Franc Černe, dipl. inž. Železarna Ravne DK: 621.78 ASM/SLA: J 23p-s; G 17 k; 10-52; AYb: Žarjenje jekla C. 4320 na feritno - perlitno strukturo za boljšo obdelavo Avtomatizacija mehanske obdelave zahteva dobavo materiala z dobro obdelovalnostjo. Na osnovi podatkov iz strokovne literature je narejena raziskava toplotne obdelave jekla Č.4320 (EC-80) na 10 talinah, članek obravnava zaključke iz strokovne literature ter potek in rezultate lastnih raziskav toplotne obdelave jekla Č. 4320 na feritno-perlitno strukturo, kakršno predpisujejo nemške norme DIN 17210 za jeklo 16 MnCr 5. Obravnavani so pogoji toplotne obdelave (temperatura, čas, način ohlajanja) za ugoditev zahtevam: velikost zrna, vrsta strukture, trdota in trakava struktura. Preizkušena je tudi toplotna obdelava za popravo materiala, ki je bil toplotno obdelan pri pogojih, ki dajo grobo zrno. UVOD V predelavi in obdelavi kovin se stremi po čim-večji avtomatizaciji. Pri taki avtomatizirani proizvodnji pa je zelo važna obdelovalnost. V splošnem je obdelovalnost večja pri materialu, ki ima grobo zrno. čimbolj je razvita končna mehanska obdelava, tem večja je nevarnost, da ni možno združiti zahteve za posamezne faze pri izdelovalnem postopku. Tako se primeri, da se pri toplotni obdelavi želi drobno zrno, zato se stremi po čim krajših časih avstenitizacije. Nasprotno pa se pri mehanski obdelavi daje prednost grobemu zrnu, ker poveča vzdržljivost obdelovalnemu orodju. TTT-diagrami nam omogočajo pregled mehanskih lastnosti in struktur, ki so neposredno odvisne od hitrosti ohlajanja. Vsa podevtektoidna jekla imajo naslednje možnosti toplotne obdelave za boljšo obdelovalnost1: 1. izotermno žarjenje, 2. popolno žarjenje s tvorbo grobega lamelar-nega perlita, ki se brez vmesnega ohlajanja na temperaturo okolice sferoidizira pri temperaturi pod Aj, 3. poboljšanje s končnim ustrezno podaljšanim popuščanjem tik pod A,. Nemški predpisi5 (DIN 17210) predpisujejo za cementacijska jekla tri vrste toplotne obdelave za boljšo obdelovalnost2: 1. mehko žarjenje z dopustno maksimalno trdoto, 2. toplotno obdelavo na določeno trdnost s predpisanim nekaj višjim območjem trdote, 3. toplotno obdelavo na določeno strukturo oziroma na feritno-perlitno strukturo s predpisanim precej nizkim območjem trdote. Pogosto se te predpise poenostavljeno izpolnjuje, tako da se dosega grobo feritno-perlitno zrno (sekundarno zrno 1 do 4 po ASTM — Norm E 89-52)2. Prednost grobe strukture je v tem, da z grobim sekundarnim zrnom prekrijemo slab vpliv primarne trakavosti2. Grobo zrno pri jeklu č.4320 (EC-80) z grobim avstenitnim oz. primarnim zrnom (po Mc Quaid — Ehnu ASTM), t. j. pri tako imenovanih grobozrna-tih jeklih s skupnim Al pod 0,015 %, se doseže po vročem valjanju ali kovanju s toplotno obdelavo že z relativno nižjo temperaturo avstenitizacije (900 do 1000° C) in izotermno premeno v spodnjem delu perlitnega območja2. Bistveno težje pa je doseči grobo zrno pri tako imenovanem drobnozrnatem jeklu EC-80 s skupnim Al nad 0,020 % (Mc Quaid — Ehn 5 — 8 po ASTM), ki se uporablja za direktno kaljenje po plinski cementaciji. Da se pri teh jeklih doseže grobo sekundarno zrno, je neizogibno precej povišati temperaturo avstenitizacije, kar pa prinese nove