Tehnične novice DK: 621.9.025.6 ASM/SLA: TSh; TSj Novo orodno jeklo OA 2 v proizvodnem programu Železarne Ravne Jože Rodič UVOD Kmalu bo preteklo desetletje od prvih predlogov raziskovalnega oddelka železarne Ravne, da bi proizvodni program orodnih jekel dopolnili z novim jeklom iz družine jekel legiranih na osnovi 5 °/o kroma in dodatkov molibdena. Težišče uporabnosti različnih variant te družine jekel z ogljikom v mejah od 0,2 % do 0,6 °/o je predvsem na področju orodnih jekel za delo v vročem stanju in vse bolj pomembnih visokotrdnih konstrukcijskih jekel, uporabnih tudi na povišanm temperaturah. Razširitev te družine jekel s predstavniki z visoko vsebnostjo ogljika okrog i % je prinesla nova izredno kvalitetna orodna jekla za delo v hladnem stanju z odlično meroobstojnostjo in odpornostjo proti obrabi ob istočasni dobri žilavosti. Med jekli tega tipa z visoko vsebnostjo ogljika je prav gotovo najpomembnejše ameriško jeklo tipa A 2, ki je v Združenih državah zelo razširjeno, vedno bolj popularno pa postaja tudi v Evropi. Z izdelavo poizkusnih šarž v majhni indukcijski peči se je raziskovalni oddelek prepričal o lastnostih te vrste jekla, ki so sicer poznane predvsem iz ameriške literature. V vseh teh letih od preizkusov »laboratorijsko« izdelanih šarž ni bilo mogoče vzbuditi na tržišču tolikšnega interesa za to jeklo, da bi bilo mogoče to jeklo preizkusiti v normalnih industrijskih pogojih. V letu 1973 so se za razvoj na tem področju odprle nove možnosti. V železarni Ravne je začela redna proizvodnja v novi tovarni strojnih nožev in orodij z močno razširjenim proizvodnim programom. Pomemben delež izvoza v zahodno evi-opske države in v ZDA je dal nov zelo pomemben impuls razvoju modernega asortimenta orodij in novih vrst orodnih jekel. Obenem z izgradnjo omenjene tovarne orodij v železarni Ravne je odprla povsem nove možnosti razvoja uvedba najmodernejšega jeklarskega postopka v novem obratu za električno pretaljevanje jekla pod žlindro. Samostojnost železarne Ravne pri oblikovanju nadaljnjega razvoja obenem s proizvodnjo ultračistih EPŽ jekel s homogeno makro in mikrostrukturo odpira nove perspektive celotni potrošnji orodnih jekel v državi. Rezultati se že jasno kažejo. Na osnovi doslej proizvedene količine jekla OA2 za redno proizvodnjo, ki se bo v letu 1974 kmalu približala 100 tonam, lahko že trdimo, da smo to specialno orodno jeklo spoznali v tolikšni meri, da ga lahko predstavimo našim proizvajalcem orodij, kar je tudi namen te publikacije. Jeklo OA 2 je že v redni proizvodnji. Zanj lahko že normalno sprejemamo naročila in nudimo vse normalne kakovostne garancije. STANDARDNE KARAKTERISTIKE IN OSNOVNI PODATKI ZA UPORABO JEKLA OA 2 Smerna kemijska sestava v %: C Si Mn Cr Mo V 1 0,3 0,6 5 1 0,25 Jože Rodič je diplomirani inženir metalurgije in vodja službe za razvoj tehnologije, izdelkov in metalurške raziskave v železarni Ravne. Primerjava s tujimi standardi: ZR Nemčija ZDA W.No. 17007 DIN 17006 AISI tip 1.2363 X100CrMoV5.1 A2 420 Tip jekla: Jeklo OA 2 je plemenito visoko legirano Cr-Mo-V orodno jeklo za kalj en je na zraku na bazi 5 % Cr z visoko vsebnostjo ogljika, namenjeno predvsem za delo v hladnem stanju. Zanj je tipična odlična meroobstojnost v kombinaciji z zelo dobro odpornostjo proti obrabi in dobro žila-vostjo. Primerno je tudi za izdelavo orodij, ki se uporabljajo v vročem stanju. To jeklo zavzema pomembno mesto med visokotrdnimi konstrukcijskimi jekli. Značilnosti in osnovne lastnosti Jeklo OA2 se odlikuje predvsem z naslednjimi lastnostmi: — odlična odpornost proti obrabi, — zelo