ŽELEZARSKI ZBORNI K Stran VSEBINA Zalar Bogdan, J. Wohinz, A. V a 1 a n t — Metalurški inštitut Ljubljana PROBLEMATIKA UTRJEVANJA PIRITNIH PELETOV PRI TEMPERATURAH PRA2ENJA 109 Prešern Vasilij — Metalurški inštitut Ljubljana POGOJI NASTAJANJA IN IZLOČANJA OKSID-NIH VKLJUCKOV IZ JEKLENE KOPELI . . 117 Rodič Jože — Železarna Ravne UPORABA RASTRSKE ELEKTRONSKE MIKROSKOPIJE PRI RAZISKAVAH LEDEBU-RITNIH ORODNIH JEKEL........125 Rodič Jože — Železarna Ravne; Vodopivec Franc, B. Ralič Metalurški inštitut Ljubljana PREISKAVE JEKLA C.4850 - OCR 12 VM NA ELEKTRONSKEM M1KROANALIZATORJU . 145 TEHNIČNE NOVICE Pšeničnik Jože — Železarna Ravne NOVO ORODNO JEKLO UTOPMo4 ZA DELO V VROČEM V PROIZVODNEM PROGRAMU ŽELEZARNE RAVNE ..........157 LETO 10 ŠT. 3 -1976 ŽEZB BQ 10 (3)109—160 (1976) IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT Vsebina stran Zalar Bogdan J. Wohinz, A. Valant Problematika utrjevanja piritnih peletov pri temperaturah praženja 109 UDK: 622.792 ASM/SLA: B15p, B16b Prešern Vasilij Pogoji nastajanja in izločanja oksidnih vključ-kov iz jeklene kopeli 117 UDK: 621.746.62:620.18 ASM/SLA: M284.9-69 Rodič Jože Uporaba rastrske elektronske mikroskopije pri raziskavah ledeburitnih orodnih jekel 125 UDK: 620.187:669.15.-194.58 ASM/SLA: TSh, M21e Rodič Jože Vodopivec Franc, B. Ralič Preiskave jekla Č.4850 OCR 12 VM na elektronskem mikroanalizatorju 145 UDK: 669.14.018.25; 669.15—196.58 ASM/SLA: M21e, TSh Tehnične novice 157 Inhalt Seite Zalar Bogdan J. Wohinz, A. Valant Problematik der Verfe-stigung der Pyritpellets bei den Rosttemperatu-ren 109 UDK: 622.792 ASM/SLA: B15p, B16b Prešern Vasilij Bedingungen fttr die Ent-stehung und Ausscheid-dung oxydischer Ein-schliisse aus dem Stahl- bad 117 UDK: 621.746.62:620.18 ASM/SLA: M284, 9—69 Rodič Jože Die Amvendung der Ra-sterelektronenmikrosko-pio bei den Untersu-shungen der Iedeburiti-schen Werzeugstahle 125 UDK: 620.187:669.15.-194.58 ASM/SLA: TSh, M21e Rodič Jože Vodopivec Franc, B. Ralič Die Untersuchungen des Stahles Č.4850 — OCR 12 VM an dem Elektro-nenmikroanaIysator 145 UDK: 669.14.018.25; 669.15—196.58 ASM/SLA: M21e, TSh Technische nachrichten 157 Contents Page Zalar Bogdan J. Wohinz, A. Valant Problematics in Harden-ing Pyrite at the Roast-ing Temperatures 109 UDK: 622.792 ASM/SLA: B15p, B16b Prešern Vasilij Conditions of Formation and Precipitation of Oxide Inclusions from the Steel Melt 117 UDK: 621.746.62:620.18 ASM/SLA: M284.9—69 Rodič Jože Application of Scanning Electron Microscopy in Investigation of Ledebu-rite Tool Steel 125 UDK: 620.187:669.15.-194.58 ASM/SLA: TSh, M21e Rodič Jože Vodopivec Franc, B. Ralič Investigation of Č.4850 — OCR 12 VM Steel by Electron Microanalyzer 145 UDK: 669.14.018.25; 669.15—196.58 ASM/SLA: M21e, TSh Technical Nevvs 157 CoAep»caHHe CTpaHHua Zalar Bogdan J. VVohinz, A. Valant IIpo6AeMaTHKa ynpoKAH H E VAK: 621.746.62:620.18 ASM/SLA: M28h, 9—69 metaa,\yprhh- 3atbepaebahhe craAH- bkajonennh b CTaAH. V. Prešern: »YcAOBHH 06pa30BaHHH H BblAeAeHHH BKAKUieilHH OKHCAOB H3 pacnAaBAeHHofl CTaAH« Železarski zbornik 10 (1976) 3 c 117—124 AaHO onHcaHHe TeopeTimecKrot ycAOBHH 06pa30BaHHH, pocTa u BblAeAeHHH OKCHA'lHbIX BKAlOMeHHH H3 pacnAaBAeHHOH CTaAH. IIpn-BeAeHbi TaK»ce TepMOAHHaMimecKHe vcaobhh 06pa30BaHHH npBbix 3a-poAbimen h Heo6xoAHMbie ycaobhh aah AaAbnenmeTO pocTa h BbiAeAe-HHH OKCHAHbIX BKAIOHeHH. IlpH OnHCaHHH BblAeAeHHH BKAIOHeHHH b3h-to, KpOMe KHHeTHMeCKHX yCAOBHH, BO BHHMaHHe tbk/kc BAHHHHe pa3-AHiHbix aKTopoB, Hnp.: <|xjpMa h arperaTHoe cocToanHe BKAIOMeHHli, aACOpČHHOHHaH CnOCO0HOCTb nOBepXHOCTHO 3KTHBHblX npHMeceu, Me>K<|>a30Bbie HanpHJKeHHH b niCTeMe CTaAb — OKCHAHOe BKAfOMCUHC — HlAaK. ABTope4>. YAK: 622.792 ASM/SLA: B15p, B16b MeTaAAyprHH- npnroTOBAeHHe uihxtu- H3r0T0BAeHHe OKaTbiuieft. B. Zalar, J. Wohinz, A. Valant »ripo5 \eiwaTHKa vnpomiemiH nHpHTHbix OKaTbiuieft npH TemnepaTypax O&KHHa« Železarski zbornik 10 (1976) 3 c 109—116 H lroTOBAeime cbipbix OKaTbiuieft H3 KOHueiiTpaTOB nnpHTHbi orapoK 603M0>KIIbl. MtO KaCaeTCH npoMHOCTH h Cn0C06H0CTH K BbICbIxaHHIO Cbipbie oKaTbiuibi He pa3AHHaioTCH ot Hop\iaAbHoro H3AeAHH. IlpH TeMnepaTypax CBbirne 400° nnpHTiibie oKaTbimu noAHoeTbio TepaiOT npOMHOMTb I! AAH AaAbHeHUieft aio6oh MeTaAAyprimecKoft ne-pepaGoTKH 6e3 ueHHOCTH. B CTaTbe pacc.MOTpenbi pe3yAbTaTbi HCCAeAOBaHHH nocTencHHoro HarpeBa h MmoBeHHoft TenAOBOH Harpy3KH p OKHCAHTeAbHOH H HeHTpaAbHOH aTMOC^epe, HCCAeAOBaHHH C nAaBHAb-HblM MHKpOCKOnOM H AHAaTamiH. IlpHMHHa pa3pymeHHH MexaHH4ecKoft npOMttocTH — npiiMapnoe H3MeHeHHe nnpHTa B nnppHTHH, t. e. peaKrnn pa:)ao/kchhfl nupiiTa bo Bcex ^>a3ax o6)KHra. 3tot b bi bo a očpaGoTan TaKJKe TeopeTHMecKH MllHepaAbHO — MHKpOCKOnHHeCKHMH HCCAeAOBaHHHMH. ABTope. YAK: 669.14.018.25:669.15 — 196.58 ASM/SLA: M21e; TSh MeTaA.\yprHH- cneunaAbHbie CTaAH- HHcrpyMeHTaAbHbie CTaAH AeAe-6ypHTHoro THna- HCCAeAOBaHHH C 3AeKTpOHHbIM MHKpoaHaAH3aTopoM. J. Rodič F. Vodopivec HccAeAOBaHHH CTaAH C.4850 — OCP 12 BM c SAeKTpoHHbiM MHKpoaHaAH3aTOpOM. Železarski zbornik 10 (1976) c 145—156 HCCAeAOBaHHH C SAeKTpOHHbIM MHKpoaHaAlI3aTOpOM — CnemiaAb-Hblfi X — CHHMKH KOHUeHTpaUHH OTAeAbHblX SAeMeHTOB, AHHeHHbie aHaAH3bi npo4>HAeii KOHueHTpauHH h TonecTBeHHbiH KOAH*jecTBeHHbifi 3h3ah3 OTAeAbHbIX CTpyKTypHbIX cj)a3. TlpoaHaAH3HpoBaHHbie o6pa3-Ubl nOAo6paHbI B pa3AH>JHbIX COCTOHHHHX TepM006pa60TKH — HenOAHO OTOHOKeHO, 3aKaAeHO C HeAOrpeBOM, HOpMaAbHO 3aKaAeHO, CHAbHO nporpeTo h o6pa3nbi BbicoKoro oTnycTKa. ABTopeij). YAK: 620.187:669.15 — 194.58 ASM/SLA: TSh, M21c McraAAVprnfl - CneunaAbHbie CTaAH - Bbic0K0AerHp0BaHHbie HHCTpy-MeHTaAbHbie CTaAH - PacrpoBaH SAeKTpOHHaH MHKpOCKOnHH P3M. J. Rodič IIpiIMeHCHHe paCTpoBOft 3.\eKTpOHHOft MHKpOCKOlTHII npH HCCAeAOBaHHH AeAe6ypHTHbix HHCTpyMeHTaAbHbix CTaAeft. Železarski zbornik 10 (1976) 3 c 125—144 P3M npHMeHHMO npH HCCAeAOBaHHH H3AOMOB H MHKpOCTpyKTypbI AeAe6ypHTHbIX HHCTpyTMeHTaAbHbIX CTaAeft, H30AHpOBaHHbIX KapdHAOB h n0BepxH0CTH o6pa3uoB nocAe h30Ahuhh b ninpoKoft oSAacTH kom-6miaunii TepMHHecKoft oSpaSoTKH HaiHHaH ot coctohhhh OTJKHra. 33KaAKH npH BeCbMa HH3KHX, HOpMaAbHbIX H 0>;eHb BbICOKHX T-P AO CTeneHH rHAbHOro nporpeTbH, TaK5Ke npH OTnycKe ot hh3khx ao Bbi-cokhx T-p. H3 CHCTeMaTHiecKH C0CTaBAeHH0H nporpa.MMbi P3M CHHMKOB npn HenOCpeACTBeHHbIX pa3AHHHbIX yBe.\HMeHHHX b 100 AO 20.000 pa3 npHBeAeHbi TOAbKO rAaBHbie xapaKTepHCTHKH h nponne nOApo6HOCTH. THnOBble VCAOBHH aah HCCAeAOBaHHH npH noMomu P3M npeACTaBAHioT coSoft cocTaBHyio HacTb nporpaMMbi AaAbHeftmero HCCAeAOBaHHH BbICOKOAerHpOBaHHbIX HHCTpyMeHTaAbHbIX CTaAeft. ABTope4>. ZELEZARSKI ZBORNIK IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT LETO 10 LJUBLJANA SEPTEMBER 1976 Problematika utrjevanja piritnih peletov pri temperaturah proženja UDK: 622.792 ASM/SLA: B 15 p, B 16 b B. Zalar, J. VVohinz, A. Valant Članek ne obravnava izdelavo zelenih peletov iz piritnih koncentratov, ki ni tako problematična kot so procesi utrjevanja. Obravnavani so rezultati raziskav postopnega ogrevanja in trenutne toplotne obremenitve v oksidacijski in nevrtalni atmosferi, obdelani so rezultati raziskav dilatacij in rezultati raziskav na talilnem mikroskopu. Pojavi nabrekanja in razpadanja piritnih peletov ob popolni izgubi trdnostnih lastnosti so pojasnjeni tudi z aspekta teoretičnih predpostavk. UVOD Po praženju piritnih ikoncentratov, pri čemer uporabimo sproščeni S02 za proizvodnjo žveplove kisline, so preostali piritni ogorki surovina za pridobivanje železa in drugih neželeznih kovin. Zelo uporabljana in tudi pri nas preizkušana tehnologija je peletiziranje ogorkov, utrjevanje dobljenih peletov z istočasnim odstranjevanjem ali pridobivanjem neželeznih in drugih prisotnih elementov ter, alternativno, tehnologija direktne redukcije do takoimenovanih imetalliziranih peletov. Študijo o predhodnem peletiziranju surovih piritnih koncentratov že pred praženjem pa je narekovala predvsem potreba po preureditvi peleti-zacijskih in pražilnih industrijskih naprav za pra-ženje peletiziranih cinkovih koncentratov. Brez bistvenejših konstrukcijskih in tehnoloških sprememb naj bi izkoristili vse te obstoječe industrijske naprave za peletizaoijo in praženje piriitnih koncentratov. Namesto prašnatih piritnih ogorkov, ki jih običajno dobimo iz pražilnih naprav piritnih koncentratov, naj bi dobili ogorke že v obliki Mgr. Bogdan Zalar, dipl. ing. metalurgije, samostojni raziskovalec Metalurškega inštituta v Ljubljani Janez VVohinz, dipl. ing. kemije, samostojni raziskovalec Metalurškega inštituta v Ljubljani Anton Valant, dipl. tehnik, Metalurški inštitut Ljubljana manjših utrjenih peletov. S tem bi še nadalje lahko izkoriščali obstoječe, Skoraj nove industrijske naprave in prihranili bi si eno fazo priprave ogorkov za nadaljnjo predelavo. Raziskave so obsegale študije in poskuse številnih posameznih problemov: od kemijskih in fizikalnih vrednotenj piritnih koncentratov, preko določevanja najoptimalnejših veziv za peletiziranje, določanje optimalnih tehnoloških pogojev sušenja in žganja zelenih peletov ter vse ustrezne meritve fizikalnih lastnosti dobljenih peletov. V pričujočem prispevku navajamo samo poskuse sušenja, utrjevanja, oziroma praženja z ustreznimi rezultati, ker je le-Jto tako tehnološko kritično, da ni nobene možnosti praktične aplikacije. Nadaljnja študija vzrokov tega dejstva ni bila pomembna samo za razčiščenje konkretnega aplikativnega problema, temveč tudi za splošni prispevek k spoznavanju ponašanja železovih sulfidov v metalurških procesih. KVALITATIVNE LASTNOSTI OBRAVNAVANIH PIRITNIH KONCENTRATOV Z mineraloško mikroskopskimi raziskavami obruskov v odsevni svetlobi smo ugotovili, da je piritni koncentrat relativno zelo čist. Izmed rudnih mineralov je navzoč samo pirat. Zelo redko je bilo opaziti hematit, halkopirit in sfalerit. Mikroskopski pregled zbruska v presevni svetlobi in pod navzkrižnimi nikoli je dokazal, da med nerudnimi minerali absolutno prevladuje kremen. Iz omenjenih mikroskopskih analiz smo lahko predepostavili, da je od skupno prisotnega železa ca. 0,5 % vezanega v obliko hematitnega Oksida. Če dalje predpostavimo, da je ves baker vezan na halkopirit in cink na sfalerit, lahko iz izdelanih kemičnih analiz določimo mineralno sestavo pirit-nega koncentrata; podana je v tabeli 1. Tabela 1: Mineralna sestava glavnih rudnih komponent v obravnavanem piritnem koncentratu Rud. komp. (%) Fe (%) Cu (%) Zn (%) S {%) O (%) 50 FeS2 92,503 43,06 49,446 tO Fe203 0,710 0,50 0,21 CuFeS2 0,690 0,21 0,24 0,24 'o ZnS 0,836 0,56 0,276 M r 94,739 43,77 0,24 0,56 49,962 0,21 10 Obravnavami piritni koncentrat je ruskega izvora lin vsebuje zato tudi 0,16 % As. Od ostalih važnejših komponent omenjamo še 3,09 % Si02 in 0,95 odstotka Ail203. Zaradi flotaoijskega postopka je piritni koncentrat prepojen s flotacijsikim sredstvom, katerega substance so nalepljene na zrna koncentrata in povzročajo njegovo oleofilno lastnost. To je ovira za 'intimno navlaževanje zrn z vodo, koncentrat je hidrofoben. Določitev zrnatositii je bila možna samo z mokrim sejanjem, ker so se sušeni fini delci zlepi j ali v rahlo sprijete grudice. Sejalne analize dokazujejo precejšnje variacije med posameznimi preiskovanimi vzorci. Tako se spreminja delež frakcij nad 100 p,m od ca. 9 % do ca. 28 % in tudi delež frakoij pod 40 um od ca. 46 % do 34 %. Določitev specifične površine po Blainu je povzročalo težave. Sušenje koncentrata, ki je za točno določanje potrebno, ni po nobeni metodi dalo zaželenega efekta. Tudi poskus s HZS04 ni uspel, ostanek vlage je bil stalno 4 %. Pri sušenju v termostatu pri 105° C iso ise vzorci ipiritnega koncentrata zlepi j ali in bi strtje grudic verjetno povzročalo večje izkrivljanje realnih rezultatov kot pa vsebnost 4 % H20. Speoifična teža piritnega koncentrata je 4,5 g/cm3, specifična površina pa ca. 550 cm2/g- Popolnoma suh koncentrat bi imel verjetno večjo ispecifiono površino. Diferenčno (termični analizi obravnavanih piritnih koncentratov v oksidacijski in nevtralni atmosferi posredujeta orientacijske podatke o poteku glavnih reakcij pri pražilnih procesih. Z ozirom na zgolj informativno kvalitativni značaj analize niso bile tako precizno izvajane, da bi jih mogli uporabiti tudi za kvantitativne določitve reakcij. Uporabljali smo cevno uporovno pečico s 0 = = 2,3 cm; hitrost ogrevanja 10° C/min, posodica za vzorce iz Ni-folije, volumna vzorca in primerjalne snovi glinice približno enaka. Na sliki 1 je prikazana krivulja DTA za pritini koncentrat, ogrevan v zračnem toku 10 l/h, kar daje z ozirom na premer reakcij sike cevi hitrostt pretoka 4,04 cms—1. Temperaturo ca. 375° C lahko smatramo za začeteik reakcij oksidacije Fe-sulfi- DTA v zračni atmosferi (601/h) <7 A 5« n 1 375J 90- Slika 1 Orientacijsko kvalitativna DTA obravnavanega piritnega koncentrata v pretoku zraka hitrosti 4,04 cms—1 Fig. 1 Approximate qualitative DTA of the investlgated pyrite concentrate in air flovv rate 4.04 cm/s dov. Rezultati obširnih in podrobnih mineraloških analiz piritnih koncentratov pri višjih temperaturah v oksidaoijsiki atmosferi pa so dokazali pojav površinske reakcije oksidacije pirita skoraj sočasno z razkrojem pirita v pirotiin in žveplo. Tem ugotovitvam ustrezno si je možno razlagati padec krivulje in ponovni rahli dvig pri ca. 570° C z endo-termnim vplivom razkrojne reakcije (iz slike 2 je možno ugotoviti začeteik endotermnega razkroja pri ca. 550° C) in z dodatno oksidacijo nastalega žvepla. Na sliki 2 prikazujemo krivuljo DTA za piritni koncentrat, ogrevan v istem pretoku argona. Začetni minimalni eksotermni odkloni za obravnavo problema niso bistveni. Pri ca. 550° C se začenja reakcija razkroja FeS2 z maksimalnim endoter-mnim odklonom pri ca. 650° C in zaključkom reakcije pri temperaturi okoli 690° C. 30 r \AI / \ V 1 690° 1/ DTA v atmosferi Ar (601/h) y 1 100 200 300 iOO 500 600 700 BOO -T'C Slika 2 Orientacijsko kvalitativna DTA obravnavanega piritnega koncentrata v pretoku argona hitrosti 4,04 cms—1 Fig. 2 Approximate qualitative DTA of the investigated pyrite concentrate in argon flovv rate 4.04 cm/s REZULTATI PREISKAV FIZIKALNIH LASTNOSTI PIRITNIH PELETOV Osnovna zahteva vsake tehnologije priprave pe-letov za nadaljnje predelave v metalurških agregatih so primerne fizikallne lastnosti. Trdnost peletov mora biti tolikšna, da prenese vse mehanske obremenitve nadaljnjih procesov predelave, optimalna poroznost mora ostati tudi pri 'takšnih utrjenih peletih, zadovoljive morajo biti reakcijske sposobnosti, toplotne in električne prevodnosti. Kljub zelo neugodni specifični površini (ca. 550 cm2/g), ki je precej pod potrebnim minimumom (1200om2/g) in kljub hidrofobnosti obravnavanih piritnih koncentratov ni problematično formiranje zelenih peletov z bentonitnim vezivom (1 %-ni dodatek) brez vsakega dodatka drugih primesi in vode. Trdnosti zelenih peletov se ne razilikuje od običajnih normalnih vrednosti (4,9—ll,8N/pelet ali 0,5—1,2 kp/pelet). Sušenje zelenih peletov poteka običajno v temperaturnem območju do 300° C. Dobljene trdnostne lastnosti piritnih peletov v tem območju sušenja so zadovoljive (do ca. 39,2 N/pe-Iet ali ca. 4,0 kg/pelet). Procesi utrjevanja peletov, s katerimi je potrebno doseči trdnosti od 784—980 N/pelet (80—100 kp/pelet), potekajo pri temperaturah, pri katerih se pojavljajo začetki sintranja posameznih zrn, vendar ne še občutnejše naitaljevanje. Običajno je potrebno za vsak material te temperature posebej določiti in so relativno precej visoke (1000—1250° C in več). Preiskave trenutne toplotne obremenitve Obstojnost predhodno posušenih (pri 250° C) piritnih peletov proti trenutnim toplotnim obremenitvam pri 1000° C in 900° C je Skoraj nična. Dosledno se pojavlja razpad peletov. Raapokanje nastopi skoraj v trenutku ob vstavitvi v peč ali pa po zelo kratkem času. Vrsta veziva nima na ta pojav nobenega vpliva. Le paleti, izdelani z vezivom NaCl, so bili sicer počeni, vendar že