težave2. Obdelovalnost ne zavisi samo od strukture, ampak v mnogih primerih tudi od natezne trdnosti, nemetalnih vključkov in drugega1. Kot že omenjeno je za obdelavo najugodnejša groba struktura, ta pa je bolje označena z deležem ferita, velikostjo avstenitnega zrna in natezno trdnostjo. Pri osvojenem postopku žarjenja zavisi delež ferita neposredno od velikosti avstenitnega zrna, a natezna trdnost je odvisna od deleža ferita. Tako lahko pri znani velikosti avstenitnega zrna predpišemo žaril-ni postopek s primerno hitrostjo ohlajanja za določeno natezno trdnost ali za določeno vsebnost ferita1. Zaradi takih predpisov pa se je izoblikoval postopek žarjenja za dosego tako imenovane »črno-bele strukture«, ki sestoji iz ferita in vmesno-stopenjske strukture, kupec pa pri tem zahteva grobo zrno1. Kunze in Brandis1 sta pri jeklu s sestavo 0,18 % C, 0,31 % Cr, 0,28 % Mo in 2 % Ni z večjo hitrostjo ohlajanja dosegla finejše zrno. Kljub počasnemu ohlajanju v območju tvorbe ferita pa se pri tem postopku dobi ostanek martenzita, kar poslabša vzdržnost orodja. Določeno hitrost ohlajanja pa je v obratu težko vzdrževati. Za dosego feritno-perlitne strukture pa je potrebno počasno ohlajanje samo v območju 750 in 650° C, kar velja tudi za jeklo 16 Mn Cr 5, pozneje se lahko ohlaja poljubno1. S tem so izpolnjene vse zahteve po dobri obdelovalnosti. Ista avtorja1 sta pri jeklu 16MnCr5 naredila med drugim tudi primerjavo med dvema postopkoma žarjenja za dosego feritno-perlitne strukture: med izotermnim in počasnim ohlajanjem. Z izo-termnim žarjenjem se doseže enakomernejša struktura in odpravi trakavost; postopek je mnogo krajši od počasnega ohlajanja. Čim višja je vsebnost Ni v Cr-Mo jeklih, tem težje je ta jekla žariti na določeno strukturo. To delno zaradi lenosti, delno zaradi nižje lege pre-menske točke At. Knorr in drugi2 so se temeljito posvetili žarje-nju jekla 16 Mn Cr 5. Preiskali so nekaj grobozrna-tih in nekaj drobnozrnatih talin; avstenitizacijske temperature 920 do 1200° C in izotermne premene pri temperaturah 600 in 650° C. Pri 600° C so trdote nekoliko višje. Rezultati so pokazali, da drobno-zmatim jeklom zrno bistveno zraste šele pri temperaturah nad 1000° C, a pri temperaturah med 1100 in 1200° C imata obe skupini jekel enako grobo zrno, drobno zrnata jekla dosežejo celo bolj grobo zrno. Sekundarno zrno je nekoliko fine j še od primarnega avstenitnega zrna. Morebitno podaljšanje časa avstenitizacije nad 1 uro bistveno ne poveča zrna. Pri podaljšanju za 10 ur šele zrno naraste za eno enoto2. Najprimernejša temperatura izotermne premene za jeklo 16MnCr5 je 630° C4. Z zelo počasnim ohlajanjem (0,5°C/min) se doseže enako veliko zrno kot pri običajnem izo-termnem postopku2. Zahtevano strukturo in trdoto je možno doseči že takoj po kovanju oz. valjanju s primernim ohlajanjem. Vsekakor se praktično doseže nekoliko bolj grobo zrno2 z uporabo končne temperature kovanja in ohlajanja 12° C/min pri jeklu 16 Mn Cr 5, čeprav so raziskave pokazale prav nasprotno2. RAZISKAVE V laboratorijskih električnih komornih oz. ja-škastih pečeh z mešanjem atmosfere je bila narejena serija poskusov, ki naj bi pokazala odvisnosti velikosti primarnega in sekundarnega zrna, strukture, trakavosti in