dobra žilavost, — dobra obdelovalnost v žarjenem stanju in dobra sposobnost za brušenje v toplotno obdelanem stanju, — dobra sposobnost za poliranje, — zelo pomembno lastnost predstavlja kaljivost na zraku in sploh velika sposobnost prekaljivosti, — zelo dobra meroobstojnost, — dobra popustna obstojnost. Jeklo OA 2 se izdeluje normalno po EPŽ postopku (z električnim pretaljevanjem pod žlindro), zato ima zagotovljeno izredno čistost in homogenost makro in mikro-strukture ter minimalno vsebnost škodljivih elementov, predvsem žvepla. Primerjava lastnosti Ce primerjamo glavne lastnosti jekla OA2 z lastnostmi drugih vrst poznanih orodnih jekel (glej sliko 1), bomo prav lahko ugotovili, kdaj se bomo odločili za izbiro tega jekla. Jeklo OA 2 ima npr. prednost pri izbiri pred ledeburit-nim orodnim jeklom C.4850 (OCR 12 VM) takrat, kadar z žilavostjo jekla OCR 12 VM nismo povsem zadovoljni, lahko pa bi dopustili, da se odpornost orodja proti obrabi nekoliko zmanjša na račun znatno povečane žilavosti. Včasih je pri izbiri odločilno tudi dejstvo, da ima jeklo OA 2 boljšo sposobnost za mehansko obdelavo in brušenje kot vse vrste visoko kromovih ledeburitnih jekel. Zanimiva je primerjava z jeklom utop Mo 2, ki ima enako legirno osnovo, pač pa znatno nižji ogljik (0,4 °/o) in višji vanadij (1 °/o). Predvsem zaradi boljše žilavosti ima jeklo utop Mo 2 kot visoko trdno konstrukcijsko jeklo prednosti, čeprav se v te namene tudi jeklo OA 2 s pridom uporablja. Višji vanadij omogoča jeklu utop Mo 2 relativno večjo popustno obstojnost, čeprav razlika v primerjavi z OA2 razen pri najvišjih temperaturah popuščanja ni bistvena. Odpornost proti obrabi Žilavost Meroobstoj-nost Obdelovdnost - Trdota v vročem OA2 C. 4850 0CR12VM Č. 6444 0SIKR04 C 6443 0SIKR02 II J- ■ C. 7680 BRM2 C. 4753 UtopMo2 IJIJJFj C. 1940 OCJOO JBL Slika 1 Primerjava lastnosti jekla OA2 in drugih znanih vrst orodnih jekel Področje uporabe Področje uporabnosti tega jekla je zaradi naštetih značilnih lastnosti izredno široko. Edinstvena kombinacija lastnosti dela to jeklo primerno predvsem tam, kjer se zahteva odlična odpornost proti obrabi in obenem čim boljša žilavost. Ce temu prištejemo še kaljivostne lastnosti, zanesljivost pri kaljenju in meroobstojnost jekla, je pomen tega jekla za zahtevna orodja kompliciranih oblik jasen. Tudi popustna obstojnost je zelo ugodna. Iz tega jekla se izdelujejo matrice kompliciranih oblik, gladilne matrice, oblikovalne matrice, vlečne matrice, najrazličnejši valji, trni in orodja za valjanje navojev in razna orodja v industriji plastičnih mas in umetnih snovi. Med rezilnimi orodji so najpomembnejši za uporabo tega jekla razni tipi strižnih rezil in orodij za štancanje. Zaradi odlične meroobstojnosti se to jeklo široko uporablja za raznovrstna merilna orodja. Tipizacija: Jeklo OA 2 je novo in se na domačem tržišču šele uveljavlja, zato je seveda »netipizirano«. Glede na izkušnje v Združenih državah in v Zahodni Nemčiji pa mu lahko pripisujemo dobre perspektive pri uveljavljanju na širokem področju uporabe orodnih in visoko trdnih konstrukcijskih jekel. Vroča predelava: Normalno območje vroče predelave je 1050—850° C. Pri ogrevanju in zadrževanju na temperaturi pred vročo predelavo je treba upoštevati nagnjenost tega jekla k raz-ogljičenju in podvzeti vse potrebne zaščitne mere. Zaradi kaljivosti na zraku je občutljivost tega jekla pri ohlajanju po končani vroči predelavi razumljiva. Zelo nevarno je izpostavljanje prepihu in vlagi. Zagotoviti je treba dovolj počasno ohlajevanje v peči ali pa v primernih izolirajočih