intenzivneje zataljeni. Tudi velikost posameznih peletov, ki sicer precej vplivajo na trdnostne lastnosti, ne vpliva na njih obstojnost. Preiskave postopne toplotne obremenitve Poskuse obstojnosti piritnih peletov v postopni toplotni obremenitvi smo delali v normalni zračni in dušikovi atmosferi (dušik pred vstopom v peč smo vodili skozi na 150° C ogrevano cevko, napolnjeno s Cu-opilki, z namenom zmanjšanja morebitne prisotnosti kisika na minimum). Pri naraščanju temperature od 20° C do 1000° C v času 150 minut so vsi peleti razpokah, oziroma razpadli v zračni in duškovni atmosferi. Dobljeni rezultati dokazujejo, da vzrok razpada peletov ni samo trenutna toplotna obremenitev. Takšna obremenitev lahko verjetno proces le pospeši, sicer pa pri postopnem naraščanju /temperature razpokanje pele-ravno tako nastopa. Trdnostne lastnosti peletov (slika 3) v zračni atmosferi od približno 350° C naprej padajo, kar pomeni začetke deformacije mehanske zgradbe peleta. Pri 500° C nastopi skoraj že popolna izguba trdnosti. r r 1 i.t 3J{ 35____ — o V 8 ^ 3. i 2.2 h0.6 0.05 -»C 100 200 500 Slika 3 Poprečne trdnosti piritnih peletov pri postopnem ogrevanju (5—10° C/min) v zračni atmosferi Fig. 3 Average strengths of pyrite pellets during gradual heating (5—10° C/min) in air Med 500° C in 600° C se začenja deformacija tudi v dušikovi atmosferi. S tem smo že pri teh začetnih poskusih ugotovili, da že premena pirita v pi-rotin povzroča nabrekanje, pokanje in razpadanje piritnih peletov. Preiskave dilatacije pri višjih temperaturah Poleg končnega razpada piritnih peletov pri višjih temperaturah je bilo opaziti v začetku ogrevanja precejšnje naraščanje volumna peletov. Rezultati informativnih raziskav dilatacije v odvisnosti od temperature so v obliki krivulj /prikazani na sliki 4. Vzorce piritnega koncentrata smo vstavili v kvarčno cevko z zaprtim dnom premera 8,5 mm. Pri vseh paralelnih poskusih smo nasuli vzorce 32 mm visoko in jiih stisnili s silo 19,61 N (2 top). Zgornja ploskev vzorca je bila preko premičnega bata vezana z merniim instrumentom, umerjenim na Skalo občutljivosti 10-2 mm. Kvarčno cevko z vzorcem smo vstavili v zaščitno cev in okoli nje J Slika 4 Krivulji vertikalnih dilatacij obravnavanega piritnega koncentrata v odvisnosti od temperature Fig. 4 Curves of vertical dilatations of the investigated pyrite concentrate as a function of temperature namestili uporovno pečico. Vse vzorce smo predhodno sušili pri 250° C. Kontrolirali smo tudi upor merilnega instrumenta in ugotovili, da ne narašča z naraščanjem pritiska nanj. Naraščanje temperature pri vseh poskusih je bilo 50° C na minuto. Z oziroma na izvedbo aparature dilatacijskih merjenj izkazujejo rezultati povečevanje volumna v vertikalni smeri (pri čemer je zavestno z ozirom na zgolj informativni značaj preiskave izključen vpliv dilaticajskih sil v drugih 9mereh). Začetek naraščanja je pri temperaturi ca 550° C in je od ca. 650° C naraščanje zelo intenzivno. Reakcije so v primeru tega poskusa potekale v izraziti lastni atmosferi. Temperature začetnih dilatacij so višje od temperatur začetka padanja trdnosti, ki smo jih dobili s poskusi v intenzivni zračni atmosferi. To je razumljivo zaradi tega, ker smo pri trdnostnih poskusih pelete obremenjevali z zunanjo silo, pri teh pa je silo povzročal sam proces dilatacije. Malo nad 700° C naraščanje pojema in od 800° C naprej volumen naglo pada. Preiskave na talilnem mikroskopu Potrditev dosedanjih ugotovitev popolne izgube trdnostnih lastnosti piritnih peletov pri višjih temperaturah so dale preiskave na Leitzovem talilnem mikroskopu. Naraščanje temperature je bilo 10° C/min. Peiskave smo naredili v zračnem pretoku 60 l/h) in v pretoku argona (60 oziroma 100 l/h). Rezultati so razvidni iz slik 5 in 6. Slika 5 prikazuje ponašanje piritnih peletov pri poviševanju temperature v zračnem pretoku. Podrobnejša primerjava peileta pri 400° C s peletom pri 200° C že nakazuje rahlo nabrekanje peleta pri 400° C, predvsem v spodnjem desnem robu. Pri 500° C so razpoke že močno vidne, pri 580° C pa pelet že kaže znake razpadanja. V nevtralni atmosferi se pri poviševanju temperature prvi rahli znaki nabrekanja kažejo pri 500° C, vendar zelo nezazvano. Pri 600° C so ti znaki že znatnejši, pri 620° C precej vidni. Razpoke nastopajo pri 650° C in se s poviševanjem temperature večajo. 200 °C 400 °C 500 °C 600 °C 700 °C 800 °C Slika 5 Ponašanje piritnih peletov ob naraščajoči temperaturi (10° C/min) v pretoku zraka (60 l/h) Fig. 5 Behaviour of pyrite pellets during heating (10* C/mln) in air flovv (60 l/h) Preiskave sprememb vsebnosti Fe in S v odvisnosti od temperature Preiskave smo delali v pretoku zraka in argona (2001/, ali z ozirom na premer reakcijske cevi 2,6 cm hitrost pretoka 10,42 cms-1) v cevni laboratorijski pečici, opremljeni s termoregulatorjem za zagotovitev izotemnih pogojev pri temperaturah 200° C, 300° C, 400° C, 500° C, 600° C, 650° C, 700° C 750° C in 800° C. Po posameznih poskusih (60 minut) smo izpražene piritne pelete v pretoku zraka ohlajevadi na zraku, medtem ko smo izpražene pelete v pretoku argona ohilajevali na izhodu reakcijske cevi pečice v povečanem pretoku argona. Vizuelne spremembe kompaktnosti tako dobljenih poskusnih peletov (površinsko razpokani in hematitno rdeče obravani) se začenjajo v zračni atmosferi pojavljati v temperaturnem območju okoli 400° C, v nevtralni atmosferi argona (samo razpoke) pa med 500° C in 600° C. Spreminjanje vsebnosti Fe in S v posameznih vzorcih ponazarjajo krivulje na slikah 7 a in b, kjer je posebej označena tudi stopnja razžveplanja. V pretoku argona so začetki razkroja pirita opazi tik pred 500° C; v območju med 500° C in 600° C reaikcija že precej hitro poteka. V pretoku zraka pripisujemo razžveplanje med 250° C in 300° C izključno površinskim reakcijam oksidacije. V območju okoli 400° C domnevamo (kar potrjujejo ustrezne mineraloško mikroskopske raziskave), da poteka raizžveplanje tudi že po reakcijah razkroja pirita v pirotin, oziroma po reakcijah, ki razkroju sledijo. Povzetek preiskav lastnosti piritnih peletov Rezultati raziskav fizikalnih lastnosti jasno dokazujejo, da zelenim piritnim peletom termično ni možno poboljšati fizikalnih lastnosti. Nasprotno, že pri relativno nizikih temperaturah popolno- Slika 6 Ponašanje piritnih peletov ob naraščajoči temperaturi (10» C/min) v pretoku argona (100 l/h) Fig. 6 Behaviour of pyrite pellets during heating (10° C/min) ln argon flow (100 l/h) 400 500 °C 600 °C Slika 7 Odvisnost vsebnosti Fe in S od temperature (čas trajanja 60 min) v obravnavanih piritnih peletih Fig. 7 Relationship between the iron and sulphur content and the temperature (duration 60 min) in the investigated pyrite pellets ma izgubijo trdnostne lastnosti in takšni nimajo za nadaljnjo metalurško obdelavo nobene vrednosti. Naraščanje volumna in razpadanje piritnih peletov že pri temperaturah, ki so dosti nižje od običajnih pražilnih temperatur, lahko precej istovetimo s problematiko nabrekanja pri procesih redukcije železovih oksidov. Ta pojav je v strokovni literaturi precej obdelan, čeprav obstaja še vedno več hipotez o pravih vzrokih. Nič ali izredno skromno je obdelan ta pojav za obravnavano problematiko (W. Wanzel3, Waeser19). Vse preiskave, tako diferenčno-termična analiza kot preiskave vpliva temperature na trdnosti, na dilatacijo, na stopnje razžveplanja in raziskave na talilnem mikroskopu, potrjujejo domnevo, da je glavni vzrok porušitve zgradbe piritnega peleta pojav premene pilita v pirotin. Osnova tej domnevi je dejstvo, da razpade pelet tudi v nevtralni atmosferi, kjer je ta premena edina, ki se pojavlja v procesu ogrevanja. Kot bomo pojasnili v naslednjem poglavju, poteka tudi oksidacija pilita preko primarne premene v pirotin, kar pomeni, da je ta reakcija razkroja tudi v oksidacijskih pogojih pra-ženja ključnega pomena za ugotovljeno razvrednotenje fizikalnih lastnosti piritnih peletov. POJASNITEV VZROKOV RAZPADA PIRITNIH PELETOV Iz dvofaznega diagrama Fe-S1 je razvidno, da čista trdna piritna faza sestave FeS2 peritektsko razpade pri 689° C v trdno fazo pirotina in plinsko fazo žvepla, katere tlak z nadaljnjo naraščajočo temperaturo hitro raste. To dejstvo lahko v kratkem času močno povečuje možnost porušitve zgradbe piritnih peletov. Za oksidaoijske pogoje so iz študije ravnotežnega diagrama stanja Fe-O-S n-12 dokazane sukce-sivne faze premene pirita: pri temperaturah pod 689° C poteka prehod FeS2 preko Fe304 do Fe^, pri temperaturah nad 689° C pa poteka prehod FeS2 preko FeS in Fe304 do Fe203; torej je prirnar-nost reakcije razkroja pri ustreznih temperaturah tudi teoretsko ugotovljena. Izračuni prostih reakcijskih entalpij tudi potrjujejo pri navedenih temperaturnih pogojih primarnost razkroja FeS2. Vse opisane raziskave, predvsem pa mineraloško mikroskopske raziskave faznih premen v odvisnosti od temperature, pa potrjujejo prisotnost faze pirotina pri nižjih temperaturah od navedenih teoretskih: v nevtralnih pogojih pri nižjih temperaturah za ca. 150° C, to je v območju 550° C, do 600° C, v oksidacijskih pogojih pa za ca. 280° C, torej v območju nad 400° C. Mineraloško mikroskopske raziskave so dalje dokazale izredno voluminozno in gobasto porozno obliko pirotinske faze. V oksidacijskih pogojih se pojavljajo pri ca. 400° C Je v Obrobnih predelih peleta skorjasto porozne lupine železovih oksidov okoli piritnih zrn, medtem ko se v notranjosti istočasno pojavljajo gobasto porozne pirotinske faze. To dejstvo potrjujejo teoretsike študije kinetike reakcij oksidacije in razkroja pirita9-I5. Reakcija oksidaoije je izrazito difuzijsko kontrolirana (ak-tivacijska energija Qa = 2—5 koal/mol, reakcijska entalpija A H298 = —198kcall/mol). Ta realkcija je zato na površini peleta možna, v notranjosti pa je tok zunanje toplote in dodatne toplote eksotermne oksidacijske reakcije domnevno hitrejši od difuzij-ske hitrosti reaktantov. Tako dovedena toplota v notranjost pa je, kot dokazujejo mikroskops/ki izvidi, verjetno zadostna za razkroj pirita, ki ni difuzijsko kontroliran (aktivacijslka energija Qa = = 30—40 kcal/mol, reakcijska entalpija A H = 35,1 kcail/mdl) in je odvisen od ustreznega toka toplote. Poleg že omenjenega znatnega tlaka nastale plinske faze žvepla se v notranjosti peleta po teh dokazih in teoertskih domnevah pojavlja še izrazito porozna mineralna faza pirotina, ki tudi vpliva na porušitev peleta. Obširna strokovna literatura, ki obravnava in analizira vzroke pojavov nabrekanja in s tem v zvezi poslabšanja fizikalnih lastnosti hematitnih peletov pri redukcijskih procesih2—7, med drugimi vzroki tudi omenja, da ima porušitev prvotne kristalne mreže in ponovna orientacija nove za posledico tvorbe risov, razpok in naraščanja volumnov. Takšne »namestitvene anomalije« nastopajo tudi v obravnavanem primeru. Pri premeni pirita v pirotin moramo računati s pregrupacijaimi prostorskih kristalnih mrež, oziroma njenih atomov iz ploskovno centrirane kubične strukture pirita v gosto zloženo heksagonalno strukturo pirotina. Vendar tega nismo teoretsko toliko obdelali, da bi lahko naredili kakršnekoli pomembnejše zaključke. ZAKLJUČKI Izdelava zelenih peletov iz piritnih koncentratov je možna. Tudi trdnostne in sušilne lastnosti zelenih peletov ne odstopajo od normalno pričakovanih. Pri temperaturah nad 400° C pa piritni peleti povsem izgubijo trdnostne lastnosti in so takšni za vsako nadaljnjo metalurško predelavo brez vrednosti. Vzrok porušitve trdnostnih lastnosti je pripisati primarni premeni pirita v pirotin, ito je reakciji razkroja pirita v ciklusu vseh nastopajočih pražilnih reakcij. Osnovni namen raziskav, to je uvedba predhodnega peletiziranja piritnih koncentratov pred procesom praženja, nima praktične aplikativne vrednosti. Literatura: 1. G. Kullerud, H. Yoder, Pyrite Stability Relations in the Fe-S System, Economic Geology, Vol. 54, No 4, 1959, 533—572 2. N. Burghardt, H. Kortmann, B. Grover, Einfluss der mineralischen Zusammensetzung auf die Giite von Eisenerzpellets, Stahl u. Eisen, 90, H. 13, 1970, 661—666 3. W. Wenzel, H. W. Gudenau, Massnahmen zur Ver-hinderung des Schwellens von Eisenerpellets, Stahl u. Eisen, 90, H. 13, 1970, 689—694; Eroterungsbeitrage, 694—697 4. H. Ende, K. Grebe, S. Thomalla, Aussergevvohnliches Schwellen bei der Reduktion von Eisenerzpellets mit Kalkzusatzen, Stahl u. Eisen, 91, H. 14, 1971, 815—824 5. K. Grebe, Gefiigeveranderungen wahrend der Reduktion von Hamatit-Sinterkorpern, Stahl u. Eisen, 90, H. 13, 1970, 704—705 6. H. Kortman, O. Burghardt, Qualitatsmerkmale von Eisenerzpellets, Aufbereitungstechnik, 12, 1973, 803—810 7. Š. Statnikov, G. Bratčikov, M. Maizel, Issledovanie upročnenia železorudnih granul v processe termičeskoi obrabotki, Metally, 4, 1973, 3—9 8. J. Heizman, P. Becker, R. Baro, Kinetik und Struktur-umwandlung bei der Reduktion von Hamatit in Ma-gnetit, Arch. Eisenhiittemvesen, 45, Nr. 11, 1974, 765—770 9. G. M. Schwab, J. Philinis, Reactions of Iron Pyrite: Its Thermal Decomposition, Reduction by Hydrogen and Air Oxidation, J. Am. Chem. Soc., V. 69, Nov. 1947, 2588—2596 10. W. Moravvietz, Die thermische Oxydation von Eisen-sulfid mit Schwefeldioxyd zu Elementarschwefel, Z. Electrochemie, 57, No. 7," 1953, 539—548 11. N. G. Schmahl, Das System Fe-S-0 und seine Bedeutung als Grundlage der Umsetzungen von Fe-Sulfiden mit S02 zu Fe-Oxyden und S-Dampf, Arch. Eisenhtitten-wesen, 15, H. 7/8, 1954, 315—319 12. J. Gaube, O. Knacke, H. Pohl, Metallurgische Zustand-bilder von Eisenverbindungen, Arch. Eisenhiittemvesen, 34, H. 9, 1963, 653—658 13. H. Winterhager, R. Kammel, K. Pretzch, t)ber die Ther-modynamik und Kinetik der Rostung von Cu- und Co-haltigem Pyrrhotin, Erzmetall, 26, H. 3, 1973, 125— 132, Erzmetall, 27, H. 5, 1974 14. N. D. Ganguly, A. C. Banerjee, Recovery of Sulfur from Iron Pyrite, Ind. Eng. Chem. Process Des. De-velop., 12, No. 1, 1973, 56—61 15. P. B. Linkson, Experimental Sintering of Iron Pyrites, Ind. Eng. Chem. Process Des. Develop., 9, No. 3, 1970, 379—385 16. L. A. Taylor, Phase-Equilibrium of Natural and Syn-thetic Sulfide Systems, Ann. Rep. of the Director Geo-physical Lab., Carnegie Institutions, 1970-71, 287—292 17. S. Yamazaki, Z. Asaki, Y. Kondo, Thermal Decomposition of Pyrite in a Fluidized Bed, Trans. Metali. Soc. AIME, 242, May 1968, 896—902 18. B. Waeser, Die Schwefelsaurefabrikation, (knjiga), Braunschvveig 1961 ZUSAMMENFASSUNG Die Untersuchungen iiber die Moglichkeit der Verfes-tigung der griinen Pellets aus Pyrit sind durch die Forde-rung nach einer komplexen Untersuchung iiber die Ausbe-tung der Eisensubstanz aus den Pyritkonzentraten und das Verlangen der moglichen Anwendung solcher Technolo-gie in die bestehcndcn Industrieanlagen bedingt. Die Festigkeit der griinen Pellets unterscheidet sich nicht von den iiblichen normalen Werten. Das Trocknen bis zu der Temperatur von 350° C vergrossert die Festigkeit bis etwa 4kp/Pellet. Bei den Temperaturen zwischen 400° und 600° C fangen die Pellets anzuschwellen und betrachtliche Risse tretten auf. Mit der ansteigenden Temperatur vergrossert sich das Volumen beim gleichzeitigen Zerfall der Pellets, bei voll-kommenem Verlust der Festigkeit. Auf den Prozess des Zerfalles bei hoheren Temperaturen hat die Auswahl des Bindemittels bei der Erzeugung der griinen Pellets aus Pyrit, so wie die Grosse der Pellets keinen Einfluss. Von allen chemischen Reaktionen der Entschweffelung von Pyrit und der Entschweffelungsprodukte beim Ver- festigungprozess bzw. beim Rosten ist von vvesentlicher Bedeutung fiir Anschwellen und fiir den Zerfall der Pellets der Zerfall des Pyrites in Pyrotin. Mit den beschriebenen mineralogisch mikroskopischen Untersuchungen ist die primare Amvesenheit von Pyrotin im inneren der Pellets auch bei den oxydirenden Bedingungen beim Rosten bewiesen. Die Folge davon ist eine unge-bundene Gasphase des Pyritzerfalles, welche bei den Rost-temperaturen hohe Spannungen ps, sehr voluminose und grobkornige Formen der entstehenden Pyrotinphase, und nicht zuletzt auch die Umstellung der Raumkristallgitter bei der Umvvandlung verursacht. Eine Zusammenfassung aller dieserer Ereignisse im inneren der Pellets ist geniigend fiir dessen Zusammen-bruch. Der Grundzvveck dieser Untersuchungen, die Einfiih-rung der vorgehenden Pelletisierung der Pyritkonzentrate vor dem Rostprozess hat praktisch keine aplikative Bedeutung. SUMMARY Investiigations on possihility of harderuing grean pyrite pellets were made because of complex research on appli-cability of iron substance in pyrite concentrates, and by a possible application of such technology in existent in-dustrial plants. Strength of green pellets does not differ from the values expected. Drying up to 350° C increases strength to about 4 kp/pellet. In the temperature interval between 400 and 600° C pellets start to swell, and perceptible cracks appear. Volume of pellets further increases with the in-creasing temperature at simultaneous disintegration of pellets and complete loss of their strength. Neither the binding agent in green pellets nor pellet size influence the disintegration process at high temperatures. The most important chemical reaction for swelling and disintegration of pellets in the process of desulphu-risation of pyrite and oxydation of these products is the transformation of pyrite into pyrrhotite. The described tests and mineralogical microscope inve-stigations confirm primary presence of pyrrhotite inside the pellet also in oxidative conditions of roasting. Transformation reaotion causes evolution of gas, thus high pressure pSj appears at the roasting temperatures influ-encing formation of voluminous and coarse-grained pyr-rhotite phases and finally also rearrangement of space lattices. The sum of these phenomena inside the pellet is sufficient to disintegrate it. Basic intention of investigations to apply pelletizing of pyrite concentrates before roasting has no practical industrial value. 