trdote od temperature in časa avstenitizacije ter od načina ohlajanja za domačo vrsto jekla Č.4320 (EC-80), ki ustreza jeklu 16 Mn Cr 5. Preizkušanih je bilo 10 različnih talin, katerih kemijska sestava je navedena v tabeli 1. V tej tabeli je navedena tudi velikost avstenitnega zrna, ki je bilo določeno po Mc Quaid-Ehnu. Po tej velikosti zrn in po velikosti primarnega zrna pri temperaturah avstenitizacije 900 in 950° C so vse taline razvrščene v tri skupine: — drobnozrnate taline 2, 4, 5 in 6, — grobozrnate taline 1, 9 in 10 in — mešanozrnate oz. srednjezrnate taline 3, 7 in 8. Tabela 1 — Kemijske sestave in velikost avstenitnega zrna Ta[ina Kemijska sestava v % M925»'čf' C Si Mn P S Cr Cu Ceq po ASTM 1 0,16 0,18 1,01 0,025 0,022 0,93 0,530 3 2 0,17 0,24 1,00 0,015 0,018 0,89 0,540 7 3 0,18 0,23 1,15 0,017 0,022 0,98 0,15 0,601 3 — 4 0,15 0,17 1,23 0,017 0,021 1,00 0,20 0,580 6 5 0,19 0,31 1,05 0,026 0,029 1,02 0,22 0,617 5 — 6 0,17 0,26 1,00 0,016 0,027 0,96 0,16 0,562 6 7 0,16 0,17 1,17 0,015 0,015 0,97 0,21 0,570 6 8 0,16 0,29 1,17 0,015 0,020 0,97 0,14 0,594 4 9 0,16 0,17 1,09 0,027 0,026 0,98 0,17 0,557 2 — 10 0,16 0,22 1,20 0,017 0,021 0,96 0,18 0,584 4 V tabeli 1 je izračunan tudi ogljikov ekvivalent (C eq) po obrazcu: Ceq = C -j--Mn H--Cr + + — (Si — 0,5). 5 Po tem ekvivalentu so vse taline razvrščene v dve skupini: — trde taline 3, 4, 5, 8 in 10 in — mehke taline 1, 2, 6, 7 in 9. Vsem talinam so določene tudi dilatometrske premenske točke pri ogrevanju in ohlajanju 3° C/minuto, katerih srednje vrednosti so: — pri ogrevanju temperatura začetka pri 725 (od 725 do 730) °C in konca premene pri 825 (od 815 do 845) »C, — pri ohlajanju temperatura začetka pri 751 (od 730 do 770) °C in konca premene pri 625 (od 605 do 650) °C. Liti ingoti 450 kg kvadratnega prereza s srednjo stranico 222 mm so bili valjani v gredice kvadrat 90 mm, te pa kovane na okrogle palice z debelino 20 mm. S palicami te debeline so narejeni naslednji poizkusi: 1. Počasno ohlajanje v električni komorni peči: — avstenitizacija 1 oz. 4 ure pri temperaturi 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150 in 1200° C, — ohlajanje v peči (približno 30 do 100 minut) do 750° C, nato 20° C/h do 650° C in nadalje v peči (približno 90 minut) do 550° C, nato na zraku. 2. Izotermno ohlajanje: — avstenitizacija 1 uro pri istih temperaturah v električni komorni peči, — prenos v jaškasto električno peč z mešanjem atmosfere na temperaturi 630° C, — izotermno držanje na 630° C: pri avstenitizacijski temperaturi 900 do 1100° C 1 uro, pri avstenitizacijski temperaturi 1150°C ... 2 uri, pri avstenitizacijski temperaturi 1200° C ... 4 ure, — nadaljnje ohlajanje na zraku. 3. Avstenitizacija 1 uro pri istih temperaturah 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150 in 1200° C ter 4 ure pri temperaturah 950, 1050 in 1150° C, ohlajanje direktno v vodi. 4. Normalizacija 20 minut na temperaturi 900° C, ohlajanje na zraku. 5. Mehko žarjenje 2 uri na temperaturi 680° C, nato ohlajanje s pečjo do 550° C in naprej na zraku, 6. Vzorci, toplotno obdelani po točki 3 pri temperaturah 1100 in 1200° C so dodatno avste-nitizirani 1 uro na temperaturi 900° C in ohlajeni direktno v vodi. 7. Vzorci, toplotno obdelani po točkah 1 in 2 eno uro na temperaturah 1100 in 1200° C so dodatno avstenitizirani eno uro na temperaturi 900 oz. 920° C in ohlajeni na zraku. 