Zmiany strukturalne zachodzące podczas obróbki cieplnej w stali 18H2N4MA

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : MECHANIKA z i 45

________ 1971 Nr k o l . 306

MAREK HETMAŃCZYK, ADOLF MACIEJNY K a t e d r a M a te r ia ło z n a w s tw a

STANISŁAW MANDZIEJ K a t e d r a M etaloznaw stwa

ZMIANY STRUKTURALNE ZACHODZĄCE PODCZAS OBRÓBKI CIEPLNEJ W STALI 18H2N4MA

S t r e s z c z e n i e . Zbadano wpływ pcdstawowyoh zabie gów o b r ó b k i c i e p l n e j na tw a r d o ś ć , w y tr z y m a ło ś ć 1 u d a r n o ś ó s t a l i 18H2N4MA• S t o s u j ą c o b s e r w a c j ę r e p l i k w m ik r o s k o p ie e l e k t r o ­ nowym o r a z i d e n t y f i k a c j ę w y d z i e l e ń metodą d y f r a k c j i e l e k ­ t r o n o w e j o k r e ś l o n o m o r f o l o g i ę węglików o r a z s u b s t r u k t u r ę f a z y oC . Wyniki b ad a ń p o z w o l i ł y na op rac o w a n ie wniosków o z n a c z e n i u przemysłowym.

1 . Wstęp

S t a l 18H2N4MA n a l e ż y do grupy s t a l i Cr-Ni-M o, z a w i e r a j ą c y c h o k . 0 , 1 - - 0 , 2 2 # Cj o k . 1 , 5 # C i f 4 , 5 # Ni i 0 , 2 5 - 0 , 4 0 # Mo. Z uw agi na wysokie w ł a s ­ n o ś c i m e o h a n ic z n ę , s t a l e t e s ą stosow a ne na s z c z e g ó l n i e o d p o w i e d z i a l n e e - łem enty maszyn d l a p r z e m y s łu moto ryzaoy jn e g c i l o t n i c z e g o , t a k w s t a n i e u lepszonym c i e p l n i e j a k i nawęglonym. Wyroby o b r o b io n e c i e p l n i e po nawę- g l a n l u u z y s k u j ą d użą tw a rd o ś ć p o w i e r z c h n i i w y tr z y m a ło ść na z m ę c z e n ie , p rzy d o b r e j w y t r z y m a ł o ś c i r d z e n i a - Rm o k . ( 1 1 , 7 6 - 1 3 , 7 3 ) . 108 N/m2 (120 - - 140 kG/mm2 ) i u d a r n o ś c i U o k . 1 3 7 , 3 . 1 0 ^ J/m2 (14 kGm/om'1') ; n a t o m i a s t wy­

roby u l e p s z o n e c i e p l n i e - b a r d z o dobre w ł a s n o ś o i p l a s t y c z n e i w y trz y m a ło ś -

O O p

oiowe na całym p r z e k r o j u - Rm o k . ( 8 , 8 3 - 1 1 , 7 3 ) . 1 0 N/m (90-120 kG/mm ) , Ra o k . ( 7 , 8 5 - 8 , 8 3 ) . 106 N/m2 (80 -9 0 kG/mm2 ) [ 1 ] ,

D o d a t k i stopowe r o z p u s z o z o n e podozas a u s t e n i t y z o w a n i a w r o z t w o r z e s t a ­ łym, z w i ę k s z a j ą o w y d a tn i e h a r t o w n o ś ó , p r z e z co wyroby z t e j s t a l i po o - c h ł o d z e n l u na p o w i e t r z u u z y s k u j ą s t r u k t u r ę b a l n i t y o z n ą . Chrom, tw o r z ą c t r w a ł e w ę g l i k i , o p ó ź n i a p ro c e s y d y f u z y j n e , d z i ę k i czemu s t a l 18H2N4MA z a ­ chowuje wysoką tw a r d o ś ć i w y trz y m a ło ś ć naw e t po o d p u s z c z a n i u w t e m p e r a t u ­ r z e 600°C . M oli bden j e s t d o d a tk ie m stopowym, mającym za z a d a n i e p r z e c i w ­ d z i a ł a ć k r u c h o ś c i o d p u s z c z a n i a . N i k i e l n a t o m i a s t wpływa k o r z y s t n i e na z a ­ chowanie w y so k ic h w ł a s n o ś c i p i a s t y o z n y o b - głó w n ie u d a r n o ś o i .

C h a r a k t e r y s t y c z n ą oeohą w y k re s CTPo s t a l i 18H2N4MA J e s t b r a k z a k r e s u przem iany p e r l l t y c z n e j ( r y s . 1 ) . P rz em ian a b a i n i t y c z n a w y s t ę p u j e p o n i ż e j t e m p e r a t u r y 470°C, p r z y czym c z y s t ą s t r u k t u r ę b a i n i t y c z n ą u z y s k u j e s i ę po c h ł o d z e n i u c ią g ły m z s z y b k o ś c i ą m n i e j s z ą od o k . 3 0 ° C / m in . Przy w iększyc h s z y b k o ś c i a c h o h ł o d z e n i a u z y s k u je s i ę s t r u k t u r ę ba i n i t y c z n o - m a i t e n z y t y c z n ą .