3AKAK)qEHHE HccAeAOBaHHa o bo3mo»hocth ynpoypauHio nHpiiTa H OKCHAHposaHHe npoAyKTQB AecyAbc})ypaqHH npn npouecce ynpoMHeHH«, othoc. ot»atra c npoueccoM pa3AoaceHHa impHTa b nHppoTiiH, HMeHHo nocAeAHHfi HMeeT cymecTBeHHoe 3HaqeHHe Ha Ha6yxaHHe OKaTbiuiefi. C OnncaHHblMH H, npH nOMOIIIH MHHepaAOniMeCKO-MHKpOCKOn«-lecKHMii HccAeAOBaHHHMH AOKa3aHO HaAirffie nappoTeHa b BHyrpeH-HOCTH OKaTbiuiefi TaKHCe npH yCAOBHHX OKHCAHTeAbHOTO OTHCJira. Ha-6yxaHHe irpeACTaBAaeT coCoft pe3yAbTaT ocboSojkachhh ra3OBO0 a3bi npH pa3A05KeHHH nnpHTa b cbh3h c noHBAemieM 3HaiHTeAbHbix na-npaJKeHHft Ps2, o6beMHCToii u KpynH03epiiHCT0fi <}>opMbi o6pa3oBaB-iueftca a3bi roippoTeHa h, MeacAy ocTaAbHbiM, TaKace neperpyniiHpo-BaHiie np0CTpaHCTBeHHbix KpHCTaAAimecKHx pemeTOK npn npeo6pa-30BaHHH ceni. CoieTaHHe scex 3thx HBAemoi bo BHyTpeHHocTH oKaTbimefi AocTaTOiHO aah hx pa3A0»eHH«. BbinoAHeHBiMH HccAeAOBaHHHMH AOKa3aHo, KHry KoimeHrpaTOB irapHTa He HMeeT 3haqehhe aah npHMeneHHji h npombiuiaehhocth. Proizvaja: debelo, srednjo in tanko pločevino dinamo trakove hladno valjane trakove vlečeno, brušeno in luščeno jeklo vlečeno žico vlečeno žico — patentirano pleteno patentirano žico za prednapeti beton hladno oblikovane profile cestne varnostne ograje jeklene podboje za vrata dodaj ni material za varjenje: — oplaščene nelegirane elektrode za obločno varjenje — oplaščene nizkolegirane elektrode za obločno varjenje — oplaščene visokolegirane elektrode za obločno varjenje — oplaščene elektrode za navarjanje — oplaščene posebne elektrode za obločno varjenje — žice za plamensko varjenje — žice za varjenje v zaščitnem plinu — žice za avtomatsko obločno varjenje pod praškom — praški za avtomatsko varjenje — tehnični plin ARGON žičnike jekleni sekanec Pogoji nastajanja in izločanja oksidnih vključkov iz jeklene kopeli UDK: 621.746.62:620.18 ASM/SLA: M 284, 9-69 Vasilij Prešern V članku so opisani teoretični pogoji nastajanja, rasti in izločanja oksidnih vključkov iz tekočega jekla. Podani so termodinamični pogoji za nastajanje prvih kali in potrebne okoliščine za nadaljnjo rast in izločanje oksidnih vključkov. Pri opisovanju izločanja vključkov so poleg kinema-tičnih pogojev upoštevani še vplivi različnih fizikalnih dejavnikov, kot oblika vključkov, agregatno stanje vključkov, adsorbcija površinsko aktivnih primesi, medfazne napetosti v sistemu tekoče je-klo-oksidni vključek-žlindra,... Teoretične študije so ponekod dopolnjene s praktičnimi primeri. UVOD Po dodajanju dezoksidantov v jeklo se tvorijo oksidi kot dezoksidacijski produkti. Najpogostejše oblike teh oksidov so A1203, Si02, MnO, Ti02,... Da dosežemo dobro kvaliteto jekla, je potrebno, da se večina teh oksidov odstrani. O mehanizmu nastajanja vključkov in o njihovem odstranjevanju je precej različnih mnenj. Jasno pa je, da so to kompleksni problemi in prav zato je verjetno zelo težko postaviti nelke teoretične parametre, ki bi upoštevali vse možne vplive. Na obnašanje vključkov pa predvsem vplivajo temperatura taline, oziroma njena viskoznost, agregatno stanje vključka in površinske napetosti med vkljuoki in talino, oziroma žlindro. V nadaljevanju so opisane teoretične osnove nastajanja, rasti in izločanja oksidnih vključkov, površinske napetosti na faznih mejah,... na izločanje vključkov. 1. Nukleacija oksidnih vključkov v tekočem jeklu Po klasični teoriji je potrebno delo, da lahko nastane delec, naslednje: AG = 4it rV + — n:r3 3 AG0 V (1) je polmer najmanjšega skupka molekul nove faze, ki bo spontano rasla. Ta radij dobimo z odvajanjem enačbe (1) v ekstremu krivulje AG (r): 2o-V . dG n --pri — = 0 AG„ dr (2) Potrebno delo za nastanek takega delca pa je: 16t:(73v2 AG + _ 3 . AG„2 (3) Minimalno delo, ki je potrebno, da se tvori kritični prvi delec iz taline je AG+. Nova faza se lahko tvori le v prenasičeni talini. Po Doringu in Buckleju, katerih trditve privzemajo tudi drugi avtorji1,2'3,4, je potrebna stopnja prenasiičenja podana z izrazom: I = A„exp (— AG+ /ikT) kjer pomeni: I = nukileoni/om3. s A0 = konstanta 1027/cm3. s) k = Boltzmannova konstanta (erg. st~1) (4) V3 BO 60 tO. 20 cr = površinska napetost med osnovo in novo fazo r ■ polmer delca AG„ = razlika v Gibbsovi prosti entalpij i med osnovo in novo fazra V = molarni volumen nove faze Na sliki 1 je prikazana odvisnost proste tvorbe-ne entalpije od velikosti deilca. Kritični polmer r+ Mgr. Vasilij Prešern, dipl. inž. metalurgije, samostojni raziskovalec Metalurškega inštituta v Ljubljani. -20 -40 4Tr*d ~ AG* / 4T jAGi \ \ ~Tr v \ 1 i i i i i V i i 6 a KI 12 Polmer delcev (r) - 16 W Slika 1 Odvisnost proste tvorbene entalpije od velikosti delca Fig. 1 Relationship between free enthalpy of formation and the particle size Za heterogene nukleacije, to je kadar se tvorijo kaili s pomočjo drugih vrst delcev, veljajo spremenjene enačbe1,4'5: AG£ = AG+ . f (0) (5) Stični kot med nukleonom in podlago je 0: f (0) = —. (2 + cos ©) (1 — cos 0)2 4 Število nukleonov je sedaj: Ihet = B . f (0)1/6 exp (- AGh+/k. T) (6) (7) Stopnjo prenasičenja taline dobimo s pomočjo naslednje enačbe6: AGkali = ■ RT In — K (8) K — 'topnostmi produkt dejanske reakcije dezoksi-dacije Ka — topnostmi produkt prenasičene raztopine Ze majhne spremembe v stopnji prenasičenja a K povzročajo veliko večje spremembe v pogostosti nukleacije. V odvisnosti od stopnje prenasičenja je Kniip-ped6 podal srednji polmer kaili rk: rk = 2o-c,. M (9) p. RTln (cr/c) cr/c = prenasičeoje p = gostota vključka (gcm-3 — še v tekoči fazi) crsl = srednja specifična prosta površinska energija med talino in kalijo (ergom~2) Zaradi medfaznih napetosti imajo kristalčki v primerjavi z večjimi kristali višji kemični potencial in torej prej lahko tvorijo kal. Iz enačbe (9) je razvidno, da je srednji polmer rk kali tem manjši in zato verjetnost tvorbe kali tem večja, čim večje je prenasičenje. Predpostavimo, da se v eni sekundi tvori na en kubični centimeter taline en nuikleon (1 = 1); tedaj lahko dobimo AG0 za kritično prenasičenje: ag+ = 3 • AG02 1 = 1= Aoexp (—AG+ /k. T) in sledi, da je k . T . log A„ AG+ = 2,303 (10) S kombiniranjem enačb (3) in (10) dobimo: AGC = — 6,2 . V . !/2 (H) ^k . T . log A0J (minus je zato, ker ima le negativen AG fizikalni pomen) Z vstavitvijo enačbe (11) v enačbo za prenasičenje (8) dobimo: . Ka 2,7. V log — =- K RT Vk-T.logA,, 1/2 (12) Iz enačbe se vidi, kako važne so površinske napetosti med talino in kaljo, saj je potrebno prenasičenje raztopine odvisno od tretje potence površinskih napetosti. 2. Rast vključkov Ko vključek prične rasti, to je pri t = 0, sta kisik in dodani dezoksidant homogeno razporejena po tekočem jeklu. Domnevamo, da so vsi nukle-oni enaki po velikosti in enakomerno razporejeni, že kratek hip po nukleaciji se na fazni meji med vključkom in talino vzpostavi ravnotežje. Rast vključka bo od tega trenutka dalje odvisna le od difuzije reaktantov na površino vtključka. Naj bo število rastočih vključkov konstantno (Z na cm3 = = ikonst.) in vsak vključek naj ima svoje krožno difuzijsko območje z radijem r0 (slika 2): r„ = I ——)1/3§3 0,62.Z-I/3 (13) 4itZ Turkdogan2 je postavil naslednje mejne pogoje za difuzijiski proces: (i) C = C0, r; < r < r0, t = 0 (M) C = Ci,r = ri,t>0 dc (hi) — = 0,r = r0,.t > 0 dr r, - trenutni polmer rastočega vključka r0 - polmer krožne difuzijske celice Slika 2 Difuzijsko območje (s polmerom r) rastočega delca (s polmerom r,) Fig. 2 Diffusion region (radius r) of growing particle (radius Ti) kjer pomeni: C = koncentracija kisika v jeklu (gatom kisika cm—3), indeks „ je za začetno sestavo, indeks j pa za koncentracijo v ravnotežju z dezoksidaeijskim produktom r = krožna razdalja od sredine naraščajočega vključka Ham7 je s pomočjo teh mejnih pogojev dobil enačbo: n = rn c„-cmy/3 (14) (15) ri - 0,379 . rQ . (/o/o 0/o - /% 0/J1/3/cm/ kjer je /% 0/o — /% 0/m zmanjšanje koncentracije kisika v času t. 3. Izločanje vključkov Kadar v talini ni močnih konvektivnih preme-šavanj (Re < 1), se hitrost dvigovanja trdnih Vključkov določa s Stokesovo enačbo2'8,9: v= 2 Pm-pttli r2 9 -H (16) g = pospešek prostega pada Pm — Pvkij — razlika v gostotah med tekočim jeklo/m in vključkom r) = viskoznost jekla r = polmer vključka Gurevič in Stroganov8 sta za vkijučke z r = = 20.10 ^ cm izračunala v — 2,18.10~2 cm/sek, za vkijučke z r = 2,5.10 4 pa v = 0,034.10 —2 om/sek, če sta v enačbo (16) vstavila: —2 g = 981 cm/sek pm = 6,9 g cm-3 Pvkij = 3,9 g cm-3 Tjm = 0,030 g. om . sek Ista avtorja sta podala 'tudi izraz za izračun hitrosti, kadar gre za konvelktivna premešavanja (1 < Re < 5). Minimalna hitrost itodca kopeli, ki je potreben, da je možno odnašanje Vključkov s premerom dvklj, je: 2 4 1 „ A Pm Pvkij 3 f Pm Pri turbolentnem gibanju (Re > 5) pa velja enačba: S ■ (Pvkij — Pm)l1/2 v2 = k. Pvkij T (18) Za velike Vkijučke je po Leviču10 hitrost dvigovanja: \l/2 (19) v = f4 ' Pvk'j'g" ""V' l k-Pm2 J Cs = koncentracija kisika v vključku (gatom kisika . cm-3) Cm = koncentracija snovi, ki difundira (velja, da je Tj < < r0) Ham je za Cs privzel neko srednjo vrednost za oksidni vključek Cs = 0.08 gatomov kisika. cm—3. Če namesto koncentracije kisika v gatomih . cm—3 uporabimo kar utežne odstotke in enačbo primerno preuredimo, dobimo: cr = medfazna naipetost na meji jeklo — vključek k = koeficient, ki ureja enote Hitrost dvigovanja v tem primeru torej sploh ni odvisna od velikosti vključka, močno pa je odvisna od medfazne napetosti, ki je odvisna predvsem od vrste, pa tudi od oblike Vključka. 3.1 Vpliv oblike vključka S Stokesovim zaikonom računamo hitrost okroglih delcev. Drugačne oblike deilcev pa imajo različne hitrosti, kajti upor, Iki ga delec pri izločanju povzroča, je zelo odvisen od geometrijske oblike delca. Najmanjši upor je pri okroglih delcih; oglati in ploščati imajo večji upor in zato tudi manjše hitrosti dvigovanja. Vpliv oblike Vključka pa je odvisen tudi od velikosti vključka. Pri manjših vključkih je vpliv oblike površine bistveno večji kot pri večjiih vključkih. 3.2 Vpliv kritičnega števila nukleonov na izločanje vključkov Oksidni nukleoni se tvorijo pri reaikoiji dez-oksidacije s procesom homogene nukleacije v predelih, ki so bogati z raztopljenim dezoksidantom. Prenasičenje v jeklu po dodatku dezoksidanta ni primerno za homogeno nuMeacijo Vključkov in zato se v primeru, da je Z < Zm (Zm = kritično število nukleonov), tiranijo relativno veliki Vključka, ki hitro splavajo iz taline, vendar ostane v talini še precej nevezanega kisika. Odnos med Zm, poprečnim kisikom v jeklu in časom po dodatku dezoksidanta je po Turkdoganu2 prikazan na sliki 3. Sli- •——Število nukleonov Z [nukltoni cm3]- Slika 3 Odvisnost celotne vsebnosti kisika v jeklu od Števila nukleonov in časom po dodatku dezoksidanta1 Fig. 3 Relationship between the overall oxygen content in steel and the number of nuclei and the tirne after the deoxy-dation agent was added2 ka velja za začetno vsebnost kisika v jeklu 0,05 % in globino jeklene Ikopeli L0 = 200 om. Kritično število nukleonov je ustrezno minimumu na sliki 3. V primeru, da je Z < Zm, so levo od minimuma vsebnosti prostega kisika v jeklu skoraj brez vključkov. V primeru, da je Z > Zm, pa Vključki relativno hitro dosežejo končno velikost. Vendar so majhni in zato flotacija težko in počasi poteka (po Stoke-sovem zakonu je hitrost proporcionalna kvadratu polmera Vključkov). Zato ostane v jeiklu veliko vključkov. Krivulje desno od minimuma pomenijo torej poprečno vsebnost kisika v vkljuokih, če je bilo jeklo dezofcsidirano do ravnotežja. Na število nukleonov Z >se da vplivati s količino dezoksidanta, ali je dezoksidant dodan kot fero-zlitina ali kot čista kovina; kritično število nukleonov je odvisno tudi od globine kopeli, razpoložljivega časa, kisika, ki ga je potrebno odstraniti ter tudi od medfaznih napetosti med jeklom in vključ-kom. Dejstvo pa je, da lahko učinkovitost dezoksi-dacije in s item boljšo odpravo predvsem manjših vključkov dosežemo tudi z umetno ustvarjenim gibanjem taline. 3.3 Vpliv agregatnega stanja Izločanje tekočih okroglih vključkov v enokom-ponentai talini poteka po enačbi9: y = 2_ (pm — Pvkij) ■ g. r2 Tj + -n' TI 2t) + 3 ti' (20) Viskoznost tekočih oksidnih vključkov je večja kot viskoznost železa in pri t)' > 1P dobimo iz enačb (16) in (20) približno enake hitrosti. Hitrost nekaterih zelo dobro tekočih silikatov železa in mangana (ti'^2 0,05 P) je po enačbi (20) za ca. 20 % večja kot po enačbi (16). 3.4 Vpliv površinsko aktivnih primesi Adsorbcija površinsko aktivnih primesi, ki so prisotne v jeklu, npr. S, P, Mn, Si, C,... vpliva na hitrost izločanja tekočih vključkov. Vpliv se vidi iz enačbe9: v =2. (Pm — Pvklj) • g • r2 T) + Ti' + Y (21) 3 -o ' 2ti + 3in' + 3y Y = koeficient zaviranja V odvisnosti od velikosti in hitrosti adsorbcije ima koeficient zaviranja vrednosti od y = 0 do Y »'o + T]', to je, kadar se tekoče kapljice dvigujejo kot trden delček. Odvisnost y od površinskih lastnosti in od hitrosti adsorbcije podaja naslednja zveza: T = 2. r„ der 3 . a . r drn (21 a) ro = ravnotežna adsorbcija pri koncentraciji površinsko aktivne snovi C„ a = sikupna hitrost adsorbcije, določena z razliko med hitrostjo adsorbcije dO, . .. dQ2 - in desorbcije - d-r d-c Po Gibbsu je: C0 da- r„ = R. T dCn (22) in: do- = — ro. R . T . dC„ (23) S kombinacijo enačb (21 a) in (23) dobimo: _ 2_ ro2. R . T dC0 ~ 3 ' a . r . C„ "dE (24) 4. Vpliv medfaznih napetosti na zmanjšanje nekovinskih vključkov v jeklu Ker imamo opravka s tekočo kovino, z žlindro in z vključki, nastopajo napetosti med kovino in nekovinskimi vključki, med kovino in žlindro ter med žlindro in nekovinskimi vključki. 