O vplivu mikrostrukture na vlečno sposobnost maloogljičnega jekla DK: 669.14.018.29 ASM/SLA: W29h, F28 Franc Vodopivec, Metalurški inštitut, Ljubljana A. Mežnar, A. Kelvišar, Železarna Jesenice Pripravljena je bila žica iz iste šarže maloogljičnega jekla z debelino 6,25 mm z mikrostrukturo ferit-martenzit, ferit-lamelarni perlit in ferit-zrnati perlit ter vlečena na enostopenjskem vlečnem stroju s poprečno redukcijo 16 %. lica z mikrostrukturo ferit-martenzit ima slabo pre-oblikovalnost, ker martenzitna zrna težko sodelujejo v procesu deformacije pri prehodu skozi votlico. Zato nastajajo med martenzitom in feri-tom mikrorazpoke. Ko gostota teh razpok doseže določeno vrednost, se žica pretrga, ne da bi na njej bili opazni mikroskopski znaki prevlečenosti. Vlečenje ostalih dveh vzorcev je bilo prekinjeno pri debelini 0,65 mm pri skupni deformaciji 98,9 %. Preiskave hladno deformirane žice te debeline so pokazale, da ima večjo preoblikovalno sposobnost mikrostruktura iz ferita in lamelarne-ga perlita, kot mikrostruktura iz ferita in zrnatega perlita. Ta razlika bi bila lahko posledica podobnega učinka drobnih neplastičnih cementitnih zrn na preoblikovalno sposobnost jekla, kot ga imajo pri večji debelini žice neplastična martenzitna zrna. Pri raziskavah predelavnosti jekla z vlečenjem, ki so bile izvršene pred nekaj časa, smo se našli pred vprašanjem, katera mikrostruktura daje maloogljičnemu jeklu največjo sposobnost za predelavo z vlečenjem skozi votlice ali, če zastavimo problem s tehnološkega stališča, kakšna naj bo izhodna mikrostruktura žice pred vlečenjem, da bo mogoča čimvečja redukcija brez vmesnega rekristalizacijskega žarjenja. Neposrednega odgovora na to vprašanje nismo mogli najti v literaturi, pa tudi ni bilo mogoče dati utemeljenega odgovora na osnovi tehnoloških izkušenj. Gotovo pa je, da pomenu tega vprašanja s tehnološkega vidika ni mogoče oporekati. S primerno toplotno obdelavo smo pripravili jeklo iste šarže z izhodno mikrostrukturo iz ferita, martenzita in malo lamelarnega perlita (si. 1 in 2), iz ferita in lamelarnega perlita (si. 3 in 4) ter iz ferita in globularnega perlita (si. 5 in 6). V nadaljevanju teksta označujemo vzorce v naštetem vrstnem redu kot vzorce A, B in C. Izhodna debelina žice je bila 6,25 mm. Kolobarji so bili normalno luženi v železarni Jesenice ter po luže-nju poapneni. Vlečenje so opravili na enostopenjskem vlečnem stroju s povprečno redukcijo 16 °/o, ki ustreza redukciji na sodobnih večstopenjskih vlečnih strojih. V tabeli 1 so podatki o mehanskih lastnostih izhodne žice. Vidimo, da ima žica C manjšo trdnost in večjo plastičnost kot žica B, oba vzorca pa znatno manjšo trdnost in večjo plastičnost kot vzorec A. V tabeli 2 so podatki o trdnosti žic pri nekaterih vmesnih debelinah ter ustrezni indeksi utrditve, ki smo ga definirali kot razmerje med trdnostjo žice pri določeni debelini in začetno trdnostjo. Na sliki 7 vidimo, kako rastejo indeksi utrditve s stopnjo skupne deformacije nad 80 % SI. 1 SI. 2 Slika 1 in 2, pov. 100 in 500. Mikrostruktura iz ferita in martenzita. Fig. 1 and 2 Magnifications 100 X and 500 X. Microstructure