ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ S e r i a : MECHANIKA z . 29
________ 1967 Nr k o l . 189
FRYDERYK STAUB
K a t e d r a M e t a lo zn a ws t wa ZBIGNIEW KRÓLIKOWSKI WSI - Opole
DYFUZJA SKŁADNIKÓW PRZY ODWĘGLANIU STALI CHROMOWEJ ŁH15 S t r e s z c z e n i e . Na p o d s t a w i e r o z w a ż a ć t e o r e t y c z nych wyprowadzono wzór do o b l i c z e n i a pewnej w i e l k o ś c i , K t ó ra u m o ż l i w i a o k r e ś l e n i e r o z k ł a d u węgla w s t r e f i e o d w ę g l o n e j s t a l i ŁH15. Sprawdzono zgod
n o ś ć t e o r e t y c z n e g o r o z k ł a d u w ę g l a , o k r e ś l o n e g o p r z y pomocy t e j w i e l k o ś c i i c a ł k i p ra wd o po d ob ie ń s twa G a u s s a , z r o z k ł a d e m r z e c z y w i s t y m . O b l i c z o no w s p ó ł c z y n n i k d y f u z j i wę g la d l a a u s t e n i t u s t o powego o z a w a r t o ś c i 1 , 5 # C r . Opracowano metodę o k r e ś l a n i a g ł ę b o k o ś c i s z k o d l i w e g o o d w ę g l e n i a dl a s t a l i ŁH15.
1 . Wstęp
P l a n y rozwojowe p o l s k i e j g o s p o d a r k i n a ro d o w e j z w r a c a j ą w i e l e uwagi na p r z e m y s ł e l e k t r o m a s z y n o w y , k t ó r y pod względem zna c z e n i a ma s t a ó s i ę dr ug im p o l s k i m p rze my sł em narodowym - po p r z e m y ś l e chemicznym.
Kluczowymi z a k ł a d a m i p r z e m y s ł u maszynowego s ą f a b r y k i ł o ż y s k t o c z n y c h , g dy ż od. w i e l k o ś c i i j a k o ś c i i c h p r o d u k c j i z a l e ż ą m o ż l i w o ś c i w z r o s t u i l o ś c i o r a z j a k o ś c i wy t wa r za ny c h maszyn.
Według pl anów d ł u g o f a l o w y c h , w r o k u 1980 f a b r y k i k r aj o w e mają wyt worzyć 100 mi li on ów ł o ż y s k t o c z n y c h r ó ż n y c h t ypów, oo - wobec n i e s p e ł n a 20 mi li on ów produkowanych o b e c n i e - j e s t b a r
dzo poważnym w z r o s t e m . P l a n y t e wymagają z n a cz n eg o z w i ę k s z e n i a k r a j o w e j p r o d u k c j i s t a l i ł o ż y s k o w y c h , a wi ęc w s z e l k i e problemy b a d a n i a i c h j a k o ś c i n a b i e r a j ą z n a c z e n i a .
Ea r dz o d o t k l i w ą wadą s t a l i ł o ż y sk o wy ch j e s t o d wę g l e n i e po
w i e r z c h n i o w e , k t ó r e p o w s t a j e Jako wyni k o d d z i a ł y w a n i a ś r o d o w i s k a u t l e n i a j ą c e g o p i e c a , p r z y w y g r z e wa n iu m a t e r i a ł u do p r z e -
60 F r . Staub.* 2 6 . K r ó l i k o w s k i r ó b k i p l a s t y c z n e j o r a z o b r ó b k i c i e p l n e j » J e ś l i w a r s t w a t a , p r z y d a l s z e j p r o d u k c j i , n i e z o s t a n i e u s u n i ę t a p r z e z o b r ó b kę skr aw an ie m, w a r t o ś ć u ż ytkowa wy t wor zonyc h ł o ż y s k t o c z n y c h mo
że być poważni e o b n i ż o n a .
Obecni e s tos ow ane k r y t e r i a oce ny g ł ę b o k o ś c i o d w ę g l a n i a , po
dane w n or mi e p r z e d m i o t o w e j s t a l i ł o ż y s k o w e j ( P N - 5 6 / H - 0 4 5 0 6 ) , j a k w y k az a ły b a d a n i a Ha cz ews ki ego i L u b u ś k i [ 2 , 3 ] , n i e s ą m i a r o d a j n e . A u t o r z y c i z a p r o p o n o w a l i o k r e ś l e n i e g ł ę b o k o ś c i s z k o d l i w e g o o d w ę g l a n i a s t a l i ŁK15 w o p a r c i u o prawa d y f u z j i F i c k a i s t ą d w y n i k n ą ł t e m a t p r a c y .
Celem wykonanej p r a c y b y ł o p r z e p r o w a d z e n i e b a d a ń nad d y f u z j ą wę g la i chromu, p r z y o d w ę g l a n i u s t a l l ohromowej ŁH15-' na ł o ż y s k a t o c z n e , a w s z c z e g ó l n o ś c i :
1} r o z p a t r z e n i e t e o r e t y c z n e z j a w i s k d y f u z y j n y c h , z a c h o d z ą cych p r zy o d w ę g l a n i u s t a l i ;
2 ) u o g ó l n i e n i e metody o k r e ś l a n i a g ł ę b o k o ś c i o d w ę g l a n i a s t a l i ŁH15 - z a pr o p o n o w a n e j p r z e z Ha cz e ws ki ego i L ubu ś kę ;
3 ) o k r e ś l e n i e r z e c z y w i s t e g o r o z k ł a d u wę g l a i chromu w s t r e f i e o d w ę g l o n e j s t a l i ŁR15;
4 ) p o r ó w n a n i e o b l i c z o n e g o t e o r e t y c z n e g o r o z k ł a d u wę gl a z r z e c z y w i s t y m ;
5) w y z n a c z e n i e w s p ó ł c zy n n i k ów d y f u z j i wę g l a w a u s t e n i c i e stopowym, z a w i e r a j ą c y m 1,5% Cr.
