KOVINE ZLITINE TEHNOLOGIJE IZDAJAJO ŽELEZARNA JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN INŠTITUT ZA KOVINSKE MATERIALE IN TEHNOLOGIJE LJUBLJANA REVIJA JE PREJ IZHAJALA POD NASLOVOM ŽELEZARSKI ZBORNIK Navodila avtorjem za pripravo člankov za objavo v reviji Kovine, zlitine, tehnologije V letu 1992 uvajamo nov način tehničnega urejanja in priprave za tisk revije Kovine, zlitine, tehnologije. Da hi pocenili tiskarske stroške, skrajšali čas od prejema članka do njegove objave in prepustili avtorju končno odgovornost za morebitne neodkrite tipografske napake, smo se v uredništvu odločili, da izkoristimo možnosti, kijih danes nudi namizno založništvo. Avtor lahko pošlje članek napisan klasično - s pisalnim strojem. Zaželeno je. da avtor odda uredništvu članek oz. besedilo napisano na računalnik z urejevalniki besedil: - WORDSTAR, verzija 4, 5, 6, 7 za DOS - WORD za DOS ali WINDOWS - WORDPERFECT. Če je besedilo napisano z urejevalnikom besedil: CHI VVRITER, naj ga avtor prekonvertira v WORDSTAR DOCUMENT. Naprošamo avtorje, da pošljejo uredništvu disketo z oznako datoteke in računalniškim izpisom te datoteke na papirju. Formule naj bodo v datoteki samo naznačene, na papirju pa ročno izpisane. Vsebina članka Kako naj članek izgleda vsebinsko, naj si avtorji ogledajo v starih izdajah Železarskega zbornika. Vsak članek pa mora vsebovati: • slovenski in angleški naslovi članka, • imena ter naslove avtorjev, • povzetka v angleščini in slovenščini, • reference, ki naj bodo v besedilu članka označene z zaporednimi številkami, primer' \ Način citiranja članka: avtor, inicialkam naj sledi priimek, naslov članka. ime revije, letnik, strani, leto. Način citiranja knjige: avtor, naslov, založnik in kraj izdaje, leto, po potrebi poglavje ali strani. Besedilo članka naj bo razdeljeno na razdelke (označene z zaporednimi številkami) in po potrebi še na podraz-delke (označene z. decimalno številko, kjer celi del označuje razdelek. Slike Vse slike naj bodo na posebnih listih papirja, z jasno označeno številko slike. Slike naj bodo označene z zaporednimi številkami povsod v članku. Originali za vse vrste slik naj bodo ostri in brez šuma. Risbe naj bodo narisane s črnim na belem ozadju. Vse oznake in besedila na risbah naj bodo v istem jeziku kot besedilo članka in dovolj velike, da omogočajo pomanjšanje slike na S cm. Le izjemoma lahko slika sega čez obe koloni besedila (16.5 cm). Fotografije so lahko katerekoli običaj- ne dimenzije, na svetlečem papirju in z dobrim kontrastom. Mikroskopska in makroskopska povečevanja označite v podpisu na sliki, še bolje pa z vrisanjem ustrezne skale na fotografiji. Za vsako sliko naj avtor predvidi, kam naj se slika v besedilu članka uvrsti, kjer naj se nahaja ustrezen podnapis z zaporedno številko slike (na primer: '"Slika 3 prikazuje...". nikakor pa ne: "Na spodnji sliki vidimo..."). Tabele Avtor naj se izogiba zapletenih tabel z mnogo podatki, ki bralca ne zanimajo, posebej še. če so isti podatki tudi grafično ponazorjeni. Nad vsako tabelo naj se nahaja zaporedna številka tabele s pojasnilom. Tabele naj bodo povsod v članku označene z zaporednimi številkami. Pisanje besedil na računalniku Avtorje naprošamo, da pri pisanju besedil na računalniku upoštevajo naslednja navodila, saj le-ta precej olajšajo naše nadaljnje delo pri pripravi za tisk: • ne puščajte praznega prostora pred ločili (pikami, vejicami. dvopičji) in za predklepaji oziroma pred zaklepaji, • puščajte prazen prostor za vsemi ločili (pikami, vejicami, dvopičji) - razen decimalno piko, • pišite vse naslove in besede z majhnimi črkami (razen velikih začetnic in kratic), • besedilo naj ne vsebuje deljenih besed na koncu vrstice. Če avtor pripravlja ilustracije na računalniku, ga naprošamo. da priloži datoteke s slikami na disketo z besedilom članka, s pojasnilom, s katerim programom so narejene. Krtačni odtis Krtačni odtis - končna podoba članka - bo poslan avtorju v končno revizijo. Avtorja naprošamo, da čim hitreje opravi korekture in ga pošlje nazaj na uredništvo. Hkrati naprošamo avtorje, da popravljajo samo napake, ki so nastale med stavljenjem članka. Če avtor popravljenega članka ne vrne pravočasno, bo objavljen nepopravljen, kar bo tudi označeno. Uredništvo KOVINE ZLITINE TEHNOLOGIJE METALS ALLOYS TECHNOLOGIES 229280 KOVINE ZLITINE TEHNOLOGIJE Izdajajo (Published by): SŽ ACRONI Jesenice, METAL Ravne, JEKLO Štore in Inštitut za kovinske materiale in tehnologije Ljubljana Izdajanje KOVINE ZLITIM- TEHNOLOGIJE delno sofinancira: Ministrstvo za znanost in tehnologijo UREDNIŠTVO (EDITORIAL STAFF) Glavni in odgovorni urednik (Editor): Jožef Arh, dipl. ing. Uredniški odbor (Associate Editors): dr. Aleksander Kveder, dipl. ing., dr. Jože Rodič, dipl. ing., prof. dr. Andrej Paulin, dipl. ing., dr. Monika Jenko, dipl. ing., dr. Ferdo Grešovnik, dipl. ing., Franc Mlakar, dipl. ing., dr. Karel Kuzman, dipl. ing., Jana Jamar Tehnični urednik (Produetion editor): Jana Jamar Lektorji (Lectors): Cvetka Martinčič, Jana Jamar Prevodi (Translations): prof. dr. Andrej Paulin, dipl. ing., dr. Nijaz Smajič, dipl. ing. (angleški jezik), Jožef Arh, dipl. ing. (nemški jezik) NASLOV UREDNIŠTVA (EDITORIAL ADRESS): KOVINE ZLITINE TEHNOLOGIJE, Železarna Jesenice d.o.o., 64270 Jesenice, Slovenija Telefon: (064)861 441 Telex: 37219 Telefax: (064)861 379 Žiro račun: 51530-601-25734 Stavek: Majda Kuraš. Tisk: Gorenjski tisk, Kranj, Oblikovanje ovitka: Ignac Kofol Fotografija na naslovnici: Lita struktura preloma dinamo jekla, Foto: Franci Sluga IZDAJATELJSKI SVET (EDITORIAL ADVISORV BOARD): Predsednik: prof. dr. Marin Gabrovšek, dipl. ing.; člani: dr. Božidar Brudar, dipl. ing., prof. dr. Vincenc Čižman, dipl. ing., prof. dr. D. Drobnjak, dipl. ing., prof. dr. Blaženko Koroušič, dipl. ing., prof. dr. Ladislav Kosec, dipl. ing., prof. dr. Josip Krajcar, dipl. ing., prof. dr. Alojz Križman, dipl. ing., dr. Karel Kuzman, dipl. ing., dr. Aleksander Kveder, dipl. ing., prof. dr. Andrej Paulin, dipl. ing., prof. dr. Z. Pašalič, dipl. ing., prof. dr. Ciril Pelhan, dipl. ing., prof. dr. Viktor Prosenc, dipl. ing., prof. dr. Boris Sicherl, dipl. ing., dr. Nijaz Smajič, dipl. ing., prof. dr. J. Sušnik, dr. Leopold Vehovar, dipl. ing., prof. dr. Franc Vodopivec, dipl. ing. Po mnenju Ministrstva z;i znanost in tehnologijo Republike Slovenije št. 23-335-92 z dne 04. 06. 1992 šteje KOVINE ZLITINE TEHNOl OGIJE med proizvode, za katere se plačuje 5-odstotni davek od prometa proizvodov. Vsebina Rodič, Jože, K. Hahijan, M. Strohmaier, A. Rodič, A. Osojnik, J. Žvokelj: Domače superzlitine za stomatološko protetiko................................................ 221 Cundrič, Ivo, M. Lah, S. Mihelčič, M. Hladnik: Izračun stroškovnih nosilcev oz. kalkulacije s pomočjo analize in sinteze poteka dela po metodi REFA ........................................................ 227 Drofenik, Bernarda: Mehanske lastnosti in korozijska odpornost superzlitine Ravnic2 ............................. 237 Godec, Boštjan, J. Vojvodič-Gvardjančič, L, Vehovar: Korozijska odpornost tračno navarjenih posod izdelanih iz drobnozrnatega mikrolegiranega jekla NIOMOL 490 ......................................... 241 Gnamuš, Janko: Napetostno žarjenje orodij podaljšuje njihovo življensko dobo ................................ 249 Legat, Franc: Vpliv nitriranja na premene jekla X38CrMoV51 .............................................. 253 Arzcnšek, Boris, D. Kmetič, A. Lagoja: Maziva in hladno preoblikovanje jekel.......................................................... 261 Tehnične novice Kejžar, Rajko, M. Hrženjak, V7. Živkovič, J. Vižintin, L. Kosec, J. Cankar, P. Zmitek: Izbira dodajnega materiala in tehnologije varjenja tekalnega kolesa žerjava................... 267 Kejžar, Rajko, A. Zaje, B. Kejžar, M. Hrženjak, K. Nekrep, J. Cankar: K - sintetični minerali (osvajanje in študija uporabnosti sintetičnih mineralov) ............... 267 Kejžar, Rajko, A. Zaje, U. Kejžar, B. Kejžar, M. Hrženjak, J. Begeš: Vpliv vlage in sestave elektrodne obloge na stabilnost varjenja (izpopolnjevanje dodajnih materialov za varjenje) ............................................. 268 Kejžar, Rajko, M. Hrženjak, \7. Kralj, L. Kosec, J. Žlof: Navarjanje pod legiranim aglomeriranim praškom ............................................. 269 Novakovič. Dragan B.: Popravilo z navarjanjem obrabljene transportne plošče......................................... 272 Domače superzlitine za stomatološko protetiko Domestic Superalloys for Dental Prothetics J. Rodič, K. Habijan, M. Strohmaier, MIL-PP d.o.o., Ljubljana A. Rodič, A. Osojnik, J. Žvokeij, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana Raziskovalni program razvoja dentalnih zlitin je zaključen z uvedbo standardiziranega postopka proizvodnje z napredno tehnologijo horizontalnega kontinuirnega litja palic na osnovi optimiranja kemijske sestave zlitine in parametrov litja. Z novim alternativnim materialom so dane na področju fiksne protetike realne možnosti za dentalna dela visoke kakovosti. Optimalna kemijska sestava zlitine zagotavlja, da se na temperaturi peke porcelana ob primernem delu, porcelanske plasti ne obarvajo zelenkasto. Rezultati eksperimentov kažejo, da nikljeva zlitina, izdelana z visoko tehnologijo, zagotavlja optimalno kombinacijo najpomembnejših fizikalnih, adhezijskih, mehanskih, kemičnih in antikorozijskih lastnosti ter biokompatibilnost. Ključne besede: superzlitine, dentalne zlitine, stomatološka protetika, horizontalno kontinuirno litje. The research program vvas completed vvith the introduction of standardized manufacturing process vvith advanced technology of horizontal continuous rod casting vvhich is based on optimized chemical composition and casting parameters. New alternative material for fixed prothetics enables real posibilities for high level of dental work. Optimal chemical composition of the alloy is assuring that greenish tint does not appear on the surface during fritting. Experimental results show that the nickel-base alloy, produced vvith the advanced technology is assuring optimal combination of the most important physical, adhesive, mechanical, chemical and anticorrosive properties and the biocompatibility. Key vvords: superalloys, dental superalloys, dental prothetics, horizontal continuous casting. 1. Uvod Poteklo je desetletje od prvih začetkov razvoja domačih dentalnih zlitin z neposrednim sodelovanjem slovenskih stomatologov in metalurgov1. V okviru raziskovalne naloge Metalurškega inštituta2, ki sta jo sofinancirali Raziskovalna skupnost Slovenije in Zlatarna Celje, so razvili tehnološki postopek za proizvodnjo ulitkov CoCrMo stelitne zlitine z imenom "Skeletum" in preizkusili njeno bio-kompatihilnost pri uporabi v zobni protetiki. Razvojni dosežki so bili vzpodbudni, tako v proizvodnji kot v uporabi. 2. Današnje tehnološke in proizvodne možnosti Z najmodernejšo napravo visoke tehnologije za horizontalno kontinuirno litje tankih palic1 v pilotni proizvodnji Metalurškega inštituta so se v letu 1990 odprle nove tehnološke možnosti za mednarodno konkurenčno proizvodnjo tudi na področju dentalnih superzlitin4. Taljenje zlitine poteka v indukcijski peči z varovalno atmos- fero ob prepihovanju taline s čistim argonom. Kontinuirno litje poteka na napravi s tremi žilami (slika 1). Dolge palice se brusi, razrezuje na 5 g valjčke, polira, označuje in pakira /. navodili za uporabo. Slika 1. Shema postopka horizontalnega kontinuirnega litja (HKL) tankih palic1 Figure 1. Schematic presentation of horizontal contiuous casting processfor fine rods ' Razvoj proizvodnje na novih napravah je bil učinkovit in uspešen. V okviru mednarodne kooperacije z že obstoječo zaščito patentov ter blagovnih znamk na svetovnem trguje naš izvoz izdelkov iz teh zlitin že v drugem letu presegel količino ene tone malih valjčkov, kooperacijski dogovor pa omogoča tudi oskrbo domačega tržišča. Ministrstvo za znanost in tehnologijo RS je razvoj te domače izvozno usmerjene proizvodnje visokovrednih izdelkov podprlo s sofinanciranjem projekta industrijsko-razvojnih raziskav v dveh delih: Prvi del obsega dentalne superzlitine na osnovi niklja (Ni-Cr-Mo) in je že zaključen. Zato te zlitine in njihove uporabne lastnosti predstavljamo. Drugi del projekta se nanaša na kobaltove (Co-Cr-Mo) dentalne zlitine, ki se sicer tudi že proizvajajo, nekatere raziskave iz programa projekta pa še potekajo. Zato bomo to skupino /litin predstavili v II. delu članka po zaključku raziskovalnega projekta. 3. Dentalne superzlitine na osnovi niklja Pri izbiri in oceni uporabnosti zlitin v ustnem okolju je pomembno poznati njihovo stabilnost in biokompatibilnost. Korozijski pojavi s tvorbo netopnih korozijskih produktov so specifičen problem, ki gaje treba z zagotavljanjem lastnosti zlitine celovito obvladati. Ni-Cr-Mo in Co-Cr-Mo zlitine so realne tehnične in pomembne ekonomske alternative klasičnim visoko plemenitim zlitinam, s katerimi lahko obstojnost neposredno primerjamo. Pasivnost je v bistvu ugoden rezultat interakcij določenih kovinskih zlitin z okoljem, pri čemer nastane nevidljiv film debeline nekaj atomskih plasti, ki je sposoben "izolirati" material od agresivnega okolja, ki ga obdaja. Pasivnost se doseže pri teh zlitinah s kritičnimi količinami kinetsko aktivnih elementov Cr in Mo. To je mogoče "kalibrirati in usmerjati" z ustrezno sestavo in procesiranjem, da bi dosegli čimboljše rezultate, tako glede odpornosti proti spremembam v agresivnih medijih, kakor tudi glede hitrosti samoceljenja poškodb pasivacijskega filma ob zunanjih erozijskih in/ali mehanskih vplivih. Osnovne lastnosti dokazujejo, da je razvoj Ni-Cr-Mo zlitine omogočil nadomestitev plemenitih zlitin. Najvišja kinetična plemenitost je dosežena s pasivacijskimi fenomeni ob zagotavljanju primerne oblikovalnosti, obdelovalnosti, ustreznih mehanskih lastnosti in dobre kovinsko-porcelanske adhezivnosti. Alternativne zlitine predstavljajo celo določene tehnične prednosti, ki poudarijo ekonomske razloge za uveljavitev v primerjavi s plemenitimi zlitinami. Biokompatibilnost zagotavlja odlična pasivnost zlitine v ustnem okolju. Z Ni-Cr-Mo zlitinami so bile opravljene obsežne primerjalne raziskave, ki so dale odlične rezultate posebno glede stabilnosti teh zlitin v ustnem okolju"". Treba je poudariti, da še ne obstaja prava in ustrezna normativa glede uporabe dentalnih zlitin. Obstajajo le avtoritativni napotki nekaterih vodilnih svetovnih proizvajalcev. Na svetovnem trgu je veliko število komercialnih imen. ki predstavljajo zelo diferencirane Ni-Cr-Mo zlitine tako po kemijski sestavi, kakor tudi po širokem spektru fizikalnih in kemijskih lastnosti ter odpornosti proti koroziji v ustnem okolju. Superzlitina, ki jo predstavljamo v dveh razvojnih variantah za kovinsko-porcelansko tehniko pod imenom MILDENT 1/CSM 01 in MILDENT 11/CSM 11. je na svetovnem tržišču uveljavljena pod zaščitno znamko BIOMATER-C za fiksno protetiko in spada v skupino Ni-Cr-Mo-dentalnih zlitin. 