VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI. David Aišman

Podobné dokumenty
VÝVOJ MIKROSTRUKTURY VÍCEFÁZOVÉ OCELI S TRIP EFEKTEM SVOČ - FST 2013


SMA 2. přednáška. Nauka o materiálu NÁVRHY NA OPAKOVÁNÍ

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ. Ing. V. Kraus, CSc. Opakování z Nauky o materiálu

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ Jana Martínková, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

ŽÍHÁNÍ. Tepelné zpracování kovových materiálů

Požadavky na nástroj při stříhání. Charakteristika. Použití STRUKTURA CHIPPER / VIKING

INFLUENCE OF TEMPERING ON THE PROPERTIES OF CAST C-Mn STEEL AFTER NORMALIZING AND AFTER INTERCRITICAL ANNEALING. Josef Bárta, Jiří Pluháček

FÁZOVÉ PŘEMĚNY. Hlediska: termodynamika (velikost energie k přeměně) kinetika (rychlost nukleace a rychlost růstu = celková rychlost přeměny)

Metalurgie vysokopevn ch ocelí

Projekt: 1.5, Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/ Tepelné zpracování

VLIV PARAMETRŮ LASEROVÉHO POVRCHOVÉHO ZPRACOVÁNÍ NA MIKROSTRUKTURU OCELÍ

5.0 ZJIŠŤOVÁNÍ FÁZOVÝCH PŘEMĚN

Tepelné a chemickotepelné zpracování slitin Fe-C. Žíhání, kalení, cementace, nitridace

Hodnocení opotřebení a změn tribologických vlastností brzdových kotoučů

ϑ 0 čas [ s, min, h ]

TECHNOLOGICAL PROCESS IN ISOTHERMAL HEAT TREATMENT OF STEEL TECHNOLOGICKÝ POSTUP PŘI IZOTERMICKÉM TEPELNÉM ZPRACOVÁNÍ OCELI

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pracovní list č.6 k prezentaci Kalení

Tepelné a chemickotepelné zpracování slitin Fe-C. Žíhání, kalení, cementace, nitridace

K618 - Materiály listopadu 2013

1. přednáška OCELOVÉ KONSTRUKCE VŠB. Technická univerzita Ostrava Fakulta stavební Podéš 1875, éště. Miloš Rieger

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice


ŽÍHÁNÍ 1. ŽÍHÁNÍ OCELÍ

Možnosti Impact testu při posuzování správnosti tepelného zpracování ocelí. Ing. Petr Beneš

Nástrojové oceli. Ing. Karel Němec, Ph.D.

MECHANICKÉ A NĚKTERÉ DALŠÍ CHARAKTERISTIKY PLECHŮ Z OCELI ATMOFIX B (15127, S355W) VE STAVU NORMALIZAČNĚ VÁLCOVANÉM

Materiálové laboratoře Chomutov s.r.o. Zkušební laboratoř MTL Luční 4624, Chomutov

Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

KALENÍ. Tepelné zpracování kovových materiálů

NÁVRH TECHNOLOGIE POVRCHOVÉHO KALENÍ LASEREM U KONSTRUKČNÍCH OCELÍ SVOČ FST

Jominiho zkouška prokalitelnosti


42 28XX nízko středně legované oceli na odlitky odlévané jiným způsobem než do pískových forem 42 29XX vysoko legované oceli na odlitky

ZKOUŠKY MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ DOMEX 700MC

Metalografie. Praktické příklady z materiálových expertíz. 4. cvičení

PRASKÁNÍ VRTÁKŮ PO TEPELNÉM ZPRACOVÁNÍ Antonín Kříž

MĚŘENÍ ELASTICITRY OVLIVNĚNÝCH PÁSEM SVAROVÝCH SPOJŮ VYSOKOPEVNOSTNÍCH OCELÍ

VLIV TECHNOLOGIE ŽÁROVÉHO ZINKOVÁNÍ NA VLASTNOSTI ŽÁROVĚ ZINKOVANÝCH OCELÍ

A U T O R : I N G. J A N N O Ž I Č K A S O Š A S O U Č E S K Á L Í P A V Y _ 3 2 _ I N O V A C E _ _ T E P E L N É Z P R A C O V Á N Í _ P W

LITINY. Slitiny železa na odlitky

Žíhání druhého druhu. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

Svařitelnost vysokopevné oceli s mezí kluzu 1100 MPa

Povrchové kalení. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

Konstrukční, nástrojové

C Cr N Mo Ni Mn 0,3% 14,0 % 0,4 % 0,1% 0,4% 0,5%

Materiálové laboratoře Chomutov s.r.o. Zkušební laboratoř MTL Luční 4624, Chomutov