of ferrite martensite. SI. 4 Slika 3 in 4, pov. 100 in 500. Mikrostruktura iz ferita in iamelarnega periita. Fig. 3 and 4 Magnifications 100 X and 500 X. Microstructure of ferrite and lamellar pearlite. do prekinitve vlečenja pri vzorcih B in C, oz. do debeline, ko je postalo vlečenje vzorca A praktično nemogoče zaradi neprestanega trganja. Rezultati v tabeli 2 in na sliki 7 kažejo, da je indeks utrditve sistematično večji pri vzorcu B kot pri vzorcu C. Tega pa ni mogoče razumeti tako, da ima vzorec C večjo preoblikovalnost z vlečenjem, saj je bilo na primer potrebno že pri debelini 1,92 prekiniti z vlečenjem vzorca A, če- prav je pri njem indeks utrditve relativno najmanjši. Zanimivo je, da raste indeks utrditve pri vseh treh vzorcih paralelno s stopnjo skupne deformacije. Utrditev zaradi hladne deformacije je torej odvisna predvsem od materiala ne pa od njegove mikrostrukture. Potrebno pa je vedno upoštevati, da so bile začetne trdnosti vzorcev različne, zato so tudi različne realne trdnosti po enakih stopnjah skupne deformacije. Vlečenje vzorcev B in C smo prekinili pri debelini 0,65mm; ne zato, ker ju ni bilo mogoče SI. 6 Slika 5 in 6, pov. 100 in 500. Mikrostruktura iz ferita in zrnatega periita. Fig. 5 and 6 Magnifications 100 X and 500 X. Microstructure of ferrite and spheroidal pearlite. Tabela 1 — Mehanske lastnosti žice pred vlečenjem Vzorec Debelina mm Trdnost kp/mm2 Raztezek % Kontrakcija % Mikrostruktura A B C 6,25 6,25 6,25 69,4 66,3 56.1 58,7 53,6 53.2 17,3 15,3 21,7 20,0 26,7 23,0 54,0 56,5 75,0 73,0 77,0 75,0 Ferit, martenzit in malo Iamelarnega periita Ferit in lamelami perlit Ferit in zrnati perlit Tabela 2 — Trdnost in indeks utrditve pri različnih debelinah Debelina mm 2,74 2,50 2,25 2,06 1,92 150 0,95 0,69 Redukcija % 80,8 84,0 87,1 89,2 90,7 97,2 97,7 98,8 Vzorec A Trdnost kp/mm2 114,0 122,0 125,6 128,7 129,4 — — — Indeks I 1,68 1,79 1,85 1,89 1,91 — — — Vzorec B Trdnost kp/mm2 105,0 112,4 115,6 116,8 122,4 150,2 155,0 172,5 Indeks I 1,83 1,96 2,01 2,03 2,12 2,61 2,69 3,0 Vzorec C Trdnost kp/mm2 97,4 99,9 105,5 107,6 109,5 138,5 142,5 155,0 Indeks I 1,83 1,87 1,97 2,02 2,05 2,60 2,67 2,91 I — indeks utrditve, razmerje med trdnostjo pri določeni debelini in trdnostjo pred vlečenjem Slika 7 Odvisnost med stopnjo skupne deformacije in indeksom utrditve za žice z različno mikrostrukturo. Fig. 7 Relationship betvveen the degree of total deformatlon and the index of hardening for wires of various microstructures. deformacije 98,9 % že pokazati med njima razlike, ki bi bile lahko tehnološko pomembne. Pač pa smo na obeh vzorcih izvršili še preizkus pre-pogiba. Vzorec B je pri tem zdržal 29 prepogibov, vzorec C pa le 11 prepogibov. To pove, da bi bilo mogoče oba vzorca vleči še naprej in da je po deformaciji 98,9 °/o vzorec B (mikrostrukture iz vleči še naprej brez rekristalizacijskega žarjenja, ampak predvsem zato, ker smo menili ali domnevali, da bi se morale pri doseženi stopnji skupne Slika 8, pov. 500. Videz martenzitnih zrn pri redukciji 89,1 °/o. Mikrorazpoka v martenzitnih zrnih ter med temi zrni in feritom. Fig. 8 Magnification 500 X. Appearance