14 M. Het mańozyk, A. Ma o l e j n y , S . Ma ndzl c j

T em p e r a tu ra Ao^ d l a t a j s t a l i w y n o si o k . 700°C, z a ś t e m p e r a t u r a A o ^ - e i O ° C Tem peratury Ms i Mf wynoszą odpow iednio 370 i 250°C, po a u t a n i t y z o w a n i u w t e m p e r a t u r a c h 840 - 860°C . Ponieważ t e m p e r a t u r a Mf J e s t dość w y so k a, z a ­ w a r t o ś ć a u s t e n i t u sz cz ątk o w eg o w omawianej s t a l i J e s t n i e w i e l k a i w ynosi od 2 do 4* [2] .

R y s . i . Wykres CTP0 d l a s t a l i 18H2N4MA po a u s t e n i t y z o w a n i u w t e m p e r a t u r z e 86C°C [2J

2 . B a dania w ła s n e

B a d a n ia m ia ły na c e l u o k r e ś l e n i e zmian s t r u k t u r a l n y c h , z a ch o d z ąc y ch p o d c z a s o t r ó b k l c i e p l n e j s t a l i 18H2N4MA o r a z i c h wpływu na w ł a s n o ś c i me­

c h a n i c z n e : t w a r d o ś ć , w y tr z y m a ło ś ć i u d a r n o ś ć . W s z c z e g ó l n o ś c i c h o d z i ł o o s t w i e r d z e n i e wpływu podstawowych param etrów o b r ó b k i c i e p l n e j : te m p e r a t u r y a u s t e n i t y z o w a n i a i s z y b k o ś c i c h ł o d z e n i a po d c z a s h a r t o w a n i a . t e m p e r a t u r y o r a z o z a s u o d p u s z c z a n i a na m o r f o l o g i ę sk ła d n ik ó w s t r u k t u r a l n y c h .

2 . 1 . M a t e r i a ł do b a d a ń i o bróbka c i e p l n a p ró b e k

Badania p rzeprow adzono na w y to p ie przemysłowym 3 t a l i 18H2N4MA. S k ła d chemiczny b a d a n e j s t a l i z a w ie r a t a b l i c a 1 .

Zmiany s t r u k t u r a l n e zaohodząoe podcz as o b r ó b k i o l e p l n e j . . . _______________ 1 5

T a b l i c a 1 S k ła d ohemlczny s t a l l 18H2N4MA

O z n a c z e n ie

S k ła d chemiczny

C Mn S i P S Cr Ni Mo

S k ła d chemiczny s t a l i 18H2N4MA

wg PN-58/H-8435

0 , 1 5 do 0 , 2 0

0 , 2 5 do 0 , 5 5

0 , 1 7 do 0 , 3 7

max 0,02.'

max 0 , 0 2 5

1 , 3 5 do 1 , 6 5

4,00 do 4,50

0 , 2 7 do 0 , 4 0 S k ła d chemiczny b a d a ­

n e j s t a l i 0 , 1 6 0 ,3 0 0 , 3 1 ‘ 0 ,0 3 0 0 , 0 1 2 1 , 3 9 4 ,3 6 0 , 3 0

P r ó b k i do b a d a ń w y tr z y m a ło śc io w y c h 1 u d a rn o ś c io w y c b pobrano z p r ę t a o ś r e d n i c y 26 mm, z g o d n i e z k i e r u n e k i e m p r z e r ó b k i p l a s t y c z n e j . P r ó b k i pod­

dano n a s t ę p u j ą c y m zabiegom o b r ó b k i c i e p l n e j :

- h a r t o w a n i u z t e m p e r a t u r : 860 , 900 , 950 i 1000°C, przy ró ż n y c h s z y b k o ś ­ c i a c h c h ł o d z e n i a : w o l e j u , na p o w i e t r z u 1 w o s ł o n i e , u m o ż l i w i a j ą c e j c h ł o d z e n i e z s z y b k o ś c i ą o k . 1 5 °C /m inj

- O d p u s z c z a n iu p r ó b e k h a rto w a n y ch z 66 0 °C w o l e j u , w t e m p e r a t u r a c h : 200, 3 0 0 , 4 0 0 , 500, 550, 6 0 0 , 650 i 700°C, p r z e z : 1 , 2 1 3 g o d z i n y ;

- h a r t o w a n i u iz o te r m ic z n a m u w 640°C po a u s t e n i t y z o w a n i u w t e m p e r a t u r z e 1000°C;

•• z m ię k o z a n l u w t e m p e r a t u r z e 640°C p r z e z 24 g o d z i n y .

Obróbkę c i e p l n ą prowadzono w p i e c a c h komorowych e l e k t r y c z n y oh . P r ó b k i u d a r - n o ś o io w e , o b r o b io n e o i e p i n i e p o d l e g a ł y s z l i f o w a n i u na wymiar 10x10x35 mm o r a z n a c i ę t o na n i c h k a r b o g ł ę b o k o ś o i 2 mm,

2 . 2 . P r z e b i e g bada ń

P o m i a r y t w a r d o ś c i przeprow adzono na p ró b k ac h h a r t o ­ wanych metodą Rookw6lla w s k a l i C, z a ś na próbkaoh odpu sz cz o n y ch metodą B r l n e l l a , przy z a s t o s o w a n i u k u l k i o ś r e d n l o y 10 mm i o b c i ą ż e n i a 3 000 kG

(29430 N ) ,

P r ó b y u d a r n o ś o l o w o przeprow adzono na próbkach ty p u

Mesnager przy u ż y c i u m ło ta wahadłowego t y p u Charpy do 30 kGa ( 2 9 4 ,3 J ) , p r z y n a s t a w i e n i u na p e łn y z a k r e s .