2 . P r z e g l ą d l i t e r a t u r y
2 . 1 . R o zk ł ad s k ł a d n i k a d . yf undująoego w s t r e f i e d y f u z y j n e j Na p o d s t a w i e r o zw aż ań t e o r e t y o z n y c h £4 , 5 j , r o z k ł a d p i e r w i a s t k a d y f u n d u j ą o e g o w p o d ł o ż u , z k t ó r y m t w o r zy r o z t w ó r s t a ł y , o k r e ś l a "krzywa r o z k ł a d u n o r m a l n e g o " k t ó r ą w yr a ża s i ę n a s t ę p u j ą c o :
a ) p r z y n a s y c a n i u p i e r w i a s t k i e m , t j . p r z y j e g o d y f u z j i w g ł ą b m a t e r i a ł u :
D.vfuz.1a s k ł a d n i k ó w p r z y o d w ę g l a n i u s t a l i c hr om owe j . . . ________ 61 . 1 - 2 # ( , ) ,
O ( O
b ) p r z y u s u w a n i u p i e r w i a s t k a , t j . d y f u z j i j e g o z w n ę t r z a m a t e r i a ł u
g d z i e :
° ( x . T ) “ k o n c e n t r a c j a s k ł a d n i k a d y f u n d u j ą c e g o , w p u n k c i e o d l e g ł y m o " x ,! od b r z e g u , po u p ł y wi e c z a s u r od r o z p o c z ę c i a d y f u z j i ;
D - w s p ó ł c z y n n i k d y f u z j i p i e r w i a s t k a d y f u n d u j ą c e g o w pod
ł o ż u .
W a r t o ś c i c a ł k i p r a w d o p o d o b i e ń s t w a d l a r ó ż n y c h w a r t o ś c i "p"
podane s ą w t a b l i c a c h l u b na w y k r e s a c h ; n i e k t ó r e z n i c h z e s t a wiono w t a b l i c y 1.
Dla k a ż d e j s t a l i o d w ę g l o n e j r o z k ł a d wę g l a o k r e ś l a r ó wn a ni e ( 2 ) . Po ni ewa ż j e d n a k w p r a k t y c e e f e k t o d w ę g l a n i a b ad a s i ę po
( 2)
co p r z y n a s y c a n i u : maksymalna r o z p u s z c z a l n o ś ć p i e r w i a s t k a d y f u n d u j ą c e g o w p o d ł o ż u ;
p r z y u s u w a n i u : p o c ząt kowe s t ę ż e n i e p i e r w i a s t k a d y f u n d u j ą c e g o ( z a w a r t o ś ć n o m i n a l n a ) e dy - c a ł k a p r a w d o p o d o b i e ń s t w a G a u s s a . o
W i e l k oś ć "p" w yr a ż a s i ę ró wn a ni em:
P x
( 3)
g d z i e :
62 F r . S t a u b , Zb. K r ó l i k o w s k i T a b l i c a 1 N i e k t ó r e w a r t o ś c i c a ł k i p r aw d o p o d o b i e ń s t w a
P 0 0 , 5 1 1 , 5 2 3
2* ( P ) 0 0 , 3 8 0 , 6 8 0 , 8 7 0 , 9 5 0 , 9 9 7
j e g o z a k o ń c z e n i u , wi ę c d l a b a d a n e j p r ó b k i c z a s T = c o n s t , c z y l i r ó w n a n i e ( 2 ) p r z y b i e r z e p o s t a ć :
^ = 2 $ ( p) C2 3 )
2 . 2 . R o z k ł a d wę g la w w a r s t w i e o d w ę g l o n e j s t a l i ŁH15
Dla s t a l i ŁH15, o z a w a r t o ś c i n o m i n a l n e j c0 = 1%C, zmiany k on c e n t r a c j i wę g l a w s t r e f i e o d w ę g l o n e j p o d a j e r ó w n a n i e :
°x " 2 * ( p ) ( 2b )
W w a r s t w i e o d w ę g l o n e j s t a l i ŁH15 w y r ó ż n i a j ą s i ę dwa c h a r a k t e r y s t y c z n e s t ę ż e n i a :
0 ,6 9£ C (w p r z y b l i ż e n i u 0 , 7 # C ) , k t ó r e j e 3 t e u t e k t o i - d a l n ą k o n c e n t r a c j ą wę g l a w s t a l i s t o p o w e j o z a w a r t o ś c i 1 , 5 # Cr [ 7 ] o r a z
2} c 2 .* 0 , 9 5# C, bę dą c e n a j m n i e j s z ą d o p u s z c z a l n ą z a w a r t o ś c i ą w ę g l a w s t a l i ŁH15, k t ó r e n a l e ż y wobec t e g o t r a k t o w a ó j a k o g r a n i c ę s z k o d l i w e g o o d w ę g l a - n i a .