sredstvih. Preoblikovalna sposobnost za plastično predelavo v vročem pri tem jeklu zaradi visokega ogljika in legirnega sestava ni najboljša. Ingoti izdelani po EPŽ postopku imajo precej boljšo sposobnost za plastično preoblikovanje v vročem, zato EPŽ izvedbi tudi glede predelave poleg vseh drugih prednosti pripisujemo velik pomen. Za doseganje dobrih osnovnih lastnosti ima končna temperatura vroče predelave velik pomen in naj bo čim bližja spodnji temperaturi predpisanega območja, vendar ne nižja od 850° C. Po končani vroči predelavi je treba to jeklo čimprej žariti! Mehko žarjenje: Po vroči predelavi se priporoča pred mehkim žarje-njem normaliziranje, ki sicer ni obvezno, pač pa s prekri-stalizacijo prispeva pomemben delež pri zagotavljanju homogene mikrostrukture in doseganju boljših lastnosti jekla z mehkim žarjenjem. Ogrevanje mora biti tako pri normalizaciji kot pri žarjenju počasno, po možnosti stopenjsko. Temperatura normalizacije za prekristalizacijo je 900° C z zadrževanjem 1 uro na temperaturi. Temperatura mehkega žarjenja je 830—870° C. Cas držanja na temperaturi: ca. 2 uri. Pri normalizaciji in pri žarjenju je treba ustrezno zagotoviti varovanje proti prekomernemu razogljičenju površine. Hitrost ohlajanja po končanem zadrževanju na temperaturi mehkega žarjenja predvsem v območju 800—650° C ne sme presegati 20° C/h do temperature 650° C. Nadaljnje ohlajanje je lahko hitrejše. Posebno priporočljivo je izotermno žarjenje, če so ie za izvedbo postopka ustrezne možnosti. Postopek izotermnega žarjenja zahteva: —■ zadrževanje ca. 2 uri na 900° C — ohladitev na 700° C in — zadrževanje 5—6 ur na temperaturi 700° C, — ohlajevanje na zraku. Kjer se lahko izvede izotermno žarjenje, ni potrebna normalizacija. Slika 2 prikazuje opisane postopke. Trdota: Trdota jekla OA2 v žarjenem stanju je običajno v območju 200—250 HB. normalizacija za prekristalizacijo+ +mehko žarjenje = izotermno žarjenje 900°C nn 850'C /7 ■ |\ _____ // Čl \ / — 1 1—7 N\ 1 ' S\ \\ 1 / \ h w peč zrak \ 0 2 4 6 3 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 --— čas v urah Slika 2 Postopek normalizacije in žarjenja za jeklo OA2 Obdelovalnost: V žarjenem stanju se to jeklo dobro obdeluje. Žarjenje za odpravo napetosti: Žarjenje za odpravo napetosti se izvaja v temperaturnem območju 600—700° C z zadrževanjem na temperaturi najmanj 1 uro. Pri večjih debelinah nad 25 mm se na vsakih 25 mm povečanja debeline čas držanja na temperaturi podaljša za 1 uro. Ohlajanje se izvaja počasi v peči do 500° C, dalje pa na mirnem zraku. Žarjenje za odpravo napetosti se izvaja po grobi mehanski obdelavi. Nujno potrebno je pri vseh orodjih, ki se po toplotni obdelavi ne brusijo več, posebno če so preseki na raznih delih orodja zelo različni. Velik pomen ima to žarjenje pri orodjih, ki se pred končno toplotno obdelavo močneje ravnajo. Pri žarjenju za odpravo napetosti ni potrebna posebna zaščita proti razogljičenju. Kal jen je: Normalno območje temperatur kaljenja je 930—980° C. S časom zadrževanja na kalilni temperaturi moramo tako kot pri ledeburitnih orodnih jeklih zagotoviti zadostno raztapljanje karbidov v avstenitu. Za večino orodij je najboljša temperatura kaljenja 960° C. Za orodja debeline do ca. 80 mm se kaljenje izvaja z ohlajanjem na mirnem zraku, ali pa v rahlem pišu suhega zraka. Za debelejša orodja je potrebno kaljenje v olju. Uporablja se tudi kaljenje v termalni kopeli na ca. 550° C za izenačitev temperature, na kar sledi ohladitev na zraku. Trdota po kaljenju je 62—65 HRC. Pri ogrevanju na temperaturo avstenitizacije se