3.1 Najpomembnejše uporabne lastnosti Pregled najpomembnejših lastnosti je podan v tabeli 1, dodatno pa zlitino predstavljamo z rezultati in ugotovitvami obsežnih mednarodnih raziskav. Izbor nikljeve osnove, kateri se dodajajo elementi, ki so kinetično aktivni pri zagotavljanju popolne pasivnosti in pomembni za metalurško tehnološke značilnosti ter doseganje Tabela 1. Pregled lastnosti Ni-Cr-Mo dentalne zlitine Varianta A MILDENT 1/CSM 01 Varianta B MILDENT 11/CSM 11 Kemijska sestava V % 65%Ni 24%Cr 7%Mo max.0,02%C 3,3%Si 0,4%B 0,05%Ce max 0.06%N brez Be.Ga.Cd.Pb 62% Ni 25%Cr 9,5 %Mo max.0,02%C 3.3%Si Al+Cu+Mn+Fe = max. 1 % brez Be.Ga.Cd.Pb Mehanske lastnosti - Natezna trdnost Rm - Meja razteznosti Rp(l i - Raztezek A - Kontrakcija Z -Trdota HV,() 500-600 N/mnr 300-450 N/mnr 8- 1 5 % 6-12 % 220-280 550-650 N/mnr 350-460 N/mnr 5-10% 4-10% 250-300 Talilno območ je (solidus-likvidus) Temperatura litja Gostota 1150-1280° C 1290-1380°C 8.1 g/cm' 1200-1320° C 1330-1420°C 8.2 g/cm' Linearni Termični Koeficient Raztezanja LTRK v območju 20° C - 600° C 14,6 x 10 " K 14.2 \ 10" K Korozijska hitrost (4+6) x 104 mm/leto Sprostitev nikl ja: - surov ulitek - polirano in žarjeno pri 37° C v umetni slini po Ringerju po 30 dneh 7 |ig/cm2 po 30 dneh 0,35 pg/cnr fizikalnih in tehničnih lastnosti, je bil načrtovan na osnovah znanstvene literature tega področja4. Velik del raziskav je bil opravljen tudi na področju praktične uporabnosti5 7. Weber8 na osnovi kliničnih analiz za Ni-Cr zlitine zaključuje. da mnenja o toksikološki nevarnosti uporabe nedragocenih korozijsko obstojnih dentalnih zlitin niso osnovana. Tudi testiranja na področju alergije pacientov na Co in Ni so dala ugodne rezultate za zlitino na osnovi Ni-Cr'1. Simonpaoli"1 poroča, da na Univerzitetni kliniki v Parizu od leta 1968 zlitina Ni-Cr ni izzvala nobenega primera reakcije alergije. Tudi Moffa" ugotavlja, da tli nobenega objektivnega zadržka za uporabo Ni-Cr zlitine, kar potrjuje tudi Spiechowicz12 na osnovi kontrole eventuelnih pojavov alergije za milijone uporabljenih Ni-Cr protez na Poljskem. Mever 1 dodatno poroča, da so zlitine na osnovi Ni z dodatki Cr. Mo in Mn zelo pasivne in je tako zmanjšana nevarnost galvanskih problemov z drugimi dragocenimi zlitinami v ustni votlini. Tudi ta ugotovitev je zelo pomembna. Berilij je element, ki je prisoten v mnogih starejših dentalnih zlitinah ameriškega izvora na osnovi Ni-Cr. Nekatere zlitine ga vsebujejo 1.6 - 2.0 utežna odstotka. To ob nizki gostoti (1,85 g/cm3) pomeni, daje berilija v takem primeru kar 10% atomov zlitine. To močno vpliva na obnašanje med obdelavo in uporabo. Berilij ugodno vpliva na obdelovalnost, zmanjšuje talilni interval in površinsko napetost. To je ugodno pri izdelavi kompleksnih ulitih baz in fiksnih konstrukcij protez. Prispeva tudi ad-hezivnosti med kovino in porcelansko maso, žal pa je že dolgo znano, daje berilij tudi kancerogen. V zakonodaji nekaterih držav so predpisane omejitve Be v delovnem okolju 0.002 mg/m'. Zaradi toksičnosti berilija je ta v specifikaciji naše zlitine popolnoma izkl jučen skupaj z drugimi nevarnimi elementi (Ga, Cd. Pb). Ugodne metalurške vplive berilija nadomeščajo drugi odnosi elementov v zlitini. 3.2 Biokompatibilnost Ob pomanjkanju kvalifikacijskih testov in standardov se mora zlitina dobro obnašati v medijih, ki simulirajo pogoje v ustih. Poročajo o odlični korelaciji med testi v simuliranih pogojih14 in zanimiva je splošna ugotovitev, da je bilo obnašanje "v živo" boljše kot v simulacijskih testih1'. Za ovrednotenje pasivnosti zlitin obstajajo različne elek-trokemijske metode. Največ se uporabljajo metode poten-ciostatskega preizkušanja pri konstantnem potencialu ali pri potencialu, ki se v toku časa spreminja. To imenujemo potenciodinamično preizkušanje pri določeni hitrosti sprememb. Zlitina MILDENT 1/CSM 01 je pri tovrstnem preizkusu v umetni slini pri 37°C po Ringerju45'7 pokazala odlično obstojnost. 3.3 Polarizacijska odpornost Z motenjem ravnotežnega potenciala med kovino in umetno slino po Ringerju je mogoče določiti polarizacijsko odpornost Rp zlitine. Ta količina je obratno sorazmerna trenutni korozijski hitrosti. Rp merimo v kiž/cnr in izvršena je bila primerjava sedmih komercialnih zlitin4, med katerimi je bila z vrednostjo Rp = 430 po 10 minutah zlitina BIOMATER-C najodpornejša. Zanimivo je poudariti, da po 24 urah potapljanja postane vrednost Rp za zlitino BIOMATER-C večja od I O6 ohm/cnr, kar pomeni skoraj popolno pasivnost. 3.4 Potenciodinamične elektrokemijske študije S potenciodinamično metodo je mogoče vrednotenje korozijskega obnašanja zlitin za določeno okolje v odvisnosti od potenciala in primerjava različnih materialov na osnovi relativnih karakteristik "napetost-tok16". Slika 2A kaže shematično vplive elementov v sestavi zlitine na karakteristike potenciodinamične krivulje, slika 2B pa potenciodinamično krivuljo za zlitino BIOMATER-C5 7. PLEMENITO LOG. GOSTOTA TOKA — Slika 2A. Potenciodinamična krivulja-shema Figure 2A. Potentiodynamic curve-schematic -11001-L-L-L-L- 10° 101 102 103 GOSTOTA TOKA, pA /cm2 Slika 2B. Potenciodinamična krivulja zlitine BIOMATE"-C v slini po Ringer-ju pri 37"C5 Figure 2B. Potentiodvnamic curve for the BIOMATEK-C alIoy in the šaliva according to Ringer\ at 37"C __0H/02 BIOMATE-Čf KERAMIČNO V UMETNI SLINI PO RINGERJU PRI 37 "C VSI DEVIŠKI MATERIALI UJ o E UJ o CL + 200 0 -200 -400 -600 2H/ H2 Pasivacijski tok je merilo "kakovosti" pasivacijskega filma. Film je toliko bolj pasiven, kolikor je pasivacijski tok manjši. Vrh toka na krivulji ponazarja težavnost tvorbe pasivacijskega filma določene zlitine. Področje pasivacijskega potenciala je izredno široko. Krivulja predstavlja za strokovnjaka odlično kvantitativno primerjalno osnovo. ' Omenjeni dejavniki označujejo odlično stabilnost lastnosti zlitine BIOMATEK-C v uporabi, ker zlitina s svojo sestavo dosega značilni optimum navedenih elektrokemičnih parametrov. Prav ti odločajo o korozijski obstojnosti zlitine v določenem okolju uporabe, ki smo ga simulirali. Te krivulje so primerjali s tistimi za plemenite zlitine in razlika med raziskovano Ni-Cr-Mo zlitino in platino v pomembnem območju potencialov je komaj opazna. 3.5 Meritve sproščanja niUja4 Za kvantitativno primerjavo obnašanja superzlitine na osnovi niklja v okolju ustne votline so bile opravljene meritve sproščanja Ni" v raztopini umetne sline po Ringer-ju pri temperaturi 37 "C. Izbrani so bili trije pH nivoji sline: - pH 5 simulira pogoje infekcije, - pH 7 simulira normalne fiziološke pogoje in - pH S simulira pogoje oteklin. Vzorce so potopili v Ringerjevo raztopino v kemično inert-nih posodah, ki so bile vzdrževane v vodi na temperaturi 37°C. Majhne količine raztopine za določanje Ni" s pomočjo plazma emisijske spektrometri je so odvzeli v določenih intervalih po metodi, ki omogoča določanje 0,1 ppm Ni v raztopini. Meritve so zelo selektivne in kažejo odlične lastnosti preiskovane Ni-zl-itine. Na slikah 3 in 4 so prikazane krivulje sproščanja Ni" v toku časa1 in to za lito stanje. 300 o ž 150 ° 100 o» J? 50 0 - - / □ pH5 o pH 7 x pH 9 l i 10 20 Cns dni Slika 5 prikazuje to sproščanje Ni" pri uporabi "v živi)" Slika 6 pa na osnovi podatkov i/, slike 5 prikazuje sproščanje Ni" na dan. Slika 3. Sproščanje Ni" i/ komercialne zlitine Cr 6 Mo Si B v litem stanju, izpostavljene umetni slini pri 37"C, za različne pH. Komercialni ulitek Figure 3. Commercial 22Cr6MoSiB allov. as-cast Liberation of Ni from the commercial alloy. exposed to svnthetic šaliva at 37"C and various pH. Commercial casting Toplotna obdelava z žarjenjem porcelanske mase ima močan vpliv na homogenizacijo lite mikrostrukture. Sproščanje Ni" iz zlitine BIOMATEk-C pri implantaciji je omejeno na približno 0,35 milioninke grama na kvadratni centimeter izpostavl jene kovinske površine po enem mesecu v umetni slini v normalnih fizioloških pogojih (pH = 7). Iz slike 6 je razvidno, da sproščanje poteka pretežno v prvih S-10 dneh. kasneje pa to ni več pomembno. Največje merjeno sproščanje na kvadratni centimeter in sicer 0,1 pg/dan za žarjeno in polirano zlitino po 2 - 3 dneh izpostavljanja slini je popolnoma nepomembno v primerjavi s 300 - 400 (ig, ki jih dnevno absorbiramo z dihanjem in s hrano"1'9. Slika 4. Sproščanje Ni" iz zlitine BIOMATER-C v litem stanju, izpostavljene umetni slini pri 37 C. za različne pH. Komercialni ulitek Figure 4. BIOMATE-C. allov as čast. Liberation of Ni from the BIOMATEr-C allov. exposed to svnthetic šaliva at 37"C and various pH. Commercial casting 3 ~e 2.50 < 2 cn ~ 1,50 1 o -O Z) cn ^ 050 - □ pH 5 o pH7 - x pH9 -•-• • 0 10 _ 20 Cas, dni Slika 5. Sproščanje Ni i/ zlitine BlOMATE^-C. žarjene in polirane, izpostavljene umetni slini pri 37 C. za različne pH. Pripravljeno za uporabo "v živo". Figure 5. BIOMATE-C. fritted and polished. Liberation of Ni from the BIOMATER-C allov. exposed to svnthetic šaliva at 37'c and various pH. Prepared for "live" application 0 10 _ 20 Čas, dni Slika 6. BIOMATER-C, žarjena in polirana. Dnevno sproščanje Ni" določeno iz krivulj na sliki 5 Figure 6. BIOMATE-C, fritted and polished. Liberation of Ni * per day. determined from curves in Fig. 5 Pri stalnem izvoru niklja moramo upoštevati7 vodo. prehrambene artikle (olje. margarina, sadje, zelenjava itd.) in sproščanje niklja iz pribora za pripravo in uporabo hrane. Tu je v veliki meri iz nerjavnih jekel, ki vsebujejo poprečno 10-12% Ni. Absorbcija z vdihavanjem je v glavnem povezana z industrijskimi plini, z motorji, dimom in tobakom. Poleg tega pa je nikelj prisoten v mnogih drugih predmetih, s katerimi prihaja človeško telo v stik. Vse to je v razuml jivi zvezi / vsem. kar smo že omenili glede alergije na dentalne izdelke iz Ni-Cr-Mo korozijsko obstojnih zlitin, ki ne pride do izraza niti pri bolnikih, ki so sicer alergični na nikelj". Toplotna obdelava s peko porcelana močno vpliva na Ito-mogenizacijo lite mikrostrukture. kar izboljšuje kemične lastnosti. 3.6 Adhezija med kovino in porcelanom Parameter, ki ima odločilno vlogo pri lastnostih, katere pomembno kvalificirajo uporabnost dentalne zlitine za fiksno protetiko. je linearni termični razteznostni koeficient (LTRK). Ta predstavlja fizikalno lastnost zlitine in merilo "kompatibilnosti" zlitine s porcelanom, ki odloča o tem, kako zdrave in trajne so konstrukcije fiksnih protez. Karakteristična koeficienta obeh uporabljenih materialov, zlitine in porcelanske mase morata biti optimalno usklajena. Na osnovi opravljenih raziskav o vplivih posameznih elementov v kemični sestavi znamo optimirati sestavo zlitine za doseganje potrebnih razteznostnih koeficientov. Glavni trije elementi Ni. Cr in Mo so seveda odločilni, jakost njihovega vpliva pa se izraža zelo različno. Zlitine, ki se uporabljajo za fiksno protetiko, imajo med 20°C in 600 C LTRK v širokem območju (13.8+ 15,5) 10" K '. za posamezne kombinacije pa mora biti LTRK zlitine optimalno prilagojen in čimbližje določeni ciljani vrednosti za uporabljeno porcelansko maso. Ustrezni razteznostni koeficient je odločilnega pomena pri zagotavljanju adhezije med kovino in porcelanom, ni pa zadosten kriterij za zagotovitev maksimalne adhezije. Ta je odvisna od vrste in kakovosti kemično-difuzijske vezi med komponentama. Oksidi in sledovi določenih elementov v zlitini odločilno vplivajo na stično površino v ciklusih peke porcelana. Posebne študije so pokazale, kakšna je vez med porcelanom in superzlitino BIOMATER-C v toku žganja pri cca 950°C'\ Z elektronsko mikroskopijo in XPS spektrometri jo so bile opravljene obsežne raziskave z meritvami koncentracijskih profilov pomembnih kemijskih elementov, ki medsebojno difundirajo med porcelanom in zlitino ter zagotavljajo popolno adhezijo". Edina poznana specificirana zahteva se nanaša na dragocene zlitine za porcelan (ADA nr.38) in predpisuje dimenzijske spremembe med 0.61 % in 0.71'i v temperaturnem intervalu 25-500°C. Naša zlitina dosega dimenzijske spremembe v tem območju 0.67r(. torej zagotavlja kompatibilnost tudi s porcelanom, ki se uporablja za dragocene zlitine po normativu v specifikaciji ADA nr. 38. 3.7 Odpornost prati oksidaciji Optimalna kemijska sestava zlitine zagotavlja, da na temperaturi peke porcelana, ob primernem delu ne pride do neestetskega ze-lenkastočrnega obarvanja porcelanskih plasti. 4. Sklepne misli Za dentalna dela visoke kakovosti z novim alternativnim materialom na področju fiksne protetike so dane realne možnosti. Optimalna kemijska sestava zlitine zagotavlja, da se na temperaturi peke porcelana ob primernem delu porcelanske plasti ne obarvajo zelenkasto. Rezultati eksperimentov kažejo, da nikljeva zlitina, izdelana z napredno visoko tehnologijo, zagotavlja optimalno kombinacijo najpomembnejših fizikalnih, adhezijskih, mehanskih, kemičnih in antikorozijskih lastnosti ter biokompatibilnosti. Drugi tlel članka o razvoju dentalnih zlitin na osnovi Co-Cr-Mo bo objavl jen kot nadaljevanje. 