P r ó b y r o z o i ą g a n i a przeprow adzono na m aszynie w y t r z y -

3 3

m a łp śo io w e j Amsler do 50 I ( 4 9 0 .1 0 NJ, przy n a s t a w i e n i u na 2 5 1 ( 2 4 5 .1 0 N) na p róbkaoh o d ł u g o ś c i l o * 100 mm.

B a d a n i a m e t a l o g r a f i c z n e przeprow adzono na mi­

k r o s k o p i e elektronow ym JEM-6A, przy u ż y c i u r e p l i k mowitalowyoh o i e n i o w a - nyoh chromem o r a z r e p l i k węglowych b e z p o ś r e d n i c h i e k s t r a k c y j n y c h . R e p l i ­ k i zdejmowano ze względów wypclerowanyoh m e o h a n ic z n ie 1 w ytraw io n y c h o d - ' ozy n n ik iem o s k ł a d z i e : 1g F e C l j - 2 orn^ HC1 + 98 cuP CHjjOH,

16 M. Hetmańczyk, A» Mącie j n y , S . Ma ndzl e j

3 . W yniki badań

3 . 1 . Wy n i k i pomiarów t w a r d o ś c i

Twardość s t a l i 16H2N4MA w y n o s iła po h a r t o w a n i u o k . 40 HRC; n i e s t w i e r ­ dzono wyraźnego wpływu zmiany t e m p e r a t u r y a u s t e n i t y z o w a n i a i r o ż n y c h szyb-*

k o ś c i c h ł o d z e n i a na tw a r d o ś ć s t a l i z a h a r t o w a n e j . Maksymalną tw a r d o ś ć - 4 1 , 5 HRC p o s i a d a s t a l po h a r t o w a n i u z t e m p e r a t u r y 500°C w o l e j u , z a ś n a j ­ n i ż s z ą - 36 HRC po h a r t o w a n i u iz o te r m lo z n y m w t e m p e r a t u r z e 640°C .

HB

400

550

300

250

R y s . 2 . Wpływ t e m p e r a t u r y o d p u s z c z a n i a i s z y b k o ś c i c h ł o d z e n i a na tw a rd o ść s t a l i 18H2N4MA a u s t e n i t y s o w a n e J w te m p . 660°Ć

W yniki p r ć b t w a r d o ś c i po o d p u s z c z a n i u p r z e d s t a w i o n o na r y s u n k u 2 . Ze w zrostem t e m p e r a t u r y o d p u s z c z a n i a tw a r d o ś ć s t a l i h a r t o w a n e j w o l e j u spada od o k . 400 HB po o d p u s z c z a n i u w te m p . 2C0°C do o k . 240 HB po o d p u s z ­ c z a n i u w te m p . 600°C . Dla p r ć b e k h a rto w a n y ch w o s ł o n i ą z s z y b k o ś o l ą o b l o ­ d z e n i a o k . 15°C/mlu w yraźne zmiany t w a r d o ś c i w y s t ę p u j ą d o p i e r o pc o dpusz - o z a n iu w te m p . powyżej 40 0 °C . P r z e b i e g zmian t w a r d o ś o i p r ć b e k h a rto w a n y ch na p o w i e t r z u w ykazuje w a r t o ś c i p o ś r e d n i e . W z a k r e s i e t e m p e r a t u r od p u sz cz a­

n i a 600-700°C zaobserwowano w z r o s t t w a r d o ś c i , typowy d l a z j a w i s k a tw ard o ść c i w t ć r n e j . S to s o w a n ie w ię k s z y c h s z y b k o ś c i c h ł o d z e n i a podozas h a r t o w a n i a pozwala u z y s k a ć w ię k s z ą tw a rd o ś ć po o d p u s z c z a n i u w z a k r e s i e t e m p e r a t u r od 200 do 600°C; n a t o m i a s t po o d p u s z c z a n i u w t e m p e r a t u r a o h powyżej bOO°C wyż­

sz ą tw a rd o ść w ykazują p r ó b k i h a r to w a n e z m n ie jsz y m i s z y b k o ś c i a m i c h ł o d z e ­ n i a . Nie s t w i e r d z o n o w yraźnego wpływu ozasćw o d p u s z c z a n i a na t w a r d o ś ć b a ­ d a n e j s t a l i .

Zmiany s t r u k t u r a l n e z a c hodz ąc e podozas o b r ó b k i c i e p l n e j . . . 17

3 . 2 . W yniki próby u d a r n o ś c i

Zmiany u d a r n o ś c i w z a l e ż n o ś c i od t e m p e r a t u r y o d p u s z c z a n i a p r z e d s t a w i o ­ no na r y s u n k u 3 . Po o d p u s z c z a n i u w t e m p e r a t u r z e 200 C u d a r n o ś ó

n o ś c l od s z y b k o ś c i o h ł o d z e n l a po d c z a s h a r t o w a n i a w y n o s i ł a :

e p 2

- po h a r t o w a n i u w o l e j u - 1 0 3 , 0 . 1 0 J/m ( 1 0 , 5 kGm/om )}

- po h a r t o w a n i u w p o w i e t r z u - 1 2 7 , 5 . 104 J/m2 ( 1 3 ,0 kGm/om2 )}

w z a l e ż -

- po

lt O O

h a r t o w a n i u w o s ł o n i e - 14-2,2.10 J/m ( 1 4 , 4 kGm/cm ) .

fkGm) (¡cm*/

215,7 (22)

196,2 (20)