Z r ó w n a n i a ( 2b ) 1 w a r t o ś c i c a ł k i p r a w d o p o d o b i e ń s t w a - p o d a nych w t a b l i c y 1 , w y n i k a , ż e :
1) k o n c e n t r a c j i e u t e k t o i d a l n e j c ^ , odpowi ada p a r a m e t r p * 1 ; 2) k o n c e n t r a c j i g r a n i c z n e j s z k o d l i w e g o o d w ę g l a n i a c,, odpo
wi a d a p = Z;
D y f u z j a s k ł a d n i k ó w p r z y o d w ę g l a n i u s t a l i c h r o m o w e j . . 63 Z a l e ż n o ś ć t ę w y k o r z y s t a l i Ha cz ews ki i Lubuśka [ 2 , 3 ] p r o p o n u j ą c , aby o d l e g ł o ś ć wa rs twy e u t o k t o i d a l n e j od b r z e g u ( xQ ) p r z y j ą ć za w i e l k o ś ć p a r a m e t r u " p " . Sposób t e n można w y k o r z y s t a ć t y l k o d l a p r ó b e k ze s t a l i ŁHi5, z a w i e r a j ą c e j 1# C, odwęgl onycb na po
w i e r z c h n i c a ł k o w i c i e , t j . do c^ * 0%C. Dla t y c h przypadków n i e c h p a r a m e t r o w i "p" odpowi ada w i e l k o ś ć " a " , b ę dą c a o d l e g ł o
ś c i ą " x e " wa rs twy e u t e k t o i d a l n e j od b r z e g u , e. w i ę c :
x 0 = a ( d l a p = 1 ) ( 4)
Z a k ł a d a j ą c , że p r z y z m i a n i e k o n c e n t r a c j i wę g la w odwę gl one j s t a l i ŁH15' w s p ó ł c z y n n i k d y f u z j i n i e z m i e n i a s i ę w spo s ób w y b i t ny (E » c o n s t ) , g ł ę b o k o ś ć s z k o d l i w e g o o d w ę g l a n i a wyr aża s i ę z a l e ż n o ś c i ą :
x 2 = 2a ( d l a p = 2)
Wi el k oś ć " a" można t a k ż e o b l i c z y ć ze w z o r u ( 3 ) , gdy s ą d a n e : w s p ó ł c z y n n i k d y f u z j i Dj ° y - d l a s p ad k u k o n c e n t r a c j i wę g la od
c^ * 0,7%C do 0^ = 0
%C
- o r a z c z a s o d w ę g l a n i aT
, p r z y j m u j ą c p = 1 . Po p r z e d s t a w i e n i u :V2T lo#7
(6)s k ą d : (7 )
* ■ y 2 T » i ? , ?
O b l i c z y w s z y d l a danych warunków o d w ę g l a n i a w i e l k o ś ć parame
t r u ( w y r a ż o n ą p r z e z " a !'), można w y k r e ś l i ć kr zy wa r o z k ł a d u n o r m a l n e g o , w y z n a c z a j ą c na o s i o d c i ę t y c h p r o s t o k ą t n e g o u k ł a d u w s p ó ł r z ę d n y c h w i e l k o ś c i : a , 2a i 3 a , z a ś na o s i r z ę d n y c h - od
p o w i e d n i e w a r t o ś c i c a ł k i p r a w d o p o d o b i e ń s t w a , k t ó r e podane s ą w t a b ł i o y 1. Wykr eś lo na w t e n s p o s ób krzywa "1" na r y s . 1, p r z e d s t a w i a d l a s t a l i o z a w a r t o ś c i c 0 ** 1#C - z g o d n i e z r ó w -
Daniem ( 2 b ) - t e o r e t y c z n y r o z k ł a d wę g la o , z a ś p r z y o # 1#C, wedł ug r ó w n a n i a ( 2 a ) - s t o s u n e k ° . Choąo w y k r e ś l i ć kr zywą
o
t e o r e t y c z n e g o r o z k ł a d u wę g la d l a s t a l i o z a w a r t o ś c i wę g la c o * "f&C s t o s u j e s i ę r ó w n a n i e ( 2 a ) , mnożąc w a r t o ś c i r z ę d n y c h d l a o d p o w i e d n i c h " a" p r z e z cq :
°x * °o * 2 ® ( p)» (8)
co p o d a j e nam krzywa " 2" na r y s . 1,
64________________________________________F r . S t a u b , Zb. K r ó l i k o w s k i
Rys. 1 . Krzywe r o z k ł a d u n o r m a l n e g o , k t ó r e o k r e ś l a j ą zmiany s t ę że ń w ę g l a w s t r e f a c h o d w ę gl o n yc h :
1 - s t a l l o k o n c e n t r a c j i n o m i n a l n e j o0 = 1#C, l u b krzywa " z r e dukowanego" r o z k ł a d u w ę g l a 2 - s t a l i o k o n c e n t r a c j i n o m i -
c o
n a l n e j c > 1#C o
Do w y z n a c z e n i a na k r z y w e j r o z k ł a d u t e o r e t y c z n e g o wę g la b r z e g u p r ó b k i - gdy n i e n a s t ą p i ł o tam c a ł k o w i t e o d w ę g l a n i e ,
( t z n . na p o w i e r z c h n i w y s t ę p u j e s t ę ż e n i e o ^> 0 % C )t p o s ł u ż y ć s i ę można b a da ni em m e t a l o g r a f i c z n y m , W s t r u k t u r z e , s z c z e g ó l n i e d l a s t a n u z m i ę k c z o n e g o , w y s t ę p u j e c h a r a k t e r y s t y c z n a w a r s t w a p e r l i t u p ł y t k ow eg o [2, 3] , k t ó r e j o d l e g ł o ś ć od b r z e g u "x " w yz n a - cza s i ę p r z e z p o m ia r na m i k r o s k o p i e . Po n a n i e s i e n i u w y z n a c z o
n e j w i e l k o ś c i "x " , na o ś o d c i ę t y c h w y k r e s u t e o r e t y c z n e g o r o z k ł a d u w ę g l a , od p u n k t u - o r z ę d n e j c^ » 0, 7#C - w k i e r u n k u ma
D y f u z j a s k ł a d n i k ó w p r z y o d w ę g l a n l u s t a l l c h r o m o w e j « , . ________ 65 l e j ą c e j k o n c e n t r a c j i w ę g l a , o k r e ś l a s i ę p o ł o ż e n i e b r z e g u ( po
w i e r z c h n i ) p r ó b k i Xp * 0 ( r y s . 2 ) . Rzędna t e g o p u n k t u j e s t s t ę ż e n i e m w ę g l a na p o w i e r z c h n i p r ó b k i c ^ .