5. Zahvale Raziskave je v okviru industrijsko-razvojnih projektov sofinanciralo Ministrstvo za znanost in tehnologijo na osnovi prijave MIL-PP d.o.o., podjetja za razvoj in proizvodnjo specialnih zlitin. LJUBLJANA s sodelovanjem Inštituta za kovinske materiale in tehnologije. LJUBLJANA. Za raziskovalno-razvojno sodelovanje in trženje se zahvaljujemo inštitutu Centro Sviluppo Materiali. Roma, Italia. pri čemer se je za učinkovito sodelovanje zavzemal posebno Dr.Ing. Alberto Tamba. Za dragocene strokovne nasvete in predstavitev domače proizvodnje dentalnih zlitin v Zobozdravstvenem vestniku se posebej zahvaljujemo prof. dr. Raj k li Sedeju in prof.dr. Ljubu Marionu iz Univezitetne stomatološke klinike in Uredništva Zobozdravstvenega vestnika. LITERATURA: 1. Sedej R.. B. Breskvar. D. Gnidovec, M. Kališnik, L. Marion: RAZISKAVA DOMAČIH Co-Cr-Mo ZLITIN NA BIOKOMPATIBILNOST. Medicinska fakulteta Univerze v Ljubljani. Katedra za stomatološko protetiko. M 329/1244-79. 1980. 2. Breskvar B.. D. Gnidovec. F. Vodopivec, R. Sedej: TEHNOLOGIJA IZDELAVE SUPERZLITIN. Poročilo SŽ-Metalurškega inštituta v Ljubljani št. 85-072, april 1986. 3. Rodič J.: SKRAJŠEVANJE TEHNOLOŠKEGA POSTOPKA OD TALINI-: DO ŽICE, Železarski zbornik 22. 4.. 1988. sir. 101-109. 4. Rodič J., K. Habijan, M. Strohmaier, A. Osojnik. A. Rodič, J. Žvokelj: RAZVOJ HORIZONTALNEGA KONTI-LITJA (HKL) DENTALNIH SUPERZLITIN, Poročilo RR naloge po pogodbi 42-0389 Ministrstva za znanost in tehnologijo RS. 5. Tamba A.. S. Fioravanti: NEW Ni-base DENTAL SUPER-ALLOY FOR CERAMO-METAL RESTORATIONS - Int. Conf. Evolution of Advanced Materials. AIM-ASM, Milano, May 31-June 2.1989. p.p. 583-590. 6. Craig R.G.. W.J.O Brien, J.M. Povvers: DENTAL MATE-R1ALS-PROPERTIES AND MANIPULATION" 2 ed.. c.v. Mosby Co., St.Luis 1979. 7. Tamba A.. S. Fioravanti: SUPERLEGHE DELLA LINEA BIOMATER PER IMPIEGHI DENTALI. izdaja Centro Sviluppo Materiali. Roma. 8. Weber H.: EDELMETALLFREIE (NEM) KRONEN-BRUCKEN UND GESCHIEBEPROTHETIK. Quintessenz. Berlin 1985, p. 215. 9. Ibidem p. 221. 10. Nora S., Y. Simonpaoli: Le Chirurgien Dentistc de France 54. No. 282. Sept 1984. 11. Moffa J.P...I. Ada: 104,501 (1982). 12. Spiechovvicz E.: 4'1' Congress European Prosthodontic Ass.. Warsaw, Poland, 1980. ' 13. Meyer J.M.: Corr. Sci. 17.971 (1977). 14. Laub L.W„ J.W. Stanford: Gold Buli. 14. 13 (1981). 15. Nagay K.: "Dental Materials Research" Ed. G. Dickson and J.M. Cassel, 201, 1972. Washington D.C.. National Bureau of Standards. 16. Corso P.P. Jr„ R.M. German, H.D. Simmons Jr.: J. Dent. Res. 64. 854 (1985). 17. Degrange M.. M. Sadoun, B. Oudard: Etude de la Faculte de Chirurgie Dentaire, Pariš V. 18. Louria D.B., M.M. Joselovv. A.A. Browder: Ann. Inter. Med. 76. 307 (1972). 19. Schroder H.A.. J.J. Balasse, l.H. Tipton: J. Chronic. Dis. 15. 51 (1962). DODAJNI MATERIALI ZA VARJENJE uporabljajo naše dodajne materiale za varjenje že 50 let r J PROM 64270 Jesenice, Cesta železarjev 8 telex: 37219, 37212 SI ŽELJSN Telefax: 064/861 -442, 861 -412 Telefon: 064/861-441 Int. tel.: 28-02, 27-43 Izračun stroškovnih nosilcev oz. kalkulacije s pomočjo analize in sinteze poteka dela po metodi REFA The Model of the Prime Cost Calculation by Analysis and Synthesis According to REFA Methods I. Cundrič, M. Lah, S. Mihelčič, M. Hladnik, Železarna Jesenice Prikazan je model kalkulacij za hladno valjane jeklene izdelke v obratu Hladne valjarne Bela, ACRONI METALURGIJA - Železarna Jesenice. Model je izdelan s pomočjo ANALIZE in SINTEZE poteka dela po REFA metodah. Izračun stroškovnih nosilcev je izdelan z dodatki in strojnimi urami. Kot primer je naveden izračun izdelavnih časov in stroškov postopka. Ključne besede: hladna valjarna, kalkulacija, REFA The model of the prime cost calculation for cold rolled steel products in Cold Rolling Plant Bela -Iron and Steel Works Jesenice is presented. It is made vvith the help of ANALYSIS and SYNTHESIS according to REFA methodes. The calculation of costs carriers is made vvith additions and engine costs. The calculation of the manufacturing times and the costs of process is shovvn as an example. Key vvords: cold rolling plant, calculation, REFA 1. Uvod Z modelom kalkulacij, ki ga objavljamo, želimo poudariti problem obvladovanja stroškov. Studijo objavljamo v zborniku zato, da z njo seznanimo tudi druge tehnične strokovnjake. Vprašanja možnosti proizvodnje, ustrezne kvalitete in doseganja optimalnih stroškov so neločljivo povezana. Pri nas velja prepričanje, da so kalkulacije le stvar ekonomistov in ne tehničnega kadra. Kako zmotno je to mišljenje smo spoznali na REFA izobraževanju, kjer smo obravnavali tudi naslovno temo. Do izračuna pridemo le s povezovanjem znanj iz področij tehnike-tehnologije, študi ja dela in časa. ekonomije in ostalih področij. V podjetjih obstajajo kalkulacije,iz katerih lahko le zaključimo. daje lastna cena previsoka. Te kalkulacije ne povedo. ANALIZA DELA RAZČLENITEV DELOUNEGfl POTEKA U HUB-CSIFFflNT POTEKA fl-B-CC-D) 12. f f.1992 AHAtDtlOJ ODSEKI POTEKOU- CELOTNI DELNI i STOPNJO POTEK POTEK POTEKA 'POSTOPEK DELNI 'STOPNJA ELEMENT POSTOPEK POSTOPKA H L A D N 0 U A L J A N I I Z D E L K I (0) 13 BRUŠENJI PLOČEVIN 09 PREVIJANJE PLOČEVIN 10 KONTI ZARJENJE PLOČEVIN 11 ZARJENJE KOLOBARJEV 14 IZDELAVA KOL.TRAKOVI D.S.T. 15 IZDELAVA KOL.TRAKOVI 35-T65 16 IZDELAVA KOL.OZKI H TRAKOV 17 TRANSPORT 1 8 IZDELAVA P LOS C 1 9 FINALIZACIJA IZDELKOV 2 0 ODPREMA IZDELKOV r-f 01 SKLADISCE VLOŽKA 02 OBREZ TPV -* 03 LUZEMJE NAVADNE PLOČEVINE P R 04 REGENERACIJA KISLIN 0 P C L 05 LUZBUE K.O.PL. E 0 S C --f 06 NEVTRALIZACIJA KISLIN E U I 07 VALJANJE PLOČEVIN N (i) -+ 08 BRUŠENJE VALJEV ZRN 12 DRESIRANJE PLOČEVIN P M P0N0ZN0 STROSKOVNO HESTO Slika 2 Figure 2 ANALIZA POTEKA DELA I 1 rs PMKDI KONTI ZURJDU« PLOČEVIN CEUDTUI POTEK DELHI POTEK j SIOPKJfl POTEKA | 1 POSTOPEK i ^ DELHI POSTOPEK ' STOPNJA POSTOPKA kaj naj naredimo, kje naj ukrepamo in kakšne možnosti sploh imamo, da proizvode pocenimo. Kalkulacije bi morale izhajati iz analize in sinteze poteka dela, vrst časov in stroškov. S študijem dela sta se že v začetek našega stoletja ukvarjala Friderik W. Tavlor in Frank B. Gilbert. Leta 1924 je bila ustanovljena v Berlinu REFA zveza, ki je po drugi svetovni vojni postala privatna neprofitna zveza, v kateri so zastopani različni predstavniki delodajalcev in delojemalcev. REFA daje osnovo za uspešno organiziranost podjetij v več kot dvajsetih državah Evrope, Latinske Amerike in Azi je. V letu 1989 je bila ustanovljena RF.FA zveza tudi v Sloveniji kot RE- FA center pri Delavski univerzi Maribor, ki je pričela s programom izobraževanja. Usmeritev REFA je razvoj in uporaba metod za dvig produktivnosti in humanizacije dela na vseh področjih gospodarstva in negospodarstva. Če se bomo pripravljeni spoprijeti z reševanjem nakopičenih problemov, bomo morali upoštevati REFA metode. 2. MODEL KALKULACIJ 2.1 Predstavitev proizvodnje obrala Izdelave modela smo se lotili v najbolj vitalnem delu ŽELEZARNE JESENICE, v obratu HLADNA VALJARNA BELA. ki je finalni obrat in izdeluje različne vrste hladno valjanih izdelkov. Asortiman izdelkov oz. pločevin, ki nastopajo kot trakovi in plošče v različnih širinah in težah in so vseh debelin, je razviden iz slike 1. Proizvodnja pločevin poteka na trinajstih proizvodnih linijah (avtomatizirane proizvodne linije) s kontinuirnim in nekon-tinuirnim načinom dela. Za oskrbo teh glavnih linij služijo še pomožne naprave in dejavnosti. Vsaka vrsta pločevine ima svojo tehnološko pot (zaporedje in število naprav), zato imamo deset glavnih tehnoloških poti. Ce upoštevamo ves debelinski in širinski asortiman ter vse vrste izdelkov, dobimo preko devetsto poti. Tehnološke poli imajo skupne le nekatere naprave. Na istih napravah so za različne kvalitete pločevin različni tehnološki parametri (hitrost, število operacij itd.). Ti so potem še odvisni od ostalih vplivnih veličin, kot so teža in dimenzija vložka, izdelka, pripravljalni časi, serija naročila itd. Kvalitete pločevin imajo lahko na istih napravah dodatne porabe materialov in različno porabo energije (izklopi določenih delov naprav). 2.2 Analiza poteka dela Pred izdelavo modela smo naredili podrobno razčlembo ali ANALIZO celotnega poteka dela do najmanjših smiselnih odsekov poteka: - analizo izdelkov analizo celotnega poteka dela po odsekih - analizo izplena materiala - analizo tehnoloških poli po postopkih - analizo vrst dejavnosti - analizo časovnih vrst vseh postopkov - analizo vrst stroškov vseh postopkov Na sliki 2 je prikazana celotna analiza poteka dela po odsekih. Celotni potek hladno valjanih izdelkov razdelimo najprej na delne poteke, kot sta proces pločevin in razrez pločevin, nato pa naprej na pripadajoče stopnje potekov. Nadaljnja razčlemba na postopke in naprej do stopenj postopkov jeprikazana s primerom stopnje poteka KONTI ŽARJENJE PLOČEVIN na sliki 3. Na vsakem odseku združujemo (sinteza) različne vrste izračunov časov in stroškov, kar je prikazano na sliki 4. Prejšnja razčlemba do stopnje postopka je potrebna za ugotavljanje pomožnih časov, kijih potem dobimo s časovnim snemanjem. Ugotavljanje pomožnih časov je potrebno, saj predstavljajo lahko od 30 do 80% časa v izdelavnem času postopkov. 2 J Sinteza poteka dela S pomočjo SINTEZE poteka dela, ki je prikazana na sliki 4 izdelamo model izračuna kalkulacij, ki smo ga predvideli v naslednjih korakih: - izdelavni časi postopkov - izdelavni stroški postopkov - izdelavni stroški izdelka - materialni stroški izdelka - proizvajalni stroški izdelka - lastna cena izdelka 2.3.1 Izdelavni časi in izdelavne ure postopkov Vrste časov, izdelavne čase in izdelavne ure postopka, ki so prirejeni našim napravam in načinu dela. prikazuje slika 5. Slika 4 Figure 4 PREGLED ZAJEMANJA CASOU IN STROSKOU NA ODSEKIH POTEKOU DELA IN METODE DOLOCEUANJA """" ANALIZA POTEKA DELA SINTEZA POTEKA DELA HVB -ČASI NEAKTIVNOSTI REDNIH PREKINrrHV ZA STOPNJO POTIKA VRSTAZASTOJA ;«B» PODVRSTA »KAr.(W BL ........... » »OS.«. 0 OO Kt PREDVIDKOT REZERVA OOK1 POMANJKANJE NAROČIL OO« PROSTI DNEVI, PRAZNI KI strojne ur« < M A JO S IzdiUunc pliot splošni iVdTAVV. po s e bni H«t»r1«1ni ■trask1 (MX> LEGENDA * -»pjt^ljl^josH i z d* 1 »v n i s r o s k 1 < FX> FROIZUAJflLNI STROSKI < H JO KONS JE S FOSKI PRODAJE I < U tGK> K STROSKI UPRAUE (UUGK) I F Slika 10 Figure 10 Na koncu se moramo zahvaliti kolegom, ki so razumeli našo iniciativo. Prišli smo do zanimivih in upoštevanja vrednih ugotovitev in prepričani smo, da brez REFA znanj v prihodnosti ne bo šlo. 4. Literatura 1 REFA Verband fur Arbeitsstudien und Betriebsorganisation: Methodenlehrc des Arbeitsstudiums Teil 1,2,3 slovenske železarne 2ELEZABNA IESENICE AeRONi 1» A IZDELUJE □ navadna konstrukcijska jekla □ drobnozrnata konstrukcijska jekla □ ogljična in legirana jekla — za poboljšanje — za cementacijo □ jekla za elektropločevino □ nerjavna jekla □ toplo valjane pločevine, trakove ter lamele □ hladno valjane pločevine, široke in ozke trakove □ hladno oblikovane profile □ kovinske podboje za vrata □ izsekance NUDIMO TUDI STORITVE: □ prevaljanje □ izsekevanje (štancanje) □ krojenje □ ravnanje □ toplotne obdelave pločevin SŽ ŽJ ACRONI d.o.o. Cesta železarjev 8, 64270 Jesenice, tel. centrala: +38 64 861-441, tel. direktor: 861-443, tel. komerciala: 861-474, fax: 861-379, telex: 37219 ZELJSN SI Slovenija Mehanske lastnosti in korozijska odpornost super zlitine Ravnic2 Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Superalloy Ravnic2 B. Drofenik, D. Oblak, Železarna Ravne V naslednjem prispevku so podani rezultati preiskave zlitine Ravnic2. Določili smo optimalno temperaturo toplotne obdelave, mikrostrukturo, mehanske lastnosti ter oksidacijsko in korozijsko odpornost. Dobljene rezultate smo nato primerjali z rezultati ostalih proizvajalcev. Ključne besede: zlitina Ravnic2, kemijska sestava in mikrostruktura, toplotna obdelava, mehanske lastnosti, trajna mirujoča trdnost, oksidacijska in korozijska odpornost In the given paper the results of investigation of alloy Ravnlc2 are presented. Optimal temperature of heat treatment, microstructure, mechanical properties and oxidation and corrosion resistance vvere investigated. Our results vvere compared vvith the results of other producers. Key vvords: alloy Ravnic2, chemical composition and microstructure, heat treatment, mechanical properties, creep resistance, oxidation and corrosion resistance. Uvod Ravnic2 je Ni-Cr-Co zlitina, ki se precipitacijsko utrjuje. Ima visoko trdnost in dobro odpornost proti lezenju do temperature 920"C, odporna je proti visokotemperaturni koroziji in oksi-daciji. Zaradi teh lastnosti se uporablja za delo v toplem, za plinske turbine, vzmeti in v letalski industriji"'. V Železarni Ravne je bila v specialni jekiarni v vakuumski indukcijski peči izdelana poskusna šarža zlitine. Odliti sta bili dve elektrodi, ki smo jih pretalili po EPŽ postopku. Ingote smo nadalje predelali s kovanjem do dimenzije (!> 90 mm. Raziskali smo lastnosti superzlitine Ravnic 2: mehanske lastnosti pri sobni in pri povišani temperaturi, trajne statične lastnosti pri povišani temperaturi ter oksidacijsko in korozijsko odpornost. 