(76.7 (18/

156,8 (1S)

<37.3 ( u )

117,6 (12)

98,1 (10)

78,4 (3)

P g j g j o w i e t r z e

o s ł o n a / * s ’

s i

k

•■w

\

I

/> \\\

s > s

/

' ^

>N

/ 1

200 300 +00 500 600 700 *C

R y s . 3 . Wpływ te m p e r a t u r y o d p u s z c z a n i a i s z y b k o ś c i c h ł o d z e n i a na u d arn o śó s t a l i 18H2N4MA a u s t e n i t y z o w a n e j w te m p . 860°C

O d p u s z c z a n ie w t e m p e r a t u r z e 400°C spowodowało s p a d e k u d a r n o ś c i do o k .

i p 2

8 8 , 3 . 1 0 J / m (9 kGm/om ) . D alszy w z r o s t t e m p e r a t u r y o d p u s z c z a n i a do o k . 600°C w ywołał gwałtowny w z r o s t u d a r n o ś c i d l a p r ó b e k :

- h arto w a n y o h w o i e j u - do o k . 2 1 5 , 7 . 1 0 ^ J/m 2 (22 kGm/om2 ) | - h a r to w a n y c h w o s ł o n i e - dc c k . 1 7 6 , 5 . 104 J/m (18 kGm/cm ) .

Na p ró b k ac h h arto w a n y c h w p o w i e t r z u u z yskano w a r t o ś c i p o ś r e d n i e . W z a k r e ­ s i e t e m p e r a t u r 650 - 7 0 0 ° J u d a r n o ś ó ponownie spada do o k . 98,1 . 1 0 /ł J/m2 (10 k G m / o m ) . Podobnie Jak p rzy pom iarze t w a r d o ś o i n i e s t w i e r d z o n o p wyraźnego wpływu sto s o w a n y c h czasów wygrzewania p o d c z a s o d p u s z c z a n i a na w y n ik i prób u d a r n o ś c i .

i e M. Hetmańozyk, A. Macie j n y , S . Mandzl ej

3 . 3 . W yniki próby r o z c i ą g a n i a

8 2.

Maksymalną w y tr z y m a ło ś ć na r o z c i ą g a n i e wynoszącą 1 3 , 6 2 . 1 0 N/m“ (139 kG/mrn^) u z y s k a n o d l a p ró b e k hartow a nyoh w o l e j u 1 odpu sz cz o n y ch w tem pera­

t u r z e 200° C . Po o d p u s z c z a n i u w te m p . 600°C w y tr z y m a ło ś ć s p a d ł a do o k . 8 , 8 3 . 1 0 8 N/m2 (90 kG/mm2 ) . W ydłużenie względne A przyjjauje w a r t o ś o i od 14 do 2 0 $ , p r z e w ę ż e n ie Z - od 55 do 77$. W yniki próby r o z c i ą g a n i a p r z e d s t a ­ wiono na r y s . 4 .

i - * )

\mai /

43,73 (HO)

42,75 (1 30)

44,76 (120)

40,79 (110)

9.84 (100) 8.83 (90)

7.3 S (80)

R y s . 4 . Wpływ t e m p e r a t u r y o d p u s z c z a n i a 1 s z y b k o ś c i c h ł o d z e n i a na wytrzyma­

ł o ś ć s t a l i 13H2N4MA a u s t e n i t y z o w a n e j w te m p . 860°G

3 . 4 . B a dania m e t a l o g r a f i c z n e

N a j b a r d z i e j c h a r a k t e r y s t y c z n e s t r u k t u r y s t a l i 18H2N4MA, po r ó ż n y c h z a ­ b i e g a c h o b r ó b k i o i e p l n a j , p r z e d s t a w i o n o na r y s u n k a c h od 5 do 1 5 . I d e n t y f i ­ k a c j i w y d z i e l e ń w ęg lik ó w , w yekstra how a nych na r e p l i k a c h w ęglowych, doko­

nano metodami d y f r a k c j i e l e k t r o n o w e j s e l e k t y w n e j i w y s o k o r o z d z i e l c z e j ne- m i k r o s k o p ie elektronow ym [3j •

S t r u k t u r a s t a l i w s t a n i e surowym z a w i e r a w osnowie f a z y o? w y d z i e l e n i a skoagulow anych węglików ty p u M^C 1 M^C ( r y s . 5 ) . Po z m ię k c z a n iu w te m pe­

r a t u r z e 64C°C p r z e z 24 g o d z in y uzyskano s t r u k t u r ę s k ł a d a j ą c ą s i ę ze skoaH gniewanych w ęglików M^C i r o z m ie s z c z o n y c h w osnowie f a z y 0? ( r y s . 6 ) . T t h a r t o w a n i a z t e m p e r a t u r y 860°C w o l e j u s t a l p o s i a d a s t r u k t u r ę m a r t e n -

R y s . 5 R y s . 6

R y s . 7 R y s . 8

R y s . 9 R y s . 10

Kr

r y s . O b r ó b k a c i e p l n a S t r u k t u r a R o d z a j p r e p a r a t u P o w i ę k s z e n i e

5 S t a n surowy S k o a g u l o w a n e w ę g l i ­ k i MjC 1 MgC w i c t - t w o i z e s t a ł y m cC .

R e p l i k a węglowa

e k s t r a k c y j n a 1 0 0 0 0 x

6 Z m i ę k c z a n i e : 6 4 0 0 C / 2 4 g o d z . p o w l e t r ze

S k o a g u l o w a n e w ę g l i ­ k i MgC i MyCj w r o z ­ t w o r z e s t a ł y m <£ .

