Posouzení stavu rychlořezné oceli protahovacího trnu ČSN 19 830 zušlechtěno dle předpisů pro danou ocel tj. kaleno a 3x popuštěno a) b) Obr.č. 1 a) Poškozený zub protahovacího trnu; b) Zdravý zub druhá strana nástroje 1 / 14
2 / 14 Provozní příčný lom protahovacího trnu. V detailnějším pohledu jsou patrny stopy šíření trhliny z místa iniciace porušení tj. od místa, kde prvotně nastala destrukce zřejmě přetíženého zubu. Porušení únavové brázdy (striace).
3 / 14 Karbidická nestejnorodost se u nadeutektoidních ocelí hodnotí pomocí speciálních etalonových stupnic. Klasifikace se provádí na podélných metalografických výbrusech v naleptaném stavu. Nejvhodnější je provést vyhodnocení výchozího polotovaru ještě před tepelným zpracováním tj. ve stavu žíhaném na měkko. Přesný postup hodnocení, který zahrnuje i způsob odběru vzorku a počet prověřovaných míst, je součástí příslušných předpisů. V oblastech karbidických nehomogenit je zachováno velké množství zbytkového austenitu, neboť karbidický skelet zabraňuje jeho transformaci.
Karbidická nestejnorodost nedosáhla takové úrovně, aby vyvolala výraznou anizotropii tj. nestejnorodost v jednotlivých směrech (příčném a podélném směru). 4 / 14
5 / 14 Ztěchto uvedených snímků lze karbidickou heterogenitu hodnotit klasifikačním stupněm 1b (šířka řádku 1-2 mm). Tímto klasifikačním stupněm jsou charakterizovány struktury s tenkým síťovím bez většího souvislého uspořádání. Stupeň 1 1 a 1b
Velmi často se vyskytující karbidická nestejnorodost zachycena vpříčném směru metalografického výbrusu. Tato karbidická nestejnorodost tvořena seskupením ostrohranných karbidů měla za následek zablokování transformační přeměny, což se projevilo existencí velkých martenzitických jehlic a zbytkovým austenitem. Vlivem oslabení nosného průřezu může dojít ke statickému lomu popř. při dynamickém namáhání se mohou z této lokality začít šířit únavová porušení. 6 / 14
Soustředěné karbidické heterogenity zachyceny v ploše příčného výbrusu. 7 / 14
8 / 14 Martenzit dosahuje velmi hrubých a velkých jehlic. Jak již bylo uvedeno může tato strukturní nehomogenita vyvolat nejen náhlé statické popř. únavové porušení, ale může rovněž vytvořit příznivé podmínky pro iniciaci trhlin při kalení. Tyto trhliny pak mohou vést, dle způsobu namáhání, k lomu popř. již zmíněnému únavovému porušení. Z metalografického rozboru vyplývá, že struktura je tvořena jemným sorbitem a karbidickými fázemi.
Střed vzorku - Množství zbytkového austenitu je zanedbatelné a odpovídá požadavkům kladeným na tento typ ocelí. Kromě oblastí shluku karbidických heterogenit jeho obsah nepřesahuje 5%. 9 / 14
10 / 14 Okraj vzorku - místo nepoškozeného zubu, Součást v této lokalitě dosahovala vyšší kalící teploty, která se projevila poněkud hrubší strukturou jehlic popuštěného martenzitu sorbitu. Obsah zbytkového austenitu je vyšší než ve středu vzorku, jeho obsah se pohybuje okolo 10%. Hrubší struktura má za následek křehčí chování, proto při přetížení nástroje dojde k snadnějšímu poškození. Tato hrubší struktura je na hranici únosnosti, při nepatrném zvýšení teploty by mohlo dojít k nežádoucímu a nevratnému poškození materiálu. K zabránění této situace by mělo vést použití nižších kalících teplot popř. zpomalit rychlost ochlazování v kalícím prostředí.
Na okraji součásti je struktura tvořena hrubšími jehlicemi popuštěného martenzitu (sorbitu). Místy již docházelo ke vzniku ostrohranných karbidů a ke změně na hranicích zrn. Tyto děje jsou podmíněny vyšší teplotou kalení, která v této lokalitě dosáhla hodnoty horní kalící teploty (1250 C). 11 / 14
12 / 14 Velikost zrna dle normy DIN 50 601 Téměř všechny vlastnosti nástrojů, které jsou vyhodnocovány u rychlořezných ocelí po zušlechtění mají jistou souvislost s velikostí zrna. Má-li nástroj plnit svoji funkci, je třeba, aby rozměr zrna byl v určitých mezích, lišící se jen dle druhu oceli a dle pracovních podmínek nástroje. Velmi jemnozrnné oceli obvykle nezaručují uspokojivou řezivost, oceli s hrubým zrnem nejsou dostatečně odolné v podmínkách dynamického namáhání, neboť mají malou houževnatost. Čím má ocel hrubší zrno, tím je obvykle také náchylnější ke vzniku kalících trhlin. Pro upřesnění je třeba dodat, že hrubé zrno se na zlepšení řezivosti nepodílí, je pouze známkou vyšší teploty kalení, která řezivost příznivě ovlivňuje tím, že zajišťuje vyšší stupeň legovatelnosti austenitu.
13 / 14 Rozměr zrna vyhovující pro jeden druh oceli a jeden typ nástroje může být v jiném případě naprosto nežádoucí. Z velikosti zrna lze usuzovat na technologické procesy jimiž materiál prošel a to především teplota kalení, prodleva na této teplotě a rychlost ohřevu ke kalení. U rychlořezných ocelí je růst zrna především otázkou rozpouštění karbidů.
14 / 14 Závěr Výchozí materiál byl z hlediska průběhu a rozložení karbidických fází dobře protvářen. Heterogenity, které se ve struktuře vyskytují ve formě velkého shluku karbidů jsou pozůstatkem z metalurgického pochodu. Tepelné zpracování součásti probíhalo dle předepsané technologie, avšak s ohledem na tvar a geometrii nástroje jsou objemově slabší místa zuby, vystavena vyšším teplotám, což se projevilo na zhrubnutí struktury. Karbidická nestejnorodost byla v podélném směru metalografického výbrusu hodnocena klasifikačním stupněm 1b. Z provedených analýz nelze přesně posoudit jakou měla daná struktura míru zavinění k iniciaci provozního lomu. Je zřejmé, že po odstranění karbidických heterogenit, např. použitím materiálu zhotoveným práškovou metalurgií a zabezpečením snížení strukturní rozdílnosti v laterálním směru ovlivněné geometrií a tvarem nástroje, by se dosáhlo zlepšení užitných vlastností a snížení rizika vzniku provozního lomu.