1. Kemijska sestava in mikrostruktura Kemijska sestava zlitine Ravnic2: 19% Cr. 19% Co. 2.5% Ti. 1.5% Al. maks. 1.5% Fe. ostalo Ni. Zlitina je sestavljena iz austenitne nikljeve osnove, ki je precipitacijsko utrjena. Utrjevanje povzroča faza 7'. ki se formira v matrici in delno po mejah zrn. Izloča se v obliki finih precipitatov s sferično ali kubično morfologijo. Faza 7' ima ploskovno centrirano kubično kristalno strukturo, ki je koherentna s ploskovno centrirano kubično kristalno strukturo matrice. Ti precipitati imajo majhno površinsko energijo, kar povzroča večjo stabilnost pri delu v vročem. Poleg faze 7' se po mejah zrn pojavljajo še titanovi kar-bonitridi in karbidi. Zaželjeno je. da ima zlitina optimalno količino in porazdelitev karbidov po mejah zrn in sicer v obliki glob-ularnih mejnih karbidov1 L2'. Na slikah la in lb je prikazana mikrostruktura vzorcev v surovem stanju. Zrna so enakomerne poligonalne oblike, po mejah vidimo precejšnjo količino izločenih karbidov. Faze 7' z optičnim mikroskopom ne vidimo. Da dobimo po toplotni obdelavi ustrezno velikost zrn in s tem zadovoljive mehanske lastnosti, je pomembna velikost zrn v surovem stanju. Ta ne sme biti večja od 4 po ASTM E112. V našem primeru je velikost zrn 6-8. kar ustreza tej zahtevi. Na slikah 2a in 21) je prikazana mikrostruktura vzorcev, ki so bili raztopno žarjeni 8 ur pri 1080°C. Po žarjenju dobimo ponovno austenitno mikrostrukturo. V primerjavi z vzorci v surovem stanju so zrna v toplotno obdelanih vzorcih večja (2-4 ASTM E112), količina karbidov je manjša, izločeni so tako po mejah kakor tudi po zrnih. Slika la. Surovo stanje (10()x) Figure la. Initial state (I00x) 2. Določitev optimalne toplotne obdelave Iz gredice $ 90 mm smo izrezali vzorce za toplotne, meta-lografske in žilavostne preiskave ter jih raztopno žarili pri temperaturah 1050 in 108()"C ter časih 4, 8 in 10 ur v komorni in 3. Mehanske lastnosti pri sobni temperaturi Različno toplotno obdelane vzorce smo preizkusili na univerzalnem servohidravličnem stroju AMSLER, instrumenti-ranem Charpy kladivu PW300/150 ter izmerili trdoto po Brinelu. Rezultati vzorcev, ki so bili raztopno žarjeni pri 10X0 C S ur. so podani v tabeli I. V tabeli 1 imamo za primerjavo podatke po ISO D1S 9723 11 ter The Nimonic alloys . Rezultati zlitine Ravnic2 v Železarni Ravne se zadovoljivo skladajo z rezultati drugih proizvajalcev. eksperiment, podatki ŽR / lit. podatki ISO D1S 9723 * - The Nimonic AUovs TOPLOTNO OBDELAN VZ. SUROV ga§en raztopJSar. raztopiar. + izloč.utr. Trdota(HB) 219 176/269 247/322* 330 Žil(J) 146 Rp (N/mm) 67V69S Rm (N/mm) 1108/1080 A(%) 35/25 Z(%) 41 Velik zrn ASTM E112 3-4(2) 2-3(5-6) 6-8 Tabela 1. Mehanske lastnosti pri sobni temperaturi 4. Mehanske lastnosti pri povišani temperaturi Vzorce, ki so bili obdelani po poprej določeni toplotni obdelavi. smo preizkusili na servohidravličnem stroju tipa AMSLER. Dobljeni rezultati so podani v tabeli 2 in sliki 3. I/ diagrama vidimo, da so mehanske lastnosti R p, in Rm. kakor tudi raztezek in kontrakcija obstojne do približno 700"C. nato s temperaturo postopno padajo. Temp. Rp0.2 Rm A Z K lil. - (oC) (N/mm2) (N/mm2 (%) (A'/mmZ) (K/mm2) ;\10'Va/li 4 8 9 16 Tabela 3. Vrednosti lezenja pri povišani temperaturi (pri konstantni temperaturi) N /mm 2 \ r \ -130 J 120 ■ 110 100 --1-1--1-1-1-1-— Q2 m 5 10 15 20 Trajni raztezek po45h (7.) Hitrost lezenja med 25 in 35 h (x10~47„/h) Slika 4. Določitev DVM meje lezenja Figure 4. Determination of DVM ereep limit 6. Določitev oksidacijske odpornosti Zlitino smo raziskali pri temperaturi 700 do I000"C. En vzorec je bil surov, eden raztopno žarjen pri l()8()"C. ostali pa žarjeni pri 1080"C in izločevalno utrjeni pri 70()"C. Dva od teh smo vsakih 24 ur vzeli iz peči in ju ohladili - na zraku in v vodi. dva pa smo kontinuimo zarili 50 oziroma 100 ur. Zlitina ima dobro oksidacijsko odpornost pri vseh raziskanih temperaturah. Izredna oksidacjska obstojnost je posledica formi- TEMPERATURA NAPETOST (oC) 135 N/mm2 500 600 700 800 900 Trajna def. po 45h (%) 0.021 0.008 0.006 0.026 Skupna def. pri 25h (%) 0.3 0.017 0.034 0.056 0286 Skupna def. pri 35h (%) 0.03 0.017 0.037 0 056 2.869 Hitr.lezenja (graf.>10 %/h 0.5 0.5 2.7 1.7 107 Hitr.lezenja (rac.)xl0 %/h 03 0 2.7 0.7 13« Tabela4. Vrednosti lezenja pri povišani temperaturi (pri konstantni napetosti) ranja kompaktne oksidno plasti na površini, ki raste s temperaturo in časom ter upočasni hitrost oksidacije. 7. Določitev korozijske obstojnosti Zlitino smo raziskali v 4%, 10% in koncentrirani 11 SO. H,P04 in HCI. Naredili smo še preizkus odpornosti zlitine proti interkristalni koroziji po standardu DIN 50914. Vzorci so bili raztopno žarjeni pri 1080"C in izločevalno utrjeni pri 70()"C. Rezultati so podani v tabeli 5. sobna temp.: povišana temp.: cas(i 41 0 1 96 101 1 3 96 konc. 1 1 96 H,P0„ 41 0 0 96 101 0 0 96 konc. 0 3 96 HCI 41 1 2 96 10% 1 3 96 konc. 2 3 MSh) 96 0 - popolnoma obstojen material 1 - dobro obstojen material 2 - slabo obstojen material 3 - neuporaben material Tabela 5. Korozijska odpornost zlitine Ravnic2 Po standardu DIN 50914 je material odporen proti interkristalni koroziji. Zaključek V Železarni Ravne je bila v specialni jeklarni izdelana poskusna šarža zlitine Ravnic2. Zlitino smo mehansko preizkusili, opravili metalografski pregled in raziskali oksidacijsko in korozijsko odpornost. Dobljene vrednosti smo nato primerjali z razpoložljivimi podatki drugih proizvajalcev. Ugotovili smo sledeče: Rezultati preizkušanj mehanskih lastnosti pri sobni in povišani temperaturi zlitine Ravnic2 se skladajo s podatki po standardu ISO D1S 9723, prav tako s podatki iz knjige Tlie Nimonic Alloys. Boehlerjeve vrednosti zlitine NiCr20Col8Ti, ki odgovarja zlitini Ravnic2 pa so precej višje. Oksidacijska obstojnost zlitine je zelo dobra, saj je odporna še pri 1000°C, prav tako je odporna proti interkristlni koroziji. Korozijska obstojnost zlitine v raztopinah H:S04, H,P04 in HCI je pri sobni temperaturi zelo dobra, pri povišani temperaturi pa je neodporna v 10% H2S04, koncentrirani H,P04 in v HCI. Literatura '. W. Betteridge, J. Heslop: The Nimonic Alloys, Edvvard Arnold (Publishers) Limited 1974 2. H. Kaker: Mikrostrukturna svojstva niklovih superslitina. Zbornik predavanja u Željezari Ravne, Ravne 1998 '. ISO DIS 9723, Nickel and nickel alloy bars. International Organization for Standardization 4. Boehler: Edelstahl - Handbuch \ D. Dobi: Preizkušanje trajne statične trdnosti pri povišanih temperaturah, Informativni fužinar. 1991, 9. INŠTITUT ZA KOVINSKE MATERIALE IN TEHNOLOGIJE p.o. INSTITUTE OF METALS AND TECHNOLOGIES p.o. 61000 LJUBLJANA. LEPI POT 11. POB 431 SLOVENIJA Telefon: 061/1251-161, Telefax. 061 213-780 SLOVENSKO DRUŠTVO ZA MATERIALE SLOVENIAN SOCIETY OF MATERIALS 61000 Ljubljana, Lopi pot 11 tel.: 061 1251 161, Fax.: 061 213 780 SLOVENSKO DRUŠTVO ZA MATERIALE PROGRAMSKA IZHODIŠČA Slovensko društvo za materiale je bilo ustanovljeno z namenom, da se v njem povežejo vsi strokovnjaki, ki se ukvarjajo z materiali (anorganski nekovinski, polimeri in kovinski materiali), da bi v javnosti delovalo kot asociacija, ki mora biti konsultirana pri pomembnih odločitvah. Programska izhodišča Slovenskega društva za materiale so naslednja: • povezava strokovnjakov, ki se ukvarjajo z materiali (anorganski nekovinski, polimerni, kovinski) v strokovno združenje; • pričetek konstruktivnega sodelovanja na področju raziskovanja in izobraževanja; • organizacija strokovnih predavanj, ki naj služijo boljšemu medsebojnemu poznavanju in afirmaciji mladih strokovnjakov; • organizacija izobraževalnih seminarjev; • razširitev vsakoletnega jesenskega srečanja v Portorožu; • priprava spiska neodvisnih ekspertov za ocenjevanje projektov na področju materialov; • vključitev v Evropsko federacijo za materiale, kar bi omogočilo tudi organizacijo mednarodnih manifestacij; Sedež Slovenskega društva za materiale je na Inštitutu za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana, Lepi pot 11. V društvo se lahko včlanijo vsi strokovnjaki z visoko izobrazbo in študentje. Korozijska odpornost tračno navarjenih posod izdelanih iz drobnozrnatega mikrolegiranega jekla NIOMOL 490 Corrosion Resistance of Vessels Manufactured from Finegrained Microalloyed Steel NIOMOL 490 vvith Built-up Strips B. Godec, J. Vojvodič-Gvardjančič, Inštitut za metalne konstrukcije, Ljubljana L. Vehovar, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije, Ljubljana Izdelana je bila pod nI ca D/R/v/t = 1000/1000/100/12 z rotacijskim vlečenjem po hladnem postopku iz mikrolegiranega finozrnatega jekla NIOMOL 490, nanj pa navarjen nerjavni trak INOX-TR 22/12/9. Raziskali smo korozijsko odpornost tako izdelane podnice s pomočjo korozijskih testov po ASTM in selektivnih elektrokemičnih korozijskih meritev, z namenom določiti korozijsko obstojnost navara v medijih procesne tehnike, prehrambene, papirne in kemične industrije. Določili smo vrsto korozije, ki se v dani situaciji lahko manifestira in nevarnost, ki jo ta predstavlja. Ključne besede: tračno navarjanje, posoda, korozijska odpornost Cold rotary dravving vvas applied to manufacture a bottom of the follovving dimensions: D/R/v/t = 1000/1000/100/12. Low-alloyed finegrained NIOMOL 490 steel vvas used as the base material. An INOX - TR 22/12/9 stainless steel strip vvas vvelded onto the bottom. Corrosive resistance of thus manufactured bottom vvas tested according to the ASTM corrosion tests, and vvith selective electrochemical corrosion measurements in order to find the corrosion of weld resistance in the media existing in the food in the paper and in the chemical industry. The type of corrosion vvas determined vvhich could appear in a given situation and represent a danger for a possible failure. Key vvords: buiit up-strips vvelding, vessel, corrosion resistance. 1. Uvod Uporaba posebnih pločevin za izdelavo tlačnih posod, rezervoarjev in druge opreme za skladiščenje agresivnih medijev iz ekonomskega stališča ni vedno najboljša rešitev, saj za zaščito pred škodljivimi vplivi medija zadošča tanka plast tega materiala. nosilni del konstrukcije pa je smotrneje izdelati iz običajnih kvalitet jekla. Rešitev tega je lahko platirano jeklo, kjer osnovni material zagotavlja ustrezno nosilnost, plemeniti sloj pa ustrezno obstojnost v agresivnem mediju. Raziskali smo možnost izdelave tračno navarjenih pločevin z uporabo mikrolegiranega jekla NIOMOL 490. Preiskave smo vršili na podnici. ki predstavlja najbolj kritični del posode. Podnica je dimenzij D/R/v/t = 1000/1000/100/12 mm in izdelana z rotacijskim vlečenjem po hladnem postopku (slika 1). Podnica je izdelana iz jekla NIOMOL 490 debeline 12 mm, za tračno navarjanje pod praškom pa smo izbrali dodajni material domače proizvodnje in sicer nerjavni trak INOX-TR 22/12/9 in aglomerirani prašek OP 71 Cr Železarne Jesenice. Iz dosedanjih preiskav smo ugotovili, da oblikovanje podnice na stroju za rotacijsko vlečenje po hladnem postopku poslabša žilavost materiala. Meja plastičnosti in natezna trdnost sta se pri tem zvišali, čemur je vzrok utrjevanje materiala pri hladni deformaciji, ki je najbolj izraženo na skrajnem robu podnice in na prehodu območja malega radija v območje ravnega Slika I. Prikaz tračno navarjene podnice. Figure 1. Appearance of bottom vvith a built-up strip. priviha. Izkazalo se je tudi, da je pravilnejša tehnika dvo-varkovnega navarjanja. ker je pri enovarkovnem navaru struktura pod navarom neugodna. Zaradi vnosa toplote je velikost zrna prevelika, medtem ko termični vpliv drugega navara ugodno vpliva na strukturo v toplotno vplivanem področju1. Korozijska obstojnost podnice je vezana s korozijskimi lastnostmi navarjenega nerjavnega navara. Pod vplivom varjenja (vnos toplote) pride do določenih sprememb, kar lahko spremeni korozijsko obstojnost navara. 2. Namen raziskav Ker se bodo posode uporabljale za skladiščenje različnih medijev, smo želeli ugotoviti korozijsko obstojnost navara v različnih medijih. Zanimalo nas je katera vrsta korozije se v dani situaciji lahko manifestira in kakšno nevarnost predstavlja. Želeli smo določiti lastnosti pasivnega filma, ki se tvori na ner-javnem jeklu in kakšne so njegove sposobnosti repasivacije pri poškodbah v določenih agresivnejših medijih. Korozijska odpornost austenitnih nerjavnih jekel Austenitna nerjavna jekla vsebujejo krom in nikelj, nekatera pa še molibden. To so nemagnetna jekla, ki jih ne moremo toplotno obdelati. S hladno predelavo postanejo rahlo magnetna. Tipični predstavnik teh jekel je kvaliteta Č.4580, ki vsebuje 18% Cr in IS % Ni:. Pri austenitnih nerjavnih jeklih lahko nastopi interkristalna korozija, ki jo povzročajo kromovi karbidi, izločeni po mejah austenitnih zrn in pa nastajanje <) let ita, ki je ravno tako s kromom bogata faza'. Do izločanja karbidov po mejah austenitnih zrn pride pri počasnem ohlajanju v temperaturnem območju med približno 425 in 87()°C. Topnost ogljika v 18-8 nerjavnem jeklu je prikazana na sliki 2\ ni.it 'ov.o m os % ogljika 0 7. C Slika 2. Binarni diagram /a Fe-189f-Cr-8%Ni zlitino / različnim deležem ogljika. Figure 2. Binarv diagram of Fe-1 S' ; Cr-S'; Ni allov vvith various carbon amounts. Iz diagrama lahko povzamemo, da austenit raztaplja v odvisnosti od temperature le določeno količino ogljika. To je na diagramu prikazano s črto, ki je označena kot meja topnosti ogljika v austenitu. /. ohlajanjem iz višje temperature pa se ogljik izloča v obliki različnih karbidov M2,C„. 1100 1000 900 o 800 a s 700 L_ a> e 600 a> t— 500 400 300 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 Delež ogljika, mas. % Slika 3. Topnost ogl jika v austenitu pri različnih temperaturah in izločanje M;1C„ karbidov. Figure 3. Carbon solubilitv in austenite al various temperatures. and the precipitation of V (' . I/ diagrama na sliki 3 je razvidno, da v primeru, ko je v sebnost ogljika več kot 0,03 9c se bodo pri ohlajanju po črti topnosti izločali karbidi M,;C,,. Ker je glavni karbidotvorec krom. so izločeni karbidi prvenstveno Cr,;C„. Kromovi karbidi izločeni po mejah zrn povzročajo osiromašenje neposredne okolice s kromom in s tem so dani pogoji za interkristalno korozijo, oziroma napetostno interkristalno korozijo, če je material obremenjen. Vpliv 8 ferita Ta faza je bogata s kromom. Predstavlja precejšne težave pri predelavi v vročem, njena prisotnost pa znižuje korozijsko odpornost proti pitting koroziji. Če 5 ferit izolira feritna zrna v duplex nerjavnih jeklih, potem znatno izboljša odpornost do napetostne korozije. Izločena v obliki neprekinjene mreže po mejah zrn pa povečuje občutljivost materiala na interkristalno korozijo. Zvari austenitnih nerjavnih jekel pa tudi litin v sebujejo določeno količino 5 ferita, kar je zaželjeno. V kloridnih raztopinah 8 ferit znižuje občutljivost austenitnih nerjavnih jekel do napetostne korozi je, kar zavira širjenje transkristalnih razpok po austenitnih zrnih1. 