of martensite grains after 89.1 % reduction. Microcrack in martensite grains and between those grains in the ferrite. SI. 10 Slika 9 in 10, pov. 500. Približno isto mesto na belem in jedkanem obrusku. Pušči-časte razpoke med martenzitnimi zrni in feritom. Redukcija 89,1 %. Fig. 9 and 10 Magnification 500 X. Approximately the same area on the unetched and etched specimen. Arrowlike cracks between martensite grains and ferrite. Reduction 89.1 %. ferita in lamelarnega perlita) bolj plastičen od vzorca C (mikrostruktura iz ferita in globularnega perlita). Zaradi popolnosti omenjamo, da ima po rekristalizacijskem žarjenju navadno jeklo mikro-strukturo tipa C. Poglejmo, kako se deformirajo posamezne komponente mikrostrukture in kako vplivajo na trganje žice pri vlečenju! Zaradi hladne deformacije se martenzitna zrna nekoliko uredijo v nize, paralelne s smerjo vlečenja. Robovi zrn se malo zaoblijo. Pri nadaljevanju vlečenja se večja zrna lahko prelomijo (si. 8), med njimi in feritom pa se odprejo puščičaste razpoke. Te nastanejo na sprednji strani martenzitnih zrn, ko gledamo v smeri toka materiala skozi votlico (si. 9 in 10). To pomeni, da martenzitno zrno težko sodeluje v kompleksni deformaciji, ki je potrebna, da bi se zmanjšala debelina žice na poti skozi votlico, ter da je trdnost vezi med mar-tenzitnim zrnom in feritom manjša od sile, ki je potrebna, da bi se mikrostruktura uredila tako, kot zahteva proces deformacije. Ko gostota mi-krorazpok med feritom in martenzitom dovolj zraste, se žica utrga. Mikrostruktura ob pretrga-nem mestu je torej drugačna, kot v prevlečeni žici, pa tudi na površini žice ni na pretrganem mestu makroskopskih znakov prevlečenja. V jeklu s strukturo iz ferita in lamelarnega perlita (vzorec B) so se perlitna zrna preoblikovala najprej v kratke pasove (si. 12 in 13), pri povečani stopnji deformacije pa so se razvila v nitaste tvorbe (si. 14 in 15), tako da je mikrostruktura dobila videz mikrostrukture nitastega kom-pozita. Do podobne preureditve mikrostrukture je prišlo v žici z izhodno mikrostrUkturo C iz ferita ni globularnega perlita (si. 16 do 19). Zanimivo je bilo ponašanje nekovinskih vključkov med vlečenjem. Ob večjih vkljuokih, ki so bili pretrdi, da bi se med vlečenjem zdrobili, so se razvile razpo- Slika 11, pov. 200. Mikrorazpoke med martenzitnimi zrni in feritom v bližini mesta, kjer se je žica pri vlečenju pretrgala. Redukcija 90,7%. Fig.11 Magnification 200 X. Microcracks betvveen martensite grains and ferrite close to the breakage area of the drawn wire. Reductlon 90.7 °/o. SI. 13 Slika 12 in 13, pov. 100 in 500. Mikrostruktura žice B pri redukciji 89,1 °/o. Fig. 12 and 13 Magnifications 100 X and 500 X. Microstructure of wire B at 89.1 °/o reduction. ke, ki so se pri vlečenju razpotegnile v osi žice (si. 20 in 21). Krhki vključki z manjšo trdnostjo so se pri vlečenju zdrobili v vzdolžne nize, ne da bi pri tem nastale vidne razpoke. To pove, da so nekovinski Vključki za preoblikovalnost škodljivi le, če jih je anormalno veliko in so toliko trdi, da se pri vlečenju ne zdrobijo ali deformirajo. SI. 14 SI. 15 Slika 14 in 15, pov. 