4.1 Sistem kovina-nekovinski vključek Medfazne napetosti določujemo po enačbi: f vklj-k = "Vkij — °k • cos 0, (25) Površinske napetosti vključkov so za razne okside zelo različne n.12'13: o" sio2 = 245 erg . cm-2 o-a,2o3= 900 do 945 erg . cm—2 o- zr02 = 640 erg. cm-2 Kot 0, med vključkom in kovino je sorazmerno velik in je npr. za vključke Si02, Zr02 v jeklu, bogatemu z Ni, med 82° do 92°. Za vključek sestave Fe0-Mn0-Fe203 je medfazna napetost med jeklom in vključkom 180 erg . cm—2, za vključke FeO-MnO--Si02 (do 25 %) je cr = 500 erg. cm—2, za vključke Ca0-Al203-Si02 pa tudi 1000 in več erg . cm—2. Medfazna napetost med jeklom in vključkom ima velik vpliv na hitrost izločanja manjših vključkov. Prav medfazna napetost je vzrok, da se vključki na bazi A1203 bolje izločajo kot Si02, ker imajo vključki A1203 v primerjavi s Si02 na fazni meji vključek — jeklo večje medfazne napetosti, čeprav ima A1203 večjo gostoto in bi se moral po Stokeso-vem zakonu slabše, oziroma počasneje izločati. Povečanje medfazne napetosti in zmanjšanje adhezi-je na površini vključka omogočata povečanje hitrosti dvigovanja vključka, ker se zmanjša trenje. 4.2 Sistem kovina-žlindra Medfazne napetosti lahko določujemo z enačbo 14, 15 ; ffk-ž - (ffk2 + ffž2 — 2 . . (Tk . cos e2) 1/2 (26) nekateri avtorji15 pa računajo z enačbo: 0"k—ž = °k — c Ž • cos 02 (27) Grafičen prikaz enačbe (27) je na sliki 4 — vendar smo predpostavili, da je stična ploskev med kovino in žlindro ravna in da je zato kot P = 0. Površinske napetosti za nekatere žlindre so: CaO-AiA = 520 ~ 660 erg . cm-2 ff ANF—6 (EPZ - žlindra) = 260 erg • CaO—AI3O3—T1O2 (io %) =515 erg . cm-2 0" bele žlin. ep = 400 erg . cm-2 Stični kot ©2 med jeklom in žlindro je navadno oster in je npr. za bele žlindre iz elektro peči med Slika 4 Shema površinskih napetosti med žlindro in tekočo kovino Fig. 4 Scheme of surface tensions betvveen the slag and the molten metal 4.3 Sistem nekovinski vključek-žlindra Medfazno napetost med vključkom in žlindro računamo po enačbi: C vklj -ž = °v —0"ž ■ cos ©3 (28) Kot med žlindro in površino trdnega vključka je vedno oster in vedno zelo majhen v primeru oksidnih vključkov. Zato enačbo (28) lahko poenostavimo in pišemo17: ff vklj - ž = ffv — (29) Za Vključke A1203 v žlindrah17 s CaO, A1203 in dodatki Ti02, Zr02, MgO in NaF je kot 03 med 0 in 13°, za Si02 vključke pa med 0 in 18°. 4.4 Sistem jeklo-nekovinski vključek-žlindra Žlindre lahko sprejmejo vključke le, če je sprememba proste energije AG negativna. Sistem jeklo — nekovinski vključek — žlindra je shematsko prikazan na sliki 5 in za tak sistem velja: AG = —4 .7t .r2. m ( crvkij.ž oziroma, ko je ffk_ž—0. Prehod je lažji, če je kontakt med žlindro in vključkom večji, vidi pa se tudi precejšen vpliv velikosti Vključka na vrednost za spremembo proste energije. ZAKLJUČEK V članku so opisane teoretične osnove za nu-kleacijo, rast in izločanje Oksidnih vključkov. Prikazane so termodinamične zahteve, da pride do nu-kleacije, podane so difuzij ske enačbe in mejni pogoji, ki narekujejo rast vključkov. V mirni homogeni talini se vključki izločajo po Stokesovem zakonu in je hitrost dvigovanja odvisna predvsem od velikosti vključkov; pri Re > 1 pa vpliv velikosti vključkov ni več tako pomemben in prav zato je potrebno premešavanje taline — lahko že v pečeh z indukcijskimi mešalci ali pa v ponovci, npr. z argonom, da dosežemo boljše izločanje majhnih Vključkov. Prikazali smo vpliv števila nukleonov na rast in število vključkov, s tem pa tudi na končno vsebnost skupnega kisika v jeklu. Iz slike 3 je razvidno, da je npr., pri globini jeklene kopeli 200 cm in začetni vsebnosti kisika 0,05 % potrebno število kali 104/cm3 in čas po dodatku dezoksidanta ca. 20 minut, da je končna vsebnost kisika v jeklu ca. 0,001 V nadaljevanju so opisani vplivi raznih dejavnikov na izločanje Vključkov: oblika Vključkov, agregatno stanje vključkov in vpliv površinsko aktivnih primesi v jeklu, kot so S, P, Mn, Si, C, ki zmanjšujejo hitrost izločanja Vključkov. V zadnjem poglavju pa so prikazani vplivi medfaznih napetosti na zmanjšanje nekovinskih Vključkov. Proučili smo te napetosti v sistemu kovina — nekovinski vključek, kovina — žlindra in sistemu jeklo — nekovinski vključek — žlindra. Prehod vključka iz jekla v žlindro je mogoč le, če je a vklj - ž- Literatura: 1. Turpin M. L., Elliot J. F.: Nucleation of oxide inclusions in iron melts, Journal of the Iron and Steel Institute (London), March 1966, 217—225. 2. Turkdogan E. T.: Nucleation, grovvth, and flotation of oxide inclusions in liquid steel, Journal of the Iron and Steel Institute, September 1966, 914—919. 3. Povolockij D. J., Kožeurov V. A., Rošin V. E.: O vlija-nii poverhnostnih svojstv na udalenie nemetalličeskih vključenij iz židkoj stali, Izvestija visših učebnjih za-vedenij, Černaja metallurgija (Moskva), 1967, No 11, 20—24. 4. Lacmann R.: Volmersche Keimbildungsteorie, Kinetik metallurgischer Vorgange bei der Stahlherstellung (Dii-sseldorf) Verlag Stableisen M. B. H., 1972, 400-^120. 5. Hirth J. P., G. M. Pound: Condesation and evaporation. Nucleation and grovvth Kinetics, Oxford Press, 1963. 6. Kniippel H.: Desoxydation und vakuumbehandlung von Stahlschmelzen, Verlag Stahleisen M. B. H., Dusseldorf, 1970. 7. Ham F. S.: J. Phys. Chem. Solids, 1958. No 6, 335—351. 8. Gurevič J. G., Stroganov A. I.: Izmenenie soderžanija nemetalličeskih vključenij v židkoj stali v processe dh vsplivanija, Izvestija visših učebnjih zavedenij, Cernaja metallurgija (Moskva), 1967, No 7, 41—45. 9. Popel S. I., Derjabin A. A.: Faktori, vlijajošie na sko-rost vsplivanija vključenij v stali, Izve9tija visših učeb- njih zavedenij, zavedenij, Cernaja metallurgija (Moskva), No 4, 25—29. 10. Levič V. G.: Fiziko-himičeskaja gidrodinamika, Moskva, Fizmatgiz, 1959. 11. Kingery W. D.: Role of Surface Energies and Wetting in Metal-Ceramic Sealing, American Ceramic Society Bulletin, 1956, 35, No 3, 108—112. 12. Allen B. C., Kingery W. D.: Tran. AIME, 215, 1959, 30. 13. Kozakevitch P., Olette M.: Role des phenomenes super-ficiels dans le mechanisme d'elimination des inclusions solides, Revue de Metallurgie (Pariš), Octobre 1971, 635—646. 14. Akira Adachi, Kazami Ogino, Naoshi Iinone: Measure-ment of Interfacial Tension betvveen Molten Grafite Saturated Iron and CaO-SiO,-Al,Oj Slags, Journal of The Iron and Steel Institute Japan (Tokio), 1963, 49, No 10, 1331—1332. 15. Smoljarenko V. D., Jakušev A. M., Edneral F. P.: Mež-faznoe natjaženie na granice železo-izvestkovo-glinoze-mistie šlaki s dobavkami Si02, MgO, i Na3AlF6 pri 1600° C, Izvestija visših učebnjih zavedenij, Cernaja metallurgija (Moskva), 1965, No 3, 36—40. 16. Jakušev A. M., Smoljarenko V. D., Edneral F. P.: Mež-faznoe natjaženii židkoj stali na granice s beljim Slakom elektroplavki, Izvestija visših učebnij zavedenij, Cernaja metallurgija (Moskva), 1966, No 11, 35—38. 17. Evseev P. P., Filippov 5. F.: Vlijanie mežfaznih javlenij na očišenie metalla ot nemetalličeskih vključenij, Izvestija Akademii Nauk SSSR, Metalli (Moskva), 1968, No 3, 57—64. ZUSAMMENFASSUNG Im Artikel sind die theoretischen Bedingungen fiir die Entstehung, das Wachsen und Ausscheiden oxydischer Einschlusse beschrieben. Nach den thermodynamischen Gesetzen ist der kritische Halbmesser, das heisst der kleinste Durchmesser einer Molekiilgruppe, vvelche spontan aufvvachst gleich: 2 . cr . V r* =-- AG„ Die notige Arbeit fiir die Entstehung eines solchen Teilchens ist 16.II.tr3. V3 G* =-2— 3 A Go Das Wachsen des Einschlusses ist nach der beendigten Nucleation nur von der Diffusion der Reaktante auf die Oberflache des Einschlusses abhangig. Es hat sich gezeigt, dass fiir einen voriibergehenden Halbmesser eines vvach-senden Einschlusses die folgende Abhangigkeit gilt: /C0-Cm\1/3 Die Ausscheidungsgeschvvindigkeit der Einschlusse ist vor allem von der Grosse der Zahl fiir Re abhangig. Bei Re < 1 gilt die Gleichung (16) bei 1 < Re < 5 gilt die Glei-chung (17) bei der turbolenten Radbevvegung Re > 5 die Abhangigkeit (18). Der Einfluss der Form, des Aggregatzustandes des Einschlusses und der oberflachenactiven Elemente (S, P, Mn, Si, C ...), vvelche alle die Ausscheidungsgeschvvindigkeit der Einschlusse behindern, ist gezeigt. Am Ende des Artikels ist der Einfluss der Zvvischen-phasenspannung auf die Verminderung der nichtmetal-lischen Einschlusse im fliissigen Stahl gezeigt. Die Schlacke kann die Einschliisse aufnehmen, wenn die Umanderung der freien Energie negativ ist: A G = — 4.n.rJ.m (<7einsc-m+ c m-s— Oeinsc-s) Es folgt aus der Gleichung, dass ein Obcrgang des Einschlusses aus fliissigem Stahl in die Schlacke mur moglich ist, vvenn 5) relationship (18) can be applied. Influence of the inclusion shape, of its state, and of surface active impurities in steel (S, P, Mn, Si, C ...) in-hibiting precipitation of inclusions is presented. At the end of the paper, influence of interphase pres-sure on reduction of non-metallic inclusions in molten steel is shown. Slag can accept inclusions if the change of free energy is negative: A G = — 4 . II . r2. m (cincl.—m + 'incl—s. 3AKAIOTEHHE B CTaTbSe paccMOTpeHbi TeoperiMKHe ycaobhh o6pa30BaHHH, pOCTa H BbiAeAeHHH OKCHAHbIX BKAIOHeHHH. tlpH nOMOUIH TepMOAH-HaMHwecKHx 3aKOHOMepHocTeft onpeAeAHAH, mto KpHTir-KHKini pa-AHyc, t. e. HaHMeHMimiH paAiiyc HaKonAeHHH MOAeicyAb paBHaercsi: 2.ff. V r* =--- A G0 3aTpaTa paSora Heo6xoAHMoe aah 06pa30BaHHa TaKoS ^acTHijM cocTaBAseT: 16 . n. cr3. V2 g* =- 3AG2 Pocr OKCHAHOrO BKAJOHeHHH nO OKOmaHHH HyKAeaUHH 3aBHCHT TOAbKO OT AHl}> 5) - 3aBHCHMOCTb (18). Ha bbiaeaehhe okchahmx bkaio-4enHH paccMOTpeHbi TaioKe baiihhhh: oopMa bkaiomchiih, arperaTHoe COCTOHHHe H COCTOHHHe ITOBepXHOCTH aKTHBHbIX npHMeceft B CTaAH (S, P, Mn, Si C,.. .), KOTopme Bce 6e3 HCKAioqeHHa npenaTCTByioT ŠblCTpOTe BbiAeAeHHH OKCHAHbIX BKAKMeilHH. IlpHBeAeHo BAHnaHHe Meata30Bbix HanpnaceHHiS Ha CHJOKeHHe HeMeTaAAHiecKHx bkahjhchhh b pacnAaBAeHHoft CTaAH. IIlAaK b co-CTOHHHH aScopSnpOBaTb BKAK)qeHH3 eCAH H3MeHeHHe CBoSOAHOft 3HeprHH OTpunaTeAbHoe. A G = — 4.n.r2.m (mchsih H3 pacnAaBAeH-hoh ctaah b niaak b03m05keh TOAbKO b CAyqae eCAH.' ffBKA.-pacn. 4- crpacn.-iiuaK > OBKA.-iiiAaK. KOVINSKI PODBOJ ZA VRATA NOVI IZDELEK ARHITEKTI! PROJEKTANTI! INVESTITORJI! GRADBENIKI! UPORABA KOVINSKIH PODBOJEV Sodobna tehnika v gradbeništvu, posebne zahteve na specializiranih objektih, ter ne nazadnje vse večje pomanjkanje lesa so bili osnovni vzroki, da so gospodarsko razvite države vpeljale in vse bolj uporabljajo kovinske vratne podboje. Največji porast je narekovala gradnja večjih stanovanjskih naselij, ki omogočajo uporabo moderne tehnologije in s tem pocenitev gradnje. Pri tem se znatno zmanjšujejo obrtniška dela. Veliko prednost pri gradnji imajo kovinski podboji. Pri uporabi kovinskih in drugih opažev in predvsem tunelskih, se kovinski podboj vgradi med opaž, nato se zalivajo stene in stropi z betonom. Vlaga pri tem ne škoduje podboju, saj je protikorozijsko zaščiten s plastjo fosfatov in osnovnega laka. Zapiranje vrat pri kovinskih podbojih je mehko in neslišno, ker krilo nalega na tesnilo iz gume. Zahteva po kovinskem podboju se pokaže tudi pri zgradbah za posebne namene kot so: — bolnišnice — zdravstveni domovi — šole in varstveni domovi — javne zgradbe in drugo. V teh primerih se kažejo prednosti kovinskih podbojev, zaradi: — lažjega čiščenja in dezinficiranja — onemogočajo možnosti razmnoževanja zajedalcev, plesni, mikrobov itd., ker imajo podboji boljši stik z zidom — večje odpornosti proti mehanskim poškodbam. Po posebni zahtevi je možno izdelati tudi podboje iz nerjavečega jekla. Naštete prednosti nudijo zadovoljstvo tudi pri vgradnji v stanovanjske objekte. Kovinske podboje izdelujemo na modernih linijah, ki omogočajo točne dimenzije podbojev. Mokromontažni, tunelski in sestavljivi podboj je razvit v našem razvojnem oddelku v sodelovanju z vodilnimi evropskimi proizvajalci, kakor tudi naše lesne in gradbene industrije, ter projektantskimi organizacijami. Razvoj seveda ni končan in zato vas prosimo za sodelovanje pri razvijanju še boljših kovinskih podbojev. Kovinske vratne podboje izdelujemo v različnih variantah, predvsem pa: navadne (mokromontažne) tunelsko in suhomontažne, po želji tudi z nadsvetlobo Uporaba rastrske elektronske mikroskopije pri raziskavah lede buritnih orodnih jekel UDK: 620.187 : 669.15-194.58 ASM/SLA: TSh, M 21 e Jože Rodič Rastrska elektronska mikroskopija (REM) predstavlja novo in zelo zanimivo področje, ki ima velik pomen za raziskave visokolegiranih orodnih jekel ledeburitnega tipa. Opisana je uporabnost REM pri raziskavah značilnosti in morfologije prelomov, pri raziskavah mikrostruktur na jedkanih metalo graf s kih obrusih, pri študiju karbidnih izolatov in konfiguracije površine preizkušancev po elektrolitski izolaciji. Za povezavo z dokumentacijo klasičnih meta-lografskih preiskav so bile izvršene REM preiskave po sistemu matričnega programa za vse variante toplotne obdelave, od žarjenega in izrazitega podkaljenega stanja do popolnega pregretja na izjemno visokih temperaturah avstenitizacije, od nizkotemperaturnega do visokotemperaturnega popuščanja pri enakih stopnjah direktne povečave. V članku so navedene samo glavne zanimivosti iz tega obširnega programa in podani predlogi za tipizacijo pogojev preiskovanja pri nadaljnjih raziskavah tovrstnih jekel. UVOD Najpomembnejša prednost rastrske elektronske mikroskopije je velika globinska ostrina tudi pri velikih povečavah, ki nam pri posnetkih prelomnih površin mikromorfoloških preiskav odkriva značilnosti morfologije v odvisnosti od makro in mikrostrukture. Razumljivo je, da je že zaradi tega želja po uporabi te metodike upravičena posebno pri raziskavah ledeburitnih orodnih jekel, pri katerih je stopnja heterogenosti strukture zelo odvisna od pogojev izdelave, predelave in toplotne obdelave jekla. Podobne možnosti nudi pri mikro-fraktografskih preiskavah tudi presevni elektronski mikroskop, ki ima celo nekatere prednosti, vendar je rastrski elektronski mikroskop večkrat primernejši zaradi preprostejše priprave preizkusnih vzorcev in možnosti neposrednega opazovanja večjih površin, kar predstavlja veliko prednost v neposredni povezavi s klasičnimi metalo-grafskimi preiskavami. Zgradbo in način delovanja rastrskega elektronskega mikroskopa je v Železarskem zborniku1 že Jože Rodič je diplomirani inženir metalurgije in vodja službe za razvoj tehnologije, izdelkov in metalurške raziskave v Železarni Ravne. opisal S. Kimoto, zato lahko povzamemo1—4 le nekaj najpomembnejših ugotovitev in osnovnih informacij: Rastrski elektronski mikroskop, ki ga bomo v nadaljnjem imenovali kar s kratico REM (nemško: Raster Elektronen Mikroskop, angleško: Scanning electron microscope, francosko: Micro-scope electronique par balayage), deluje v principu enako kot nam bolj poznani elektronski mikroana-lizator. REM lahko postane elektronski mikroana-lizator v splošnem pomenu, če omogoča rentgensko spektroskopijo. Začetki razvoja REM segajo skoraj tako daleč nazaj kot razvoj običajnega transmisijskega elektronskega mikroskopa. Kljub temu pa je REM postal trgovsko uporaben instrument mnogo kasneje kot elektronski mikroanalizator in se širše uporablja šele v obdobju zadnjega desetletja. V REM bombardiramo vzorec s finim fokusi-ranim elektronskim snopom, katerega presek zmanjšujeta elektromagnetni leči. Snop s premerom reda velikosti 100 A ali manj udarja le ob eno točko vzorca, zato moramo zbrati podatke s številnih točk, da dobimo podobo površine vzorca. Bistveni signal, ki ga daje bombardiranje vzorca z elektronskim snopom, so pri REM sekundarni elektroni, pri elektronskem mikroanalizatorju pa rentgenski žarki. Med običajnimi načini delovanja je rastriranje elektronskega snopa po površini vzorca. Hkrati poteka tudi rastriranje na katodni cevi, ki je sin-hronizirana z elektronskim snopom tako, da vsaka točka na katodni cevi ustreza točki na vzorcu. Imamo seveda različne načine delovanja — črtno rastriranje, stacionarno obsevanje določenega mesta, ipd. — ki so bistveni za rentgensko