4. Eksperimentalni del 4.1. Kemična sestava navora Tračno navarjanje je bilo izvedeno z nerjavnim trakom 1N()X TR 22/12/9 in aglomeriranim praškom OP 71 Cr Železarne Jesenice. Na velikem radiju je varjeno enovarkovno (C - navar enovarkovno). dočim je na malem radiju varjeno dvovarkovno (A - navar dvovarkovno zgoraj, B - navar dvovarkovno spodaj), s polovično širino traku. Nerjavni trak in nerjavni navar imata po proizvajalčevih podatkih naslednjo sestavo in lastnosti: Tabela I. Kemična sestava in dimenzija traku Kemična sestava traku C Si Mn Cr Ni INOX-TR 22/12/4 (%) 0.1 S 0.50 9.0 21.5 11.5 Dimenzija traku (mm) 60 x 50 Tabela 2. Lastnosti navarov Višina (mm) Širina (mm) Enoslojni navar 4.2 Dvoslojni navar 8 Kemična sestava navara C Si (7r) Enoslojni navar 0.1 S 1.0 Dvoslojni navar 0.IS 1.0 Trdota navara Enoslojni Dvoslojni M n 5,5 6.5 (HV 2/30) 160 H V 169 H V Izvršena je bila kemična analiza navara na preiskovani podnici in sicer navar A. Analiza je dala naslednje rezultate: Tabela 3. Kemična sestava čistega navara Kemična sestava navara (7f) C Si Mn P S Cr Ni 0.21 1.28 5.55 0.028 0,008 21 11,89 Mo Cu Nb Ti Co Al W 0.12 0.10 0.028 0.007 0.042 0.009 0.047 Slika 5. Mikrostruktura navara B z velikimi transkristali po mejah po katerih so zvezno izločeni kromovi karbidi (zgoraj), pov. 200x. Figure 5. Microstructure of buill-up B with big fringe crvslals on boundaries where chromium carbides are continuous!y precipitated (on top), magn. 2()()x. Mikrostruktura zadnjega navara, ki je prikazana na sliki 6 in je sestavljena iz 5 ferita, ki je izločen v dendritnih mejah in iz austenita v meddendritnih prostorih. 8 ferit je ponekod razpadel v (r fazo. Analiza kaže na nekoliko višjo vsebnost Cr in Ni in na nekoliko nižjo vsebnost Mn. kot jo predvideva proizvajalec. Vsebnost C je precej visoka. Nb in Ti ne delujeta kot stabilizatorja, ker se nahajata v premajhni količini. 42. Metalografska preiskava navora 4.2.1 Mikrostrukturne značilnosti dvoslojnega in enosloj-nega navara Na sliki 4 je prikazana mikrostruktura na prehodu med osnovnim materialom in nerjavnim navarom. Osnova je NIOMOL 490 s feritno bainitno mikrostrukturo v razmeroma široki toplotno vplivani coni. v kateri seje izoblikovalo grobo zrno. V navaru se je izoblikovala transkristalna cona, kar je običajno za hitro odvajanje toplote. V coni mešanja je manj izločenih karbidov, kar je posledica nižje vsebnosti ogljika (NIOMOL 490 ima od 0,05-0,10 (i C) in kroma. V čistem zvaru (zgoraj) je austenit z izločenimi karbidi po mejah grobih transkristalov in v meddendritnih prostorih. Slika 6. Mikrostruktura navara A, v kateri zasledimo fi ferit. it fazo in kromove karbide, pov. 20(l\. Figure 6. Microstructure of buill-up A vvhere 5 fcrrite. it phase. and chromium carbides vvere found. magn. 20()x. Slika 4. Mikrostruktura na prehodu med osnovnim materialom NIOMOL 490 in nerjavnim navarom B, pov. l()0x. Figure 4. Microstructure in the transition betvveen the base NIOMOL 490 and built-up B. magn. 100x. Po mejah transkristalov in v notranjosti so lepo vidni izločeni kromovi sekundarni karbidi (Ci\,C„). V medprostorih transkristalov so še vidni ostanki dendritov (slika 5). Številni karbidi, ki so izločeni po mejah transkristalov in v manjši meri v njihovi notranjosti, kromovi karbidi. 8 ferit in it faza. ki so bogati na kromu, povzročajo osiromašenje s Cr v njihovi bližini. 4 J. Korozijske raziskave 4.3.1 Odpornost proti pitting koroziji Preiskavo odpornosti proti nastajanju pitting korozije smo izvedli v raztopini železovega klorida, po ASTM G48-76 in z elektrokemično metodo "ciklične polarizaci je"". FeCL lest: Odpornost proti nastajanju pitting korozije smo preiskali na dveh vzorcih dimenzije 50 x 25 x 4 mm, odvzetih i/ navara n sicer: Vzorec P-1 - C enoslojni navar Vzorec P-2 - A dvoslojni navar zgoraj Vzorca sta bila izpostavljena 6 '/< raztopini FeCl,, s temperaturo 22 ± 2°C. Po 3 dnevni izpostavi je bila določena izguba teže različnih navarov, kar je podano v tabeli 4. Tabela 4. Izguba teže po 72 urni izpostavi C-enoslojnega navara (P-1) in A-dvoslojnega navara zgornji (P-2) Vzorec izguba teže (g/nr) P-l 704.22 P-2 605,12 Izmerili in ocenili smo gostoto, velikost in globino pittov po standardnih kartah (ASTM G 46-76)". Vzorec P-1 GOSTOTA - A-5; Gostota pittov je 1.17.107nr VELIKOST - B-l; Povprečna velikost pittov je 0,0019 mnr GLOBINA - C-1 Vzorec P-2 GOSTOTA - A-5; Gostota pittov jc l.OK.lO/nr VELIKOST - B-1; Povprečna velikost pittov je 0.0019 mnr GLOBINA - C-l Iz rezultatov v tabeli in vizuelnega pregleda stanja korodirane površine smo ugotovili, da navar ni odporen proti pitting ko-roziji v FeCl, raztopini. Pri podrobnem opazovanju pod mikroskopom smo opazili, da se pitli pojavljajo v bližini mej zrn. Ciklična potenciodinamična polarizacija je bila izvedena po ASTM G61-78 v 3.56 <7r NaCl pri 20 C. Kisik je bil odstranjen iz medija z 1 urnim prepihovanjem z dušikom, pred polarizacijo pa je bil vzorec 1 uro odstavljen v tako deaeriranem mediju. Povratna polarizacija iz transpasivnega področja je bila izvedena pri 5000 |oA. Preiskava je bila narejena za INOX-TR 22/12/9 in sicer za vse tri tipe navarov A. B in C (Slika 7). Na osnovi diagrama ciklične potenciodinamične polarizacije. lahko sklepamo, da je jeklo neodporno proti nastajanju jamičaste korozija v kloridnih medijih. V pasivni v film so se vgrajevali CI ioni. ki na ta način tudi povzročajo njegovo nehomogenost. 400 200 -ZOO -400 11 ,-■■. 11 ' . -i . t 11 r, u -r- r, -, n < -, .-, .. hH'v'1-ir ■ i MU A - i K ii -li. --s PRIMERJAVA NAVAR JEN I,h" SLOJEV: A. B.C M E DIJ 3 .5 6 -< N A C L,"' D E A E RIR A N TEMPERATURA:23 C t : • - V ■ ■ • 'r. Slika 7. Določevanje odpornosti navara proti pitting koroziji /. metodo ciklične polarizacije. Figure 7. Determination of the build-up resistance to pitting corrosion hv Ihe method ol cvclic polarization. Iz primerjave ciklične polarizacije za različne navarjene sloje. vidimo, da so med posameznimi navari A. B in C zelo majhna odstopanja. Pri vseh pa se zanka zaključi nizko. Material je kljub visoki vsebnosti Cr (21 %) podvržen nastopanju pittinga, zaradi že omenjenega osiromašenja s kromom. 4.3.2 Odpornost proti napetostni koroziji Odpornost proti napetostni koroziji smo določili v nasičeni raztopini MgCL. pri temperaturi 155 C. kot to zahteva ASTM G 36-87. Način vpenjanja in vnašanja napetosti v preizkušance v obliki črke U je definirano v ASTM G 30-7. Tako preiskovan material je odporen na napetostno pokanje, če se v 168 urah izpostave ne pojavijo razpoke \ Tabela 5. Rezultati preiskav testa za določanje odpornosti proti napetostni koroziji (U - bend test), za nerjavni navar INOX -TR 22/12/9 Vzorec št. Cas potreben za nastanek prve razpoke (ure) 2.5 168 2.6 168 2.7 20 2.8 112 1.9 16 1.10 16 1.11 40 1.12 16 Primer izgleda vzorca, kjer seje po izpostavi v MgCL pojavila razpoka po šestnajstih urah (slika 8). Slika 8. Vzorec 1.12 po izpostavi v MgCL. Figure 8. Specimen 1.12 after the exposure to MgCI . Slika 9. Napetostno korozijsko pokanje na vzorcu 1.10 ima interkristalni. mestoma tudi transkristalni karakter: pov. 50x. Figure 9. Stress corrosion cracking in the 1.10 specimen has intercrvstalline. locally also transcrysta!line character; magn. 50x. Nerjavni navar INOX-TR 22/12/9 je neodporen na napetostno korozijo v kloridnih medijih. Ker je zaradi vnosa toplote pri varjenju prišlo do zveznega izločanja kromovih karbidov po mejah zrn. kakor tudi do nastanka grobih transkristalov, propagirajo razpoke prvenstveno po mejah zrn. kar je ponazorjeno na sliki 9. Ce primerjamo enovarkovni zvar z dvovarkovnim vidimo nekoliko boljše napetostno korozijske lastnosti v prid slednjega. Treba pa je poudariti, da je v obeh varkih močno prisotna tendenca napetostno korozijskega pokanja. 4.3.3 Odpornost proti interkristalni koroziji Meritve odpornosti proti interkristalni koroziji smo izpeljali po zahtevah standarda ASTM A262 postopek C (Huy-ev test)". Preizkušanca dimenzije 50 x 30 x 2 mm. vzeta iz dvovarkovne-ga in enovarkovnega vara, tik pod površino, sla bila izpostavljena vreli 65 % dušikovi kislini (HNO,) v času petih period po 48 ur. Z določitvijo izgube teže v tem času smo določili senzibilnost jekla na interkristalno korozijo (tabela 6). Vzorec H-l - navar A dvovarkovni zgoraj Vzorec H-2 - navar C enovarkovni Tabela 6. Izguba tež vzorcev jekla v HNO, Vzorec H, h2 Površina vzorca (cnr) 33,0465 33,0693 Teža vzorca (g) 22.6235 21,9578 Hitrost korozije (g/nrh) (izguba teže po 48 urnih period.) I. cikel 1,9997 3.7717 II. cikel 5,3214 8.2780 III. cikel 5.2426 Povprečje 4.1879 6,02485 Slika 10. Slika mikrostrukture po končanem Huv-event testu, pov. 100x. Figure 10. Micrograph, after the Huy test. magn. l()0x. Izgube teže kažejo na to, daje material izredno neodporen na interkristalno korozijo. 4.3.4 Anodna polarizacija in Tafel Elektrokemične korozijske raziskave so bile narejene na aparaturi PAR-MODEL 342. V praksi bo tako narejena podnica v kontaktu z različnimi korozijskimi mediji, katerih sestava, stopnja disoeiaci je. pH vrednost, temperatura ali hitrost gibanja bodo različne. S pridobljenimi podatki o korozijski odpornosti, obliki korozijskega napada ali morebitni pasivaciji pri udeležbi le določenih korozijskih parametrov, bo možno ustvariti približno sliko o njeni uporabnosti. Elektrokemične preiskave smo izvajali v sledečih medijih: 5 7f. 30 '/r. 3 N H,SO, (žveplenakislina) 5 %, 10 %, 30 '/r LLPOj (fosforna kislina) 5 %, H) % HCOOH (mravljinčna kislina) 5 %, 10 % CH,COOH (ocetna kislina) 3,56 %, 5 % NaCl (natrijev klorid) 5 <■/< NaOH (lug) Poskusi so bili izvedeni do določenih koncentracij medijev, ki se v praksi najpogosteje pojavljajo. Fosforna kislina Jeklo INOX-TR 22/12/9 se pri višjih koncentracijah fosforne kisline pasivira. V 5 % fosforni kislini je pasivacija slabo izražena. vendar je hitrost korozije dobljena s Taflovim zapisom majhna (0.048 mm/leto). INOX-TR 22/12/9 kaže dobro korozijsko odpornost tudi v 30 % fosforni kislini. Diagram anodne polarizacije in Taflov zapis v raztopini H,P04 je prikazan na sliki II in 12. -1000 10 10 10 I( IJ h . C M. ■■, 2) Slika 11. Potenciodinamična anodna polarizacija INOVTR 22/12/9 (A) jekla v 30 CA 1ISP04. Figure II. Potentiodynamic anodic polarization of 1N0X-TR 22/12/0 (A) steel in 30 % H,P04. - 100 10 10 i< UM cn ;) Slika 12. Taflov zapis INOX-TR 22/12/9 (A) jekla v 5 <7, II,PO,. Figure 12. Tafel reeord of lNOX-TR 22/12/9 (A) steel in S % H,P04. Žveplena kislina Pri 1N0X-TR 22/12/') v žvepleni kislini pasivacija nastopa, vendar je Ikr„ - korozijski tok. ki je bil potreben za nastanek pasivnega filnta izredno velik, kar povzroči nastanek debelih nehomogenih pasivnih filmov. Diagram anodne polarizacije je prikazan na sliki 13. IS-36-S POT EN TIODVM.MIC 15-00 1100 - - 1100 T ' i MnTEF:IHL : ino::-TP 22 MEDIJ ?*J' HjšOirO:—-... . ii.J 10 lo" 10 I i. 'Jh CM. Z) 10 Slika 13. Potenciodinamična anodna polarizacija INON-TR 22/12/9 (A) jekla v 30 % H:S04 + 0:. Figure 13. Potentiodynamic anodic polarization otTNON-TR 22/12/9 (A) steel in 30 H,SO., + O, Mravljinčna kislina Pri jeklu 1N0X-TR 22/12/9 ne zasledimo značilnega nosa. ki se tvori pri pasivnosti, vendar je korozijski tok majhen, tudi pri večjih koncentracijah mravljinčne kisline. Pri jeklu INON-TR 22/12/9 opazimo tendenco rahlega povečanja korozijske hitrosti / večanjem koncentracije mravljinčne kisline. Diagram anodne polarizacije je prikazan na sliki 14. It 00 £00 ■ 1 "l'"j 1 "l'"j 1 "|ilij i J ■ J m j I iljlilj I . I|lll| i i MATERIAL •■ IHCOi-TF: 22-12-3 MEDIJ: lu:: HCOOH 20 C / -400 Lilo"" .....I ■..ibv. o 10 10 10 K Uri. Ctl,.; it. J ,1-1 1 10 10 Slika 14. Potenciodinamična anodna polarizacija INON-TR 22/12/4 (A) jekla v K)'/, HCOOH.' Figure 14. Potentiodvnamic anodic polarization of INON-TR 22/12/0 (A) steel in II)HCOOH. Lug Anodne polarizucijske krivulje kažejo dobro možnost pasi-vacijc in s tem visoko korozijsko odpornost v lužnatih medijih. 246 Diagram anodne polarizacije je prikazan na sliki 15. rOTE':TICUV:..Y.'IK i j00 1200 fOO ■ f 1 -1T E r I H L ; 11 j 0,'' - T r _ _ -1 . ME Ji, !t-rvjn V -1100 .....i i;ii< I»l..' ; J ............. , ur , u_i.t ,,.. -4 -2 -2 -1 0 : Z : - ; t 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 I i Um. Ctt .Z.' Slika 15. Potenciodinamična anodna polarizacija INON-TR 22/12/9 (A) jekla v IS <-,; NaOH. ' Figure 15. Potentiodynamic anodic polarization of INOX-TR 22/12/9 (A) steel in NaOH. Mlečna kislina Jeklo INON TR 22/12/9 je dobro obstojno v mlečni kislini. Diagram anodne polarizacije je prikazan na sliki 16. 2400 pot ESI i od v s c "'I '"H '-''"'i MATERIAL■• iiioi;-Tr ::-::-: - MEDIJ 10 C:H?Oš 20 č :200 f 00 J M-|J ,,,h.J ,, -I,,,! 10 10 -1 o 10 10 ,1 ,.,J 10 10 [ Uri. CM 2j 10 10 Slika 16. Potenciodinamična anodna polarizacija INON-TR 22/12/4 (A) jekla v 10 '■< C II.O . Figure 16. Potentiodynamic anodic polarization of INON-TR 22/12/9 (A) steel in 10 C.H.O.. Ocetna kislina Jeklo INON TR 22/12/9 ima dovolj široko pasivno področje in majhen lpio tako da ga smatramo dobro obstojnega v tem medij u. Vsa preiskana nerjavna jekla sc v tem mediju pasivirajo. Pasivno področje za INON-TR 22/12/9 je dovolj široko in tudi pasivni film je zadovoljiv v tem mediju. Diagram anodne polarizacije je prikazan v diagramu na sliki 17. ISO o 1200 -"00 • '"'"'i ........ ....... MATERIAL : IN0I-! -TR 22 -12-5 A MEDIJ•10- CH3C00H / J -5 00 L 10 " jim! I J_ 10 10 o 10 ■ik 10 H 10 10 10 10 I( UA "C 11/,2) Slika 17. Potenciodinamična anodna polarizacija INOX-TR 22/12/9 (A) jekla v 10 % CH,COOH. Figure 17. Potentiodynamic anodic polarization of INOX-TR 22/12/9 (A) steel in 10% CH.COOH. IMK-21 TAFEL -400 ........I ' "'""I ........I ........I 1 UZOREC-A ,f1AT .INOK-TR £2-12-9 MEDIJ 3 .56* HRCL-OEHER,IRHHO [E( COF;F.) ) oHO io~' 10 K U£ i ti ii il 0 10 Slika 19. Taflov zapis INOX-TR 22/12/9 (A) jekla v 3.65 % NaCI. Figure 19. Tafel reeord of lNOX-TR 22/12/9 (A) steel in 3.65 % NaCI. 5 % NaCI. 50°C 3,65 % NaCI Pasivacija nikjer ne nastopa. Jeklo je podvrženo stalni koroziji. Vidimo, da večjih razlik med posameznimi sloji ni. Diagram anodne polarizacije in Taflov zapis je prikazan na sliki 18 in 19 1Š0 -150 ! I|!