100 in 500. Mikrostruktura žice B pri redukciji 98,9 %. Fig. 14 and 15 Magnifications 100 X and 500 X. Microstructure of wire B at 98.9 % reduction. SI. 16 Zanimivo je bilo ponašanje pri prepogibu žic tipov B in C pri debelini 0,65 mm, to je po koncu vlečenja, žica tipa B se je dala upogniti do dotika krakov okoli trna s premerom debeline žice, žica tipa C pa ne. V mikroskopu smo videli, da žica tipa C ne prenese deformacije, zato ker se na natezni strani odpre razpoka, ki žico trenutno razdeli (si. 22). V žici B se zaradi deformacije na tlačni strani razpotegnjena zrna preuredijo v manj nitasto obliko. To se ne dogodi v ravnini, v kateri leži os deformacije, marveč simetralno na obeh straneh te ravnine (si. 23 in 24), na natezni strani pa se deformirana zrna še bolj podaljšajo. Mislimo, da smemo na osnovi opisanih rezultatov trditi, da ima v absolutnem smislu in pri preiskanem jeklu mikrostruktura iz ferita in la-melarnega perlita večjo plastičnost z vlečenjem skozi votlice kot mikrostruktura iz ferita in glo-bularnega perlita. Dela nismo nadaljevali, čeprav nas je zanimalo tolmačenje razlike v plastičnosti med mikrostrukturo niti B in C. Po analogiji z mikrostrukturo ferit-martenzit sklepamo, da imajo lahko tudi zrna cementita v globularnem SI. 18 SI. 17 Slika 16 in 17, pov. 100 in 500. Mikrostruktura žice C pri redukciji 89,1 %. Fig. 16 and 17 Magnifications 100 X and 500 X. Microstructure of wire C at 89.1 % reduction. SI. 19 Slika 18 in 19, pov. 100 in 500. Mikrostruktura žice C pri redukciji 98,9 %. Fig. 18 and 19 Magnifications 100 X and 500 X. Microstructure of wire C at 98.9 % reduction. rs ■ 'I i«;«* SI. 20 SKLEP Izvršili smo primerjalno preiskavo preobliko-valnosti z vlečenjem istega jekla, iki je imelo v začetnem izhodnem stanju mikrostrukture ferit- v SI. 22 SI. 21 Slika 20 in 21, pov. 200 X bel in jedkan obrusek, isto mesto, vzorec B. Akslalna razpoka ob trdnem nekovinskem vključku. Fig. 20 and 21 Magnification 200 X. Unetched and etched specimen, the same area, sample B. Axial crack at a hard non-metalic inclusion. perlitu podobno vlogo kot martenzitna zrna, le da se njihov učinek pokaže šele pri večji stopnji deformacije ali manjši debelini, zato ker so manjša. Torej bi lahko prihajalo do nukleacije mikroraz-polk na mejni površini ferit-cementitno zrno in do preloma zaradi razširjenja teh razpok Skozi žico. Možno je, da ima določen pomen pri tem procesu tudi debelina feritne obloge okoli cementitnih zrn. Domnevamo, da je mikrostruktura s finim lamelarnim perlitom bolj plastična pri visoki stopnji skupne deformacije zato, ker se tanke ce-mentitne lamele lažje orientirajo tako, kot deformacija zahteva, ali pa zato, ker so razpoke, ki nastajajo med njimi in feritom, premajhne, da bi se lahko pri nadaljevanju deformacije hitro širile skozi preostalo kovino. Upamo, da bodo v bodočnosti na voljo sredstva za raziskavo s ciljem, da bi našli utemeljen odgovor na to vprašanje, ki tehnološko morda ni zanimivo, pač pa je gotovo zanimivo za razumevanje mehanizma preoblikovanja jekel pri vlečenju in spoznavanja preoblikovalnih lastnosti različnih mikrostruktur. -. as® i