8. Vzorci, mehko žarjeni po točki 5, so dodatno avstenitizirani eno uro na temperaturi 920° C ijn ohlajeni na zraku. Na toplotno obdelanih palicah so določene trdote po Brinellu na površini, metalografsko določena velikost zrna po ASTM in metalografsko ocenjena trakavost po tabeli na sliki 10. Ta tabela za ocenjevanje trakavosti je pripravljena posebej za drobno sekundarno zrno (slika 10 a) in posebej za grobo sekundarno zrno (slika 10 b). Z ohlajanjem direktno v vodi po avstenitizaciji je fiksirana velikost avstenitnega (primarnega) zrna, ki je določeno metalografsko na prečnem obrusu. Na sliki 1 je diagramski prikaz odvisnosti velikosti primarnega zrna od temperature avsteni- g ti 4 Avstenitizacija 4 ure Legenda ■ povprečje - finozrnate iarie •—-- grobozrnate iarie o.......... meianazraate iarie *---- - 925 900 950 »00 1050 1100 VSO 1200 950 1000 1050 1100 1150 -■— Temperatura avstenitizacije v "C Slika 1 Velikost primarnega zrna, 10 talin jekla C.4320, vzorci 0 20 mm, ohlajani v vodi tizacije za čas avstenitizacije 1 in 4 ure. Za primerjavo so med seboj ločeni rezultati za drobno, grobo in mešano zrnate taline in dodani rezultati ocenjevanja velikosti avstenitnega zrna po Mc Quaid -Ehnu. Na diagramih je očitno različno obnašanje drobno in grobo zrnatih talin: do temperature 1050 ali celo do 1100° C se te po velikosti sekundarnega zrna močno razlikujejo, ta razlika pa pri temperaturi avstenitizacije nad 1100° C popolnoma izgine ali celo obratno, da drobno zrnate taline dajo bolj grobo sekundarno zrno. To zadnje se popolnoma ujema s podatki literature28. Povprečna velikost primarnega zrna naraste od 5 — 6 po ASTM (pri 900° C) na 1—2 po ASTM (pri 1200° C), ki pa se s podaljšanjem avstenitizacije od 1 ure na 4 ure ne poveča (glej tudi primerjalni diagram na sliki 2). V vodi ohlajanim palicam je določena tudi trdota. Primerjava te je diagramsko prikazana na sliki 3. ? 4 zrno ca s ohlajanje , avstenitizacije | f3-- 'urol i O ----- ture \ vodi izotermno-630 °C počasno v peči počasno v peči počasno, predhodno normalizirano legenda: --povprečje »—--—• fino zr. iarie o------o grobo zr sarze *---k mešano zr.šarze 660 900 925 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 peč zrak Temperatura avstenitizacije v °C 900 1100 1100 zrak Temp. v °C Slika 2 Primerjava velikosti zrna, 10 talin jekla C. 4320, vzorci 0 20 mm iOO -- 390 380 370 360 350 g 200 190 a f /SO K. 170 160 150 140 izotermno ohlajanje na 630°C počasna ohlajanje v peči cas avstenitizacije predhodno 6Q0 900 1100 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 Temperatura v °C ura 3 I Ohlajanje počasno v peti 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 Ohlajanje izotermno pri 630 °C 900 950 1000 1050 1100 1150 ---Temperatura avstenitizacije v °C Slika 4 Velikost sekundarnega zrna, 10 talin jekla č.4320, vzorci 0 20 mm, čas avstenitizacije 1 ura po/prečje finozrnate šarie grobozrnate šarie rnešanczrnate ša-'}o Predhodno normalizirano 1050 11S0 950 Temperatura avstenitizacije v Slika 3 Povprečna trdota, 10 talin jekla C.4320 v odvisnosti od toplotne