mikro-analizo kot dopolnilo rastriranju. Vse možnosti uporabe REM podrobno obravnavata Reimer in Pfeferkorn3. Pri različnih izvedbah aparatov imamo detektorje za več različnih vrst informacij po izbiri. Dvoje katodnih cevi za prikazovanje različnih slik ene poleg druge lahko zelo olajša interpretacijo, ko primerjamo različne vrste informacij. S stališča ločilne zmožnosti ca 50 — 200 A je REM most med optičnim mikroskopom in običajnim transmisijskim elektronskim mikroskopom, vendar je popolnoma edinstven instrument za ste-reoskopsko tridimenzionalno opazovanje z veliko globinsko ostrino in mnogostranostjo. Pri preiskavi hrapave površine je REM nepogrešljiv. Ne zahteva nobene priprave vzorca, oziroma kvečjemu, da naparimo tanko (100 A) plast kovine in tako omogočimo prevajanje na izolacijski površini. Zamudna tehnika replik za običajni transmisijski mikroskop ne daje boljše ločljivosti, ampak pogosto povzroča popačenje. Te tehnike pa tudi ne moremo uporabiti pri zelo hrapavih, drob-ljivih in posebnih površinah. REM lahko dodamo še napravo, ki omogoča rentgensko mikroanalizo. To odpira še nove možnosti izredno zanimivih raziskav. PREISKAVE JEKLA C 4850 — OCR 12 VM Z RASTRSKIM ELEKTRONSKIM MIKROSKOPOM4 Z rastrskim elektronskim mikroskopom (REM) smo izvršili sistematične preiskave ledeburitnega orodnega jekla Č.4850 — OCR 12 VM v okviru širokega programa raziskovalno razvojnega projekta ledeburitnih orodnih jekel v Železarni Ravne. Program raziskovalne naloge za uvajanje rastrske elektronske mikroskopije na področju metalogra-fije orodnih jekel je obsegal preiskave. — prelomnih ploskev, — metalografskih obruskov, — izoliranih karbidov in — površine preizkušancev po elektrolitski izolaciji karbidov. Za te preiskave smo izbrali vzorce v različnih stanjih toplotne obdelave, ki jih podaja tabela 1. Tabela 1 — Pregled oznak vzorcev »P« Č.4850 — OCR 12 VM pri preiskavah na rastrskem elektronskem mikroskopu Temperatura kaljenja °C Kaljeno Popuščano 1 uro na: stanje 250° C 500° C 600° C 700° C 900 P 1 P 4 P 7 P 9 P 10 980 P 21 P 24 P 27 P 29 P 30 1040 P 51 P 54 P 57 P 59 P 60 1080 P 61 1240 P 101 P 104 P 107 P 109 P 110 PŽ 5 — mehko žarjeno stanje Sestava jekla: 1,52 % C, ll,4%Cr, 0,82 % Mo, 0,92 % V Ta izbira vzorcev, s katerimi so bile izvršene preiskave vplivov toplotne obdelave na trdoto in * REM posnetke na prelomnih ploskvah in na jedkanih metalografskih obruskih je izvršil mag. Vili Bukošek, dipl. inž. z rastrskim elektronskim mikroskopom JEOL JSM-U 2 na Inštitutu za tekstilno tehnologijo Univerze v Ljubljani. Za ta pomemben prispevek k raziskovalnemu projektu ledeburitnih orodnih jekel se mu ob tej priliki posebej zahvaljujemo. žilavost ter karakteristike mikrostruktur, omogoča neposredno povezavo vseh ugotovitev mehanskih in metalografskih preiskav v okviru omenjenega raziskovalnega projekta. Rastrska elektronska mikroskopija je bila pri nas na tem področju prvič uporabljena, zato smo poleg omenjenih ciljev raziskave to priliko izkoristili predvsem za ustrezen razvoj metodike tovrstnih preiskav. Želeli smo izbrati optimalne preiskovalne pogoje in izdelati nekake primerjalne standarde, ki bi pri bodočih preiskavah te skupine jekel lahko služili kot solidna osnova na čimkrajši poti do zanesljivih ugotovitev. V nadaljevanju bomo podali le kratek povzetek tega obsežnega dokumentacijskega gradiva. Prelome žilavostnih preizkušancev smo preiskovali neposredno ter poskrbeli za kontinuirno povezavo s klasičnimi fotografskimi posnetki prelomov v merilu 1 : 1 in pri povečavah 5X in 10 X. Pri REM posnetkih smo uporabili povečave 100 X, 300 X, 1.000 X, 3.000 X, (6.000 X), 10.000 X in 20.000 X. S sistematičnim povečevanjem detajlov je zagotovljena želena povezava s klasičnimi preiskavami, obenem pa je bilo mogoče izbrati optimalne povečave, ki naj bi jih uporabili pri nadaljnjih preiskavah, tako da bi bili stroški v bodoče čim manjši in čas preiskave čim krajši. Z nadaljnjo vsebino in z zaključki bo dokumentirano, v kolikšni meri nam je to uspelo. Podobno smo postopali pri REM posnetkih metalografskih obruskov. Preizkusili smo različne načine jedkanja in ugotovili, da jedkanje z nita-lom in z Vilello, ki ga uporabljamo pri standardni metalografski tehniki tovrstnih jekel, povsem ustreza tudi za REM preiskave mikrostruktur. Če želimo posebej raziskovati karbide, njihovo velikost in obliko ter količino, pa je zelo primerno jedkalo Groesbeck (glej sliko 25). Za povezavo s klasično metalografijo smo na istih obrusih izdelali posnetke mikrostruktur z navadnim optičnim mikroskopom pri povečavah 100 X, 300 X, 500 X in 1000 X, nato pa nadaljevali z REM pri povečavah 300 X, 1.000 x, 3.000 X, (6.000 X), 10.000 X in 20.000 x. Tudi ta dokumentacija omogoča interesantne primerjave in predstavlja solidno primerjalno osnovo za bodoče posebne raziskave ter hitro rutinsko preiskovanje. Poizkusili smo tudi uporabnost REM pri raziskavah in razvoju tehnike elektrolitske izolacije karbidov. Izvršenih je bilo le nekaj uvodnih preiskav karbidnih izolatov in površine vzorcev po elektrolitski izolaciji karbidov, ki jih bomo za ilustracijo prikazali. Raziskave na tem področju bomo nadaljevali. Posebno zanimive ugotovitve pričakujemo z nadaljnjimi REM preiskavami površine vzorcev po izvršeni izolaciji karbidov v povezavi s preiskavami na elektronskem mikroana-lizatorju in z rezultati mikrokemijskih analiz izolatov. Vsi REM posnetki so bili izdelani pri direktni povečavi. Uporabljena je bila tehnika opazovanja s sekundarnimi elektroni pri naslednjih pogojih opazovanja: — pospeševalna napetost 25 kV (10 kV), — vpadni kot — naklon 45° (20°), — delovna razdalja 12 mm. Slika 1 kaže prelomno ploskev po zlomu žila-vostnega vzorca v mehko žarjenem stanju. Makro-struktura prelomne ploskve je na tisti strani preizkušanca, ki je izpostavljena udarcu kladiva, do- 20 o CL io 10 Pmoks -PhooiC _ ^^^^ l i\ i \ i \ i \ M / /E'max i \ i \ /fmax\ i \ i \ i i 0,1 0,2 Čas loma T" m^ 0,3 Slika 1 Prelomna ploskev probe za preizkušanje žilavosti in krivulja časovnega poteka sile pri lomu te probe v žarjenem stanju po metodi Železarne Ravne (Trdota 220 HB -18 HRC) Fig. 1 Fracture surface of the proble for toughness test, and the time-force curve during breaking the probe, as annealed, according to the method by Ravne Ironworks kaj enakomerna in kaže značilnosti prelomne ploskve, nastale pri trganju pod vplivom nateznih napetosti. Druga polovica prelomne ploskve je močno deformirana in ima globoke razpoke, visoke ter ostre grebene, iztrganine in velike deformirane ter odrg-njene ploskve z jasno nakazano smerjo deformacij. To so značilnosti preloma pri upogibanju, ki s trenjem in deformiranjem porabi veliko delo, največja sila loma pa je razmeroma majhna in časovni potek sile loma kaže značilno obliko z dvema fazama v časovnem poteku loma. V prvi fazi narašča sila do pojava prve porušitve — razpoke (P'max, i'max), druga faza pa kaže naraščanje sile pri lomljenju preizkušanca, za kar je potrebno premagati odpor plastičnega deformiranja in trenje pri upogibanju. Pri sili Pmax in po času Tmax se preizkušanec dokončno prelomi. Za žilavost preizkušanca je vsekakor merodaj-na sila P'max in čas i'max, saj izmerjena največja sila in celotna poraba dela za zlom že prej nepopravljivo porušenega vzorca nima nikakršnega pomena, ker je po prvem inicialu porušitve dokončen zlom le še vprašanje časa, je pa neizogiben. Vse te ugotovitve pri makroskopskem pregledu prelomne ploskve moramo z vso pozornostjo upoštevati ob preiskavi z rastrsko elektronsko mikroskopijo pri večjih povečavah. Pri pregledu prelomne ploskve ali pa na klasičnem makroskopskem posnetku moramo izbrati in ustrezno identificirati tisto mesto, ki ga preiskujemo z REM. Brez take identifikacijske povezave so lahko ob takih razlikah na prelomnih ploskvah REM preiskave z večjimi povečavami povsem nesmiselne in nas lahko zavedejo tudi do napačnih ugotovitev. Poglejmo samo primer na sliki 2. V zvezi s komentarjem k sliki 1 kažeta REM posnetka dve mesti na prelomni ploskvi istega preizkušanca zlomljenega v mehko žarjenem stanju. Ti dve mesti sta si v neposredni bližini v srednjem območju prelomne ploskve na sliki 1, vendar sta posnetka zelo različna kljub razmeroma majhni povečavi. Levi posnetek kaže enakomerno površino preloma, desni pa eno od manjših razpok ob grebenih. Slika 2 REM posnetka na dveh mestih prelomne ploskve probe zlomljene v žarjenem stanju. Fig. 2 SEM picture of two spots of the fracture surface of the probe broken, as annealed PŽ ŽARJENO ,100^ur" ŽARJENO PŽ Ob razpoki je ploskev odrgnjena zaradi iztrga-vanja in trenja pri upogibanju preizkušanca med potekom loma. Nesistematično povečevanje takih detajlov bi nam pri velikih povečavah povsem onemogočilo kakršne koli medsebojne primerjave ali pa bi nas lahko privedlo do napačnih ali neupravičenih sklepov. Slika 3 REM posnetka preloma in metalografskega obrusa probe v mehko žarjenem stanju. Fig. 3 SEM picture of the fracture and the metallographic speci-men of the soft annealed probe Levi REM posnetek na sliki 3 kaže pri originalni povečavi 3000 X tipično sliko prelomne ploskve dokaj žilavega vzorca v žarjenem stanju. Razmeroma zelo mehka osnova se pri porušitvi deformira — razpotegne pri iztrgavanju karbidnih zrn, ki večinoma ostanejo v jamicah, na vrhovih pa ostanejo vdolbine v obliki kraterjev. Trdnost osnove je premajhna, da bi v kraterjih vrhov obdržala karbide, zato jih na tem mestu opazimo le izjemno. Karbidi, ki niso dovolj trdno obdani z osnovo, v kateri so vloženi, izpadejo med lomljenjem preizkušanca. Pri večji trdoti kaljenih in J 50 -S A g 050 £ 025- £ ■S a I 3 I* .8-1 II » a Povečava na TV-zaslonu Slika 4 Velikost najmanjših še merljivih delcev v odvisnosti od povečave. Fig. 4 The size of the smallest stili detectable particles depending on magnification kaljenih ter popuščanih vzorcev bomo v potrditev te domneve opazili mnogo karbidov, ki so ostali v kraterjih vrhov. Na desni strani slike 3 REM posnetek metalografskega obrusa pri enaki povečavi kaže razporeditev karbidov. Jamice in kraterji na vrhovih zelo dobro ustrezajo razporeditvi in različnim velikostim karbidov. Ob tem posnetku dobimo tudi pojasnilo za presenetljivo majhno količino karbidov, ki smo jo določili pri preiskavah teh jekel na kvantitativnem mikroskopu5. Pri meritvah z različnimi povečavami na TV zaslonu smo lahko detektirali samo karbide, ki so večji od premerov, podanih na sliki 4, npr. 1 [jim pri povečavi 3000 X. Če te velikosti najmanjših še merljivih karbidov primerjamo z merilom na sliki 3, vidimo, da ostane zelo velika količina karbidov zunaj območja sposobnosti de-tektiranja, in je razumljivo, da so ugotovljene količine karbidov zelo nerealne in mnogo manjše od dejanskih. Ob tako drobnih karbidih bi se samo z največjimi možnimi povečavami približali ugotavljanju realne količine karbidov. To pa je zopet zvezano s številnimi drugimi težavami5. Zato lahko trdimo na osnovi številnih ugotovitev, da določanje absolutne količine karbidov v teh jeklih s kvantitativnim mikroskopom nima praktičnega pomena, v kolikor ne izvajamo meritev z določeno omejitvijo, s katero določamo količino karbidov, ki je »nad neko mejno velikostjo karbidov«. Le tako lahko ugotovljene relativne količine primerjamo. Zelo interesantne pa so vsekakor meritve s klasifikacijo karbidov po velikosti. Slika 5 podaja primerjavo izbranih prelomov v različnih toplotno obdelanih stanjih. Primerjava prelomov v kaljenem stanju nazorno prikazuje vpliv temperature kaljenja na zrna-tost in konfiguracijo prelomne ploskve. Pri Iedeburitnih jeklih z močnimi karbidnimi izcejami ne moremo pričakovati tako finih »žametnih« prelomov kot pri nelegiranih in malolegiranih orodnih jeklih. Med izbranimi prelomi jasno vidimo, da je kalilna temperatura 900° C prenizka, 980° pa že precej sprejemljiva, čeprav je prelom pri 1040° C očitno finejši. Kaljenje 1080° C daje še tudi povsem normalen videz preloma v kaljenem stanju, pri 1120° C postane prelom že nekoliko bolj grob, pri 1200° C pa so jasni znaki pregretja, medtem ko je prelom pri 1240° C zelo grobozrnat. Prelomi pri nižjih temperaturah kaljenja in visokih temperaturah popuščanja, npr. 900° C/ 700» c in 980" C/7000 c, tako po videzu kot po karakterističnem poteku sile v odvisnosti od časa (glej P 10 na sliki 6) spominjajo na karakteristike preloma preizkušancev v žarjenem stanju (slika 1). Za oceno žilavosti je odločilna sila P'max, ki jo označuje odklon od premice naraščanja sile v prvi fazi loma. Pri višjih temperaturah kaljenja tega značilnega pojava ne opazimo več v taki obliki niti pri visokem popuščanju (glej P 60 na sliki 6). PŽ ŽARJENO , 10 ^m ŽARJENO PŽ K 900°C/P 250°C 52,5 - 29 - 20 K 1240°C/P 250°C 33,5 - 16 - 10 K 900°C/P 50 - 31 - 20 1240°C/P 500°C 36 - 23 - 13 K 900°C/P 600 41 - 38 - 30 K1240°C/P 600°C 44,5 - 12 - 4 K 900°C/P 700°C 27 -35-55 | K 980°C/P 700°C | K 1040°C/P 700°C 34 - 38 - 49 Slika 5 Prelomi prob pro preizkušanju žilavosti po metodi Železarne Ravne. 10 mm I-1 Fig. 5 Fractures of probes after toughness tests accord-ing to the method by Ravne Ironvvorks Z A R J E N O 18 - 19,5 - Kaljeno/Popu^čano HRC-PmaxflO K 900° C/P -54 - 30 - 52 K 980°C/P -63 - 18 - 10 K 1040°C/P -64,5 - 15 - 18 K 1240°C/P -33,5 - 14,5 - 6 K1240°C/P 700°C - 9 - 2 K 1200°C/P -35,5 - 29 - 28 K900°C P 700°C K1040 °C P 700° C 20 2: S £ w -2 LO 0 0,1 0,2 Čas loma ms Trdota: 27 HRC 0,1 0,2 Čas loma ms Trdota: 36,5 HRC Slika 6 popuščanju na 700° C. Značilnosti prelomov in meritev žilavosti pod kaljene in normalno kaljene probe po visokem Fig. 6 Characteristics of fractures and toughness measurements of probes, underquenched and nor-mally quenched and tempered at 700° C Pmax Pmax Žilavost normalno kaljenih preizkušancev je v kaljenem stanju nizka. Maksimalna sila loma P je manjša od 20000 N in porabljeno delo W je manjše od 20 J (glej P 51 na sliki 7). Že popuščanje na 250° C poveča maksimalno silo loma kar na dvojno vrednost. Porabljeno delo se ne poveča enako, kar potrjuje znano dejstvo, da je jeklo v kaljenem stanju izredno krhko (glej P 54 na sliki 7). Na sliki 7 so podane še primerjave za preiz-kušance, popuščane na višjih temperaturah. Pri tem moramo seveda upoštevati tudi spremembe trdot. Žilavost je pri popuščanju na 500° C nekoliko manjša, zelo nizka vrednost porabljenega dela pa nas posebej opozarja na pojav krhkosti v območju maksima sekundarne trdote. Že na 550° C je v splošnem žilavost zopet boljša. Pri 600° C pa že trdota preveč pade. V glavnem daje nizko temperaturno popuščanje nekoliko boljše splošne karakteristike žilavosti in je zato ugodnejše od visokotemperaturnega popuščanja. Preizkušanci v območju normalne toplotne obdelave Na REM posnetkih prelomov v kaljenem stanju in v nizko ter visoko popuščenem stanju do 600° C ni opaziti bistvenih razlik v tipu preloma niti pri direktni povečavi 300 X niti pri 3000 X. V tem področju variacij toplotne obdelave je tudi klasična metalografska preiskava pokazala, da ve- Slika 7 Značilosti prelomov in meritev žilavosti prob kaljenih na 1040° C v olju in popuščanih na različne temperature v območju normalnih delovnih trdot. Fig. 7 Characteristic of fractures and toughness measurements of probes, quenched from 1040° C in oil and tempered at various temperatures in the interval of normal production hardnesses i / likost avstenitnega zrna ni izražena z izrazitimi mejami (slika 8). Zato v tem področju toplotne obdelave ne gre za razlikovanje interkristalnega ali intrakristalne-ga poteka preloma, ampak o konfiguraciji prelomne ploskve in doseženih lastnostih pri prelomu preizkušanca odloča mehanizem iztrgavanja karbidov iz bolj ali manj žilave, oziroma trdne osnove. P 21 K 980°C/P - ,50 Slika 8 Klasičen metalografski posnetek mikrostrukture po kalje-nju 980° C v olju. Fig. 8 Usual metallographic picture of the microstructure after