SI. 23 Slika 22 in 23, pov. 200 X, vzorec B. Nekovinski vključki po redukciji 98,9 %. Fig. 22 and 23 Magnification 200 X. Sample B. Non-metallic inclusions after 98.9 % reduction. Slika 24, pov. 100, vzorec C. Razpoka nastala pri upogibu. Fig. 24 Magnification 100 X. Sample C. Crack appeared after bending. Slika 25, pov. 100, vzorec B. Mikrostruktura na tlačni strani upognjene žice. Fig. 25 Magnification 100 X. Sampie B. Microstructure on the compressed side of the bended vvire. SI. 26 martenzit, ferit-fini lamelami perlit in ferit-zrnati perlit. Ugotovili smo, da ima jeklo s feritno-mar-tenzitno mikrostrukturo razmeroma slabo preobli-kovalnost. Vzrok tega so trdna martenzitna zrna, ki se praktično ne deformirajo pri redukciji preseka žice. Zato se med feritom in martenzitnimi zrni odpirajo razpoke, zaradi katerih se žica utrga pri nadaljevanju vlečenja. Druga dva vzorca žice sta prenesla brez vmesnega žarjenja deformacijo 98,9 %, to je reduikcijo od debeline 6,25 mm na SI. 27 Slika 26 in 27, pov. 500, vzorec B. Zaradi upogiba spremenjena oblika, kristalnih zrn na tlačni in na natezni strani žice (primerjati s posnetkom na si. 15). Fig. 26 and 27 Magnification 500 X. Sampie B. Distorted form of crystal grains on the copressed and the tensile side of the bended vvire (compare with Fig. 15). debelino 0,65 mm. Pri tej debelini smo vlečenje prekinili, ker smo domnevali, da s tehnološkega stališča nadaljevanje vlečenja ni več zanimivo. Preiskusi in preiskave žice, vlečene na debelino 0,65 mm, pa so pokazali, da ima žica z mikro-strukturo iz ferita in lamelarnega perlita pri tej debelini boljšo plastičnost od žice z mikrostruk-turo iz ferita in zrnatega perlita. Nismo izvršili nobenih preizkusov, da bi to razliko pojasnili, po analogiji z žico z mikrostrUkturo iz ferita in mar-tenzita domnevamo, da je mehanizem učinka ce-mentitnih zrn podoben kot učinek martenzitnih zrn, ker pa so cementitna zrna mnogo manjša, se njihov vpliv pokaže šele pri večjih redukcijah, ko je debelina žice manjša in tanjši sloj ferita, ki obdaja cementitna zrna. Rezultati teh poizkusov kažejo, da mehanske lastnosti pri maloogljičnih jeklih, predvsem raz-teznost, pa tudi trdnost, ne dajejo prave podobe p preoblikovalni sposobnosti jekla z vlečenjem. Žica B je pokazala večjo plastičnost, kljub temu da je ob začetku Vlečenja imela manjšo plastičnost in večjo trdnost (kot žica C. ZUSAMMENFASSUNG Fiir die Versuche der Ziehfahigkeit ist aus einer Schmelze eines niedriggekohlten Stahles Walzdraht mit 6.25 mm Durchmesser und verschiedenartigem Gefiige vor-bereitet vvorden. Das Gefiige war einmal Ferrit-Martensit, Ferrit-lamelaler Perlit und Ferrit-korniger Perlit. Der Draht ist auf einer einstufigen Ziehmaschine mit einer durchschnittlichen Querschnittabnahme von 16 °/o gezogen vvorden. Der Draht mit einem ferritisch-martensitischen Gefiige besitzt eine schlechte Verformbarkeit, vveil mar-tentische Korner bei der Verformung, beim Durchgang durch die Ziehdiise, nur schvver mitvvirken. Desvvegen entstehen Mikrorisse zvvischen dem Martensit und Ferrit. VVenn die Dichte dieser Risse einen bestimmten