obdelave, vzorci 0 20 mm Za ostale postopke toplotne obdelave je na preizkusnih palicah poleg površinske trdote v Bri-nellu določena še velikost sekundarnega zrna po ASTM, ocenjevana trakavost in določena vrsta strukture na vzdolžnem obrusu. Velikost sekundarnega zrna v odvisnosti od temperature in vrste toplotne obdelave je diagramsko prikazana na slikah 4, 5 in 2. Na sliki 2 je prikazana primerjava velikosti zrna med vsemi izvedenimi postopki toplotne obdelave. Velikost zrna vzporedno narašča s temperaturo. Sekundarno zrno naraste pri eno-urni avstenitizaciji od 6 —7 ipo ASTM (pri 900° C) na 3 —4 po ASTM (pri 1200° C). S podaljšanjem časa avstenitizacije od 1 ure na 4 ure se sekundarno zrno poveča za približno eno enoto po ASTM. Pri enourni avstenitizaciji pri 1100° C s počasnim ohlajanjem se sekundarno zrno poveča približno Legenda : povprečje finozmate šarie grobozrnate iarie mešanozrnate iarie Slika 5 Velikost sekundarnega zrna, 10 talin jekla C.4320, vzorci 0 20 mm, ohlajani počasno v peči, čas avstenitizacije 4 ure. Za primerjavo so podatki za jeklo v surovem, mehko žarjenem in normaliziranem stanju za eno enoto po ASTM, če se palice predhodno normalizira. Nasprotno pa pri štiriurni avstenitizaciji s predhodno normalizacijo ni opaziti bistvenega povečanja zrna. Grobo primarno in sekundarno zrno se pri drobnozrnatih talinah popolnoma popravi s pravilno končno toplotno obdelavo. Tako je pri grobo-zrnatih palicah vseh talin (primarno zrno 1 do 3 po ASTM) s kaljenjem iz 900° C v vodi po postopku 6 doseženo normalno drobno zrno (primarno zrno 5 do 6 po ASTM), ki popolnoma ustreza velikosti zrna, doseženi po postopku 3 s kaljenjem prav tako iz 900° C. Podobno je pri grobozrnatih palicah (sekundarno zrno 3 do 5 po ASTM) z normalizacijo iz 900° po postopku 7 dosežemo normalno drobno zrno (sekundarno zrno 5 do 7 po ASTM) ki popolnoma ustreza velikosti zrna, doseženi po postopku 4 z normalizacijo prav tako iz 900° C. Za preizkušene in predpisane načine toplotne obdelave so predpisane naslednje trdote za jeklo C.4320 (EC-80) (16 Mn Cr 5): 1. Mehko žarjeno maksimalno 207 HB 30 (po JUS C.B9.020 in DIN 17210). 2. Toplotno obdelano na določeno trdnost 156 do 207 HB 30 (po DIN 17210). 3. Toplotno obdelano na feritno-perlitno strukturo 140 do 187 HB 30 (po DIN 17210). Pri navedenih raziskavah z 10 talinami tega jekla so dosežena naslednja območja trdot: 1. Mehko žarjeno povprečno 176 HB (160 do 195 HB), (slika 6). 2. Normalizirano povprečno 183 HB (156 do 224 HB), (slika 7). 3. žarjeno z eno in štiriurno avstenitizacijo pri temperaturi 900 do 1200° C in počasnim in izotermnim ohlajanjem ima trdoto od 131 do 179 HB, (glej sliki 6 in 7). 190 -- 780 160 -- 150 -- Legendo •—--—• trde sarze o-------o mehue sarze Počasno ohlajanje v peči do 550 "c Legenda: KO 180 -- 170 160 ISO HO 690 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 Izotermno ohlajanje na 630 °C 1100 M^p*--. • m« Trajanje °° premene: lura lura Jura lura 1ura 2 uri i ure -1-i-i-1--1-I-1-i- 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 Temperatura avstenitizacije v °c Slika 6 Trdota žarjenih vzorcev 0 20 mm, 10 talin jekla C.4320, čas avstenitizacije 1 ura Na sliki 6 in 7 se vidi, da pri enourni avsteniti-zaciji