R y s . 2 . O k r e ś l e n i e b r z e g u p r ó b k i na k r z y w e j t e o r e t y c z n e g o r o z k ł a d u wę g l a ( k r z y w e j r o z k ł a d u n o r m a l n e g o ) w ar s t w y o d w ę g l o n e j
G ł ę b o k o ś c i ą s z k o d l i w e g o o d w ę g l a n i a j e s t o d l e g ł o ś ó od b r z e gu p r ó b k i « 0 do p u n k t u "x2 " o r z ę d n e j o2 « 0,95%C.
Dla s t a l l ŁH15 o z a w a r t o ś c i w ę g l a c 0 - g ł ę b o k o ś ć s z k o d l i w e g o o d w ę g l a n i a o k r e ś l i ć można w p r o s t z z a l e ż n o ś o i :
x 2 ” x e + a ( 9 )
P r z y i n n y c h s t ę ż e n i a c h t r z e b a s t o s o w a ć o p i s a n ą metodę w y k r e ś l n ą . 3 . Ba d an i a w ł a s n e [1]
3 . 1 . Z a k r e s 1 w a r u n k i b a d a ń
W b a d a n i a c h w ł a s n y c h z j a w i s k z a c h o d z ą c y c h p r z y o d w ę g l a n i u s t a l i chromowej ŁH15 zajmowano s i ę :
1) s p r aw d ze n i em z g o d n o ś c i r o z k ł a d u r z e c z y w i s t e g o wę g la z k r zy wą r o z k ł a d u n o r m a l n e g o ;
2 ) u s t a l e n i e m zmian z a w a r t o ś c i chromu w w a r s t w i e d y f u z y j n e j w ę g l a ;
6 6 P r . S t a u b , Zb. K r ó l i k o w s k i 3 ) w yz n ac z en i em w s p ó ł c z y n n i k ó w d y f u z j i wę g la w a u s t e n i c i e
d l a s t a l i ŁH.15, p r z y r ó ż n y c h t e m p e r a t u r a c h o r a z
4 ) s p ra w d z e n i e m z g o d n o ś o i w i e l k o ś c i " a " o b l i c z o n e j - z wy
z n a c z o n ą d o ś w i a d o z a l n i e , d l a r ó ż n e g o c z a s u i t e m p e r a t u r y o d w ę g l a n i a .
P r z ep r o w a d z o n o n a s t ę p u j ą c e b a d a n i a s t r e f y o d w ę g l o n e j :
1) a n a l i z y c he mi cz ne c i e n k i c h w a r s t w , co p o z w o l i ł o u s t a l i ó g r a d i e n t y s t ę ż e ń wę g la i c hromu, w z a l e ż n o ś c i od c z a s u i t e m p e r a t u r y o d w ę g l a n i a ;
2 ) b a d a n i e m e t a l o g r a f i c z n e , k t ó r e w y k a z a ł o zmiany s t r u k t u r y , w z a l e ż n o ś c i od zmian s k ł a d u c h e m i c z n e g o ;
3 ) b a d a n i e r o z k ł a d u t w a r d o ś c i , s z c z e g ó l n i e po z a h a r t o w a n i u p r ó b e k .
J ak o u z u p e ł n i e n i e p r z e p r o w a d z o n o na p r ó b k a c h o dwęgl onych na w s k r o ś b a d a n i a :
4 ) m e t a l o g r a f i c z n e 1 p r ó b y t w a r d o ś c i ;
5) m e t a l o g r a f i c z n e w w y s o k i c h t e m p e r a t u r a c h , wykonane na V a o u t h e r m i e .
Do b a d a ń u ż y t o p r ó b e k z wytopów pr ze my s ło wy ch s t a l i ŁH15, o z a w a r t o ś c i a c h : 1 , 0 3 r 1, 10#C i 1, 41 -r 1,46%Cr. Odwęglanie po
w i e r z c h n i o w e p r z e p r o w a d z o n o na p r ó b k a c h walcowych : $ 60 x 120mm, b e z s t o s o w a n i a j a k i c h k o l w i e k środków p r z e c i w d z i a ł a j ą c y c h o d - w ę g l a n i u , wy gr ze wa ją o j e w c z a s i e 3 , 6, 12 i 24 g o d z i n y , w
t e m p e r a t u r z e : 7 8 0 ° , 920° i 1020°C.
3 . 2 . R o zk ł a d wę gl a i chromu
A n a l i z y c he mi cz ne c i e n k i c h wa rs tw - ( o g r u b o ś c i a c h od 0, 1 * 0 , H mm), p o b r a n y c h z a pomocą t o c z e n i a , z w ar s t w y o d w ę g l o n e j , pozwo
l i ł y wyznaczyó: r o z k ł a d y s t ę ż e ń :
a ) wę g l a
( 1 0 )
b ) ahromu (1 1)
D y f u z j a s k ł a d n i k ó w p r z y o d w ę g l a n i u s t a l l c h r o m o w e j , . . ________ 67 Ro z kł a dy t e d l a dwu p r ó b e k podano na r y s . 3 1 4 .