quenching from 980° C in oil Ločljivost pri direktni povečavi 300 X je premajhna, da bi na prelomih pokazala bistvene značilnosti in odkrila ležišča karbidnih zrnc. Ta so pri teh preizkušancih izredno fina ter vložena v vdolbinah in kraterjih vrhov ali grebenov, kar lepo pokaže REM posnetek pri večji direktni povečavi 3000 X (primerjaj levi in desni posnetek na sliki 9). Na mnogih mestih so vidni drobni karbidi, ponekod pa so vdolbinice prazne, ker so se karbidi izluščili in izpadli. Za podrobnejše raziskave značilnih konfiguracij prelomne ploskve je direktna povečava 300 X večinoma premajhna. Edino, kar pri teh povečavah lahko z neposrednimi primerjavami REM posnetkov že zaznamo, so manjše razlike finosti preloma pri različnih kalil-nih temperaturah, ki potrjujejo pričakovano in že poznano odvisnost. Posamezne primerjave prelomov lahko tudi prav dobro povezujemo z ugotovljeno žilavostjo in trdoto. Tako ima npr. preizkušanec, ki je zlomljen v kaljenem stanju, gladek prelom, visoko trdoto in majhno žilavost, popuščanje na 250° C pa je nekoliko znižalo trdoto in močno povečalo žilavost preizkušanca. Te razlike potrjuje primerjava REM posnetkov vzorcev P 51 in P 54 na sliki 10 že pri manjši povečavi. Pri popuščanem vzorcu je bila potrebna za zlom večja sila in porabljeno je bilo večje delo. Tak zlom je vsekakor bolj žilav od K 980 C P21 p _ 100 um K 980°C P21 P _ 10 /um i; S 10 C um S S 100 *um xl03N P=30.000 N 64,5 HRC 59 HRC r P=14.000 N A • A /W= 21 J r A=14,3% TM=0,007 A = 13,7% TM = 0 P 51 £ 10_40° C p 54 K 1040° c H b4 P 250° C Slika 9 REM posnetka prelomne ploskve probe kaljene z 980" C v olju. Fig. 9 SEM pictures of the fracture surface of probe, quenched from 980° C in oil Slika 10 Primerjava dveh prob v kaljenem in nizko popuščenem stanju. Fig. 10 Comparison of two probes, as quenched, and tempered at low temperatures tistega z enakomerno gladko prelomno ploskvijo. Na nekaterih drugih posnetkih so vidne še bolj izrazite razpoke. Po njihovem videzu bi sklepali, da je potekal lom intergranularno — po mejah zrn. Tega pa z metalografsko preiskavo ni bilo mogoče potrditi. Zato lahko sklepamo, da cikca-kasti potek razpok nastane tako, da razpoka »išče svojo pot« skozi šibka mesta od karbida do karbida. Za ta dva primerjana vzorca sta prikazana na sliki 10 v zgornjem delu še REM posnetka prelomov pri večji povečavi in REM posnetka mikro-struktur na metalografskem obrusu, prav tako pri direktni povečavi 3000 X. Medtem ko vidimo pri REM posnetkih s povečavo 300 X le osnovno obliko prelomne ploskve, nam povečava 3000 X odkrije zanimive detajle z ležišči karbidov, ki jih lahko neposredno povezujemo s karbidi na REM posnetkih metalografskih obrusov. REM posnetki jedkanih metalografskih obrusov pa nam odkrijejo še zanimive spremembe osnovne mikrostrukture. V prikazanem primeru je s spremembo osnovne mikrostrukture neposredno izražena odprava tetragonalnosti martenzi-ta (TM) pri popuščanju na 250° C, ki smo jo izmerili z rentgenskim difraktometrom6. Mimogrede naj omenimo, da pri popuščanju na 200—250° C nastopijo tudi znatne dimenzijske spremembe7 (glej slika 11), ki jih zaradi skrčka lahko povežemo z omenjeno spremembo kaljenega martenzita pri nizkotemperaturnem popuščanju. Iglasto strukturo, ki smo jo opazili po normalnem kalje-nju pri popuščanju na 250° C na sliki 10, smo še bolj jasno identificirali pri povečavi 10000 X. Iglasta oblika osnovne mikrostrukture je vidna še Legenda : 09 dimenzijske spremembe po koljenju H dimenzijske spremembe po popuičanju ■ dimenzijske spremembe po celotni toplotni obdelavi ■——'temperatura kaljenja Slika 11 Dimenzijske spremembe jekla C.4850 — OCR 12 VM pri toplotni obdelavi. Fig. 11 Dimensional changes of C. 4850 — OCR 12 VM steel in heat treatment pri popuščanju na 500° C, vendar se pri tej temperaturi že kaže ob iglah začetek sferodizacije. Pri popuščanju na 600° C imamo že zgornji, popolnoma sferoidizirani popuščni bainit. Popuščanje na 700° C v območju normalnih ka-lilnih temperatur zaradi nizke trdote niti pri orodjih za delo v vročem nima praktičnega pomena, zato naj omenimo samo to, da pri tako visokem popuščanju prelomi kažejo zopet rahlo izražene značilnosti preloma v žarjenem stanju, le da so v splošnem zaradi postopka poboljšanja po videzu finejši in imajo znatno večjo žilavost. Karakteristike so toliko bližje žarjenemu stanju, kolikor je kalilna temperatura nižja in učinek poboljšanja šibkejši. REM posnetki mikrostruktur na jedkanih metalografskih obrusih pri 3000 X direktni povečavi zelo jasno kažejo vpliv temperature kaljenja na stopnjo raztapljanja drobnih karbidov v osnovi med avstenitizacijo. Pri temperaturi kaljenja 900° C, ki je daleč prenizka (podkaljeno!), ostane ogromna količina neraztopljenih drobnih karbidov v slabo legirani osnovni matici. Pri temperaturah kaljenja v normalnem območju je neraztopljenih drobnih karbidov bistveno manj. Najboljša je med preizkušanimi temperaturami 1040° C, pri čemer moramo omeniti, da temperatur 1060 in 1080° C nismo preizkušali. V visoko pregretih mikrostruk-turah, razen v ledeburitnem evtektiku, skoraj ni več neraztopljenih karbidov. Pri visokotemperaturnem popuščanju je opaziti povečanje količine drobnih karbidov zaradi izločanja pri popuščanju. To pa opažamo samo pri večjih povečavah, pri čemer bi morali za povprečne ugotovitve izdelati veliko število posnetkov, ker so razlike med posnetki na različnih mestih precej velike in predstavljajo v bistvu posnetke detajlov. Pri višjih temperaturah popuščanja nad 500° C v odvisnosti od različnih kalilnih temperatur ni bistvenih razlik v količini drobnih karbidov zato, ker se raztopljeni karbidi pri višji kalilni temperaturi ob višjih popuščnih temperaturah zopet v večji količini izločajo. Preizkušanci kaljeni s 1240° C Teoretično zanimiva je raziskava prelomov pri vzorcih, ki so bili kaljeni z ekstremno visoko temperaturo avstenitizacije: Serija dilatometrskih meritev7 na sliki 12 je pokazala vpliv temperature avstenitizacije v območju od 900° C do 1090° C na temperaturo začetka tvorbe martenzita — točko Ms. Ta točka je pri normalni temperaturi kaljenja 1040° C pri ca. 180° C. Že pri temperaturi kaljenja ca 1150° C pa z ekstrapoliranjem pričakujemo temperaturo Ms okrog 0° C, pri višjih temperaturah kaljenja pa se temperatura točke Ms še dalje znižuje, tako da je pri avstenitizaciji 1240° C daleč pod sobno temperaturo. Tako je povsem razumljivo, da je po taki avstenitizaciji v mikrostrukturi poleg ledebu- je probe: © iarjeno @ kaljeno 9B0°C © kaljene 1040 °C © kaljeno 1120'C © kaljeno I200X ritnih karbidov 80—85 % zaostalega avstenita, ki je tudi zelo stabilen do visokih temperatur popuščanja6. (Slika 13) Slika 14 z dilatometrskimi meritvami popušč-nih efektov7 kaže območje razpada zaostalega avstenita, ki se z zviševanjem temperature kaljenja pomika k višjemu temperaturnemu območju popuščanja. Slika 13 Zaostali avstenit v jeklu Č.4850 — OCR 12 VM (probe skupine P). Fig. 13 Retained austenite In C. 4850 — OCR 12 VM steel (probes of group P) Slika 15 REM posnetki preloma in mikrostruktura probe P101, kaljene s 1240" C v olju. Fig. 15 SEM pietures of the fraeture and the microstructure of the P 101 probe, quenched from 1240" C in oil REM posnetki preloma preizkušanca, kaljenega s 1240° C pri različnih povečavah na sliki 15 kažejo zrna zaostalega avstenita, obdana s krhkim Slika 12 Dilatometrske krivulje jekla Č.4850 — OCR 12 VM za različne temperature avstenitizacije. Fig. 12 Dilatometric curves of č. 4850 — OCR 12 VM steel for various temperatures of austenitization i 500 Slika 14 Dilatometrske krivulje popuščnih efektov za jeklo Č.4850 — OCR 12 VM z območjem spremembe zaostalega avstenita. Fig. 14 Dilatometric curves of tempering effects in Č. 4850 — OCR 12 VM steel in the interval of changed amount of retained austenite 10 mm 1200 Temperatura v [°C] Trdota (HRC) Sila Pmax (Nx 103) Avstenit A (%) Tetragonalnost martenzita 33,5 33,5 36 14,5 17 23 81 81 80 0,025 0,019 0,004 (300° C) ledeburitnim evtektikom, po katerem tudi poteka prelom izključno interkristalno. Jasno vidimo, kako se pri prelomu zrna ločijo po mreži evtekti-ka, s katero so zrna popolnoma obdana, ker je ob pregretju pri kaljenju prišlo do nataljevanja evtektika po mejah avstenitnih zrn. Pri ločen ju zrn z razpokami med potekom preloma ledeburitni evtektik ostane na površini enega od obeh sosednjih zrn, drugo avstenitno zrno pa kaže svojo površino povsem gladko — čisto. Kjer je plast evtektika po mejah zrn oz. evtektič-na mreža debelejša, lahko poteka razpoka tudi po karbidnih vejah evtektika v notranjosti mreže, tako da sta na prelomni ploskvi površini obeh sosednjih avstenitnih zrn obdani s plastjo evtektika. Kako poteka lom z luščenjem in drobljenjem evtektika ter odkrivanjem čistih površin posameznih avstenitnih zrn, kažejo detajli preloma preiz- kušanca kaljenega s 1240° C in popuščanega na 250° C pri različnih povečavah na sliki 16. Lepo je viden tudi potek razpok med zrni. Na površini avstenitnega zrna vidimo značilno obliko evtektika. To bi bil lahko odtisek evtektika na površini avstenitnega zrna, vendar je po primerjavi s številnimi drugimi oblikami in predvsem na osnovi posnetka pri večji povečavi bolj verjetno, da je to na površini zrna ostanek gama faze kot sestavnega dela tistega evtektika, ki je zrno neposredno obdajal. REM posnetek preloma preizkušanca, kaljenega s 1240° C in popuščanega na 250° C prikazuje na sliki 17 pri povečavi 3000 X zanimiv primer, kako poteka intergranularni prelom z razpoko po stičiščih evtektičnih oblog, ki obdajajo avstenitna zrna. Slika 17 REM posnetek preloma probe kaljene s 1240° C in popu-ščane 250' C. Fig. 17 SEM picture of the fracture of probe, quenched from 1240" C and tempered at 250° C T, ,. Popuščano Kaljeno ___ 1240° C 250° C 500° C 600" C 650° C 700° C Slika 16 REM posnetki detajlov prelomne ploskve na probi P 104, kaljeni s 1240° C v olju in popuščani na 250° C. Fig. 16 SEM pictures of detaiis of the fracture surface of the P 104 probe, quenched from 1240° C in oil and tempered at 250° C Zaradi krhkega ledeburita po mejah zrn je pri kalilni temperaturi 1240° C žilavost zelo majhna kljub nizki trdoti in veliki količini zaostalega avstenita. Žilavost teh preizkušancev je največja pri popuščanju na 500° C, kar je razumljivo v zvezi z naslednjimi rezultati meritev: Tudi pri preizkušancih, popuščanih do 500° C, poteka prelom izključno po mejah zrn, oziroma po mreži ledeburitnega evtektika med zrni. To kaže konfiguracija preloma, ki zavzema izrazito obliko avstenitnih zrn, čeprav ponekod ni odkrita njihova čista površina (glej P 107 na sliki 18), še bolj pa to trditev potrjujejo številne tipične inter-granularne razpoke. K194CP P109 p 600o ^OO^im K1240 P109 p 6Mo 10ta K1240 109 P 60CP .10 6um K12400 P 600°10 K1240u Pio? p 5nn° ,10Qurn K12400 P107 P 500°| ■ nin7 K1240u 1(, P 500°J£^ P107 ^^l^rn P110 fzffi io^ ,o P110 ^ D1in K1240°iri P110 p 7nnolO zum | P110 ^JJ^im Slika 18 Primerjava prelomov in mikrostruktur prob kaljenih s 1240° C v olju in popuščanih v območju 500—700° C. Fig. 18 Comparison of fractures and microstructures of probes, quenched from 1240° C in oil and tempered in the interval 500—700" C Pri popuščanju na 600° C je prelom kljub znatno spremenjenemu videzu še vedno pretežno inter-granularen, kar lahko trdimo delno zaradi prej omenjene konfiguracije prelomne površine, bolj zanesljivo pa na osnovi poteka številnih opazovanih razpok in primerjav s klasičnimi metalograf-skimi posnetki. Ti namreč kažejo nastajanje po-puščnega bainita ob mejah avstenitnih zrn. Zato seveda ni mogoče več pričakovati tako gladke površine avstenitnih zrn na površini prelomne ploskve (glej P 109 na sliki 18). Popuščni diagrami so popolnoma potrdili ta zapažanja: pri temperaturi kaljenja 1240° C začne pri popuščanju na 600° C trdota naraščati in doseže zelo izrazit vrh pojava sekundarne trdote v zelo ozkem področju pri 650° C, kjer se izvrši popoln razpad zaostalega avstenita v martenzit, ki se že na tej in malo višji temperaturi intenzivno popušča. Pri popuščanju na 700° C je v notranjosti zrn popuščni martenzit. Razlike trdote in žilavosti, oz. krhkosti med ledeburitno mrežo in notranjostjo zrn so se znatno zmanjšale, zato je pojav intrakri-stalnega loma pri tej temperaturi popuščanja povsem razumljiv. Delno zapažamo še vedno tudi interkristalni prelom na tistih mestih, kjer je mreža evtektika zelo izrazita in popolnoma sklenjena, kar je tudi razumljivo. REM posnetki prelomov v neposredni povezavi s klasičnimi metalo-grafskimi posnetki pri enakih povečavah 300 X oz. 3000 X to domnevo lepo ilustrirajo (glej P 110 na sliki 18). REM posnetki v desni koloni slike 18 na jedka-nih metalografskih obrusih dopolnjujejo ugotovitve klasičnega mikroskopiranja in kažejo zanimive detajle: P 107 — čisti zaostali avstenit in evtektik, P 109 — zaostali avstenit, popuščni bainit in evtektik, P 110 — popuščni bainit in evtektik. K REM posnetku preizkušanca P 107 na meta-lografskem obrusu, prikazanem na sliki 18 dodajamo še posnetek istega mesta pri manjši direktni povečavi 1000 X, ki prikazuje na sliki 19 celotno ledeburitno mrežo v tipični obliki. K metalografskemu posnetku preizkušanca P 109 na sliki 18 podajamo na sliki 20 levo za ilustracijo še klasičen mikroskopski posnetek podobnega mesta z bolj izrazitimi iglami v notranjosti zrna in na sliki 20 desno dodatno še posnetek pri večji povečavi z ledeburitnim karbidom v notranjosti zrna. REM posnetka pri povečavi 1000 X na sliki 21 kažata k sliki 18 nekaj dodatnih detajlov preizku- Slika 19 REM posnetek detajla mikrostrukture na sliki 18 pri manjši povečavi. Fig. 19 SEM picture of a microstructure detail in Fig. 18 at lower magnification 50 (Um lQum Slika 20 Mikrostruktura dveh detajlov na probi P 109 kaljeni s 1240" C in popuščani na 600° C. Fig. 20 Microstructure of two details in the P 109 probe, quenched from 1240" C and tempered at 600° C J^^mHI lC^arp lCfcim Slika 21 Primerjava dveh detajlov na prelomni ploskvi iste probe P 107 kaljene s 1240" C in popuščane na 500° C. Fig. 21 Comparison of two details on the fracture surface of the same P107 probe, quenched from 1240° C and tempered at 500' C 100 „um 30 um i--—* ( 10 njstmrw , 10^um| Slika 25 Primerjava mikrostrukture istega obrusa po različnem jedkanju. Fig. 25 Comparison of microstructures of the same specimen at different etching REM preiskave izoliranih karbidov V povezavi z raziskovalno nalogo razvoja optimalne tehnike elektrolitske izolacije karbidov, ki jo izvajata metalurški inštitut v Ljubljani in železarna Ravne, smo izvršili nekaj preiskav karbidnih izolatov z REM. S temi uvodnimi preiskavami smo želeli samo preizkusiti uporabnost REM in smisel- nost vključitve tovrstnih preiskav v nadaljnji program omenjene raziskovalne naloge o izolaciji karbidov. Po različnih kriterijih smo izbrali nekaj ekstremnih vzorcev in pod REM opazovali razlike izoliranih karbidov po videzu. Z naslednjimi slikami podajamo le s tem namenom nekaj primerov za ilustracijo, komentar pa prepuščamo kasnejšim publikacijam s področja izolacije karbidov, ko bo 10000 x 10000 x Slika 26 Izolat karbidov jekla C.4850 — OCR 12 VM v žarjenem stanju A — proba JŽ, pogoji izolacije uporabljeni na MI 3.2.1975. B — proba JŽ, pogoji izolacije uporabljeni v Ž. R. 5. 