Fázové přeměny v ocelích

Rozdělení ocelí podle použití. Konstrukční, nástrojové

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Precipitace. Změna rozpustnosti je základním předpokladem pro precipitační proces

ISOTHERMAL HEAT TREATMENT IZOTERMICKÉ TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ

MECHANICKÉ VLASTNOSTI A STRUKTURNÍ STABILITA LITÝCH NIKLOVÝCH SLITIN PO DLOUHODOBÉM ÚČINKU TEPLOTY

NTI/USM Úvod do studia materiálů Ocel a slitiny železa

Popouštění ocelí. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

I.) Nedestruktivní zkoušení materiálu = návštěva laboratoří nedestruktivního zkoušení a seznámení se se základními principy jednotlivých metodik.

Povrchové kalení. Teorie tepelného zpracování Katedra materiálu Strojní fakulty Technická univerzita v Liberci Doc. Ing. Karel Daďourek, 2007

Heterogenní spoje v energetice, zejména se zaměřením na svařování martenzitických ocelí s rozdílným obsahem Cr

Číselné označování hliníku a jeho slitin dle ČSN EN 573 1:2005 ( )

Svařitelnost korozivzdorných ocelí

TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ RYCHLOŘEZNÝCH OCELÍ SVOČ FST 2010 Lukáš Martinec, Západočeská univerzita v Plzni, Univerzitní 8, Plzeň Česká republika

Tepelné zpracování ocelí. Doc. Ing. Stanislav Věchet, CSc. ; Ing. Karel Němec, Ph.D.

MOŽNOSTI VÝROBY DVOUFÁZOVÝCH FERITICKO- MARTENZITICKÝCH OCELÍ V NH, a.s. VZÚ, NOVÁ HUŤ, a.s., Vratimovská 689, Ostrava, ČR

MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

ASTM A694 F60 - TEPELNÉ ZPRACOVÁNÍ A MECHANICKÉ VLASTNOSTI ASTM A694 F60 HEAT TREATMENT AND MECHANICAL PROPERTIES

2. Struktura a vlastnosti oceli, druhy ocelí Rovnovážné a nerovnovážné struktury oceli, mechanické vlastnosti oceli, druhy konstrukčních ocelí.

TECHNOLOGIE SVAŘOVÁNÍ MIKROLEGOVANÝCH OCELÍ DOMEX 700MC SVOČ FST

2. Materiály a jejich charakteristiky Austenitické, duplexní, feritické, martenzitické a precipitačně vytvrzené oceli. Značení, vlastnosti a použití.

Kvantifikace strukturních změn v chrom-vanadové ledeburitické oceli v závislosti na teplotě austenitizace

VLIV VODÍKU NA MATERIÁLOVÉ A STRUKTURNÍ VLASTNOSTI OCELI CM 5 (ČSN )

Vysoce pevné mikrolegované oceli. High Strength Low Alloy Steels HSLA. Zpracováno s využitím materiálu ASM International

4. KOVOVÉ MATERIÁLY A JEJICH ZPRACOVÁNÍ. 4.1 Technické slitiny železa Slitiny železa s uhlíkem a vliv dalších prvků

PROBLEMATICKÉ SVAROVÉ SPOJE MODIFIKOVANÝCH ŽÁROPEVNÝCH OCELÍ

Vysoká škola technická a ekonomická v Českých Budějovicích. Institute of Technology And Business In České Budějovice

Tepelné zpracování ocelí. Kalení a popouštění. Chemicko-tepelné zpracování. Tepelné zpracování litin.

KALENÍ A POPOUŠTĚNÍ. 0 0,4 0,8 1,2 1,6 1,8 Obsah C (%) Oblasti vhodných kalících teplot v diagramu Fe - Fe3C

ŽELEZO A JEHO SLITINY

PLASTICKÉ VLASTNOSTI VYSOKOPEVNOSTNÍCH MATERIÁLŮ DĚLENÝCH NESTANDARDNÍMI TECHNOLOGIEMI

Ing. Michal Lattner Fakulta výrobních technologií a managementu Věda pro život, život pro vědu CZ.1.07/2.3.00/45.