Rys . 3 . R z e c z y w i s t y r o z k ł a d wę g la ( 1 ) 1 chromu ( 2 ) w
s t r e f i e d y f u z y j n e j p r ó b k i s t a l i ŁH15, o d w ę g l o n e j p r z e u 24 g o d z i n y w t e m p e r a t u r z e
920° C
R ys . 4 . R z e c z y w i s t y r o z k ł a d wę g la (1 ) i chromu (2) w
s t r e f i e d y f u z y j n e j p r ó b k i s t a l l ŁH15, o d wę g lo n ej p r z e z 12 gojdzin w t e m p e r a t u r z e
1020°C
Z wykresów w y n i k a , że d l a w i ę k s z o ś c i p r ó b e k , w w a r s t w i e s t a l i b e z p o ś r e d n i o p r z y l e g ł e j do z g o r z e l i n y , n a s t ą p i ł o n i e w i e l k i e w zb o g a c e n i e w chrom, g ł ę b i e j j e g o s t ę ż e n i e n i e u l e g a zmianom.
Aby u mo żl iw ió p o r ó wn a ni e r o z k ł a d ó w wę g la po o d w ę g l a n i u p r ó b e k o r ó ż n y c h z a w a r t o ś c i a c h w ę g l a , u z y s k a n e krzywe (10) " z r e dukowano" p r z e z p o d z i e l e n i e p r z e z o d p o w i e d n i e o :
f U ) = 5 7 (1 2)
Otrzymano w t e n s p os ób r o z k ł a d y w z g l ę d n e , o d p o w i a d a j ą c e r o z kładom w ę g l a , p r z y z a w a r t o ś c i a c h n o m i n a l n y c h c o = 1^C. Roz
k ł a d y w z gl ę d ne d l a n i e k t ó r y c h p r ó b ę k b a d a n yc h p r z e d s t a w i o n o na r y s . 5 1 6 .
3 . 3 . Wyz nac ze ni e k r zywych r o z k ł a d u n o r ma l ne go
Chcąc zbadaó zgodnośó zredukowanego r o z k ł a d u wę gl a (12) z k rzywą r o z k ł a d u no r ma l ne go ( 2 a ) , n a l e ż a ł o b y na p o d s t a w i e k r z y wych o t r z y m a n y c h (11 ) wyznaczyó w i e l k o ś c i " a " .
6 8 F r . S t a u b , Zb. Kr ól ikowsk:
Ry s. 5 . P o r ó w n a n i e ; d l a p r ó b k i s t a l i ŁH15 - o d w ę g l o n e j p r z e z 24 g o d z i n y w t e m p e r a t u r z e 920°C, kr zywych r o z k ł a d u w ę g l a : 1 - t e o r e t y c z n e g o 2 $ ( p ) = K ( b ) ; 2 - z redukowanego f * — ,c
3 - r z e c z y w i s t e g o Fx = cx °
Ry s . 6. P o r ó w n a n i e , d l a p r ó b k i s t a l i ŁH15 - o d w ę g l o n e j p r z e z 12 g o d z i n w t e m p e r a t u r z e 1020°C, kr zyw yc h r o z k ł a d u w ę g l a : 1 - t e o r e t y c z n e g o 2 # ( p ) = K ( b ) ; 2 - zredukowanego f ■
c 3 - r z e c z y w i s t e g o Fx * ox
Poni eważ d l a ż a d n e j z b a d a n yc h p r ó b e k n i e o s i ą g n i ę t o na p o w i e r z c h n i o d w ę g l a n i a z u p e ł n e g o , wyznaczono w i e l k o ś ó i " b " , k t ó - r e s ą o d l e g ł o ś c i a m i r z ę d n y c h —- = 0 , 6 8 ( t j . p * 1) do r z ę d n y c h “1
c 2 °o
— = 0 , 9 5 ( t j . p = 2 ) . Na p o d s t a w i e u p r z e d n i o p r z y j ę t e g o z a ł o - ż i n i a , że D w o o n s t , i w y n i k a j ą c e j s t ą d z a l e ż n o ś c i ( 5 ) , w i e l k o ś c i " a" o r a z " b" s ą równe l u b z b l i ż o n e , a w i ę c :
a * b (13)
D y f u z j a s k ł a d n i k ó w p r z y o d w ę g l a n i u s t a l l c h r o m o w e j , . 69 Wy kre śl on o n a s t ę p n i e , p r z y j m u j ą c za p a r a m e t r y wyznaczone w i e l k o ś c i " b " , krzywe r o z k ł a d u n o r m a l n e g o , k t ó r e p r z e d s t a w i a j ą t e o r e t y c z n y r o z k ł a d wę g l a w s t r e f i e o d w ę g l o n e j .
Po ró wn an ie k rzywych r o z k ł a d u n o r m a l n e g o z krzywymi z r e du ko w an e go r o z k ł a d u w ę g l a - ( o k r e ś l o n y m i z a n a l i z y o h e m i c z n e j c i e n k i c h w a r s t w ) , w y k a z a ł o w i e l k i e i c h p o d o b i e ń s t w o . Świadczy t o o z g o d n o ś c i p rzewidywanego i r z e c z y w i s t e g o r o z k ł a d u wę g l a w w a r s t w i e o d w ęg l o ne j s t a l i ŁH15.