zelo priporoča dobro predgrevanje v območju 700—800° C, ker se s tem doseže boljša enakomernost temperature po preseku na temperaturi kaljenja, kar v veliki meri zmanjša deformiranje orodij pri kaljenju. Na temperaturi pred-grevanja zadržujemo orodje približno 1 uro za vsakih 25 mm debeline največjega preseka. Že na temperaturi predgrevanja je treba poskrbeti za ustrezno zaščito proti razogljičenju, še bolj pomembno pa je to pri nadaljnjem ogrevanju in zadrževanju na temperaturi kaljenja. Priporočljiva je varovalna atmosfera v peči z najmanj 10 % CO ali pa varovalno pakiranje orodij. Pri kaljenju večjih kosov se priporoča izbira kalilne temperature bližje spodnji meji navedenega intervala, ker se s tem zmanjša količina zadržanega avstenita v jeklu po kaljenju. Ta je namreč v veliki meri odvisna od kalilne temperature in od časa držanja na kalilni temperaturi. Za manjša ali tanjša orodja priporočajo ogrevanje na kalilno temperaturo v solni kopeli na bazi 70—90 % BaCh in 30—10 % NaCl. Trdota po kaljenju: Orodja debeline do 50 mm dosežejo po kaljenju trdoto poprečno 63—64 HRC (tanjša orodja v posameznih primerih tudi precej večje trdote) in prekalijo praktično po celem preseku. Orodja večjih debelin pa dosegajo že znatno nižje trdote in imajo med trdoto na površini in v sredini precejšnje razlike. Poglejmo nekaj primerov: Kaljenje na zraku s temperature Debelina probe 75 mm 100 mm Trdota površine Trdota sredine Trdota površine 970° C 950° C 64 HRC 62 HRC 61 HRC 59 HRC 61 HRC 59 HRC Popuščanje: Uporabno območje temperature popuščanja je 150 do 550° C. Največkrat popuščamo jeklo OA2 na temperaturi 150—250° C. Orodja, ki so izpostavljena udarcem in vsa tista, od katerih zahtevamo večjo žilavost, popuščamo na 400-550° C. Popuščanje se mora izvršiti takoj po kaljenju, še preden doseže jeklo sobno temperaturo. Najprimernejše je prenesti orodje na popuščanje, ko doseže po kaljenju temperaturo 50—60° C. Preden damo orodje v peč za popuščanje, se mora ohladiti vsaj toliko, da se ga lahko dotaknemo z roko. Pri višjih temperaturah popuščanja je priporočljivo dvakratno popuščanje, kar pa zadošča, če je pravilno izvedeno. Cas popuščanja na temperaturi naj bo ca. 1 uro za vsakih 25 mm debeline, vendar tudi pri najtanjših kosih nikoli manj kot 1 uro. Jeklo OA 2 ima izražen efekt sekundarne trdote pri popuščanju, ki je tem močnejši, čim višja je temperatura kaljenja. Pri kaljenju v olju je efekt sekundarne trdote močnejši kot pri kaljenju na zraku. Zaradi efekta sekundarne trdote lahko izberemo razmeroma visoke temperature popuščanja, ki pa imajo ob enaki trdoti prednost pred nižjimi temperaturami glede žilavosti jekla. Diagram popuščanja prikazuje odvisnost trdote od temperature kaljenja in temperature popuščanja za kaljenje na zraku (si. 3). Delovne trdote orodij Večina oblikovalnih, rezilnih in prebijalnih orodij ima delovno trdoto v mejah 60—63 HRC. Orodja za valjanje navojev imajo večinoma nekoliko nižjo omejitev maksimalne dopustne trdote in se toplotno obdelujejo na 60—62 HRC. Smerna kemijska sestava C% Si % Mn % Cr % «0% V % 1 0.3 0,6 5 7 0.25 Parameter P =(°C + 273)(20 + logt)W'3 70 65 60 55 50 45 40 35 30 ! _ 1 1 1 1 _ _ _ _____ ___ c______ DA? Probe 120 mm v, — TTjt s* — "J ____ i * ._ . r , 1 .... •v/ \ / / / vzl \ s. \ v\ i V' v \ \ 7 V i \ v - i \ ' OlOVzrak i - - \ ^^ c zrak \ Y* Qnn°r. rmu — [ —V^ ! ' v i v 20 700 200 300 400 500 600 700 Temperatura popuščanja °C [luroj Slika 3 Diagram popuščanja za jeklo OA 2 Merilna orodja naj imajo maksimalno odpornost proti obrabi, medtem ko žilavost ni