>IT| T Tl,,mj 1 "ZOREČ-E:,MhT "'"'l ' '""l .......i ' "'"" I NO K - TR 22-12-3 / ' MEDIJ l.5o- 1 IHCL -DEHER IF;AHH t' t i j / ; t .......1 - .......1 , / f L_ ......t . . ■'""i • > .I-! ■ ■ 10 0 10 10 10 KUA/CMa2> 10 1200 400 . i ,n—i um—m-1 t I 11HI UMI 1 "111 ,11 1 1 i 1 1 ""t '"H...... MAlERIftL IN0X-TR 22-12- 3, A MEDIJ 5* NACL 1 ( 50 C 1 f t X • ■■'■-' .....J .„■ J.....J ,„J.....J ,„J ..-J .,.'...... -3 -Z 10 10 - 1 0 10 10 10 10 10 I(jU»/CNA2) e 10 Slika 18. Potenciodinamična anodna polarizacija INOX-TR 22/12/9 (A) jekla v 3,65 % NaCI. Figure IS. Potentiodynamic anodie polarization of INOX-TR 22/12/9 (A) steel in 3.65 % NaCI. Večina materialov ni odporna v prisotnosti Cl ionov. INOX-TR 22/12/9 v tem mediju ni odporen. Čeprav na prvi pogled korozijske hitrosti niso zelo velike, pa bo v tem mediju prišlo pri tem jeklu do močne piting korozije. Diagram anodne polarizacije je prikazan na sliki 20. 5. Diskusija rezultatov Nerjavno jeklo INOX-TR 22/12/9, s katerim je bilo izvedeno navarjanje podnice ima visoko vsebnost kroma in kot tako je odporno na korozijo tudi v agresivnejših medijih. Nerjavni trak ima precej visok c/c C. ki ni stabiliziran. Proces varjenja je za- Slika 20. Potenciodinamična anodna polarizacija INOX-TR 22/12/9 (A) jekla v 5 % NaCI temp. 50°C. Figure 20. Potentiodynamic anodie polarization of INOX-TR 22/12/9 (A) steel in 5 % NaCI temp. 50°C. pustil v nerjavnem traku spremembo mikrostrukture. Prišlo je do pojava zveznega izločanja kromovih karbidov po mejah zrn in s tem do osiromašenja matrice s kromom. Tako predeli ob meji zrna vsebujejo prenizek Cr. ki bi še omogočal pasivacijo. Nastajajo tudi precejšne potencialne razlike med osiromašeno cono in matrico, oziroma kristalnimi mejami, kjer so izločeni karbidi, bogati s kromom. Matrica kot tudi kristalna meja deluje kot kato-da. neposredna s kromom osiromašena okolica pa je anodna. Poleg tega smo zasledili veliko 8 ferita, ki je razporejen precej neenakomerno. Ta faza je prav tako bogata na Cr. Korozijske preiskave so pokazale, da ima jeklo sicer dobro splošno korozijsko odpornost v številnih medijih, da pa tako jeklo ni odporno na agresivnejše medije. Pri ciklični potenciodi-namični polarizaciji in FeCl, testu se je izkazalo, da jeklo ni odporno na piting korozijo. Popolnoma negativen pa je bil test na interkristalno korozijo v HNO,. kjer se je pojavila močna in-terkristalna korozija. Prav tako seje izkazalo, da nerjavni trak ne nudi ustrezne odpornosti proti napetostni koroziji. 6. Zakl juček Takšen navar bo marsikje odporen, moramo pa se izogniti kloridnim in drugim agresivnejšim medijem. Smiselneje bi bilo v prihodnje navarjati z austenitnim ne-rjavnim trakom, ki ima ne več, kot 0.08 c/< C in je stabiliziran s Ti ali Nb. V tem primeru do večine teh nevšečnosti ne bi prišlo. Izkazalo seje, daje prav tako s stališča korozijske odpornosti bolj primerno dvovarkovno navarjanje. ki ima ugodnejšo kemično sestavo. 7. Literatura 1 J. Vojvodič-Gvardjančič: Analiza karakteristik drobnozrnatega mikrolegiranega jekla NIOMOL 490 in študija lastnosti na tem jeklu /, dodajnim materialom domače proizvodnje (Raziskovalna naloga: URP/RP 06-2685-218/87) Mars G. Fontana: Corrosion Engineering, Mc Gravv-Hill Book Company, 1987, 181-186 ' L. Vehovar, Korozija kovin in korozijsko preizkušanje. Monografija, samozaložba 1991 4 Corrosion, Volume 13. Metals Handbook Ninth Edition. 1987, 546-565 5 ASTM G48-76: Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steel and Related Allovs by the use of Ferric Chloride Solution " ASTM A 262-75: Standard Recommended Practice for Examination and Evaluation of Pitting Corrosion 7 ASTM G36-87: Standard Practice for Evaluating Stress-Corrosion-Cracking of Metals and Allovs in a Boiling Magnesium Chloride Solution K ASTM G30-79: Standard practice for Making and Using IJ Band Stress-Corrosion Test Specimens " ASTM G46-76: Standard Recommendation Practice for Examination and Evaluation of Pitting Corrosion Napetostno žarjenje orodij podaljšuje njihovo življenjsko dobo Stress-relieving Annealing of Tools Prolongs their Operating Life J. Gnamuš, Železarna Ravne Napetostno žarjenje orodij med proizvodnimi ciklusi podaljšuje njihovo življenjsko dobo. Zasledovali smo več različnih orodij, posebno skrbno pa smo obdelali sendzimir valje. Vpliv napetostnega žarjenja med proizvodnimi ciklusi se kaže predvsem v zmanjšanju napak oz. poškodb valjev, ki se normalno na valjih pojavljajo. Ekonomski efekt pri valjih se kaže v manjši porabi valjev (30-40%) na tono zvaljanega jekla. Ključne besede: metalurgija, vzdržljivost orodij, napetostno žarjenje, tehnologija napetostnega žarjenja Stress-relieving annealing of tools betvveen individual production stages prolongs their operating life. We made studies for several different tool types whereby special attention vvas paid to Sendzimir rolls. The influence of stress-relieving annealing betvveen production stages is particularly evident in the reduetion of defects and/or damaging of rolls which is very common. The economic effect on rolls can be seen in a lower consumption (30-40%) of rolls per ton of rolled steel. Key vvords: life of tools, stress-relieving, annealing-technology. I. L vod Že več kot deset let potekajo sistematske preiskave o učinku napetostnega žarjenja med proizvodnimi ciklusi na podaljšanje življenjske dobe orodij. Na osnovi dobljenih rezultatov napetostnega žarjenja orodij srno napetostno žarjenje izvedli tudi za valje za valjanje v hladnem. 1/. grupe valjev smo za naše raziskave izbrali sendzimir valje. nadaljujemo pa tudi z ostalimi valji za valjanje jekel in barvnih kovin. Dobljeni rezultati učinka napetostnega žarjenja pri orodjih in valjih (če valje smatramo za orodje) so različni. Rezultati se predvsem nanašajo na rezultate, ki so dobljeni v proizvodnji. Vpliv napetostnega žarjenja smo zasledovali na naslednjih vrstah orodij: - orodje za stiskanje jekla (slika 1). - orodje za tlačno litje (slika 2). - industrijski noži (slika 3), - valji za valjanje v hladnem (slika 4) 2. Teoretične osnove vpliva napetostnega žarjenja V proizvodnji smo zasledovali učinke vseh štirih navedenih skupin orodij. Rezultati zasledovanj so podobni, zato smo se odločili, da podamo le rezultate za sendzimir valje, ki so najbolj natančno in tudi najbolj temeljito in kvantitativno obdelani. Iz skupine sendzimir valjev smo izbrali delovne in prve podporne valje, ki so med obratovanjem najbolj obremenjeni. Valji se pri obratovanju površinsko utrjujejo. Posledica so dodatne napetosti, ki povzročajo veliko nevarnost, da pride do poškodbe površine valja in v končni fazi do loma. Slika 1. Orodje za stiskanje jekla Figure t. Tools for steel extrusion Zasledovali smo spreminjanje površinskih trdot med ciklusi valjanja. Trdota sorazmerno narašča v odvisnosti od dolžine ciklusa valjanja. Prav tako naraste tudi globina utrjene plasti v odvisnosti od trajanja ciklusa valjanja in je različna na delovnih in prvih podpornih valjih. Prav tako je porast trdote v globino odvisen od dolžine ciklusa valjanja in je različen na delovnih in prvih podpornih valjih. Hladno utrjena plast se razlikuje tudi po barvi mikrostrukture v kaljenem in popuščanem stanju. Ta hladno utrjena plast je ze- Slika 2. Orodje za tlačno litje Figure 2. Tools for dic casting lo občutljiva za mikro razpoke, ki so v prvi fazi globoke samo nekaj mikrometrov. Če je ciklus brušenja zadosti pogost, se te mikrorazpoke odstranijo in ni nevarnosti, da bi prišlo do lušče-nja v naslednjih ciklusih valjanja. S pravilnim napetostnim žarjenjem napetosti delno odstranimo. ostale pa se enakomerno porazdelijo. Ugotovili smo, da se razpoke.ki so nastale v utrjeni plasti, lahko pri brušenju širijo v globino. Na valjih, ki so predhodno napetostno žarjeni, se rast razpok ustavi in jih zato lažje odbrusimo. Življenjska doba sendzimir valjev se z napetostnim žarjenjem podaljša. Učinkovitost napetostnega žarjenja smo daljše obdobje zasledovali na valjavskem sendzimir ogrodju ZR22B 52 in ugotovili, daje prihranek različen. V povprečju znaša za delovne valje do 30%. za vmesne in pogonske valje pa do 40%. Na osnovi teh podatkov je enostavno izračunati ekonomski efekt napetostnega žarjenja orodij. Zanimivo je. da se pri orodjih za stiskanje in orodjih za tlačno litje z napetostnim vmesnim žarjenjem poveča vzdržljivost neprimerno bolj kot pri valjih. Tako se poraba teh orodij zaradi povečane vzdržljivosti za nekajkrat zmanjša. Slika 3. Industrijski noži Figure 3. Industrial tools Slika 4. Valji za valjanje v hladnem Figure 4. Rolls for cold rolling Napetostno žarjenje valjev je učinkovito le. če se izvede pravočasno in zelo natančno. Najbolj enostavno in najbolj učinkovito je. da se napetostno žarjenje izvede po vsakem ciklusu valjanja. V praksi se je pokazalo, da niso vsi tipi peči primerni za tako napetostno žarjenje. Najvažnejša je enakomer-nost temperature po preseku in globini peči. V praksi seje najbolj obnesla jaškasta peč. kjer je možno doseči enakomerno porazdelitev temperature v območju +-2°C s pravilnim kroženjem zraka. Peč mora bili pravilne konstrukcije in dodatno opremljena z ustrezno računalniško vodeno regulacijo temperature. Primer take peči je prikazan na sliki 5. Za enakomernost ogrevanja je važno pravilno zalaganje, tako da je možno doseči enakomerno temperaturo po premeru in dolžini valjev. Pri tem je potrebno poudariti, daje zalaganje in transport brušenih valjev posebej občutljiv zaradi možnega na- slika 5. Elektro jaškasta peč za napetostno popuščanje Figure 5. Electric shaft furnace for stress relieving slanka površinskih poškodb. Način dela ter sredstva za obešanje in transport morajo biti temu prilagojena. Solne kopeli za napetostno žarjenje niso najbolj primerne iz dveh razlogov: - z regulacijo temperature ne dosežemo idealnih pogojev, - soli so škodljive za okolje. Temperatura napetostnega žarjenja je odvisna od vrste jekla in predhodne toplotne obdelave, izredno pomembna je hitrost ogrevanja do temperature napetostnega žarjenja. Predvsem ne sme biti prehitra. Postopek je zaradi večje vzdržljivosti orodij učinkovit, vendar le pri pogoju, da je napetostno žarjenje pravočasno in strokovno izvedeno. 3. Sklepi - Večletno preizkušanje učinka napetostnega žarjenja na raznih orodjih nam je dalo dobre rezultate glede na vzdržljivost orodja. - V preiskave smo vključili valje za valjanje v hladnem in ugotovili. da so rezultati podobni kol pri orodjih. - Izdvojili smo sendzimir valje in smo to področje temeljito obdelali. - Prihranki so pri povečani vzdržljivosti s stališča ekonomike upoštevanja vredni. - Za napetostno žarjenje so solne kopeli manj primerne kot pa elektro peči. Programi na pečeh morajo biti računalniško vodeni. INŠTITUT ZA KOVINSKE MATERIALE IN TEHNOLOGIJE p.o. INSTITUTE OF METALS AND TECHNOLOGIES p.o. 61000 LJUBLJANA, LEPI POT 11, POB 431 SLOVENIJA Telefon: 061/1251-161, Telefax: 061 213-780 NOVO NA IMT! Rezonantni pulzator CRACKTRONIC, naprava za raziskave v mehaniki loma ter merjenja kinetike propagacije utrujenostnih razpok. Naprava je računalniško vodena, omogoča pa merjenja na preiskušancih, ki niso večji od charpyjevih preiskušancev za merjenje udarne žilavosti. S to napravo prihranite čas in denar. N«xt tast Editor Edtt t itla * BK Snooth Hiracoog 1 Hardcoov 2 Smvm tcron Or id R«*«t »cr«m * Uindou ; j * * e,K Računalniška obdelava rezultatov dosledno upošteva zahteve ASTM standardov. Na osnovi meritev z rezonantnim pulzatorjem CRACKTRONIC lahko uspešno napovedujemo preostalo življenjsko dobo dinamično obremenjenih konstrukcij. 5 1 2 3 4 3(8 1012 13 20 30 40 Sutu r - oK inPm-lnl Vpliv nitriranja na premene jekla X38CrMoV51 Nitriding Influence on Transformation Temperature by Steel X38CrMoV51 F. Legat, Veriga Lesce Na tankih, v celoti nitriranih probah jekla za delo v toplem, kvalitete X38CrMoV51, smo izvedli preizkuse za določitev temperature premene v odvisnosti od hitrosti ogrevanja. Analizirali smo stanje austenita v odvisnosti od pogojev austenitizacije in ugotovili potek premen podhlajenega austenita v različnih pogojih austenitizacije. Z nitriranjem se ravnotežne temperature premene znižajo iz 833°C na 65CPC (Ac1b), oziroma iz 885°C na 820°C (Ac1e). Za potek premen nitriranega jekla je karakteristično pospeševanje eutektoidne in bainitne fazne premene, maksimalno povečanje trdote neposredno po končani tvorbi austenita in velik padec trdote pri dolgih časih zadrževanja. Ključne besede: toplotna obdelava, nitriranje, orodja za delo v vročem. Thin, nitrided specimens of the hot vvork die steel X38CrMoV51 (Utop Mo1) had been used to investigate the change of transformation temperature in dependence on the heating rate, to analyze the order of austenit in dependence on austenitiying conditions and to describe the transformation behaviour of the cooled down austenite by different austenitiying conditions. By nitriding the equilibrium transformation temperatures decreased from 833°C to 65CPC and from 885°C to 82CPC (Ac1e). Characteristic of the transformation behaviour of the nitrided steel are the important acceleration of the avtectoid and the bainitic transformation the maximal hardening direct after termination of austenitiying and the strong decrease of hardness by long holding times. Key words: heat treatment, nitriding, hot vvork tools. 1. Uvod Pri termodinamični obremenitvi nitriranih orodij za delo v kovačnici lahko pride do faznih premen v nitriranem sloju, ki znatno vplivajo na uporabnost orodij. Za pravilen izbor maleri-ala so pomembni podatki o poteku premen nitriranega sloja. Poleg tega je poznavanje temperature premene ferit-austenit predpogoj za določitev mejne temperature za feritno nitriranje. Opomnimo naj tudi na možno kombinacijo termične obdelave pri veliki hitrosti, da dosežemo lokalno izboljšanje premen. Tudi tu je potrebno poznavanje poteka premen v robni coni. Pri podhladitvi austenita, ki vsebuje dušik, lahko dobimo v odvisnosti od hitrosti ohlajevanja eutektoidno premeno v braunit (ferit in a-nitrid). Stabilizacijski učinek dušika na austenit daje pri nelegiranih in malolegiranih jeklih znižanje temperature premene ferit-austenit, zakasnitev eutektoidne in bainitne premene in znižanje martenzitne temperature. Delež zaostalega austenita narašča z vsebnostjo dušika. Nasprotno tej trditvi smo opazili pri karbonitridnem kaljenju Cr-legiranih jekel anomalije trdote na površini kot vzrok zmanjšanja kaljivosti robne cone. To si razlagamo z osiromašenjem osnove na Cr zaradi tvorbe kar-bonitridov. ki vsebujejo Cr in ki se pri običajnih pogojih austenitizacije le nepopolno topijo. 