R 1 0 0 0 0 x

7 H a r t o w a n i e : 86O °C/ 30 m i n . o l e j

M a r t e n z y t s a m o o d - p u s z o z o n y z b a r d z o d r o b n y m i w y d z i e l e ­ n i a m i w ę g l i k ó w .

R e p l i k a m o w i t a - l o w a , c i e n i o w a ­ na chromem.

2 500 x

8 H a r t o w a n i e : 8 6 0 SC/3C m in . p o w i e t r z a

B a l n l t I g l a s t y z z a z n a c z o n y m i g r a ­ n i c a m i b l o k ó w .

R 2 0 0 0 x

9 H a r t o w a n i e : 8 6 0 ° C / 3 0 m in . o s ł o n a

B a l n l t g ó r n y z o z ę - ś o i o w o s k o a g u l o w a - nym l w ę g l i k a m i .

R e p l i k a węgl owa

b e z p o ś r e d n i a . 1 0 0 0 0 x

1 0 H a r t o w a n i e : 9 5 0 ° C /3 0 m i n . p o w i e t r z e

B a l n l t z i a r n i s t y o w y r a ź n i e z a z n a o s o - ny o b g r a n i c a c h e i a r n b y ł e g o a u s t e ­ n i t u ; o b o k Gb sza rów b a i n i t u g ó r n e g o z o z ę ó c i c w o s k o a g u i o — wanym l w ę g l i k a m i b a i n i t d o l n y , z a ­ w i e r a j ą c y w ę g l i k i d y s p e r s y j n e .

R 1 0 0 0 0 x

R y s . 1 5

Ni

r y s . O b ró b k a c i e p l n a S t r u k t u r a R o d z a j p r e p a r a t u P o w i ę k s z e n i e

1 1 H a r t o w a n i e : 8 6 0 ° C / 3 0 m i n . o s ł o n a O d p u s z c z a n i e : 2 0 0 ° C / 3 g o d z . p o w l e t i z e .

B a i n l t o d p u s z o z o n y z w y d z i e l e n i a m i wę­

g l i k ó w 0 zmiennym k s z t a ł c i e i w i e l k o ś ­ c i .

R e p l i k a m o w i t a - lowa c i e n i o w a n a

chr omem. 5 00 0 x

1 2 H a r t o w a n i e : 860OC/30 m i n . o l e J .

O d p u s z c z a n i e : 4O0 °C/ 3 g o d z . p o w i e t r z e .

M a r t e n z y t o d p u s z c z o ­ n y : n a p r z e m i a n l e g ł e u ł o ż e n i e o b s z a r ó w f a z y cC z w y d z i e l e ­ n i a m i w ę g l i k ó w M^C o r a z o b s z a r ó w b e z w ę g l i k ó w .

n _{6 0 0 0} x

13 H a r t o w a n i e : 8 6 0 0 C/30 m i n . powie t r z e . O d p u s z c z a n i e : 4 0 0 ° C / 3 g o d z . p o w i e t r z e .

B a i n l t o d p u s z o z o n y : w o s n o w ie f a z y oC 0

b u d o w ie I g l a s t e j wy­

d z i e l e n i a w ę g l i k ó w c z ę ś c i o w o s k o a g u l o - w a n e j w i d o c z n e g r a - n l o e z l a r n b y ł e g o a u s t e n i t u .

n 3 CCC x

14 H a r t o w a n i e : 86 0 0 C /3 0 m i n . o l e j

O d p u s z c z a n i e : 550OC/3 g o d z . p o w i e t r z e .

S t r u k t u r a s o r b i - t y c z n a : w o s n o w ie f a z y cC ob o k s k o a g u - lo w a n y c h w ę g l i k ó w M^C w y s t ę p u j ą d r o b n e I g l a s t e w ę g l i k i M7C3

11 1 0 0 0 0 x

15 H a r t o w a n i e : 1 0 C 0° C /3 0 m i n . o l e j

O d p u s z c z a n i e : 7C0°C/1 g o d z . p o w i e t r z e .

S t r u k t u r a c h a r a k t e ­ r y s t y c z n a d l a z a k r e ­ s u t w a r d o ś c i w t ó r ­ n e j : na g r a n i c a c h z i a r n i b lo k ó w p a s ­ mowe w y d z i e l e n i a wę­

g l i k ó w ; w o b r ę b i e b lo k ó w w ę g l i k i i g l a ­ s t e Mo2C.

R e p l i k a węglowa

e k s t r a k c y j n a . 1 0 OCC x

Zmiany s t r u k t u r a l n e za c h o d z ą c e p odc z a s o b r ó b k i c i e p l n e j . 19

z y t u camcodpuszczonego z w y d z i e l e n i a m i w ęglików ( r y s . 7 ) . Przy m n ie js z y c h s z y b k o ś c i a c h h a r t o w a n i a , t j . na p o w i e t r z u i w o s ł o n i e s t a l p o s i a d a s t r u k ­ t u r ę m i e s z a n ą : . b a i n i t u górnego 1 d o l n e g o ; p r z y czym po h a r t o w a n i u na po­

w i e t r z u s t r u k t u r a t a ma c h a r a k t e r i g l a s t y ( r y s . 8 ) . S t r u k t u r ę po h a r t o w a ­ n i u w o s ł o n i e p r z e d s t a w i o n o na r y s . 9 . W z rost te m p e r a t u r y a u s t e n i t y z o w a - n l a w p ł y n ą ł na u w y d a t n i e n i e s i ę g r a n i c z i a r n b y łe g o a u s t e n i t u ( r y s . 1 0 ) . Po h a r t o w a n i u i z o te r m ic z n y m w te m p . 64C°C s t w i e r d z o n o ze w zrostem c z a s u w y trzy m a n ie i z o t e r n i c z n e g o k o a g u l a c j ę w y d z i e l e ń w ę g l i k a [ 3 ] .