pomembna. Zato so delovne trdote največkrat v mejah 62—64HRC. Za najpreciznejša merilna orodja lahko s posebno preiskavo ugotovimo optimalno kombinacijo temperature kaljenja in popuščanja glede meroobstojnosti. Oblikovalni valji imajo trdoto v mejah 58—62 HRC. Pri nekaterih večjih orodjih za ravnanje in upogibanje zadošča delovna trdota 58—60 HRC. Orodja za industrijo umetnih mas imajo običajno delovno trdoto 58—60 HRC. Orodja namenjena za delo v vročem imajo največkrat delovno trdoto v mejah 52—55 HRC. Kaljenje Kaljenje 940° C zrak 940° C zrak Popuščanje Popuščanje 540° C 590° C Klasično EPZ Klasično EPŽ Trdnost (N/mm1) 2080 2160 1770 1810 Meja plastičnosti (N/mm2) 1850 1950 1600 1680 Raztezek (°/o) 2,3 4,5 5,7 7,7 Kontrakcija (°/o) 2,5 9,8 6,0 23,3 Nitriranje: Jeklo OA 2 je v splošnem zelo primerno za nitriranje. Ce ga nameravamo nitrirati po tenifer postopku, priporočamo kaljenje z višje temperature. Jeklo moramo namreč popuščati na temperaturo, ki je višja od temperature nitriranja ali vsaj njej enaka, pri tem pa ne želimo trdote preveč znižati. Največkrat v takih primerih kalimo jeklo OA2 s temperature 1040° C, kar si v večini primerov lahko privoščimo. Ce uporabimo nitriranje, želimo vsekakor doseči predvsem maksimalno odpornost proti obrabi in lahko na račun zmanjšanja žilavosti zvišamo temperaturo kaljenja. Ce nameravamo jeklo plinsko nitrirati, ga popuščamo na ca. 540° C, če pa ga nameravamo nitrirati po tenifer postopku, ga popuščamo na ca. 570° C. Pri plinskem nitriranju 15 ur na 520° C pričakujemo nitrirano trdo plast debeline ca. 0,12 mm. Jedro orodja ima pri tem trdoto 54—57 HRC, površina pa 900—1100 HV. Nitriranje v cianidni kopeli daje tanjšo nitrirano plast in bolj krhko kot nitriranje v plinu. Podhla je vanje Po normalni ohladitvi s kalilne temperature podhla-jevanje do — 50° C ali še nižje zagotavlja popolnejši razpad avstenita. Pri takem postopku se doseže trdota 66—68 HRC in povečanje dimenzij za 0,003 mm/mm. Sledeče popuščanje na 150° C daje trdoto okrog 65 HRC, na 200° C pa okrog 64 HRC. V nekaterih primerih uporabe je tak postopek, ki daje maksimalno trdoto orodja in minimalno vsebnost zadržanega avstenita zelo pomemben. Podhlajevanje po predhodnem popuščanju ima pri tem jeklu mnogo manjši učinek. Podhladitev na — 70° C omogoča minimalno vsebnost zadržanega avstenita, nižje podhladitve pa so glede praktičnega učinka neutemeljene. Mehanske lastnosti Pri kaljenju s temperature 940° C — t. j. na spodnji meji normalnega kalilnega intervala in popuščanju na 590° C pričakujemo normalno naslednje poprečne mehanske lastnosti: — trdnost ca. 1600 N/mm1, — meja plastičnosti ca. 1250 N/mm2, — raztezek ca. 5 °/o, — kontrakcija ca. 15 %. Pri seriji primerjalnih preiskav6 jekla OA2 klasične izdelave z EPŽ jeklom smo ugotovili v primerjavi s temi podatki znatno večje trdnosti ob nekoliko manjši, a vendar zelo zadovoljivi kontrakciji. Naslednja tabela daje primerjavo teh rezultatov za probe 0 8 mm z dolžino merilnega dela 40 mm. Mehanske lastnosti jekla OA 2 (srednje vrednosti) Žilavost je bila doslej še premalo preizkušena, zato lahko podamo samo nekaj podatkov za grobo orientacijo, ki se nanašajo na klasično izdelano jeklo OA 2. Za preizkušanje žilavosti so bile uporabljene probe, kakršne v železarni Ravne normalno uporabljamo za preizkušanje žilavosti orodnih jekel. To so probe 10 mm X 10 mm X X 55 mm, ki imajo v sredini oslabitev za 1 mm s polmerom 10 mm. Stanje prob Poprečna žilavost (6 prob) J Kaljeno 32,7 Popuščano 100" C 22,9 Popuščano 300° C 41,5 Popuščano 500° C 38,8 Metalografija jekla