3 . 4 . Wy znaczenie w a r t o ś c i w s p ó ł c z y n n i k ó w d y f u z j i wę g l a D Do o b l i c z a n i a w i e l k o ś c i " a " - na p o d s t a w i e w zo r u ( 1 7 ) - k o n i e c z n a j e s t zn aj omo ść w a r t o ś c i w s p ó ł c z y n n i k ó w d y f u z j i D. W l i t e r a t u r z e j e d y n i e B ł a n t e r [ a ] p o d a j e j e d l a s t a l i chromowych, a l e o z a w a r t o ś c i a c h i 2 , 5 # C r . Dla s t a l l o 1 , 5 #C r w a r t o ś c i D n a l e ż a ł o wi ęo o b l i c z y ć , o p i e r a j ą c s i ę na wyz na c zo ny ch k r z y wych r o z k ł a d u w ę g l a .
P o s ł u ż o n o s i ę wzorem:
'pp)2 * it* (14)
- s t ę ż e n i e wz g lę d ne d l a p u n k t u o d d a l o n e g o od b r z e g u o Xl [ omj ;
- s t ę ż e n i e wz gl ęd ne na p o w i e r z c h n i p r ó b k i ;
- p a r a m e t r o d p o w i a d a j ą c y s t ę ż e n i u względnemu — ;C1 g d z i e :
°0
°0
*1
70 F r . S t a u b , Zb. K r ó l i k o w s k i p - p a r a m e t r o d p o w i a d a j ą o y s t ę ż e n i u względnemu
r 0
F j s e k J - o z a s o d w ę g l a n i a .
Celem o k r e ś l e n i a w sp ó ł c z y n n i k ó w d y f u z j i p r z y 3padku k o n o e n t r a - o j i w z g l ę d n e j od —- « 0 , 7 do —1* *> 0 , d l a o b l i c z o n y c h w a r t o -^ 1
o o
ś o i p r z e p r o w a d z o n o w y k r e ś l n i e e k s t r a p o l a c j ę wyników o b l i c z o n y c h wg r ó w n a n i a ( 1 4 ) - r y s . 7.
Rys. 7 . W s p ó ł c z y n n i k i d y f u z j i wę g l a w a u s t e n i c i e stopowym ( l , 5 # C r ) d l a r ó ż n y c h t e m p e r a t u r , p r z y z mi anac h z a w a r t o ś c i wę
g l a od s t ę ż e n i a e u t e k t o i d a l n e g o do k o n c e n t r a c j i na p o w i e r z c h n i 0p > 0
W i e l k o ś c i w s p ó ł c zy n n i k ów d y f u z j i , wyz na cz on ych w t e n s p o s ó b , z e s t a w i o n o w t a b l i c y 2 .
T a b l i c a 2 W a r t o ś c i współozynnikóv,' d y f u z j i wę g l a w a u s t e n i c i e chromowym
_________________ o z a w a r t o ś c i 1 , 5#Cr ______________________
T e m p e r a t u r a t°C
Wspi D
Sł c z y n n i k d y f u z j i 0
[om2/ s e k ] 0 , 7 .
1020 920 780
2 , 1 . 10~7 0 , 9 . 10“ 7 o k . 0 , 0 8 . 10” 7
D y f u z j a s k ł a d n i k ó w p r z y o d w ę g l a n i u s t a l i chromowe. 1 . . . 21 3 . 5 . P or ówn a ni e w i e l k o ś c i "a" 1 " b ”
Aby s t w i e r d z i ć , ozy proponowana metoda w y z n a c z a n i a k rzywe j t e o r e t y c z n e g o r o z k ł a d u wę g l a za pomocą w i e l k o ś c i " a " , o b l i c z o n e j ze wzor u ( 7 ) , J e s t d o s t a t e c z n i e d o k ł a d n a , porównano w i e l k o ś c i " a " - o b l i c z o n e , z " b" z wyznaczonymi z krzywych r z e c z y w i s t e g o r o z k ł a d u w ę g l a , o k r e ś l o n y c h e k s p e r y m e n t a l n i e p r z e z a n a l i z ę c h e m i c z n ą o i e n k i c h w a r s t w . Z e s t a w i e n i e do podano w t a b l i c y 3 .
T a b l i c a 3 Porównanie w i e l k o ś c i "a" - o b l i c z o n y c h o r a z w a r t o ś c i "b" - wy
z n a c zo n y c h d o ś w i a d c z a l n i e
Oznaoz. Warunki o d w ę g l a n l a a [mm] b [mm]
p r ó b k i t emp.
t °C
c z a s T godz
( o b l i c z o n e ) ( w y z n a ć z o n e )
M3 6 0 , 1 8 0 ,25 5
M5 780 12 0 , 2 6 0, 30
M7 24 0 , 3 6 0 , 4 0
N1 3 0 , 4 4 0 , 3 8
N3 6 0 , 6 2 0 , 8 5
N5 920
12 0 , 8 8 0 , 9 6
N7 24 1 , 2 5 1 , 2 4
K1 3 0 , 6 7 0 , 8 3
K3 1020 6 0 , 9 5 0 , 9 8
K5 12 1 , 3 4 1 , 4 5
K7 24 1,90 2 , 0 7
P o r ó wn a ni e z e s t a w i o n e w t a b l i c y 3 , w s k a z u j e na z go dn oś ć między o b l i c z o n y m i w i e l k o ś c i a m i " a" o r a z o z n ac zo ny mi d o ś w i a d c z a l n i e
" b " , k t ó r e o d p o w i a d a j ą p a r a m e t r o m " p" krzywyoh r o z k ł a d u n o r ma l n e g o .