Abstrakt. Klíčová slova. tepelné zpracování; prokalitelnost; U-křivka; mikrostruktura; martenzit. Abstract

VLIV OBSAHU NIKLU NA VLASTNOSTI LKG PO FERITIZAČNÍM ŽÍHÁNÍ EFFECT OF THE CONTENT OF NICKEL ON DI PROPERTIES AFTER FERRITIZATION ANNEALING

SVÚM a.s. Zkušební laboratoř vlastností materiálů Tovární 2053, Čelákovice

2. Struktura a vlastnosti oceli, druhy ocelí Rovnovážné a nerovnovážné struktury oceli, mechanické vlastnosti oceli, druhy konstrukčních ocelí.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA STROJNÍ


Západočeská univerzita v Plzni fakulta Strojní

Charakteristika. Vlastnosti. Použití NÁSTROJE NA TLAKOVÉ LITÍ NÁSTROJE NA PROTLAČOVÁNÍ NÁSTROJE PRO TVÁŘENÍ ZA TEPLA VYŠŠÍ ŽIVOTNOST NÁSTROJŮ

METALOGRAFIE II. Oceli a litiny

Prokalitelnost Prokalitelností Čelní zkouška prokalitelnosti: Stanovení prokalitelnosti výpočtem:

VÁLCOVÁNÍ ZA STUDENA TRIP OCELI PO TERMOMECHANICKÉM ZPRACOVÁNÍ THE COLD ROLLING OF TRIP STEEL AFTER THERMOMECHANICAL TREATMENT

B 550B ,10

LETECKÉ KONSTRUKČNÍ OCELI

Děkuji Jng. Janě Sobotové Ph.D za odbornou pomoc a trpělivé vedení během tvorby této bakalářské práce.

Metodika hodnocení strukturních změn v ocelích při tepelném zpracování

Díly forem. Vložky forem Jádra Vtokové dílce Trysky Vyhazovače (nitridované) tlakové písty, tlakové komory (normálně nitridované) V 0,4

Posouzení stavu rychlořezné oceli protahovacího trnu

Korozivzdorná ocel: uplatnění v oblasti spojovacího materiálu

Označování materiálů podle evropských norem

SVAŘITELNOST MATERIÁLU

t-tloušťka materiálu te [mm] C Ce 25 < 0,2 < 0,45 37 < 0,2 < 0,41

Transkript:

VLIV TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NA VLASTNOSTI VYSOCEPEVNÉ NÍZKOLEGOVANÉ OCELI David Aišman D.Aisman@seznam.cz ABSTRACT Tato práce se zabývá možnostmi tepelného zpracování pro experimentální ocel 42SiCr. Jedná se o nízkolegovanou ocel s pevností 980 MPa v základním stavu a tažností 30 %. Cílem tohoto experimentu je navrhnout a ověřit režim tepelného zpracování pro dosažení minimální pevnosti 2000 MPa při zachování tažnosti přes 15 %. Toho je dosaženo Q-P procesem, který bude testován v několika krocích. V první fázi experimentu je optimalizována doba výdrže na teplotě austenitizace a v solné lázni. Následně jsou vyhodnoceny tyto vlivy s využitím porovnání mikrostruktury, měření tvrdosti a zkoušek mechanických vlastností. KLÍČOVÁ SLOVA vysocepevné nízkolegované oceli, tepelné zpracování, Q-P proces 1. TEORETICKÝ ÚVOD DO PROBLEMATIKY Z důvodu zvyšujících se nároků na vlastnosti materiálů jsou vyvíjeny nové metody tepelného a mechanického zpracování. Tímto postupem vznikla skupina netradičních kovových materiálů a ocelí se zvláštními vlastnostmi (Obr. 1). Do této skupiny materiálů spadají vysokopevné oceli, amorfní kovové materiály, superplastické kovové materiály, slitiny s tvarovou pamětí, supravodivé slitiny a další. Tato práce je zaměřena na zlepšení vlastností vysocepevných nízkolegovaných ocelí. Za tyto ocele považujeme takové, které mají mez pevnosti v tahu přes 2000 MPa při maximálním obsahu legujících a doprovodných prvků do pěti hmotnostních procent. Bohužel u většiny vysokopevných ocelí dochází k výraznému poklesu tažnosti,a proto jsou zkoumány nové technologie zpracování, které se snaží tento pokles eliminovat. Obr. 1 některé druhy vysokopevných ocelí