2. Material in izvedba preizkusov Jeklo naj bi bilo iz Železarne Ravne (Utop Mol), celoten preizkus pa je bil ponovljen v tovarni verig v Briicklu - Avstrija. Kemična sestava jekla je navedena v tabeli 1. Za primerjavo smo vzeli poleg dveh serij prob nitriranja še jeklo v mehko žar-jenem stanju. Uporabili smo probe v ploščicah v izmeri 10 mm x 10 mm x 0,5 mm z namenom, da bi dobili približno enakomerno vsebnost dušika po vsej debelini probe. Proba dovoljuje tudi izvedbo dilatometričnih meritev, ki dopolnjujejo metalografske preiskave na istih probah. Probe smo nitrirali po plinsko-oksidativnem nitrirnem postopku, ki smo ga razvili v Freiburgu. Da bi preprečili ra-zogljičenje, vsebuje nitrit ni medij zemeljski plin. čigar delež je v skladu s procentom ogljika v jeklu. Tabela I. Kemična sestava jekla X38CrMoV51 v izhodnem stanju (utežni deli v %) Stanje Č Čr Mo V N3 Rob Jedro Nenitrirano, žarjeno 0,41 4,94 1,00 0.36 0.014 0.014 Nitrirano, serija 1 0,415 4,91 0,92 0,36 2,5 2,0 Nitrirano. serija 2 0.425 4,91 0.92 0,36 3.1 2.2 Kot je razvidno iz tabele I. se obe probni seriji razlikujeta poleg željenih razlik v vsebnosti dušika, le malo v vsebnosti ogljika. Preiskave z mikrosondo so pokazale, da nismo dosegli enakomerne porazdelitve dušika po preseku prob. Na primer: vsebnost dušika v robu ploščic serije 2 je znašala 3.1 'a . v jedru le 2.2'+. Probe so pokazale majhno spremembo trdote po debelini ploščice (trdota na robu 115(1 HV 0,1 in trdota v jedru 1 100 HV 0,1). Glede na razdelitev trdote in sestave po debelini ploščic lahko sklepamo, da predstavljajo probe prvih 150 um območja robu na orodju le "površinsko nitriranje". Težišče preiskav je bilo: - določitev temperature premen kot funkcija ogrevanja, z dilatometerskimi in metalografskimi preiskavami, analiza stanja austcnitizacije v odvisnosti od pogojev austeni-tizacije z metalografskimi preiskavami, z določanjem trdote in sestave faze. opis poteka premen podhlajenega austenita za različna stanja austcnitizacije s pomočjo TTT-diagramov. Za racionalno vrednotenje preizkusov in za zmanjšanje subjektivnih napak pri določanju temperatur premen, smo uporabili računalniško podprto vrednotenje dilatometerskih krivulj v OFF-L1NE sistemu. Na slikah in v tabelah navedene ogrevne in ohlajevalne hitrosti se nanašajo na temperaturno območje od 800 "C do 500"C (pri austenitizacijskih temperaturah pod 800"C na temperaturno območje od 700"C do 5()0"C). Določanje vsebnosti zaostalega austenita in vsebnosti Cr-nitrida smo izvedli rentgenografsko /. uporabo Co-Kip-sevanja. Rentgenografsko analizo strukture smo dopolnili /. meritvami /. magnetno tehtnico. 3. Rezultati preizkusov 3.1 Putck austcnitizacije Rezultati preizkusov in vpliv nitriranja na temperature premen pri ogrevni hitrosti med 2 K/min in 13700 K/min so navedeni na sliki 1. I/ tega sledi, da dušik močneje zniža temperaturo začetka austcnitizacije (Aclb), kot pa temperaturo konca tvorbe austenita (Ach). Omenjene razlike v vsebnosti dušika med robom in jedrom se kažejo v različnih temperaturah začetka tvorbe austenita. Na konec strukturne premene nimajo nobenega merljivega vpliva. Tako kot kažejo razlike v temperaturah premene med robom in jedrom kot tudi na sliki 1 navedene razlike med probami ra- 1100 HV5 900 800 700 600 500 iOO 300 200 rif- 1 Ac,, nitrir. ser. 1 O*- • ,nemtr. Ac, Sh iJC edro / yT L Ac„ Ac,, Olj r . s .T K/ mm Ž&LCir Z : 3 min (nitrt^j j 10 min --Vodno b - 20' 700 800 900 1000 "00 °C 1200 Ognev.-temperatura. °C Slika 2. Vpliv temperature ogrevanja na kalilno trdoto Figure 2. Influence of the heating temperature on the hardness /.ličnih serij, reagira temperatura Ac,b zelo občutljivo na stanje nitriranja. Zato jc v praksi računati z velikim raztrosom temperatur premen Ac,b pri nitriranih orodjih. Pri ogrevni hitrosti 3K/min dobimo ravnotežne temperature premen za začetek in konec premene ferit-austenit tako kot so navedene na sliki 1. Naraščanje dušika na okrog 3,1 ck v jeklu za delo v toplem, kvalitete X38CrMoV5 1. daje do 3x večje zmanjšanje temperature Aclb v primerjavi z Ac, . Dobljene vrednosti sc dobro ujemajo z rezultati v literaturi, ki navaja temperaturo A, s 660"C za nitrirani sloj podobnega jekla za delo v toplem, kvalitete X40CrMoV51. Zasledovanje postopka austenitizacije z merjenjem trdote je pokazalo, da ima martenzit nitriranega jekla že neposredno po končani tvorbi austenita maksimalno trdoto, to pomeni, da doseže to brez sledečega zadrževanja lslika 2). Medtem pa nenitrirano jeklo doseže maksimalno trdoto šele po prekoračitvi temperature Ac za okrog 100K in pri času 1000 O o r« d. E Slika I. Vpliv hitrosti ogrevanja na temperature premen Figure I. Influence ol thc heating rate on the transformation temperatures zadrževanja 10 minut (/a topnost posebnih karbidov se zahteva visoka austenitizacijska temperatura in daljši časi zadrževanja). Za ni tri ran a stanja veljajo v osnovi druga razmerja. Poleg dušika. ki je vezan kot Cr-nitrid ima feritna osnova preko ravnotežne vrednosti raztopljen "prebitek dušika". Poleg tega se je med ni-triranjem zaradi premene nitridov, ki vsebujejo Cr. v Cr-kar-bonitrid oziroma Cr-nitrid. izločil prosto nastali ogljik kot lažje topni železov karbid. V nitriranem stanju lahko zato austenit prevzame že med ogrevanjem večje količine dušika in ogljika. Sprememba trdote preiskovanega jekla v obeh stanjih glede na čas zadrževanja poudarja razlike v poteku austenitizacije. /. večjim časom zadrževanjapride pri nenitriranem jeklu do raztapljanja karbidov in do izravnave koncentracij. Pri ogrevanju na 1040"C s časom zadrževanja preko 5 minut kalimo iz območja homogenega austenita. Kalilna trdota in martenzitna temperatura se zato z rastočim časom zadrževanja in s temperaturo austenitizacije ne spremenita več (slika 3). Pri ogrevanju na 845"C oziroma na 895"C dobimo večfazno strukturo (ferit. austenit in karbidi). S časom zadrževanja dajeta rastoči delež austenita in napredujoča topnost karbidov povečanje martenzitne trdote in padec martenzitne temperature. V nitriranem stanju ne obstajajo, kol kaže slika 2. pri ogrevanju na 8()()"C in na 875"C, praktično nobene razlike (slika 4). Ogrevanje jedra probe na temperaturo Aclb (750"C) daje pri času zadrževanja 90 minut nehomogeno kalilno strukturo z velikimi razlikami v trdoti. Z večjim časom zadrževanja nastalo zmanjšanje trdote si razlagamo z denitriranjem prob, ki se z naraščajočo temperaturo začenja vedno prej. Vzroke kalilne trdote lahko potrdimo z določanjem vsebnosti zaostalega austenita. Kol kaže slika 5 daje ogrevanje tik nad temperaturo Aclh zelo veliko vsebnost zaostalega austenita. Po tem sklepamo na zelo veliko vsebnost dušika v austenitnih kaleh. O or o u <" 400 Č 380 2 350 0) | 340 1r 320 C QJ o Z 300 280 260 240 >r«V..temperatu ^845 °C — = 47 K/min Ohla-j, /==270 K/min —.895 °C 1 1040 °C 1110 °c 1=1« T---- T'---- -- 0,1 10 min 100 Slika 3. Vpliv časa zadrževanja na trdoto in na M.-temperaturo za jeklo X38CrMoVS I. Figure 3. Influence of the holding time on the hardness and M -ot X38CrMoV51. Slika 4. Vpliv časa zadrževanja na trdoto nitriranega jekla X38CrMoV51 Figure 4. Influence of the holdina time on the hardness of nitrided steel X38CrMoV51 1000 °C 1101 Slika 5. Vsebnost zaostalega austenita v nitriranih probah v odvisnosti od temperature austenitizacije Figure 5. Residual austenitic content in dependence of temp. aust. of the nitrided spec. s? E o i_ Js: -C S oe 10 700 800 900 1000 1100 1200 °C 1300 Tpmnprirlurn Slika 6. Vpliv temperature na vsebnost Cr, ki je raztopljen v austenitu (izračunano) Figure 6. Influence of the temperature on the content of Cr solved in austenite X38CrMoV5 1 £ /. N. 272 °Zo (Kyi|/, II 1,75% (K-i/ - 2] 1,5 °Zo (K*—" — J) 1,0 % I K -<,-41 ^ 30 CO' (carbcnitrif, j. t ^t* CcK.3 Slika 7. Kontinuirni TTT-diagram /a jeklo X.3SCrMoV51 (hitrost ogrevanja 47 K/min. austenitizaeija: I030"C III mini Figure 7. Continuous TTT-diagram of the steel X38CrMoV5I, aust. temp.: I030 C Nitrirano jeklo je bilo v vsem preiskovanem temperaturnem območju in časovnem zadrževanju ekstremno fino zrnato. Ta fi-nozrnatost kaže na prisotnost termično stabilnih izcej. Čeprav moramo i/ metalografskih preiskav računati / /mesnimi nitridi oziroma / /.mesnimi karbonitridi, ki so v nitriranem jeklu, smo zaradi pomanjkanja termodinamičnih podatkov za izračun, privzeli prisotnost stehiometričnega kromnitrida CrN. Kol lahko i/ slike 6 razberemo, je glede na zasnovo v dodatku, v austenitu raztopljen procent Cr znatno manjši od skupne vsebnosti Cr v jeklu. I/ lastnih raziskav analizirana območja temperature austenitizacije (do 11()()"C) kažejo, da moramo računati z znatnimi deleži neraztopljenih kromnitridnih izcej tipa CrN. Ta trditev velja tako za obnašanje topnosti CrN izcej v jedru prob pri vsebnosti dušika v jedru 2,2%. kot tudi v primeru zmanj- šanja dušika zaradi denitriranja. Na sliki 6 je to prikazano /a tri stanja denitriranja. z 1.75'; N. 1.5', N in 1.09; N. i .2 Potek premen pri poilh/ajenem austenitu Da bi analizirali vpliv različnih stanj austenitizacije na potek premen v podhlajenem austenitu, kot na primer /aradi temperaturnih gradientov pri lokalni toplotni obdelavi / veliko hitrost jo, oziroma, ki utegnejo nastopiti pri termični obremenitvi orodij, smo izdelali TTT-diagrame /a različne pogoje austenitizacije. oziroma za temperature austenitizacije. Temperatura austenitizacije stanja I leži okrog 130 K nad Acle. Pri nenitriranem jeklu odgovarja to običajni kalilni temperaturi. Kaljenje se izvede i/ območja strukturno homogenega austenita. Struktura nitriranega jekla se pri tej temperaturi sesto- CL e 10000 K/min. upoštevanjem rezultatov za oceno stanja austenitizacije kot tudi iz literature, si lahko razlagamo to pospešeno nagnjenje k premenam s prisotnostjo neraztopljenih izcej. ki: odv zamejo austen-itu legirni element Cr. ki zavira premene; tvorijo kali za eutek- t- CL e °C 900 700 500 300 100 tiifr. ser, t Austenit • Ferr - it . Nitrid Ac, Ac, e (820°CI Braunit N. Ac b.rob(696 °C) ^2500^ . I0«\A»1 19 \ 168 \ 41 \ 26 \ 12 KZmin Q568j) \ (532j\ \ \ \\ (555j (547] Ulliutl) U94jU64HV5j 10° 10 10 o Co* 103 10 Slika 12. Kontinuirni TTT-diagram nitriranega jekla X38CrMoV51 (hitrost ogrevanja: 46 K/min. austenitizacija: 75()"C) Figure 12. Continuous TTT-diagram of the nitrided steel. aust. temp.: 75()"C toidne premene; posredno s preprečevanjem rasti austenitnega zrna dajejo dodatne kali za premene. 4. Zaključki Vpliv nitriranja na potek premen jekla za delo v toplem, kvalitete X38CrMo5l (Utop Mol) smo preizkušali s pomočjo dilatometra. z merjenjem trdote, z metalografijo kot tudi z rentgenografskimi in z magnetnimi analizami faz. Z dušikom se znižajo ravnotežne temperature premena jekla X38CrMoV51 od 833"C na 650"C (Aelh) oziroma iz 850"C na 82()"C (Aclc). Zato je možno dvigniti temperaturo za feritno nitriranje na preko 590"C. Maksimalna temperatura nitriranja sledi iz zahtevane trdnosti jekla v odvisnosti od popuščne obstojnosti jekla. Pri nitriranih orodjih za delo v toplem iz jekla X38CrMoV51 mora biti zagotovljeno, da temperatura uporabe ne presega 630 C. da s tem preprečimo fazne premene. Potek premen nitriranega jekla se jasno razlikuje od nenitriranega jekla. Poudariti moramo znatno pospeševanje evtektoidne in bainitne fazne premene, doseganje maksimalne kaljivosti neposredno po ogrevanju na temperaturo tik nad AcK„ veliko zmanjšanje trdote pri dolgem času zadrževanja, velik delež zaostalega austenita pri ogrevanju na temperaturo pod Ack. in zelo veliko termično stabilnost kromnitridnih CrN izeej v austenitu. Kot rezultat teh preizkusov je zaključek, da pri ohlajevanju delov konstrukcije in orodij po nitriranju na visoki temperaturi ne moremo vzpostavili martenzitne kaljene strukture, ker ima nitrirni sloj zelo veliko nagnjenje za premene ter se zahtevane velike olilajevalne hitrosti na orodjih ne da doseči. Lokalna termična obdelava bo pri opti-miranem vodenju postopka predvidoma zaradi realizirane velike olilajevalne hitrosti dala znatne učinke. Za stanje austenitizacije II in III na nenitriranih probah izdelani TTT-diagrami dajo napotke za razlago struktur po premenah po lokalnem kaljenju s postopkom ogrevanja z veliko hitrostjo. Literatura 1. Bell. T., Farnell, B. C.: An Electron Microscopz Studz of Braunitie and Bainitic Transformations, Jernkont. Ann.. 155 (1971), 8. s 415-421 2. Biswas, M. (J. A.. Codd. I:: An Electron Transmission Studz oflron-Nitrogen Martensite, Journal Iron & Steel Institute. 206(1968), 5. s 494-497 3. Edenhofer, B., Trenkler. H.: Beitrag zum Einfluss der Stahlzusammensetzung auf die Lage der A,-Temperatur von Nitrierschichlen, Hiirterei-Tech. Mitt.. 35 (1980). 4. s 175-181 4. Spies, H.-J., Trubitz. P., Weliner. W.: Untersuchungen zum Umwandlungsverhallen des nitrierten Warmarbeitsstahls 38CrMoV2 L14. Neue Hiitte, 28 (1983), 4. s 157-158 5. Trubitz. P.: Beitrag zum Umwandlungsverhalten des nitrierten VVarmarbeitsstahls 38CrMoV2L 14, Dr.-Ing. Diss.. Bergakademie Freiberg, 1985 6. Salonen, L. et al.: Einfluss von Legierungselementen auf den Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt von karbonitrierten Einsatzstuhlen, Hiirterei-Tech. Mitt., 25 (1970). 3. s 161-164 7. Zenker. R.: Kombinierte Ihermochemisclie Hochge-schwindigkeitswurmebehandlung einige Grundlagen und Behandlungsergebnisse. Neue Hiitte. 31 (1986). 