2.1975. Fig. 26 Carbide isolate of C. 4850 — OCR 12 VM steel, as annealed. A — Jž probe, isolation made at MI on February 3, 1975 B — Jž probe, isolation made in R. I. on February 5, 1975 izvršenih še več sistematičnih preiskav. Vsekakor značilnosti in ugotovljene razlike med izolati karbidov opravičujejo primerno vključitev REM v raziskovalni program. Na sliki 26 lahko primerjamo izolata, pridobljena iz istega preizkušanca po dveh različnih postopkih A in B, preizkušanih v toku raziskovanja optimalne metode. Slika 27 kaže karbidni izolat preizkušanca, kaljenega z 900° C. Zelo nizka temperatura kaljenja še ne omogoča zadovoljive stopnje raztapljanja drobnih karbidov v avstenitu, zato najdemo v izo-latu veliko količino zelo finih karbidnih zrnc. REM preiskave površine prob po elektrolitski izolaciji karbidov Po prvih orientacijskih preiskavah lahko pričakujemo, da bomo s pomočjo REM posnetkov površine preizkušancev po izvršeni elektrolitski izolaciji lahko prišli do nekaterih zanimivih ugotovitev o mikromorfologiji karbidov v ledeburitnih jeklih in pojasnili marsikateri problem v zvezi s količinami in sestavo izolatov. Za ilustracijo so podani na sliki 29 REM posnetki dveh preizkušancev pri različnih povečavah istih mest. Preizkuša-nec A je bil kaljen z 900° C, torej podkaljen, preiz- 3000 x 10.000 x Slika 27 REM posnetka karbidnega izolata probe P1 kaljene z 900° C v olju pri dveh različnih povečavah. Jeklo Č.4850 — OCR 12 VM. Fig. 27 SEM pictures of carbide isolate of the P 1 probe, quenched from 900° C in oil, two different magnifications. č. 4850 — OCR 12 VM steel Slika 28 kaže zelo zanimivo primerjavo izolatov za štiri različno toplotno obdelane preizkušance pri enaki povečavi. Za pravilno komentiranje takih razlik bo potrebno več sistematičnih preiskav in primerjanje rezultatov mikrokemijskih ter rentgenskih analiz ter meritev količin. Izolati za REM preiskavo so bili naparjeni s C + Au, pospeševalna napetost je bila 25 kV, vpadni kot — naklon 45° in delovna razdalja 12 mm. Med različnimi povečavami sta bili najprimernejši direktni povečavi 3000 X in 10.000 X, ki jih bomo uporabili tudi v nadaljnjih preiskavah za medsebojne primerjave izolatov. kušanec B pa pregret pri kaljenju na 1200° C in popuščan na 550° C. Slika 30 pa prikazuje klasična metalografska posnetka obeh preizkušancev pri povečavi 500 X. ZAKLJUČKI Praktične preiskave so nas privedle do zaključka, da na prelomnih ploskvah preizkušancev dobimo z REM uporabne posnetke v celotnem območju direktnih povečav od 20 X, kar ustreza območju povečave z ročno lupo, do 20.000 X. S širokim programom preiskav in posnetkov z rastrskim elektronskim mikroskopom smo želeli med drugim tudi opredeliti optimalne do neke mere tipizirane pogoje uporabe REM v nadaljnjem programu raziskovanja ledeburitnih orodnih jekel. Izkazalo se je, da je za preiskave prelomov in me-talografskih obrusov ledeburitnih orodnih jekel 3000 najugodnejša direktna povečava 3000 X za preiskave strukturnih podrobnosti in 1000 X za medsebojne primerjave. Za neposredno povezavo s klasično mikroskopijo je zelo primerna povečava 500 X. Izkušnje vseh dosedanjih preiskav so po- X P 58 K 1040°C/P 550° C P 98 K 1200° C/P 550° C Slika 28 Primerjava izolatov različno toplotno obdelanih prob jekla Č.4850 — OCR 12 VM. Fig. 28 Comparison of isolates of differently heat treated probes of C. 4850 — OCR 12 VM steel PROBA A Č.4850 - OCR 12 VM PROBA B 3000 x K 900° C/P - K 1200° C/P 550° C 3000 x 10.000 x 10.000 X Slika 29 Površina prob jekla Č.4850 — OCR 12 VM po elektrolitski izolaciji karbidov. Pogoji opazovanja: — pospeševalna napetost 25 kV, — vpadni kot — naklon 30", — delovna razdalja 12 mm. Fig. 29 Surface of probes of Č. 4850 — OCR 12 VM steel after electrolytic isolation of carbides. Conditions of observation: — acceleration voltage 25 kV, — angle of incidence 30", — working distance 12 mm 500 x K 900°C/P - K 1200°C/P 550°C 500 x Slika 30 Klasična metalografska posnetka mikrostrukture prob prikazanih na sliki 29. Fig. 30 Usual metallographic pictures of the microstructure of probes shown in Fig. 29 kazale, da so za to področje raziskovanja z rastrskim elektronskim mikroskopom povečave nad 5000 X neprimerne, skrajna meja povečav pri danih možnostih pa je bila 10000 X. Na področju REM preiskav karbidnih izolatov in površine preizkušancev po elektrolitski izolaciji, ki smo jih šele začeli, se odpirajo obetajoče možnosti uporabe te metalografske tehnike. Literatura: 1. Kimoto S.: O rastrski elektronski mikroskopiji in rentgenski mikroanalizi; Železarski zbornik (Jesenice), IV., 1970, št. 2, str. 121—131. 2. Vodopivec F.: Sodobne metode metalografske preiskave in smeri njihovega razvoja; Železarski zbornik (Jesenice), V., 1971, št. 1., str. 1—10. 3. Reimer L., G. Pfefferkorn: Raster — Elektronenmikro-skopie, Springer — Verlag, Berlin — Heidelberg — New York 1973. 4. Engel, Klingele: Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen von Metallschaden, Gerling — Institut fiir Schadensforscung und Schadensverhiitung GmbH., Koln 1974, izdaja J. P. Bachem KG Koln, Bestellnummer GK 600. 5. Rodič J.: Praktične izkušnje pri raziskavah ledeburitnih orodnih jekel z uporabo kvantitativne metalografije; Železarski zbornik (Jesenice), IX., 1975. št. 4, str. 217—238. 6. Rodič J. in sodelavci: Razvoj metodike raziskav ... vi-sokolegiranih orodnih jekel ledeburitnega tipa, Poročila Metalurškega inštituta v Ljubljani in Železarne Ravne, I. del — naloga MI-237, junij 1974, II. del — naloga My-298, september 1975. 7. Rodič J. in sodelavci: Kompleksne raziskave ledeburitnih orodnih jekel, Interna raziskovalna naloga Železarne Ravne R-7221. PROBA A PROBA B ZUSAMMENFASSUNG Die Rasterelektronenmikroskopie (REM) stellt ein neues sehr interessantes Bereich von grosser Bedeutung fiir die Untersuchungen der hochlegierten Werkzeugstahle des ledeburitisehen Types dar. Die Anwendbarkeit der REM bei den Untersuchungen der Eigenheiten und der Morphologine der Briiche, bei den Untersuchungen des Mikrogefiiges der geatzten metallo-graphischen Schliffe, ibeim Studium der Karbidisolierungen und der Oberflachenkonfiguration nach der elektrolyti-schen Isolierung. Alle Untersuchungen sind an einem Stahl C 4850 — OCR 12 VM mit der Zusammensetzung: 1.52 % C, 11.4 % Cr, 0.82 %Mo, 0.92% V durchgcfiihrt worden. Die mit der REM durchgefiihrten Untersuchungen sind ein Bestandteil des Untersuchungsprojektes der ledeburitisehen Werkzeugstahle, deshalb ist da auch eine Verbin- dung mit anderen Untersuchungen, vor allem der Zahig-keitsuntersuchungen und der dilatometrischen Messungen angezeigt. Um eine Verbindung mit der Dokumentation der klas-sichen metallographischen Untersuchungen zu gevvahrlei-sten, sind die REM Untersuchungen nach einem System des »matrix programm« fiir alle Varianten der Warmebearbei-tung von dem gegliihten und ausserordentlich untergehar-teten Zustand, bis zu der vollkommenen Uberhitzung auf ausserordentlich hohen Austenitisierugstemperaturen, von dem Anlassen bei niedrigen und hohen Temperaturen bei demselben Grad der direkten Vergrosserung. Im Artikel sind nur die wichtigsten Interessantheiten aus diesem umfangreichen Programm angegeben, so wie auch die Vorschlage fiir eine Typisierung der Untersu-chungsbedingungen bei den weiteren Untersuchungen der-artiger Stahle. SUMMARY Scarming electron microscopy (SEM) represents a new and very interested field of great importance for investi-gations of high-alloyed tool steel of ledeburite type. The applicability of SEM for investigation of characte-ristics and morphology of fractures, for investigation of microstructures on etched metallographic specimen, and for study of carbide isolates and the configuration of the probe surfaces after electrolytic isolation is described in the paper. Ali the investigations were made on C.4850 — OCR 12 VM steel with composition 1.52% C, 11.4 % Cr, 0.82 % Mo, 0.92 % V. The performed SEM investigations are a part of the reserach project on ledeburite tool steel, therefore the con- nection with other investigations is indicated, mainly with the toughness tests and dilatometric measurements. For connection with data of usual metallographic investigations, the SEM tests were performed according to the matrix system for ali possibilites of heat treatment from annealed and underhardened sloge, to extremely high austenitization temperatures, from tempering at low temperatures to tempering at high temperatures. The same degrees of direct magnification were used. Only the most important characteristics from this extensive program are given in the paper. Proposals are made for standardization of testig conditions in further investigations of those steels. 3AKAIOTEHHE PacTpoBaa 3AeicrpoHHaa MHKpocKorma (P3M) npeACTaBAHeT co6ofi H0Byi0 h oqeHL HHTepecHyio oSAacTt SoAbinoro 3HaqemtH npn HCCAeAOBaHHH BbICOKOAerHpOBaHHLIX HHCTpyMeHTaAbHbIX CTaAefi AeAe-6ypHraoro rana. IIpHBeAeHo npHAieHeHHe P3M npn HCCAeAOBaHHH xapaKxepncTnK H MOpcjlOAOniH h3aomob, HCCAeAOBaHHH MHKpOCTpyKTypbI Ha TpaBACH-Hbix Hrypax McraAAorpaax, npn H3Ay^enHH H30-AHpOBaHHbIX KapSHAOB a t.ik/kc npH koh4>HrypaitHH nOBepXHOCTH o6pa3qoB nocAe sacktpoahthhcckoh h30Ahuhh. Bce ynoMHHyTbie HCCAeAOBaHHH BbinoAHeHbi na CTaAH Mapnu C. 4850 — OCR 12 VM cocTaBa: 1,52 %C, 11,4 %Cr, 0,82 %Mo, 0,92 %V. HccAeAOBaHHH BbinoAHeHbie c P3M npeACTaBAHbiT cotioft cocraB-Hyro qacTb npoeKta o HCCAeAOBaHHH AeAe6ypHTHbix HHCTpyMeHTaAb- hmx CraAaX. no 3TOH npHMHHe HaMCieHa TaK>Ke CBH3b 3thx HCCAeAOBaHHH C APVTHMH HCCAeAOBaHHHMH, B OCOSeHHOCTH HCnblTaHHe bh3ko-CTH h nOHCHeHHe AHAa.MCTpiiqCCKHX H3MepeHHH. npH yMeTC cbh3h c ao-KyMeHTauHefi KAaccimecKHx MeTaAAorpaireecKHx HccAeAOBaHHfi, hc-cAeAOBaHHH s p3m 6biah BvnoAHeiiu no CHCTeMe MaTpmecKoft npo-rpa,\lMe npH BCex pa3HOBHAHOCTHX TepMHHeCKOft 06pa60TKH, ot OT2KH-ra h Bbipa3HTeAbHOH HCAOAep>KKH ao noAHoro nporpeTba Ha KpaHHe BHCOKHX T-aX ayCTeHH3aitHH, TaK5Ke ot hh3ko- AO BbICOKOTeMnepaTyp-Horo oTnycKa npn 0AHHaK0Bbix TeMnepaTypHbix HHTepBaAax noBbime-hhh. B paCoTe npHBeAenbi TOAbKO cymecTBeHHbie hhij)opMaUHH h3 3toH o6wnpHofi nporpaMMu, noAaHbi TaioKe npeAAOHceHHH o thiih-3aUHH yCAOBHH HCCAeAOBaHHH AAH AaAbHefilHHX HCCAeAOBaHHHX 3thx COpTOB CTaAH. Preiskave jekla C. 4850-OCR 12 V M na elektronskem mikroanalizatorju DK: 669.14.018.25 : 669.15-196.58 ASM/SLA: M 21 e; TSh Jože Rodič, Franc Vodopivec, Boško Ralič Visokolegirano orodno jeklo Č.4850 — OCR 12 VM z 1,52 % C, 11,4 % Cr, 0,82 % Mo in 0,92 % V je eno izmed 11 različnih vrst orodnih jekel, ki jih sistematično raziskujemo v okviru raziskovalnega projekta Iedeburitnih jekel. Iz celotnega matričnega programa variacij toplotne obdelave smo izbrali nekaj tipičnih stanj: žarjeno, podkaljeno, normalno kaljeno, pregreto, visoko popuščano. Analize z elektronskim mikroanalizatorjem naj bi dopolnile številne druge preiskave s porazdelitvijo in profilom koncentracije elementov v osnovni matici in različnih vrstah karbidov v odvisnosti od pogojev toplotne obdelave. Preiskave na elektronskem mikroanalizatorju so bile izvršene v okviru projekta raziskav Iedeburitnih orodnih jekel na vzorcih jekla Č.4850 — OCR 12 VM z naslednjo kemijsko sestavo: C = 1,52 %; Cr = 11,4 %; W = 0,10 %; Mo = 0,82 %; V = 0,92 %; Ni = 0,18 %; Si = 0,13 %; Mn = 0,31%; S = 0,006 %; P = 0,026 %; Cu = 0,18 %. Vzorci so bili v naslednjih stanjih toplotne obdelave: oznaka vzorca PŽ 5 P1 P 51 P 60 P 101 P 110 stanje žarjeno kaljeno 900° C v olju kaljeno 1040° C v olju kaljeno 1040° C v olju in popuščano na 700° C kaljeno 1240° C v olju kaljeno 1240° C v olju in popuščano na 700° C Za opredelitev sestave karbidov in kovinske osnove v jeklu so bile izvršene preiskave po metodah površinske, linijske in točkaste analize na elektronskem mikroanalizatorju metalurškega inštituta v Ljubljani. Jože Rodič je diplomirani inženir metalurgije in vodja službe za razvoj tehnologije, izdelkov in metalurške raziskave v Železarni Ravne Franc Vodopivec je doktor metalurških znanosti in samostojni raziskovalec na metalurškem inštitutu v Ljubljani Boško Ralič, višji tehnik na metalurškem inštitutu v Ljubljani Z analizami po metodi površinske in linijske analize posameznih vzorcev smo prišli do naslednjih ugotovitev: VZOREC PŽ 5 V MEHKO ŽARJENEM STANJU Slika 1 kaže elektronski posnetek in specifične X-posnetke koncentracij posameznih elementov pri 600-kratni povečavi. Na teh posnetkih so za železo in dodane karbidotvorne elemente prikazani še profili koncentracij za nakazani položaj linijske analize. Za vsak vzorec smo še dodatno izvršili linijsko analizo na drugem značilnem mestu in natančneje registrirali profil koncentracij železa in dolegira-nih karbidotvornih elementov kroma, molibdena in vanadija. Tak posnetek z registrirnega traku prikazuje za vzorec PŽ 5 slika 2. Večja kardibna zrna so bogata z vanadijem, kromom in molibdenom, drugih elementov pa je v karbidih enako ali manj kot v kovinski osnovi. Železa je v karbidih znatno manj kot v kovinski osnovi. Natančnejši pregled koncentracijskih profilov pokaže, da obstaja razlika med sestavo kompaktnih evtektičnih karbidov in področji koncentriranih drobnih sekundarnih karbidov. Prvi imajo mnogo manj železa in mnogo več molibdena ter vanadija, medtem ko so razlike v koncentraciji kroma precej manjše. Č4850-0CR12VM VzotkI PŽS Žarjtno jSLm, Slika 2 Registriran profil koncentracije železa in dolegiranih karbidotvornih elementov za vzorec PŽ S v žarjenem stanju. Fig. 2 Registered concentration profile of iron and alloyed carbide-forming elements in PŽ 5 sample, annealed C.4<550- OCR 12 VM Slika 1 Fig. 1 Elektronski posnetek, specifični X - posnetki in profili kon- Electron picture, specific X-ray pictures and concentration centracij posameznih elementov vzorca PŽ 5 v žarjenem profiles of single elements in Pž 5 sample, annealed stanju (pov. 600 x). (Magnification 600 x) C.4850-OCR 12 VM Slika 3 Fig. 3 Elektronska posnetka pri dveh različnih povečavah, speci- Electron pictures at two different magnifications, specific fični X posnetki in profili koncentracij posameznih ele- X-ray pictures and concentratlon profiles of single mentov za vzorec P 1 kaljen z 900° C v olju. elements in P 1 sample, quenched from 900° C in oil Pri evtektičnih karbidih opazimo zelo ostro V osnovi so nihanja koncentracije molibdena izraženo močno povečano vsebnost vanadija in v smislu rahlih izcej bolj očitna kot pri vanadiju molibdena, vsebnost kroma pa je precej manj in kromu, pri katerih izrazito povečanje vsebnosti izrazito povečana. V področjih zgostitve drobnih pri večjih karbidih ostro sovpada s konturami sekundarnih kardibov opažamo namesto takih karbidov. Omenili pa smo že, da so pri vanadiju izrazitih razlik samo obogatitev kroma, vanadija in molibdenu zelo velike razlike med večjimi kar- in molibdena ter osiromašitev železa. bidi in področji drobnejših karbidov. 