ZVOLNÉ MODERNÍ METODY TEPELNÉHO ZPRACOVÁNÍ NÍZKOLEGOVANÝCH OCELÍ Q-P proces Písmena v názvu jsou převzata z anglického názvu Quenching and Partitioning což je možné překládat jako ochlazování a rozdělování (Obr. 2 ). Hlavní cíl tohoto procesu je stabilizovat netransformovaný (zbytkový) austenit uhlíkem vyloučeným z přesyceného martenzitu a potlačit vznik karbidů vhodným legováním. Výsledná struktura je pak tvořena martenzitem a stabilizovaným netransformovaným austenitem, eventuelně je možné dosáhnout bainiticko- austenitické struktury. Tato struktura podporuje tvařitelnost a vysokou mez pevnosti těchto ocelí. Obr. 2 Schematické znázornění Q-P procesu Přechod uhlíku z martenzitu k netransformovanému austenitu během procesu rozpadu je kritický krok pro Q - P proces. Při běžném popouštění martenzitu dochází ve struktuře ke vzniku karbidů, což je pro Q-P proces nežádoucí. To, ke kterému z pochodů dojde je dáno chemickým složením, teplotou, dobou nutnou pro vyloučení uhlíku z martenzitu a homogenizace austenitu. Pro správné zpracování je třeba sladit všechny tři parametry, přičemž již malá změna chemického složení má velký vliv na rozpadovou teplotu. Přechod uhlíku mezi martenzitem a austenitem může být různý, protože přesná morfologie a distribuce oblasti netransformovaného austenitu uvnitř oblastí zčásti transformované mikrostruktury není přesně známá. Očekává se, že se bude lišit, například typem vznikajícího martenzitu a dále tím, zda netransformovaný austenit je vyloučen jako interlaťkový film nebo jako objemnější útvary mezi pakety martenzitu. Při studiu zakaleného martenzitu byly zaznamenány různé parametry mřížky austenitu ve stejném vzorku [1]. Dalšími metodami, které se často používají pro zpracování vysoce pevných nízkolegovaných ocelí jsou dlouhodobé nízkoteplotní žíhání na bainit a interkritické žíhání. Dlouhodobé nízkoteplotní žíhání na bainit Při tomto procesu dochází během dlouhodobého izotermického žíhání ke vzniku bainitických desek. Toto žíhání se provádí při teplotách kolem 200 C a to po dobu až několika dnů, neboť difuzní rychlost je při těchto teplotách velmi malá. Výsledkem tohoto procesu jsou jemné bainitické desky o tloušťce 20-60nm a vynikající mechanické vlastnosti. Mez kluzu kolem 1200 MPa a tažnost až 30%[2]. Interkritické žíhání Při interkritickém žíhání dochází k ohřevu mezi teplotu A1 a A3 (Obr 3.).Díky tomu interkritický austenit obsahuje více uhlíku než je jeho rovnovážná hodnota v této oblasti. Po té následuje rychlé ochlazení na teplotu 350 490 C a bainitická transformace[3].

Obr 3. Schematický cyklus interkritického žíhání EXPERIMENTÁLNÍ ČÁST Výchozí materiál Jako výchozí materiál byla použita experimentální ocel 42SiCr (Tab 1.). Chemické složení bylo zjištěno pomocí RTG analýzy. Jedná se o tabule plechu tlustého 18mm válcované za tepla a poté volně vychlazeny na vzduchu. Hlavní přísadou této oceli je křemík, který brání nebo omezuje precipitaci karbidů. Další významný prvek je mangan, který stabilizuje austenit a omezuje perlitickou přeměnu a chrom zvyšující tvrdost. C Si Cr Mn P S Mo Ni Cu Sn 0,43% 2,03% 1,33% 0,59% 0,009% 0,004% 0,03% 0,07% 0,07% 0,013% Al As Ca N Sb Pb Ti Nb V B 0,008% 0,002% 0,0015% 0,0076% 0,001% 0,002% 0,004% 0,035% 0,004% 0,0025% Tab. 1 Chemické složení materiálu Struktura výchozího materiálu: Výchozí struktura je tvořena klasickou feriticko perlitickou směsí (Obr 4). Světlé oblasti odpovídají feritu a obrazovou analýzou bylo zjištěno, že tvoří přibližně 16,5% mikrostruktury.

Obr. 4 mikrostruktura výchozí stavu materiálu, leptáno nitalem Varianty tepelného zpracování V této práci bylo zvoleno tepelné zpracování Q-P procesem. V první fázi zatím proběhla příprava tohoto procesu a byl odzkoušen vliv doby austenizační teploty a následná rychlost ochlazování a výdrž v solné lázni. Doba výdrže na austenizační teplotě se pohybovala mezi 20 30 minutami, doba výdrže v solné lázni mezi 5 20 minutami. Pro zjištění vlivu rychlosti ochlazení byly dva vzorky ochlazeny na dvě sekundy do vody a po té přeneseny do solné lázně (Tab. 2) Pro odzkoušení těchto parametrů bylo použito 6 vzorků o rozměrech 55x18x25 mm. Obr 5. schematické znázornění režimu tepelného zpracování