3 . 6 . B a d a n i a m e t a l o g r a f i o z n e
B a d a n i e m e t a l o g r a f i c z n e w y k a z a ł o , że e u t e k t o i d a l n a z a w a r t o ś ć wę g l a w w a r s t w i e o d w ę g l o n e j może być w y r ó ż n i o n a ¿mo, że n i e
zaobserwowano p a s a p e r l i t u p ł y t k o w e g o , k t ó r y we dł ug [ 2 , 3] wy
s t ę p u j e w odwę gl on yc h i z m i ę k cz o ny c h p r ó b k a c h s t a l i ŁH15.
J ak o g ł ę b o k o ś ó " x ' w w ar s tw y e u t e k t o i d a l n e J w o b s z a r z e o d w ę g l o - nym s t a l i ŁH15 n a l e ż y p r z y j ą ó o d l e g ł o ś c i :
1) po z n o r m a l i z o w a n i u s t a l i - od s t r e f y , w k t ó r e j p o j a w i a j ą s i ę p i e r w s z e w y d z i e l e n i a wę gl ików w p e r l i c i e p ł y t k o wym, do b r z e g u p r ó b k i ;
2 ) po z a h a r t o w a n i u - od g r a n i c y między pasem g r u b o z i a r n i s t e g o m a r t e n z y t u i m a r t e n z y t u z w ę g l i k a m i - do b r z e g u p r ó b k i ;
3 ) po z m i ę k o z e n i u - od w a r st w y p e r l i t u p ł y t k o w e g o , do b r z e gu p r ó b k i (podano na p o d s t a w i e l i t e r a t u r y [&, j J .
B a d a n i e m e t a l o g r a f i c z n e p r ó b e k o dwę gl on yc h n a w s k r o ś - do r ó ż n y c h z a w a r t o ś c i w ę g l a - n i e d a ł o nowych d a n y o h , l e c z p o t w i e r d z i ł o w y n i k i u z y s k a n e na p r ó b k a c h odwę gl on yc h p o w i e r z c h n i o w o .
B a d a n i a m e t a l o g r a f i c z n e w w y s o k i c h t e m p e r a t u r a c h - p r z e p r o wadzono na V a c u t h e r m i e - w y k a z a ł o , że n i e n a d a j ą s i ę one do b e z p o ś r e d n i e g o b a d a n i a z j a w i s k d y f u z y j n y c h , k t ó r e z a c h o d z ą p r z y o d w ę g l a n i u s t a l l ŁH15.
3 . 7 . B a d a n i e r o z k ł a d u t w a r d o ś c i
B a d a n i e r o z k ł a d u t w a r d o ś c i na p r ó b k a c h odwęgl onych w y k a z a ł o , że po z a h a r t o w a n i u p r ó b e k u z y s k a n o m i n i m a l n ą t w a r d o ś ó , wymaga
n ą d l a s t a l i ŁH15;, a w yn oa zą oą HRCmiT< * 60 (00 odpowiada
> 7 00 ) J uż p r z y k o n c e n t r a c j a c h o a 0 , 6 - 0 , 8&C. P r z y w i ę k s z y c h s t ę ż e n i a c h wę g la zmiany t w a r d o ś o i s ą n i e w i e l k i e . Wynika s t ą d , że p o m ia r t w a r d o ś o i n i e d a j e d o s t a t e o z n i e p r e o y z y j n y o h w y n i ków, aby można Je z a s t o s o w a ó - b ądź t o do o k r e ś l a n i a z a w a r t o - ś o i e u t e k t o i d a l n e J , b ą d ź g ł ę b o k o ś c i s z k o d l i w e g o o d w ę g l a n i a .
72________________________________________F r . S t a u b , Zb. K r ó l i k o w s k i
D y f u z j a s k ł a d n i k ó w p r z y o d w ę g l a n i u s t a l l c h r o m o w e j . . . ________ 73 4 . Wn io s ki
1 . R o z k ł a d wę g l a w w a r s t w i e o d w ę g l o n e j s t a l l ŁH15 z w y s t a r c z a j ą c y m p r z y b l i ż e n i e m o k r e ś l a c a ł k a p r a w d o p o d o b i e ń s t w a GAUSSa;
w m i a r ę p r z e d ł u ż a n i a c z a s u o d w ę g l a n i a p r z y b l i ż e n i e z w i ę k s z a s i ę . 2 . Opracowano metodę o k r e ś l a n i a g ł ę b o k o ś c i s z k o d l i w e g o odwę
g l a n i a s t a l i ŁH15, k t ó r a w y k o r z y s t u j e zgo dn oś ć zmian k o n c e n t r a c j i w ę g l a z k r z yw ą r o z k ł a d u n o r m a l n e g o . Wyniki pomiarów g ł ę b o - k o ś o i s z k o d l i w e g o o d w ę g l a n i a , na p o d s t a w i e a n a l i z y c h e m i c z n e j c i e n k i c h w a r s t w , s ą z b l i ż o n e do wyników u z y s k a n y c h na p o d s t a wi e p o d a n e j metody. Z a s t o s o w a n i e j e j j e s t j e d n a k o g r a n i c z o n e do p r z y p a d k ó w , gdy o d w ę g l a n i e na p o w i e r z c h n i j e s t z n a cz n e - t j J e ś l i op < 0 , 7 # C .
3 . O b l i c z o n e w s p ó ł c z y n n i k i d y f u z j i wę g l a w a u s t e n i c i e c h r o mowym z a w i e r a j ą c y m 1 , 5 # Cr w y k a z u j ą zgodnoś ć z w a r t o ś c i a m i , po
danymi w l i t e r a t u r z e d l a a u s t e n i t u z a w i e r a j ą c e g o 1#C o r a z 2 , 5 # Cr .