OA 2 Jeklo OA2 izdelano po EPZ postopku doseže v žarje-nem stanju zelo lepo homogeno sferoidizirano strukturo (slika 4), ki sestoji iz osnove nizkolegiranega ferita in razmeroma velike količine (okrog 15 utežnih odstotkov) karbidov, od katerih je približno ena polovica tipa M7C3 in druga polovica tipa M23C6. Slika 4 Mikrostruktura žarjenega jekla OA 2 (povečava 500X) Po kaljenju so v mikrostrukturi tega jekla martenzit, zadržani avstenit in karbidi. Med ogrevanjem na temperaturo avstenitizacije se kompleksni karbidi razmeroma počasi raztapljajo, dokler temperatura ne prekorači ca. 930° C. Na normalni temperaturi kaljenja (ca. 960° C) vsebuje avstenit večino ogljika, kroma, vanadija in molibdena v jeklu, vendar še vedno ostaja okrog 5 % karbidov neraztopljenih. Neraztopljeni karbidi so v glavnem tipa M7C3, nekaj pa je prisotnih tudi karbidov tipa M23C6. Slika 5 Mikrostruktura kaljenega jekla OA 2 (povečava 500 X) Slika 6 Primer mikrostrukture kaljenega jekla OA 2 večje debeline (povečava 500 X) Kalil na temperatura (°C) Slika 7 Odvisnost vsebnosti zadržanega avstenita v jeklu OA 2 od kalilne temperature, ohlajevalne hitrosti in od načina izdelave jekla13 METALOGRAFIJA V ZVEZI S TOPLOTNO OBDE VO ORODIJ VELIKIH PRESEKOV' IZ JEKLA OA 2 Kadar je treba toplotno obdelati orodja večjih debelin nad 80—100 mm se prav lahko zgodi, da bo trdota nižja od zahtevane, če ne podvzamemo posebnih mer ob pazljivem delu. Obstajata predvsem dva možna vzroka za doseganje prenizke trdote. Eden od obeh je dopuščanje prekomernega izločanja karbidov z razmeroma počasnim ohlajevanjem v temperaturnem območju od 980° C do 650° C. Drugi vzrok pa je tvorba bainita ob istočasni možni stabilizaciji avstenita. Če jeklo kalimo v olju s temperature 980° C, dobimo v mikrostrukturi samo martenzit z zadržanim avstenitom in neraztopljenimi karbidi (slika 5). Jeklo ima trdoto ca. 65 HRC. Ce jeklo ohlajamo s hitrostjo, kakršna ustreza ohlajanju debelejše palice ca. 150 mm 0 na zraku do temperature 550° C in dalje v olju (slika 6), opazimo izločanje karbidov na mejah zrn in tudi nekaj močno jedkanih produktov visokotemperaturnih transformacij poleg marten-zita, zadržanega avstenita in neraztopljenih karbidov. Kljub prisotnosti izločenih karbidov po mejah zrn in kljub majhni količini produktov visokotemperaturnih transformacij je trdota še vedno okrog 65 HRC. Seveda, če pa jeklo ohlajamo na zraku od temperature kaljenja vse do sobne temperature s hitrostjo, ki ustreza ohlajanju palice ca. 150 mm 0, dobimo poleg sestavin strukture prikazane na sliki 6 še bainit in trdota je samo ca. 56 HRC. V takem primeru meritve na rentgenskem difrak-tometru pokažejo vsebnost zadržanega avstenita okrog 24 %, medtem ko je v enakem kosu jekla pri ohlajanju na zraku do 550° C in dalje v olju zadržanega avstenita samo okrog 13 °/o. Tako lahko nizko trdoto pri ohlajanju na zraku do sobne temperature pripisujemo prisotnosti bainita in večji količini zadržanega avstenita. Ce hočemo torej preprečiti prenizko trdoto pri kaljenju orodij velikih presekov iz jekla OA2, moramo pospešiti ohlajevanje v temperaturnem območju bainitne premene med 400 in 200° C. Ta zahteva je izpolnjena lahko tudi pri termalnem kaljenju ali kaljenju v olju do temperature ca. 550° C ali nižje, čemur sledi ohlajevanje na zraku do sobne temperature. Hitra ohladitev do 550° C znatno skrajša čas ohlajevanja na zraku od 550° C do 250° C v primerjavi s časom, ki je za to potreben, če je bilo ohlajevanje od kalilne temperature do 550° C počasno. Seveda je boljše hitro ohlajevanje do temperature