O d p u s z c z a n ie p ró b ek h arto w a n y c h w o l e j u w t e m p e r a t u r z e 2C0°C w p ły n ęło na w z r o s t w y d z i e l e ń w ęg lik ó w , utw o rzo n y c h w p r o c e s i e sa m o o d p u szc za n ia ( r y s . 11 ) . Po o d p u s z c z a n i u w 400°C v? s t r u k t u r z e p o m a r t e n z y t y c z n e j s t w i e r ­ dzono n a p r z e m i a n l e g ł e u ł o ż e n i e r o z t w o r u oC z drobnymi w y d z i e l i n a m i w ę g l i ­ ków MjC o r a z obszarów n i e z a w i e r a j ą c y c h węglików ( r y s . 1 2 ) . Na g r a n i c a c h Z i a r n i bloków w y s t ą p i ł y m ie j s c a m i w y d z i e l e n i a s k o a g u lo w a n e . Pc h a r t o w a ­ n i u w p o w i e t r z u i o d p u s z c z a n i u w t e m p e r a t u r z e 400°C w id oczne s ą wyraźne g r a n i c e z i a r n b y łe g o a u s t e n i t u . W ę g l i k i na g r a n i c a c h z i a r n i bloków u l e ­ g ł y c z ę ś c i o w e j k o a g u l a c j i ( r y s . 1 3 ) . S t r u k t u r a s t a l i o d p u s z c z o n e j w 550UC ma c h a r a k t e r s ó r b i t y c z n y j w osnow ie f a z y o5 obok skoagulo wanych węglików MjC w y s t ę p u j ą w ę g li k i- MyC^ ( r y s . 1 4 ) . S o r b i t y c z n y c h a r a k t e r s t r u k t u r y u - j a w n i ł s i ę j e s z c z e w y r a ź n i e j po o d p u s z c z a n i u w t e m p e r a t u r z e 600°C . Wyso­

k i e o d p u s z c z a n i e w t e m p e r a t u r z e 7C0°C w p ły n ę ł o na zn a cz n e z m n i e j s z e n i e i - l o ś c i skoagulow anych w ęg lik ó w , przy je dnocz esnym i c h w z r o ś c i e . S t a l 18H2N4MA p o s ia d a po t a k i e j obroboe c i e p l n e j blokową s t r u k t u r ę r o z tw o r u s t a ł e g o oG z d y s p e r s y j n y m i w y d z i e l e n i a m i węglików Mo2 C ( r y s . 1 5 ) .

4 . D y sk u sja wyników

P rzeprowadzone b a d a n i a p o z w a la j ą o k r e ś l i ó wpływ r ó żnyoh zabie-gów obrób­

k i c i e p l n e j na s t r u k t u r ę i w ł a s n o ś c i użytkowa b a d a n e j s t a l l .

S t a l 18K2N4MA n a l e ż y do grupy s t a l i m a r t e n z . y t y o z n o - b a i n i t y o z n y c h . Po h a r t o w a n i u w o l e j u u z y s k u j e ona s t r u k t u r ę m a r t e n z y t u nislccwęglowego, samo- o d p u s z c z o n e g o , o m a ł e j z a w a r t o ś c i a u s t e n i t u ’ sz cz ątk o w eg o ( r y s . 7 ) i t w a r ­ d o ś c i o k . 40 HRC. Samoodpu3Zczenie m a r t e n z y t u o r a z mała z a w a r t o ś ć a u s t e n i ­ t u s ą wynikiem wysokiego z a k r e s u t e m p e r a t u r M.-łL., oo z o s t a ł o pc t w i e r d z o -S I

_

ne b a d a n i a m i d y l a t o m e t r y c z n y m i i te rm om agne tom e tryc znym i lAJ . P rzy małyoh s z y b k o ś c i a c h o b l o d z e n i a , t j . na p o w ie t r z u i w o s ło r - ie 3 t a l u z y s k u j e s t r u k ­ turę b a i n i t u d o ln e g o i g ó rnego ( r y s . 8 , 9 ) . W z rost t e m p e r a t u r y a u s t e n i t y - zowania n i e ma i s t o t n e g o wpływu na s t r u k t u r ę ( r y s . 1 0 ) i w ł a s n o ś c i s t a l i .