20/jm Slika 4 Mikrostruktura vzorca P 51 kaljenega s 1040° C v olju. Fig. 4 Microstructure of P 51 sample, quenched from 1040* C in oil Vzorec P 1 — kaljen z 900° C v olju Površinska analiza je pokazala, da ni velikih razlik v primerjavi z mehko žar j enim vzorcem PŽ 5 (slika 3). Pri tem moramo poudariti, da je temperatura kaljenja 900° C prenizka in je bila tudi namenoma tako izbrana za »podkaljenje«. Vzorec P 51 — kaljen s 1040° C v olju Mikrostruktura tega vzorca, ki je v glavnem normalno kaljen, je prikazana na sliki 4. Površinska in linijska analiza tega vzorca na sliki 5 ne kažeta kakih bistvenih razlik v primerjavi s prejšnjimi ugotovitvami. Sliki 6 in 7 kažeta primerjavo vsebnosti karbi-dotvornih elementov med osnovo, značilnim evtek- Slika 5 Elektronski posnetek, specifični X - posnetki in profili koncentracij posameznih elementov za vzorec P 51 kaljen s 1040° C v olju. Fig. 5 Electron picture, specific X-ray pictures, and concentration irofiles of single elements in P 51 sample, quenched from 1040° C in oil tičnim in karbidom in karbidom nepravilne in neizrazite oblike ali nekakim karbidnim gnezdom. Razlike koncentracij med osnovo in karbidom so za molibden in vanadij zelo velike, pri kromu pa mnogo manjše. Pri karbidih »nepravilne« oblike pa sta razliki vsebnosti molibdena in vanadija med osnovo in karbidom mnogo manjši, pri kromu pa je vsebnost v takem karbidu skoraj enaka kot pri večjem evtektičnem karbidu, razlika proti osnovi pa skoraj enaka. ČA850-0CR12VM Vzorec J PSI Kaljeno KMO°C - olje AvVAAJ Slika 6 Profila koncentracije molibdena in kroma. Fig. 6 Concentration profiles of molybdenum and chromium Slika 7 Profila koncentracije molibdena in vanadija. Fig. 7 Concentration profiles of molybden and vanadium Če ob profilu molibdena primerjamo osiroma-šitev železa, vidimo, da je ta pri obeh vrstah karbidov skoraj enaka, medtem ko so v molibdenu zelo velike razlike (slika 8). Slika 8 Profila koncentracije molibdena in železa. Fig. 8 Concentration profiles of molybdenum and iron Vzorec P 60 — kaljen s 1040° C v olju in popuščan na 700° C K sliki 9 bi lahko dali podoben komentar, saj kažejo odnosi vsebnosti posameznih elementov v karbidih in osnovi enake značilnosti. Vzorec P 101 — kaljen s 1240° C v olju Mikrostruktura je zaradi pregretja bistveno drugačna kot pri vseh prejšnjih vzorcih (slika 10). Velika avstenitna zrna obkroža evtektična mreža. Evtektična polja okrogle oblike najdemo ponekod tudi v sredini teh zrn. Na nekaterih drugih mestih opazimo v avstenitnem zrnu karbide oglatih oblik (slika 11). Evtektična faza je bogata s kromom, vanadijem in molibdenom ter siromašna z železom. Linijska analiza, ki je prikazana s kontamina-cijsko sledjo in profilom koncentracije, je pokazala zelo definirane sestave obeh faz, trdne raztopine in evtektika, kar je zaradi visoke temperature avstenizacije razumljivo. Trdna raztopina ima zelo enakomerno sestavo, sestava evtektika pa ni povsod enaka. Razmerje med vsebnostjo molibdena, vanadija in kroma je približno konstantno, tako da se vsebnost teh treh elementov spreminja paralelno navzgor ali navzdol, spreminja pa se razmerje med njihovo vsoto in količino železa v evtektiku. Č4850-0CR12VM Vtarac 3 PSI Katjino ttCC-ofje Č.4850-0CR12VM l'zoreč 3 P 51 Kaljeno 10W°C-o!je f Slika 9 Elektronski posnetek, specifični X - posnetki in profili koncentracij posameznih elementov za vzorec P 60 kaljen s 1040° C v olju in popuščan na 700" C. Fig. 9 Electron picture, specific X-ray pictures, and concentration profiles of single elements in P 60 sample, quenched from 1040° C in oil and tempered at 700° C Na drugem mestu smo še natančneje registrirali profil koncentracij posameznih legirnih elementov in železa. Na poti, ki jo prikazuje kontaminacij ska sled, smo dobili profile, prikazane na sliki 12. Evtektik, ki nastaja pri pregretju, je večkrat precej nehomogen. Največje so nehomogenosti, ki so izražene s profilom molibdena. Pomembne so tudi razlike med evtektikom, ki tvori mrežo okrog avstenitnih zrn in karbidi v notranjosti zrna. Karbidi v notranjosti avstenitnih zrn so bolj homogeni in bogatejši s karbidotvorni-mi elementi kot evtektik. To je razumljivo že po osnovnih značilnostih teh mikrostruktur. Evtektik, ki obdaja zrna, je bil sestavljen iz karbidov in avstenita, ki je po izločanju sekundarnih karbidov razpadel po perlitni reakciji v alfa železo in karbide. Na nekaterih mestih zasledimo v notranjosti velikih avstenitnih zrn karbide, ki so v bistvu otočki tipične evtektične konfiguracije z značilno obliko ledeburita. Ti se po nivojih legirnih elementov skoraj izenačujejo z evtektično mrežo po mejah zrn in se po koncentracijah posameznih elementov bistveno razlikujejo od posebnih — kompaktnih karbidov okrogle ali oglate oblike v notranjosti zrn. Razlike vsebnosti molibdena in vanadija so v teh primerjavah mnogo večje kot razlike vsebnosti kroma. Vzorec P 110 — kaljen s 1240° C v olju in popuščan na 700° C Značilna mikrostruktura tega vzorca je prikazana na sliki 13. Slika 10 ► Elektronska posnetka pri dveh različnih povečavah, specifični X - posnetki in profili koncentracij posameznih elementov za vzorec P 101 kaljen s 1240° C v olju. Fig. 10 Electron pictures at two different magnifications, specific X-ray pictures, and concentration profiles of single elements in P 101 sample, quenched from 1240° C in oil buux C.4650 -OCR 12 VM Elektronski posnetki, specifični X - posnetki in profili koncentracij so prikazani na sliki 14 in kažejo zelo podobne značilnosti, ki smo jih opisali pri kaljenem vzorcu P 101. ES 300x ES 600x i ■ , ■■-v PC • ^Ir •"> ' i- 1 'I fc-llf f * f r m - -'"SEK^sa C4850-0CR12VM a Vzorec 5 PI01 Ž | Kaljeno 1240 °C -olje g 5 O SCO, ° 5 " "5 tO Dl N , Mo Slika 12 Profili koncentracij legirnih elementov in železa na poti, ki jo prikazuje kontaminacijska sled. Fig. 12 Concentration profiles of alloyed elements and iron along the contamination path Na sliki 14 cikcakasti profil koncentracije pri prehodu evtektične mreže (posebno izrazito pri kromu) jasno ponazarja zgradbo rebrastega ev-tektika. V mikrostrukturi tega vzorca opazimo poleg trdne raztopine in evtektika (kakor v vzorcu P 101) še reliefna polja bainitnega karakterja, nastala po razpadu zaostalega avstenita in popuščanju mar-tenzita (slika 15). Površinska analiza kakor tudi profil koncentracij pri linijski analizi ni pokazal v teh bainitnih poljih večjih razlik v vsebnosti legirnih elementov. 20 /im I--—i Slika 11 Mikrostruktura vzorca P 101 kaljenega s 1240° C v olju. Fig. 11 Microstructure of P 101 sample, quenched from 1240° C in oil .v itip p** mm |20^mJ Slika 13 Mikrostruktura vzorca P110 kaljenega s 1240° C in po-puščanega na 700" C. Fig. 13 Microstructure of P 110 sample, quenched from 1240° C and tempered at 700° C KVANTITATIVNE MERITVE NA ELEKTRONSKEM MIKROANALIZATORJU Te meritve smo napravili le na treh tipičnih vzorcih: na žar j enem vzorcu z oznako PŽ 5, na vzorcu, ki je bil kaljen pri 1040° C, in na vzorcu, ki je bil kaljen pri 1240° C. Na osnovi rezultatov površinske in linijske analize smo namreč sklepali, da analiza drugih vzorcev verjetno ne bi pokazala pomembnejših posebnosti. Slika 14 ► Elektronska posnetka pri dveh različnih povečavah, specifični X - posnetki in profili koncentracij posameznih elementov za vzorec P 110 kaljen s 1240° C v olju in popuščan na 700° C. Fig. 14 Electron pictures at two different magnifications, speciflc X-ray pictures, and concentration profiles of single elements in P 110 sample, quenched from 1240° C and tempered at 700° C E S 300x ES 600x Slika 15 Profili koncentracij legirnlh elementov in železa na poti, ki jo prikazuje kontaminacijska sled. Fig. 15 Concentration profiles of alloyed elements and iron along the contamination path Zaradi neenakomerne sestave v mikronskem merilu s točkastim merjenjem smo določili povprečne sestave osnove, oz. trdne raztopine v stiku s karbidnimi zrni le na dveh vzorcih; pričakovali smo namreč, da bomo sestavo osnove lahko določili iz linijske analize s pomočjo sestave karbidov. Pokazalo pa se je, da se sestava karbidov, ki so po morfološkem videzu enaki, precej razlikuje, zato niso primerni za kalibracijo. Dopolnilne analize osnove se dajo po potrebi hitro izvršiti, ker lahko uporabimo že izračunane korekcijske faktorje. Upoštevajoč vse karakteristike izvršenih meritev, sodimo, da so ugotovljene povprečne vsebnosti posameznih elementov v karbidih in osnovi dokaj zanesljive, razen pri železu, za katerega so določene vsebnosti gotovo nekoliko previsoko zaradi fluorescence okolice. Računsko pač tega povečanja ni mogoče opredeliti. Tudi glede upoštevanja zanesljivosti posameznih korekturnih faktorjev je vsebnost železa najmanj zanesljiva. Karbidna zrna v vseh primerih vsebujejo le sled mangana in volframa. Naj omenimo, da vzporedno opravljamo zelo obsežno raziskovalno nalogo, ki obsega razvoj optimalne elektrolitske izolacije karbidov ter mi-krokemijsko in rentgensko analizo karbidov. Po zaključku prve faze se bomo v nadaljevanju posebej posvetili povezovanju rezultatov, dobljenih z analizami na vseh omenjenih področjih, kar bo prav gotovo imelo velik pomen. Zaenkrat možnosti neposrednih primerjav še nimamo, saj bo treba vsekakor analize po različnih metodah izvajati na istih vzorcih. Prav na kratko skušaj mo povezati kvantitativne točkovne analize s prej opisanimi linijskimi analizami. Na sliki 16 a imamo primerjavo dveh različnih tipov karbidov za žarjeni in normalno kaljeni vzorec: Razlike med obema tipoma karbidov v žarje-nem stanju niti niso tako velike, kot bi jih pričakovali po ugotovitvah linijske analize po registriranih profilih koncentracij. Ugotovitve, dobljene po obeh vrstah meritve, pa se lepo potrjujejo, četudi kvantitativni odnosi niso povsem neposredni. Ker na sliki 16a ni prikazana osnova, naj posebej omenimo, da vsebujejo drobna karbidna zrna v žarjenem vzorcu približno dve tretjini več molibdena kot okolišnja osnova ter trikrat več kroma kot osnova med njimi. Že pri komentiranju rezultatov linijskih analiz in specifičnih X-posnetkov smo ugotovili, da se karbidi v žarjenih in normalno kaljenih vzorcih med seboj bistveno ne razlikujejo. Točkaste kvantitativne meritve te ugotovitve samo potrjujejo, kakor vidimo na sliki 16 a. Slika 16 a Kvantitativna analiza žarjenih in normalno kaljenih vzorcev jekla C.4850 — OCR 12 VM na elektronskem mikroanalizatorju. Fig. 16 a Quantitative analysis of annealed and normalIy quenched C.4850 — OCR 12 VM steel samples in electron mlcro-analyzer Slika 16 b Kvantitativna analiza pri kaljenju pregretih vzorcev jekla Č.4850 — OCR 12 VM na elektronskem mikroanalizatorju. Fig. 16 b Quantitative analysis of č. 4850 — OCR 13 VM steel samples, overheated before quenching, in electron microana!yzer CIS50-0CR12VM Vzorec S Pno papufctof« ax°c o 8 Fff Jeklo C 050 0CRI2VM Vzorec 1.2 PŽ5-n*f*o iorjen 3. i PSI-kajcnlOtO°C v olju Kvantitativna analiza no elektronskem miHAio KoimeH-Tpaimit 3AeMeHTOB b ochobhoh Macce, a TaKHce o pacnpeAeAeHHio pa3AHMIIbIX BHAOB Kap6lIAOB B 33BHCHMOCTH OT pe2KHM3 TepMOOČpa-COTKH. VCTaHOBAeHHO, MTO npH oto>K>KeHHbIX, 3aKaAeHHbIX C HeAOrpeBOM h HopiuaAbHo 3aKaAeHHbix o6pa3itax cymecTByeT pa3Hima b co- CTase KOMnaKTHbix 3BTeKTHHecKHx KapCHAOB h o6AacTeft KOHueH-TpnpoBaHHbIX MeAKHX BTOpHMHbIX KapSuAOB. IlepBbie coAep>KaT ro-pa3AO MeHbme Fe, ropa3AO SoAbme Mo h V, pa3HHUbi npn Cr ro-pa3Ao MeHbiue. IIpii nporpeTbix oopaanax MHKpocTpyKTypa cymecTBeHHO Apy-raa; nOAy«[aiorca doAbmne pa3HHijbi Me)KAy sbtckthkoh no rpaHHijax 3epeH h pasAHMHbiMH BHAaMH KapSiiAOB. 3rtckthk oneiib HeroMO-reHHbift b oco6eHHOc™ npn KOimempamias MOAllSACHa. B BHyTpeH-HOCTH 3epeH KapBiiAbi coAepacaT SoAbine Kap6iiAoo6pa3yiomHX 3Ae-MeHTOB MeM 3BTeKTHK. Ha O0pa3uax b oroaoKeiiiioM cocToaHHii, HopMaAbHo 3aKaAeinmx h ciiAbHO nporpeTbix npn 3aKaAKe BMnoAHeHa TaKJKe cepnja koah-as. Co-CTaB KapSlIAOB, KOTOpbie MOp4>oaorh'ieCKH BblTAHAVTb OAHHaKOBO BeCbMa pa3AHHHhlfi. Tehnične novice Novo orodno jeklo UTOP Mo 4 za delo v vročem v proizvodnem programu Železarne Ravne Jože Pšeničnik Strojna kakor tudi metalurška tehnologija zahteva vse boljše lastnosti jekel za izdelavo orodij, ki jih uporabljamo v proizvodnem procesu. To so orodja za vroče in hladno rezanje, za iztiskanje barvnih kovin, utopi za kovanje jekla in barvnih kovin, orodja za stiskanje plastičnih mas in orodja, izdelana s plastičnim preoblikovanjem v hladnem. Od jekla za izdelavo navedenih orodij se zahteva visoka žilavost, dobra obdelovalnost, polirna sposobost in visoka obstojnost proti obrabi. Jeklo Utop Mo 4 je kot varianta standardne vrste jekla Č4753 UTOPMo2 z višjo vsebnostjo ogljika prav tako Cr - Mo - V legirano jeklo z naslednjimi lastnostmi: — dobra obstojnost pri temperaturnih spremembah, — trajna trdnost v toplem, — visoka trdnost v toplem, — dobra obrabna obstojnost, — visoka žilavost in preoblikovalnost, — dobra obdelovalnost, — dobra polirna sposobnost, — velika prekaljivost, — dobra meroobstojnost pri kaljenju. Uporaba jekla UTOP Mo 4: — Orodja za stiskanje pod pritiskom za cinkove zlitine, svinčene zlitine, zlitine aluminija, medenine in bakra. — Orodja za vroče stiskanje aluminijevih legur, bakrovih legur in jekla. — Orodja za stiskanje palic, aluminijevih in bakrenih legur. — Orodja za utopno kovanje. — Orodja za vroče rezanje. — Orodja za stiskanje plastičnih mas. rammtlir P.(tC'2T3)fl0'logl>O3 JM Aa S» ' Ttmperalutv popuOanja 'C [I um] Trdote posameznih orodij je potrebno prilagoditi pogojem dela in so za posamezne pogoje lahko zelo različne. Uporabno območje trdot se giblje od 40—56 HRC. Z diagrami popuščanja za kaljenje v olju in na zraku so prikazane možnosti poboljšanja orodij na željene trdote (slika 1 in 2). Za orientacijo je na sliki 3 podan diagram žilavosti v odvisnosti od trdote. flmjmrtif P .rc » J73 HM • los f > ur3 Tmpttaturo popution/a *C p urtj Slika 2 Popuščni diagram za jeklo Utop Mo 4 — kaljenje na zraku. ŠARŽA :0W3 KALJENO- KJOO'C olj, - žilavost kpm/cm* ---trdota HRC N —V \ \ \ -v- -X \ \ J \ h * / xf —F\— —7l f \ -1-- J fc=—1 1 7~ \ \ 200 300 100 S00 600 . Temperatura popuitanja v *C /uro Slika 1 Popuščni diagram za jeklo Utop Mo 4 — kaljenje v olju. Slika 3 Udarna žilavost jekla Utop Mo 4 v odvisnosti od trdote — preizkušano pri sobni temperaturi Pogoj za dosego dobrih lastnosti orodja je vsekakor izhodno stanje jekla po mehkem žarjenju. Slika 4 podaja mikrostrukturo pravilno plastično predelanega, normalizi-ranega in žarjenega jekla Utop Mo 4. Na sliki 5 pa je tipična mikrostruktura tega jekla po kaljenju s temperature 1000° C. Slika 4 Struktura Utop Mo 4 v normaliziranem + žarjenem stanju Z ozirom na posebne kakovostne zahteve pri uporabi tega jekla je v večini primerov tudi ekonomsko upravičena zahteva električnega pretaljevanja pod žlindro, ki še posebej na poznan način prispeva k zagotavljanju vrhunskih kakovostnih lastnosti. Zato je razumljivo, da se velika večina tega jekla normalno proizvaja po EPŽ postopku na osnovi zahteve potrošnikov pri naročilih. Slika 5 Struktura jekla Utop Mo 4 v kaljenem stanju (1000» C olje) Vse to pripomore, da se lastnosti orodnega jekla še poboljšajo, in sicer: — boljša sposobnost poliranja, — večja žilavost, posebno v prečni smeri, — boljša vzdržljivost pri dinamičnih obremenitvah, — boljša meroobstojnost, — povečana obstojost na obrabo, — povečana korozijska obstojnost, posebno na tako imenovano pitting korozijo. EPŽ izvedba jekla naj bi se uporabljala povsod tam, kjer se zahteva od orodja maksimalna vzdržljivost, ki je s klasičnim postopkom izdelave jekla ne moremo več zadovoljiti. POPRAVEK Pri objavi sestavka: Vpliv preoblikovanega materiala na snovanje procesov hladnega masivnega preoblikovanja jekel v 2. štev. Železarskega Zbornika se je na strani 86 vrinila neljuba tiskana pomota, tako da bi se moral stavek pravilno glasiti: Če imamo namreč za material, ki je v redni proizvodnji pokazal dobre rezultate, posneto krivuljo plastičnosti, lahko za novega, ki smo ga na primer šele dobili, iz njegove krivulje vnaprej zelo zanesljivo sklepamo o njegovem obnašanju v kasnejši predelavi. Avtorju sestavka mag. dipl. inž. Karlu Kuzmanu in bralcem se s tem opravičujemo. I HI * r INTERNATIONALE TECHNISCHE BERATUNG | t V* Gesellschaft m. b. H. A-8600 BRUCK/MUR, BAHNHOFSTR. 9 Telefon 0 38 62 / 53 1 10 Telex 36720 SVETOVALEC V METALURŠKI INDUSTRIJI daje oporo pri reševanju vaših problemov Industrijski inženiring Projektne študije Raziskave gospodarnosti Rentabilnost Uspešnost obratov in naprav Racionalizacije obratov Planiranje naprav Tehnika metalurških postopkov Proizvodnja jekla Pretaljevanje pod žlindro Pretaljevanje v vakuumu Klasično litje in konti litje Predelava s kovanjem ali valjanjem Toplotna obdelava in finalizacija Konstruiranje in nadzorovanje novogradenj Projektiranje in gradnja posebnih naprav Naprave za električno pretaljevanje pod žlindro Naprave za taljenje v vakuumu in litje Nadzorovanje in vodenje projektov Vpeljava naprav v proizvodnjo Odgovorni urednik: Jože Arh, dipl. inž. — Olani Jože Rodič, dipl. inž., Viktor Logar, dipl. inž., Aleksander Kveder, dipl. inž., Edo Žagar, tehnični urednik. Oproščeno plačila prometnega davka na podlagi mnenja Izvršnega sveta SRS — sekretariat za informacije št. 421-1/72 od 23. 1. 1974 Naslov uredništva: ZPSž — Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, tel. št. 81-341 int. 880 — Tisk: GP »Gorenjski tisk«, Kranj