1. s 1-6 8. Spies. Trubitz: Einfluss des nitrierens auf das Umwandlungsverhalten, HTM, 43 (1988). INŠTITUT ZA KOVINSKE MATERIALE IN TEHNOLOGIJE p.o INSTITUTE OF METALS AND TECHNOLOGIES p.o. 61000 LJUBLJANA, LEPI POT 11, POB 431 SLOVENIJA Telefon: 061/1251-161. Teleta*: 061 213-780 VACUUM HEAT TREATMENT LABORATORY Vacuum Brazing Universally accepted as the most versatile method of joining metals. Vacuum Brazing is a precision metal joining technique suitable for many component configurations in a vvide range of materials. ADVANTAGES • Flux free process yields clean, high integrity joints • Reproducible quality • Components of dissimilar geometry or material type may be joined • Uniform heating & cooling rates minimise distortion • Fluxless brazing alloys ensure strong defect free joints • Bright surface that dispense with expensive post cleaning operations • Cost effective Over Five years of Vacuum Brazing expertise at IMT has created an unrivalled reputation for excellence and quality. Our experience in value engineering will often lead to the use of Vacuum Brazing as a cost effective solution to modern technical problems in joining. INDUSTRIES • Aerospace • Mechanical • Electronics • Hydraulics • Pneumatics • Marine • Nuclear • Automotive QUALITY ASSURANCE Quality is fundamental to the IMT philosophy. The choice of process, ali processing operations and process control are continuously monitored by IMT Quality Control Department. The high level of quality resulting from this tightly organised activity is recognised by government authorities, industry and International companies. Maziva in hladno preoblikovanje jekel Lubricants and Cold Forming of Steels B.Arzenšek. D.Kmetic, Inštitut za kovinske materiale in tehnologije v Ljubljani, A. Lagoja, Železarna Jesenice Opisani so rezultati meritev koeficientov trenja različnih maziv, ki jih pri nas najpogosteje uporabljamo pri masivnem preoblikovanju jekel in vlečenju žice. Ugotavljali smo jih po metodi stiskanja obročastih preizkušancev. Ključne besede: hladno preoblikovanje jekel, maziva, trenje The results of friction coefficients of some lubricants vvere deseribed in this paper, used at cold forming of steels and vvire dravving process. They vvere established by ring compression tests. Key words: cold forming of steels, lubricants, friction 1 Uvod Uspešnost nekega preoblikovalnega procesa je v veliki meri odvisna od kontaktnega trenja, ki nastane na stičnih površinah med preoblikovalnim orodjem in preoblikovancem in od maziv, ki trenje zmanjšujejo. Z mazivi lahko precej povečamo deformacije, ki jih preoblikovano jeklo prenese, preprečimo trganje površin preoblikovanca in lokalno zvarjanje preoblikovanca na preoblikovalno orodje, zmanjšamo obrabo in povečamo življen-sko dobo orodja, ali pa celo preprečimo lom orodja. Z mazivi lahko torej precej vplivamo na uspešnost preoblikovalnega procesa, vendar le v primeru, če za določen preoblikovalni proces izberemo ustrezno mazivo, za katerega pa moramo poznati njegove mazivne sposobnosti. Resničen vpliv trenja in maziv na preoblikovalni proces lahko ugotavljamo iz obrabe orodij in kvalitete izdelkov, ali pa z meritvami čim večjega števila vplivnih veličin na preoblikovalnem stroju v proizvodnji. Ker je cena takšnih preizkušanj precej visoka, ocenjujemo kvaliteto maziv navadno v laboratorijih, z deformacijsko podobnimi preoblikovalnimi postopki. Kvaliteto maziv največkrat ocenjujemo s koeficienti trenja, ki jih lahko ugotavljamo z metodami brez merjenja preoblikovalnih sil in z metodami, pri katerih merimo preoblikovalne sile. Za metode ocenjevanja kvalitete maziv brez merjenja preoblikovalnih sil je značilno, da ugotavljamo koeficiente trenja iz geometrije preoblikovancev, na katere pred preoblikovanjem nanesemo preizkušana maziva. Obstaia veliko število metod za ocenjevanje mazivnih sposobnosti maziv, zato smo se v tem prispevku odločili, da opišemo le nekatere. Merilo pri izbiri opisanih metod je bila nizka cena in njihova preprosta izvedba ter dovolj velika ločljivost in primerljivost rezultatov preizkušanih maziv. Vse metode so. brez večjih stroškov in posebne opreme, izvedljive tudi na trgalnih strojih v mehanskih preizkuševalnicah tovarn. 2 Opis metod za ugotavljanje koeficientov trenja maziv Metode brez merjenja preoblikovalnih sil so precej enostavnejše kot metode z merjenjem preoblikovalnih sil. Najenostavnejše so metode, pri katerih želimo dobiti le relativno primerjavo koeficientov trenja preizkušanih maziv. Tako lahko npr. pri valjanju pločevine enake vrste in dimenzije ugotavljamo Figure 1. Measuring of contact friction by halbround stamp kvaliteto maziv iz izmerjenih debelin pločevine po valjanju. Pri slabših mazivih sta preoblikovalna sila in debelina pločevine večji. Vpliv mazanja in trenja preko deformacije, pa tudi spremembe preoblikovalnih napetosti, je poznan tudi pri utopnem kovanju, hladnem kalibriranju in gravurnem kovanju. Tomlenov1 in Ivanov2 sta razvila metodo merjenja kontaktnega trenja z vtiskavanjem polokroglega žiga v kovino (slika 1). Pri tej metodi vzorec po vtiskavanju prerežemo po vzdolžni osi in z meritvami trdot po osi ugotovimo mesto z največjo trdoto. Če razdaljo med največjo trdoto in najnižjo točko odtiska označimo s "h" lahko, iz na sliki podanega matematičnega izraza, izračunamo koeficient trenja. Ena od najstarejših metod za ugotavljanje koeficientov trenja maziv je stiskanje cilindričnih teles med dvema stožčastinia orodjema1. Pri tej metodi orodje s svojim konusnim delom vtiskujemo v čelno površino valja (slika 2). Če dobi valj po preizkusu konveksno ali konkavno obliko, preizkus ponovimo z drugim parom orodij, z drugačnim kotom stožca, toliko časa, da valj po preizkusu ostane cilindričen. Tedaj jc koeficient trenja enak p = tg a . 3 Ugotavljanje koeficientov tren ja maziv s stiskanjem obročastih preizkušancev 3.1 Opis metode Zelo zanimiva metoda za ugotavljanje koeficientov trenja maziv je metoda stiskanja obročastih preizkušancev, ki jo je F tg a Slika 2. Merjenje kontaktnega trenja / nakreevanjem cilindričnih teles med dvema stož.častima orodjema Figure 2. Measuring of conlaet frietion by contprcssion test of cvlin-drical spccimens between two cone tools razvil Burgdorf'. Metoda se zadnje čase precej uporablja, zato smo z njo ugotavljali koeficiente trenja cele vrste maziv, ki jih pri nas najpogosteje uporabljamo pri masivnem preoblikovanju jekel in vlečenju žice. Metodo, kakor tudi rezultate koeficientov trenja preizkušanih maziv, bomo v nadaljevanju prispevka zato podrobneje opisali. Pri tej metodi, pri kateri prav tako ni potrebno meriti preoblikovalnih sil, ugotavljamo koeficiente trenja maziv iz dimenzij obročkov po stiskanju, na površino katerih pred stiskanjem nanesemo preizkušano mazivo. Preizkušatici so obročki enakih dimenzij: z zunanjim premerom 20. notranjim 10 in višino 7 mm. Po stiskanju izmerimo višine in notranje premere obročkov, ki se pri enakem materialu spreminjajo glede na maziv ne sposobnosti preizkušanih maziv. Pri slabših mazivih so notranji premeri manjši, pri boljših pa večji. Na premere obročkov vpliva tečenje materiala med stiskanjem. Problem tečenja materiala v obročku je avtor metode pojasnil s smerjo tečenja jekla v obročku, ki je odvisna od kvalitete maziva. Med stiskanjem obročka lahko material namreč teče v dve smeri, proti sredini preizkušanca, ali pa radialno navzven (slika 3). Na meji med obema smerema je nevtralni radij-rn, kjer tečenja ni. Za vsakega od obeh delov obročka, ki ju ločuje nevtralni radij (na sliki sta označena s številkama I in 2). lahko nastavimo ravnotežno enačbo, iz katere izpade napetost tečenja k,, oziroma vpliv preoblikovalnih sil. Slika 3. Prikaz loka materiala pri merjenju kontaktnega trenja / nakrče- vanjem ohročastega preizkušanca Figure 3. Revievv of material flow at measuring of contact frietion b\ ring compression lest Tako v izrazu ostanejo le geometrijske veličine preizkušanca in koeficient trenja maziva. Na ta način dobljena enačba je zelo komplicirana, zato je rešljiva le z numeričnimi metodami in računalnikom. Zaradi poenostavitve metode je Burgdorf izbral standardni preizkušanec že omenjenih dimenzij <)> 20/10 X 7 mm. ki ga tudi v primeru najtrših preizkušancev lahko stisnemo do deformacije ip = 0.7 s silo, ki je manjša od 1 MN. Za lak standardni preizkušanec je nato izračunal in v obliki krivulj podal odvisnosti koeficientov trenja od višin in notranjih premerov preizkušancev po stiskanju. Premere takih diagramov smo. z vrisanimi koeficienti trenja preizkušanih maziv, prikazali na slikah 6 in 7. 3.2 Preizkušam! maziva, preizkusi stiskanja in rezultati Po metodi Burgdorfa smo ugotavljali koeficiente trenja različnih maziv, nosilcev maziv in kombinacij nosilcev maziv z mazivi, ki jih bomo imenovali kar mazivne prevleke. Nosilce maziv smo preizkušali zato. da bi ugotovili, če imajo poleg lastnosti nosilcev maziv (preprečevanja kovinskega stika med pre-oblikovancem in preoblikovalnim orodjem ter povečanja oprijemljivosti maziva na površini preoblikovanca) tudi kaj mazivnih sposobnosti. Preizkušali smo naslednje nosilce maziv: apno. boraks, fosfat, oksalat in prevleko bakra: in maziva: strojno olje, natrijevo milo. molikot in vlečni prašek (kalcijev stearat). Vse naštete nosilce maziv in maziva uporabljamo pri vlečenju žice in masivnem preoblikovanju jekel. Zaradi boljše primerjave koeficientov trenja smo ugotavljali tudi koeficiente trenja nemazanih površin, ki ga imenujemo tudi suho trenje. Maziva lahko klasificiramo tudi po v i s i n i preoblikovalnih napetostih, ki jih med preoblikovalnim procesom prenesejo. Da bi ugotovili vpliv preoblikovalnih napetosti na koeficiente trenja preizkušanih maziv, smo obročke izdelali iz štirih vrst jekel: iz cementacijskega jekla vrste Č. 1221 . jekla za poboljšanje Č.4731. visokoogljičnega jekla C. 1732. ki ga uporabljamo za izdelavo patentirane žice in iz austenitnega nerjavnega jekla C.4571. ki se med preoblikovanjem zelo utrjuje, zato ga lahko preoblikujemo le pri zelo visokih preoblikovalnih napetostih. Izbrana jekla se med seboj precej razlikujejo tako po višini preoblikovalnih napetosti-napetostih tečenja k,, kakor tudi po stopnji utrjeva-nja-n. Višina preoblikovalnih napetosti in utrjevanje omenjenih jekel smo. v odvisnosti od deformacije, v obliki krivulj tečenja. prikazali na sliki 4. Na kvaliteto mazanja vpliva tudi stanje površin, na katere nanesemo maziva, zato smo površine obročkov brusili ali peskali Slika 4. Krivulje tečenja preizkušanih jekel Figure 4. Flovv curves of tested steels IKtgec H*tgoc ter tako ugotavljali tudi vpliv hrapavosti površine preoblikovan-ca na koeficiente trenja maziv. Na kvaliteto maziv vpliva tudi temperatura preoblikovalnega procesa, kar pa v tem delu nismo ugotavljali, ker so vsa preizkušana maziva namenjena le za delo v hladnem. Po nanosu mazivnih prevlek smo obročke pri sobni temperaturi kontinuimo stiskali do različnih višin na 500 KN preizkuševalnem stroju Instron. Zaradi možnosti merjenja preoblikovalnih sil smo med stiskanjem merili tudi preoblikovalne sile. iz katerih smo izračunali preoblikovalne napetosti in koeficiente trenja nekaterih maziv in rezultate podali tudi v odvisnosti od preoblikovalnih napetosti. Oblike obročkov po preizkušanju različnih mazivnih prevlek so bile precej različne. Kot primer smo na sliki 5 prikazali obročke, na katere smo pred stiskanjem nanesli sam fosfat in fosfat z milom. Stiskali smo jih do različnih deformacij, ki smo jih izrazili z logaritmičnimi deformacijami iph, izračunanimi na sledeč način: kjer pomeni: h„ - višino obročka pred stiskanjem (7 mm) in h, - višino obročka po stiskanju. oooooo 0,15 0,23 0,35 0,45 0.55 0.85 b oooooo *h 0.14 0.25 0.34 0,46 0.58 0.73 Slika 5. Obročki i/ jekla Č. 1221 po stiskanju. a)fosfatirani, hlfosfatirani in namiljeni Figure 5. Rings of 1.1121 steel after compression test. a)phosphated. h)phosphated and soaped Iz majhnih notranjih premerov fosfatiranih obročkov lahko sklepamo na slabe mazivne sposobnosti fosfata, iz velikih pa na dobre pri prevleki fosfata in mila. Posledica slabega mazanja pri fosfatu je tudi konveksna oblika sten stisnjenih obročkov, zato je Burgdorf za vrednotenje notranjih premerov obročkov-d, podal izraz, ki smo ga zapisali ob shemi obročka na sliki 3. Poleg notranjih premerov obročkov smo izmerili tudi njihove natančne višine in nato vsak notranji premer v odvisnosti od višine vnesli v Buredorfove diagrame krivulj koeficientov trenja. Koeficiente trenja ocenimo vizuelno glede na položaj točk med krivuljami. Zaradi velikega števila diagramov smo v prispevku na slikah 6 in 7 prikazali le dva diagrama, v katerih smo podali vrednosti koeficientov trenja za nemazane površine in fosfat ter za olje, milo in prevleke fosfata z milom in moliko-tom, na brušenih in peskanih površinah jekla. Zaradi boljše preglednosti smo vse koeficiente trenja maziv za vsako jeklo posebej prikazali v diagramih na slikah 8 do 11, ko smo deformacije podali v obliki že omenjene logaritmične deformacije ip,, in specifične deformacije £h, ki jo uporabljamo predvsem pri vlečenju žice. Na sliki 12 smo prikazali tudi koeficiente trenja dveh mazivnih prevlek v odvisnosti od preoblikovalnih napetosti qm, ki smo jih izračunali na sledeč način : qm=^- (N/mm2). Slika 6. Koeficienti trenja pri nemazanih in mazanih luženih in peskanih površinah jekla Č. 1221 Figure fi. Friction cefficients of nonlubricated and lubricated piekled and sand blasted surfaces of 1.1121 steel Slika 7. Koeficienti trenja preizkušanih mazivnih prevlek pri luženih in peskanih površinah jekla C. 1221 Figure 7. Friction coelficients of different lubricant coats at piekled and sand blasted surfaces of 1.1121 steel i-r -Bruieni obročki ---Petkani obročki 0,2 0,4 Of 0,8 Logaritmična deformacija ,■ &A v '/. Slika 10. Koeficienti trenja preizkušanih mazivnih prevlek pri različnih stopnjah deformacije, pri jeklu Č. I 732 Figure 10. Friction cocfficicnts of tested lubricant eoats at different deformations of 1.221 steel 08 — —ir- —t--BruŠem oOročki Jeklo C. 1732 ---Peškam obroiki 0,6 patentirano 02 0.4 0,6 as Logaritmična deformacija