pod 550° C. V kolikor se jeklo počasi ohlaja od ca. 250° C do sobne temperature, so namreč deformacije in dimenzijske spremembe pri kaljenju minimalne. Normalno je v dobro kaljenem jeklu OA 2 okrog 10 do 15 % zadržanega avstenita. Običajno popuščanje na 150—250° C skoraj nima vpliva na zadržani avstenit v jeklu. Zato je potrebno preprečiti nevarnost kakršnegakoli pregretja med avstenitizacijo pri kaljenju, ker ima pregretje za posledico znatno povečanje količine zadržanega avstenita. Trdota orodij popuščanih na ca. 200° C je okrog 60 HRC, po popuščanju na ca. 300° C pa okrog 58 HRC. Pri popuščanju v območju med 300° C in 500° C se trdota zelo neznatno znižuje, nekoliko nad 500° C pa začne hitro padati. To odpornost proti zmehčanju pripisujejo' zelo počasnemu naraščanju cementitnih zrnc v 5 °/o Cr — popustnem mar-tenzitu. Legirani karbidi tipa M?C3 se izločajo v popustnem martenzitu šele, ko temperatura popuščanja preseže območje 500—550° C. Normalna mikrostruktura jekla OA 2 po popuščanju ima naslednje komponente: popustni martenzit, karbidi (neraztopljeni in izločeni), bainit (zaželeno čim manj) in zadržani avstenit, katerega količina naj bo čim manjša. izdelava jekla kaljeno na zraku kaljeno v olju Zadržani avstenit konvencionalna EPŽ k----i •---• Trdota HRC konvencionalna EPŽ 4-4 i---i •---• 60 "2 k: Zadržani avstenit popuščano na 500°C Hib 940 970 1000 1040 l6"0 Posebne preiskave V nadaljnjem podajamo za informacijo nekaj rezultatov in ugotovitev posebnih preiskav jekla OA 2, pri čemer pa poudarjamo, da planirane preiskave še niso zaključene in zato ti rezultati niso dokončni, ampak le informativni za grobo predstavo o nekaterih zanimivih lastnostih tega jekla. Vsebnost zadržanega avstenita13 S ploščicami dimenzij 5 X 25 X 50 mm3 smo po različnih postopkih toplotne obdelave določali vsebnost zadržanega avstenita z rentgenskim difraktometrom. Rezultati teh meritev so prikazani na sliki 7, ki kaže že omenjeni vpliv temperature kaljenja na vsebnost zadržanega avstenita v tem jeklu. Linearni temperaturni razteznostni koeficienti Slika 8 prikazuje meritve linearnih razteznostnih koeficientov v temperaturnih območjih od sobne temperature do 700° C. Premenske točke OA 2 — Železarna Ravne šarža 11230 šarža 01127 klasična EPŽ 2 t ingot izdelava — gredice Sagamore lit3 A 2 lit1 Ogrevanje Ac začetek Ac konec Ohlajanje Ar začetek Ar konec 2,5° C/min 768» C 808" C 2,5° C/min 745° C 690° C 2,5° C/min 770" C 808" C 2,5° C/min 738° C 675° C ca. 1° C/min 793° C 816° C ca. 0,5° C/min 768° C 743° C 793 C % 0,97 0,91 1,00 1,00 s % 0,012 0,007 — _ p % 0,029 — »— _ a Si % 0,25 0,18 0,30 0,30 r* ta Mn % 0,60 0,57 0,50 0,70 (n Cr % 5,18 5,30 5,00 5,25 J£?'J- _ peti. s.± j A/gretl__ SieiLjiJl JeimlSJlZ-Ohlajanje i&csi^zjiSijtije cevi na zraku v ara.at. "I Slika 10 Dimenzijske spremembe pri toplotni obdelavi V naslednji tabeli so podane meritve, katere smo izvedli za jeklo izdelano po klasični tehnologiji in analogne meritve za jeklo EP Ž iz redne proizvodnje, kovano iz ingotov teže 2 t. Očitne so velike prednosti EPŽ jekla. Pregled meritev za jeklo OA 2 Relativne dimenzijske spremembe A 1/1» — žarjeno stanje šarža 11230 klasična izdelava šarža 01127 EPZ 2 t Kaljenje po postopku opisanem na slikah 9—12 14,4, 13,0 . 10—* . 10-4 4,4 . 10-4 Popuščanje 150° C 9,3 . 8,5 . . 10-4 . 10—4 5,2 . 10-4 Popuščanje 300° C 7,4 , . 10-4 2,66. 0,74 .10-4 .10-4 Popuščanje 450° C 0 3,0 . , 10-4 0 1,5 . . 