4 . Pr ób y t w a r d o ś c i n i e mogą byó p o d s t a w ą do o k r e ś l a n i a g ł ę b o k o ś c i s z k o d l i w e g o o d w ę g l a n i a .
5 . W w a r s t w i e s t a l l , p r z y l e g ł e j b e z p o ś r e d n i o do z g o r z e l i n y , n a s t ę p u j e n i e w i e l k i e w z b o g a c e n i e w chrom, co j e d n a k n i e w p ł y wa na p r o c e s d y f u z j i wę g l a w a u s t e n i c i e .
LITERATURA
[ 1 ] K r ó l i k o w s k i Z , : D yf u z j a s k ł a d n i k ó w p r zy o d w ę g l a n i u s t a l i chromowej ŁH15 - p r a c a d o k t o r s k a . P o l i t e c h n i k a Ś l ą s k a 1965 - p r a c a n i e p u b l i k o w a n a - B i b l i o t e k a K a t . M et al ozn aw
s t w a .
[ 2 ] H a c z e w s k i W., Lubuś ka A . : Z a g a d n i e n i e o d w ę g l a n i a s t a l i ł o ż ys ko wy c h. IMŻ - G l i w i c e 1961 - p r a c a n i e p u b l i k o w a n a . [ 3 ] H ac z e w s k i W., Lubuśka A , : Ocena s t o p n i a p o w ie r z c h n i o w e g o
o d w ę g l a n i a s t a l i ł o ży s k o w y c h na p o d s t a w i e b a d a n i a m i k r o s t r u k t u r y . Z e s z . N a u k . S o l . C z ę s t o c h . n r 1 8 , M e t a l u r g i a 7.
[4 ] G e r o r i k e n S . , I . J a . D e c h t i a r : D i f f u z i j a w t w i e r d o j f a z i e ; Moskwa 1960.
[ 5 j S e i t h W.: D i f f u s i o n i n M e t a l l e n ; B e r l i n 1955.
[ 6 ] B r o n s t e j n I . , S i e m i e n d i a j e W K . : Matematyka - P o r a d n i k e n c y k l o p e d y c z n y ; ( t ł u m . z r o s . ) PWN Warszawa 1959.
[ 7 ] Gulajew A . P . s Me ta lo zn aws two ( t ł u m . z r o s . ) WGH - Ka towi ce 1 959.
[ s ] K r i s z t a ł M . A . t D i f f u z i j o n n y j e p r o o e s s y w ż e l e z n y c h s p ła w ao h Moskwa 1963.
74_______________________________________ Fr« Staub» 2 b , K r ó l i k o w s k i
KOMIOHEHTOB IIPM 0BE3yTJIEPOKHBAHMH XPOMMCTOt) CTAJ1H ŁH15
Pe 3bd ue
Ha ocHOBaHHH T e o p e T H u e c K H X p a c c y j t j e H H f t BUBe^eHO ypaB H eH w e i m a p a c u e T a BeJiHUHHti " a " , K O T o p a a j e a a e T bosm ojkhhm o n p e j e J i e H H e p a3MemeHHH y r a e p o x a b o Ó e3yrjiepoaceH HO ii 30He c r a x i i ŁH15- Bbhio
n p o B e j e H o c o B n a a a H n e T e o p e m u e c K o r o p a c n p e n e ; i e H H a y r a e p o x a - o n p e j ; e j i e H H o r o n p n noMomu " a " h H H T e r p a a a B e poaT H O C T u TaYCCa - C HCTHHHHM p a C H p e EeJieHHeM. PaCWHTaBŁI K 03$$H m ieH T U ÄMdx|)y3HH
y r a e p o a a jyia aerjipOBaHHoro a y c T e H H T a coseprcamero 1 , 5 $ x p O M a . Ebiji p a 3 p a 6 0 T a H Me t o 5 o n p e s e J i e H w a rJiyÓHHH B p e j H O r o o Ó e 3 y r j i e p o - XHBaHHS j y i a CTaJIH ŁH15.
Dyfuz.la s k l a d n i k d w p r z y o d w e g l a n l u s t a l l c h r o m o w e j . .<________ 75 DIFFUSION OF ELEMENTS DURING DECARBURIZATION OF STEEL LH15 Summary
On t h e b a s i s t h e o r e t i c a l c o n s i d e r a t i o n i t h a s b e e n d e r i v a t e d a f o r m u l a f o r o a l o u l a t i o n t h e m a g n i t u d e " a " , t h a t makes p o s
s i b l e t h e d e t e r m i n a t i o n o f o a r b o n d i s t r i b u t i o n i n d e c a r b u r i - ze d zone o f s t e e l LH15. I t h a s b e e n c h ec k e d t h e a c c o r d a n c e o f t h e o r e t i c a l c a r b o n d i s t r i b u t i o n d e t e r m i n e d on b a s i s o f magni t u d e " a " a n d Gauss i n t e g r a l w i t h t h e r e a l o a r b o n d i s t r i b u t i o n .
D i f f u z l t i v y o f o a r b o n h a s b e e n o a l o u l a t e d f o r a l l o y a u s t e - n i t e c o n t a i n i n g 1 , 5 # C r . The method o f d e t e r m i n a t i o n t h e d e p t h o f d e t e r m l n e n t a l d e o a r b u r i z a t i o n i n s t e e l LH15 h a s b e e n wor
ke d o u t .