N i s k i e o d p u s z c z a n ie w t e m p e r a t u r z e o k . 200°C w z a s a d z i e n i e powoduje żadnych zm iar s t r u k t u r a l n y c h w p ró b k ac h h a rto w a n y c h z m n ie js z y m i s z y b k o ś ­ c i a m i c h ł o d z e n i a , n a t o m i a s t pc o d p u s z c z a n i u p róbek u p r z e d n i o z a h a r t o w a ­ nych w o l e j u , p o j a w i ł y s i ę w s t r u k t u r z e l i c z n e w y d z i e l e n i a w ę g li k ó w , z i ­ d e n t y f i k o w a n e ja ko K^C [3] .. Otrzymana s t r u k t u r a nis koodpuezozonego. marten-*

z y t u w ykazuje wysoką w y t r z y m a ł o ś ć : Re o k . 1 3 ,7 3 .1 0 ® N /e 2 (14O kS/mo2 )' 1

L. O O

tw a r d o ś ć o k . 400 KB przy u d a r n o ś c i 1 0 3 , 0 . 1 0 J/m ( 1 0 , 5 kGm/cm ) . O d o u sz -

8 2

ozony b a i n i t p o s ia d a n i e c o n i ż s z ą w y t r z y m a ł o ś ć : Rn o k . 1 1 , 7 6 . 1 0 K/n (120

# 2 4 / 2

kG/mm ) i tw a r d o ś ć o k . 340 HB, n a t o m i a s t wyższą u d a r n o ś ć - 1 4 1 , 2 . 1 0 J/m ( 1 4 , 4 kGm/m2 ) .

O d p u s z c z a n ie w t e m p e r a t u r z e 400°C spowodowało znaczny sp a d e k u d a r n c ś c i s t a l i , przy równoczesnym o b n i ż e n i u t w a r d o ś c i i w y t r z y m a ł o ś c i , co zw iązane J e s t z nierównomiernym r o z m i e s z c z e n ie m węglików w osnowie i i c h znacznym z a g ę s z c z e n i e m na g r a n i c a c h z i a r n b y łe g o a u s t e n i t u ( r y s . 12 i 1 3 ) . O bszary p r z y g r a n i c z n e s ą prawdopodobnie w t a k i e j s t r u k t u r z e m ie jsc em powstawania m ik r o p ę k n ię ć [5] .

S t r u k t u r a s o r b l t y c z n a otrzy m an a po o d p u s z c z a n i u w t e m p e r a t u r a c h powy­

ż e j 500°C c h a r a k t e r y z u j e s i ę wysoką u d a r n o ś c i ą . :

L 2 ^p

- 2 1 5 , 7 . 1 0 J/m (22 kGm/cm ) po u p rz e d n im h a r t o w a n i u w o l e j u ; - 1 9 6 , 7 . 1 0 ^ J/m 2 (20 kGm/cm2 ) po u p r z e d n im h a r t o w a n i u w p o w i e t r z u ;

4 9 p

- 1 7 6 , 5 . 1 0 J/m (18 kGm/cm') po u p rz e d n im h a r t o w a n i u w o s ł o n i e .

W ytrzym ałość s t a l i po t e j o bróbce w y n o si o k . 9 , 3 2 . 1 0 6 K/m2 (95 kG/mm2 ) , z a ś tw a r d o ś ć 240-260 HB.

Wysoki w z r o s t t w a r d o ś c i s t a l i , o d p u s z c z o n e j w z a k r e s i e t e m p e r a t u r 6 0 0 - -7 0 0 °C , do o k . 340 HB przy jednoczesnym o b n i ż e n i u u d a r n o ś c i do o k . 9 8 , 1 .

4 2 2

• 10 J/m (10 kGm/cn ) związany j e s t z w y s t ą p i e n i e m e f e k t u t w a r d o ś c i w tó r­

n e j . S t r u k t u r a s t a l i w ykazuje blokową budowę f a z y cC z d y s p e r s y j n y m i wy­

d z i e l e n i a m i węglików M02^C.

Przeprowadzone b a d a n i a w s k a z u ją na ś c i s ł ą w s p ó ł z a l e ż n o ś ć w ł a s n o ś c i me­

c h a n ic z n y c h i procesów w y d z ie le n io w y c h za ch o d z ą c y c h w s t a l i 18H2N4MA pod­

c z a s o b r ó b k i c i e p l n e j . P rzem iany w ęg lik ó w , zachodze;c.e w t e j s t a l i , p o c i ą ­ g a j ą za so b ą zmiany s t ę ż e n i a sk ła d n ik ó w stopowych w csnowie 1 ^{tym samym} zmiany w ł a s n o ś c i osnowy. S t r u k t u r a osnowy o r a z p o s t a ć , r o z m i e s z c z e n i e i r o d z a j w ęglików d e c y d u ją o w ł a s n o ś c i a c h .

5 . W nioski

A n a l i z a otrzy m an y ch wyników pozwala na s f o rm u ło w a n ie n a s t ę p u j ą c y c h w niosków :

S t a l ieH2K4MA pc h a r t o w a n i u w o l e j u p o s i a u a s t r u k t u r ę m a r t s n z y t u samo- o d p u cz o zo n e g o , zaś po h a r t o w a n i u w p o w i e t r z u 1 o s ł o n i e - s t r u k t u r ę b a i n i - t u d o ln e g o i g ó r n e g o .