ohřev 900 C [min] ochlazení ve vodě solná lázeň 250 C [min] vzorek1 25 ne 5 vzorek 2 20 ne 10 vzorek 3 20 ne 20 vzorek 4 30 ne 10 vzorek 5 20 2s 10 vzorek 6 30 2s 10 Tab. 2 parametry jednotlivých režimů Metalografické hodnocení struktury Po tepelném zpracování byl připraven metalografický výbrus z každého vzorku. Pro naleptání ploch byl použit 3% nital. Výsledná struktura všech vzorků je tvořena martenzitem a zbytkovým austenitem. Rozdíl je ve velikosti martenzitických útvarů, které jsou hrubší u vzorků s delší výdrží na teplotě austenizace (Obr. 6 a 7). Obr. 6 naleptaná struktura, vzorek 3, doba austenizace 20 min

Obr. 7 naleptaná struktura, vzorek 6, doba austenizace 30 min Výsledky RTG difrakční analýzy Dále byla na vzorcích provedena rentgenová difrakční analýza pro zjištění podílu martenzitu, zbytkového austenitu a mřížkového parametru martenzitu (Tab. 3). U každého vzorku byla provedena 3 měření s různým úhlem dopadajícího RTG záření, aby byl eliminován vliv textury povrchu. Množství zjištěného zbytkového austenitu se pohybuje od 4,12% do 9,79%. vzorek podíl jednotlivých fází mřížkové parametry martenzitu martenzit [%] austenit [%] a [Ǻ] c [Ǻ] 1 94,89 5,11 2,862 2,883 2 95,88 4,12 2,8621 2,8863 3 89,28 9,79 2,8554 2,8799 4 93,09 6,91 2,8575 2,8794 5 92,86 7,14 2,8568 2,8805 6 92,52 7,48 2,855 2,881 Tab. 3 podíl martenzitu a zbytkového austenitu ve struktuře, mřížkové parametry martenzitu

ZKOUŠKY MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ Zkouška tahem byla z důvodu úspory materiálu provedena na minivzorcích o daných rozměrech (Obr. 8). Obr. 8 Zkušební tělísko na zkoušku tahem Výsledné hodnoty meze pevnosti v tahu se ukázaly nad očekávání dobré (Tab. 9). U všech vzorků je překročena hranice 2000MPa což je výrazný nárůst oproti výchozímu stavu. Bohužel u vzorků s ochlazením do vody se projevila nižší hodnota tažnosti, což ukazuje, že je zapotřebí zvolit pomalejší způsob ochlazování. vzorek Rp 0,2 [MPa] R m [MPa] A 5mm [%] R m x A 5mm 1 1657 2157 14 29982 2 1714 2120 16 33284 3 1663 2038 18 35869 4 1728 2054 15 30399 5 1765 2102 14 29428 6 1852 2107 14 28445 Výchozí stav 592 981 31 30509 Tab. 9 výsledné hodnoty mechanických zkoušek VÝSLEDKY MĚŘENÍ TVRDOSTI Měření tvrdosti bylo provedeno podle Vickerse a to HV10 a HV30. Výsledná hodnota je průměr pěti vtisků pro každý vzorek a velikost zatížení (Tab. 10). Všechny hodnoty se pohybují okolo 600HV. vzorek HV10 HV30 1 600 569 2 621 592 3 595 611 4 570 559 5 613 619 6 629 641 Výchozí vstav 295 291 Tab. 10 výsledné hodnoty tvrdosti

ZHODNOCENÍ EXPERIMENTU Doposud realizovaná část experimentálního programu nám posloužila k otestování výchozích parametrů pro Q-P proces. Nejlepších mechanických vlastností bylo dosaženo u vzorku 2 a to meze pevnosti přes 2100MPa při tažnosti 16%. Ukázalo se, že delší doba výdrže na austenizační teplotě má za následek zhrubnutí martenzitu a tím dochází ke snížení mechanických vlastností. Jako optimální se tedy jeví doba prodlevy 20 minut. Také příliš rychlé ochlazení má za následek zhoršení tažnosti, přičemž mez pevnosti není vyšší než u ostatních vzorků. Na základě těchto výsledků bylo navrhnuto několik kompletních režimů Q-P procesu, tvořených austenizací na 900 C, ochlazením na různé teploty v intervalu 150-250 C a opětovným ohřevem na teplotou 250 C. Podle těchto režimů byla zpracována další sada vzorků, jejichž mikrostruktura a mechanické vlastnosti se právě vyhodnocují. POUŽITÁ LITERATURA [1]