Wert erreicht, zerreisst der Draht, ohne dass sich am Gefiige Zeichen der Oberzogenheit gezeigt hatten. Das Ziehen anderer zvvei Priiflinge ist bei einem Durchmesser von 0.65 mm und einer Verformung von 98.9 % unterbrochen vvorden. Untersuchungen dieses kalt-verformten Drahtes zeigten, dass das Gefiige, bestehend aus Ferrit und lamelarem Perlit, eine grossere Verformbarkeit besitzt, als das Gefiige aus Ferrit und kornigem Perlit. Dieser Unterschied in der Verformbarkeit des Stahles kann als Folge einer ahnlichen Wirkung der win-zigen unplastischen Zementitkorner angesehen vverden, vvelche bei der grosseren Dicken die nichtplastischen Mar-tensitkorner verursachen. SUMMARY Wires of the same batch of low carbon steel, 6.25 mm thick, with microstructures ferrite-martensite, ferrite-lamel-lar pearlite, and ferrite-spheroidal pearlite were prepared. They were drawn on a single-step drawing machine vvith an average reduction of 16 °/o. Wire with ferrite-martensite microstructure has a bad workability because martensite grains hardly cooperate in the process of deformation during passing through the die. Therefore microcracks appear betvveen the martensite and ferrite. When density of these cracks reaches a certain value the wire breakes vvithout microscopic marks of overdravving vvere observed. Drawing of the other tvvo samples was interrupted at the thickness 0.65 mm and at the total deformation of 98.9 %. Investigations of cold worked vvire of this thickness shovved that ferrite-lamellar pearlite microstructure has a greater workability than the ferrite-spheroidal pearlite microstructure. This difference can be caused by similar influence of fine unplastic cementite grains on the steel workability as it was the čase vvith unplastic martensite grains at the greater wire thicknesses. 3AKAIOTEHHE H3 OAHOft H TOH JKe CaMOH UiapHCH H«3KOyrAepOAHCTOli CT3AH npHroTOBAeHa npoBOAOKO b ioaiiuimc 6,25 mm. Ee MHKpocTpyKTypa: <(>eppnTHO-MapTeHCHTHaa, (J>eppHTHO-AaMeAAsipHO-nepAHTHaH H 4>eP" pHTHO-3epHHCTO-nepAHTHaH. ripOBOAOKO nOABeprHyTO BOAOMeHHfO Ha OAiiocTenneHHOM boaomhabhom ycTpoiicTBe c cpeAHefl peAVKUHCH 16 %. ripOBOAOKO cj)eppHTHO-MapTeH3HTHOii CTpyKTypBI HMeeT nAO-xyio noAaTAiiBocTb, TaK KaK 3epHa MapTeHCHTa BecLMa MaAO y^acT-ByioT b npouecce Aejepe3 npoTaacHyio Marpnuy. ri03T0My Me>KAy MapTencHTOM ii eppnTOM o6pa3yK>TCH MHKpoTpemiiHhi. KaK toalko rycTOTa 3thx TpeiUHH AOCTitruvr onpeAeAeHHyio bcahhhhv, npoBOAOKO pa3puBaeTcsi, HecMOTp« na to, MTO na HeH He o6HapyjKeHb! MHKpOCKOnHHeCKHe 3HaKH nepei 5?>KKH Hoao4ch]ic nocAeAyiomHx AByx o6pa3uoB 6wao npepBaHo npn TO.unHHe 0.65 mm npH c0B0KynH0H Ae4>opMamra 98.9 %. HccAeAO-Bamie xoaoaiio AeopMHpoBaHHoft npoBOAOKH 3toh rOAiruiHi.i noKa-3aTO, m to SoAee xopomyio noAaTAHBOCTB HMeeT MHKpocTpyKa cocto-amaa H3 4>eppnTa h asm ca as p noro rpat^HTa b cpaBneHHH c cTpyK-Typoii H3 4>eppnra h 3epHHCToro nepAHTa, KoropaH 6oAee CAačoft noAaTAHBoeTH. Bo3mojkho, mto 3Ta pa3HHua nocAeACTBHe noAo6Horo 3eKTa npn mcakhx HenAacnraecKHX 3epeH ueMeHTHTa na cnocoS-nocTb k Ae(|x>pMamin CTaAii b cpaBHeHHH c OoAee Kpynni>iMH ne-HAaCTHMHUMH 3epHaMH MapTeHCHTa.