P i s k i e o d p u s z c z a n i e w t e m p e r a t u r a c h ^0 2CC°C n i e powoduje wyraźnych zm ian; w tym s t a n i e n a j w y ż s z ą w y tr z y m a ło ś ć o s i ą g a s t a l u p r z e d n i o z a h a r t o -

p o 2

wana w o l e j u : Hm - 1 3 , 6 2 .1 0 K/m" (139 kG/mra ) przy u d a r n c ś c i I! = 1 0 3 , 0 . .10^ J/m" ( 1 0 , 5 kGm/cm2 ) , n a t o m i a s t n a j w y ż s z ą u ć a r n c ś ć U = 1 4 1 , 2 . 1 0 ł J/in"

( 1 4 , 4 kGm/cm2 ) - s t a l za h a rto w a n a u p r z e d n i o z s z y b k o ś c i ą o k . 15°C /m in . O d p u s z c z a n ie s t a l i w t e m p e r a t u r z e 4CCc C powoduje zn a cz n e o b n i ż e n i e u -

4 2 c

d a r n o ś o i do o k . 8 8 , 3 . 1 0 J / p ¿9 kGin/on ) o r a z p o g o r s z e n i e p o z o s t a ł y c h 20____________________________________ M. Het mańczyk, A. Macie j n y , S. Mandzi ej

Zmiany s t r u k t u r a l n e z a c h o d z ą c e podcz as o b r ó b k i c i e p l n e j . 21

w ł a s n o ś c i m e c h a n ic z n y c h : t e w a r u n k i o d p u s z c z a n i a wydają s i ę t y ć n i e p r z y ­ d a tn y m i w p r a k t y c e p r z e m y s ło w e j .

S t a ł z a h a r to w a n a w o l e j u i odpusz cz ona w t e m p e r a t u r a c h 500-600°C o s is ~

/ 2 o

ga n a jw y ż s z ą u a a r n o ś ć o k . 2 1 5 , 7 . 1 0 J / o (22 kdm/cm ) , z a ś h a rto w a n a z m n ie js z y m i s z y b k o ś c i a m i i o d p u sz cz o n a w t y c h samych w arunkach - o k . 1 8 6 , 4 .

.1 0 4 J/m 2 (19 kGm/cm2 ) .

Przy o d p u s z c z a n i u w z a k r e s i e t e m p e r a t u r od ó50-700°C w y s t ę p u j e z j a w i s ­ ko t w a r d o ś c i w t ó r n e j , p r z e z co tw a r d o ś ć s t a l i w z r a s t a do o k . 350 HB, p o -

l 2. 2.

c i ą g a j ą c za sobą s p a d e k u d a r n o ś c i do o k . 9 6 , 1 . 1 0 J/m (10 kGm/cm ) .

LITERATURA

[1] PN-58/H-64C35.

[2] P r z e g a l i ń s k i S t , . : K a r ty m a te r ia ło w e IMŻ - WGH, Kato wice 1 9 5 9 .

[3] MandzieJ S t . : P ra o a dyplomowa n i e p u b l i k o w a n a , P o l . Ś l . t B i b l i o t e k a K a te d r y M e talo zn aw stw a , G liw ic e 1 9 6 9 .

[4] Hetmańczyk K . : P r a c a dyplomowa n i e p u b l i k o w a n a , P o l ,

¿ 1 .,

[5] M aciejny A . : Z e s z . Nauk. P o l . ¿ 1 . , Mechanika 3 5 , G liw ic e 1 9 6 8 .

4A3CBLK HPŁ3PAi4iiik)I UPH TEPiaiWECKofi OEPAEOTKE CTaJM 18H2N4MA (18X2H4MAJ

P e ? ¡o m e

Kc cjieR O B aac BJiMHHne T e u n e p a T y p u H a r p e s a , c : < o p o c t h o x a a i t x e H K a bo BpeMa 3anaJiKE e ycjioBMH o T n y c a a Ha Mop ^ ororH ie ¡capCEROs st c y 6 c r p y x T y p y ci a s u npH ItCnojIb30B3HEiO SReKTpOHHOH MHKpOCKOilEE K yrJiepoRHKJ: 3KCTpaKUH0HHKX p e - nflKi*« Onpę.nejieHc p o r KapOEROB MeTOROu njieKTpoHKcti RM$Ą)paxmiit. Onz.caHc sast-!.

a a w e c r p y K T y p u n o o a e pasJisiuHŁDC BapHaHTCB T epu M uecKoń odpafioTKH Ha T B e p - r o c t b , npouHOCTb H yR apH yn a n a K o c T b c t b j-.h 18X2H4MA. P e s y a b T aT b i ste cjieR O B a- HKit EMenr npoMbiimieHKoe 3Ha>jeiiKe.

22 M. Hetmaficzyk, A. M a c l e j n y , S . Ma ndzi e j

STRUCTURAL TRANSFORMATIONS DURING HEAT TREATMENT OF THE 18H2N4MA STEEL

S u m m a r y

I n v e s t i g a t i o n s o f th e i n f l u e n c e o f a u s t e n i t i z i n g t e m p e r a t u r e , c o o l i n g r a t e and t e m p e r i n g c o n d i t i o n s on t h e morphology o f c a r b i d e p h a s e s and cC s o l i d s o l u t i o n s u b s t r u c t u r e by an a p p l i c a t i o n o f th e e l e c t r o n m ic ro s c o p y methods and c a r b o n e x t r a c t i o n r e p l i c a s had b ee n c a r i e d o u t .

The i d e n t i f i c a t i o n o f th e c a r b i d e p r e c i p i t a t i o n s had b ee n s t u d i e d by th e s e l e c t e d a r e a and h i g h r e s o l u t i o n e l e c t r o n d i f r a c t i ' o n .

I n f l u e n c e o f th e - s t r u c t u r e , o b t a i n e d a f t e r a p p l i e d h e a t t r e a t m e n t on th e h a r d n e s s , t e n s i l e s t r e n g t h a s w e l l a s im p a c t p r o p e r t i e s was e s t a b l ­ i s h e d .

From t h i s work i t i s p o s s i b l e t o s u g g e s t th e t e c h n o l o g i c a l I n d i c a t i o n s f o r th e i n d u s t r i a l p r a c t i c e .