, S5L, S15L). W pozosta³ych stopach zmiana ta wynosi nie wiêcej ni¿ 12% (tabela 7.3).

Mikrotwardoœæ osnowy, któr¹ tworzy krzemek typu M₃Si w stopach o najwiêkszej zawartoœci chromu (9SL–12SL), wynosi od 860 HV 0,1 w stopie 11SL, zawieraj¹cym najmniejsz¹ iloœæ krzemu, do 1270 HV 0,1 w stopie 12SL zawieraj¹cym najwiêksz¹ iloœæ krzemu.

Wyniki pomiarów odpornoœci na zu¿ycie œcierne badanych stopów, okreœlonej zgo-dnie z procedur¹ opisan¹ w punkcie 5.3, zestawiono w tabeli 7.2 [50]. Jak wynika z da-nych zawartych w tabeli, odpornoœæ na zu¿ycie œcierne stopów o najmniejszej iloœci krze-mu zale¿y od iloœci w nich wêgla oraz chrokrze-mu. Przy zawartoœci oko³o 5% wag. C i 27% wag. Cr jest o oko³o 30-krotnie wiêksza ni¿ stopu o najmniejszej zawartoœci C i Cr, dla którego wielkoœæ zu¿ycia wynosi 6,72 g. Zu¿ycie to jest 3 razy mniejsze ni¿ okreœlone w tych samych warunkach zu¿ycie referencyjnych stali St3S i 60 [21, 114], wynosz¹ce odpowiednio 16 ±0,5 g i 18 ±0,5 g [21, 141].

Odpornoœæ na zu¿ycie œcierne zwiêksza siê, podobnie jak twardoœæ stopów, ze zwiêk-szaniem siê zawartoœci w nich krzemu, a szczególnie zauwa¿alny jest wp³yw tego pier-wiastka w stopach o najmniejszej iloœci wêgla i chromu. Stop zawieraj¹cy od 2,6 do 2,9% wag. C i od 14,0 do 14,7% wag. Cr, pomimo 34-procentowego wzrostu twardoœci po wprowadzeniu oko³o 3% wag. krzemu, nie wykazuje zwiêkszenia odpornoœci na zu-¿ycie œcierne. Dopiero wprowadzenie 6,6% wag. Si powoduje 10-krotne zwiêkszenie odpornoœci na zu¿ycie œcierne, do wartoœci 0,67 g.

Wprowadzenie ok. 3% wag. Si do stopu zawieraj¹cego oko³o 3,5% wag. C i oko³o 18% wag. Cr powoduje ponad 5-krotne, a dodatek 6,45% wag. Si 12-krotne zwiêksze-nie odpornoœci na zu¿ycie.

Stop zawieraj¹cy oko³o 4% wag. C i 20% wag. Cr odznacza siê bardzo dobr¹ odpor-noœci¹ na zu¿ycie œcierne. Dodatek 6,5% wag. Si zwiêksza j¹ jeszcze dwukrotnie.

Pozosta³e z badanych stopów charakteryzuj¹ siê bardzo dobr¹ odpornoœci¹ na zu¿y-cie, a dodatek krzemu nie powoduje praktycznie zmian tej w³aœciwoœci.

Odpornoœæ na zu¿ycie œcierne bardzo twardych stopów, zawieraj¹cych oko³o 60% wag. Cr, jest równie¿ bardzo dobra. Jednak ze wzglêdu na ich du¿¹ kruchoœæ i liczne mikropêkniêcia, wzd³u¿ których nastêpuje wy¿³obianie metalu luŸnym œcierniwem, jest porównywalna ze stopami zawieraj¹cymi o ponad po³owê mniej chromu (20–25% wag.).

7.2. WP£YW DODATKU KRZEMU NA TWARDOŒÆ

I ODPORNOŒÆ NA ZU¯YCIE ŒCIERNE