10—4 Podani rezultati raizskav še niso kompletni, ker so v toku še nadaljnje raziskave pri drugih pogojih avsteniti-zacije. Primerjava izotermnih TTT diagramov Slika 13 kaže primerjavo izotermnih TTT diagramov iz različnih literaturnih virov'25 z našimi poizkusi6. Ugotovili smo, da se začetek premene v perlitni stop-ni in začetek martenzitne premene za naše jeklo OA2 dobro ujema s podatki iz literature, začetek premene v bainitni stopnji pa je pri našem jeklu glede na podatke iz literature pomaknjen v TTT diagramu precej bolj v desno k daljšim časom. SPREMEMBE DIMENZIJ i_________ ZR.OAZ___ _____________ sarža 0J'J2__ probaAllV3__ dimenzije »Imm/JOmm začetno stanje Jsti&o____ TA = 91CL' C tA=£im \>//W/////////////\ Ojaievalni faktor:i50x i Merilo originalnega I posnetka ,_, K mm Ogrevanje. Y P9r*!L _ //////////// Sf^ ohlajanje ■ ^«J5a4Š9» Rezultat meritve Ogrevanje ogreti. j>ecLt Jerafl. ASPJC. Ohlajanje j£ez_zgš&tQe cevi ng zraku v ara a t. Rezultot meritve 1x: Bi. dimen, sprememb. Slika 12 Dimenzijske spremembe pri toplotni obdelavi Slika 11 Dimenzijske spremembe pri toplotni obdelavi IOOOt 900- eoo 700 600 530 400 300 200 vo 20 araonovi atmosferi , Rezultat meritve:_____ 8.15.10■* Ogrevanje: y. SSTHL Ohlajanje: ŠCSJ^&BP i&L ™_zjaku_vrz-gxfin Rezultat meritve 1x: ltžl?AJ2'l__ Ogrevanje:____ Ohlajanje:_______ Rezultat meritve 2,t: SPREMEMBE DIMENZIJ ŽR0A2____ šarža 01127 EPŽ proba.4i?2U§ dimenzije. t 0A2 mo 0,97 0,25 Q 60 5,18 1,01 Q 23 768'C 808'C 1010'C ^začetek premene lit *> 1100 1000 900 800 o o p 700 3 a 600 m t 500 400 300 200 100 0 \ 700"C —:____ / A+F+K v A +K \ 4 5 0°C brez preme ne /'T 200 hsss— 260° C H ---------- -75% —50% -70% 90% 1 10 sekunde 100 1000 10000 100000 1 minute ® čas-- 100 1000 ure 10 Slika 13 Primerjava izotermnih TTT diagramov jekla OA 2 ZAKLJUČKI Namen te publikacije je bil, da podamo informacijo dosedanjih raziskav novega jekla OA 2, ki sicer še niso zaključene, dovoljujejo pa že presojo kakovostnih lastnosti tega jekla v zvezi s področji uporabnosti. Podani so rezultati preiskav osnovnih lastnosti, katere pa bo treba dopolniti in povezati z informacijami o obnašanju tega jekla pri praktični uporabi. Literatura: 1. Payson: The Metallurgy of tool steels — 1962 J. Wiley & Sons, New York, London. 2. Roberts — Hamaker — Johnson: Tool Steels — 1962 Metals Park. 3. Tool Steels Handbook — Allegheny Ludlum Steel Corporation, Pittsburgh, PA. 4. STEELECTOR — The Allegheny Ludlum Tool Steel. 5. Katalog Fagersta — Jeklo C 550. 6. Uranc F.: Osvajanje jekla OA 2, interna raziskovalna naloga Železarne Ravne 0-7302. 7. Uranc F.: Legirana orodna jekla za delo v hladnem, interna raziskovalna naloga Železarne Ravne Pub-6603. 8. Pšeničnik J.: Osvajanje jekla OCR 12 VM, interna raziskovalna naloga Železarne Ravne 0-7003. 9. Rodič A., J. Pšeničnik, J. Gradišnik: Lastnosti orodnih jekel za delo v vročem, izdelanih po različnih postopkih, interna raziskovalna naloga Železarne Ravne R-7306. 10. Rodič J., A. Segel: Metoda določanja dimenzijskih sprememb, interna raziskovalna naloga železarne Ravne 0-7003 in R-7221. 11. Pori R., A. Rodič: interna preiskava Železarne Ravne DK-87/1974. 12. Rodič J., A. Segel: Metoda odredjivanja dimenzijskih promjena pri termičkoj obradi zbog strukturnih pre-obražaja — Alatni čelici, pogl. II.-8, izdanje Metalbiro. Zagreb 1973. 13. Grešovnik F., F. Uranc: Določanje vsebnosti zadržanega avstenita v jeklu OA2 z rentgenskim difraktometrom, interna raziskovalna naloga Železarne Ravne 0-7302. Odgovorni urednik: Jože Arh, dipl. inž. — Člani 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: ZPS2 — Železarna Jesenice, 64270 Jesenice, tel. št. 81-231 int. 385 — Tisk: GP »Gorenjski tisk«, Kranj