in počasnem ohlajanju trdota ni odvisna od temperature, pri izotermnem ohlajanju trdota nekoliko narašča s temperaturo, pri štiriurni avste-nitizaciji in počasnem ohlajanju pa trdota nekoliko pada s temperaturo. Tako imenovane trde taline imajo pri vseh postopkih toplotne obdelave res višjo trdoto, kar je odvisno od sestave, t. j. od ogljikovega ekvivalenta, od vsebnosti ogljika, kroma in bakra, nekoliko manj od vsebnosti mangana. Povprečno so trdote nekoliko višje pri izotermnem ohlajanju in nekoliko nižje pri daljši avsteni-tizaciji in še nižje pri predhodno normaliziranih palicah. Ta primerjava v odvisnosti od tempera- povpretje ■---• trde iarie --------o mehke iarie o p c s "O N -c £ 230 220- 210 200- 190- 180- T70- 160- ■ m Normalicaja, ohlajanje na zraku 760- s a 1S0 o "a HO" Avstenitizacija 4 ure, počasno ohlajanje v peči 950 7050 1150 160- t 20 minu t 150 M- 130- Predhodna normalizacija, avstenitizacija 4 ure, počasno ohlajanje v peči 900 950 1050 1150 Temperatura avstenitizacije v °C Slika 7 Trdota normaliziranih in žarjenih vzorcev 0 20 mm, 10 talin jekla C.4320 ture je prikazana na sliki 3, kjer so naznačena povprečja doseženih trdot tudi za ostale postopke. Za palice taline 2 in 5, ki so bile po enourni avstenitizaciji pri 900 do 1200° C počasno in izotermno ohlajene ter mehko žarjene, je bil izveden tudi raztržni preizkus. Povprečne vrednosti rezultatov za vse avstenitizacijsike temperature so podane v tabeli 2. Izračunan je tudi kvocient med natezno trdnostjo in trdoto po Brinellu. Pri 30 trgalnih palicah se ta giblje v območju od 0,32 do 0,37 oziroma povprečno 0,355. Tabela 2 Postopek ohlajanja Talina Trdota HB-30 kp/mm2 meja plastičnosti a, kp/mm2 natezna trdnost C« kp/mm2 raztezek 5s % kontrakcija <> % Cm HB Počasno ohl. 2 144,0 31,9 51,8 28,2 62,4 0,360 v peči 5 158,8 33,4 56,1 26,4 61,1 0,353 Izotermno ohlajeno pri 630° C 2 5 151,7 170,1 33,7 37,1 54,1 59,5 28,0 26,5 68,6 66,3 0,356 0,350 Slika 8 a Slika 8 d Talina 4, 1200" C, velikost sekundarnega zrna 3 — 4 ASTM, Talina 10, 1200° C, velikost sekundarnega zrna 3 — 4 ASTM, trakavost 3 trakavost 2 V flit-— H^"""/. Vi! Slika 8 b Slika 8 e Talina 4, 1050° C, velikost sekundarnega zrna 6 ASTM, Talina 10, 1050° C, velikost sekundarnega zrna 4 — 5 ASTM, trakavost 4 trakavost 4 .-m** Slika 8 c Slika 8 f Talina 4, 900" C, velikost sekundarnega zrna 7 — 8 ASTM, Talina 10, 900" C, velikost sekundarnega zrna 7 ASTM, trakavost 4 trakavost 4 Slika 8 Primerjava struktur drobnozrnate taline 4 in grobozrnate taline 10 jekla C.4320, žarjenih 1 uro pri 900 do 1200* C in počasno ohlajanih v peči do 550" C; povečava 200-krat Slika 9 a Talina 4, 1200" C, trakavost 1 Slika 9 d Talina 10, 1200° C, trakavost 1 Slika 9 b Slika 9 e Talina 4, 1050' C, velikost sekundarnega zrna 6 ASTM, Talina 10, 1050" C, velikost sekundarnega zrna 4 — 5 ASTM, trakavost 4 trakavost 2 Slika 9 c Lp^V ' % -i Slika 9 f Talina 4, 900" C, velikost sekundarnega zrna 6 ASTM, Talina 10, 900" C, velikost sekundarnega zrna 6 ASTM, trakavost 4 trakavost 4 Slika 9 Primerjava struktur talin 4 in 10 jekla C.4320, žarjenih 1 uro pri 900 do 1200° C in ohlajanih izotermno pri 630" C; povečava 200-krat Traka vos t 4 Traka vos t 3 Trakavost 2 Trakavosi J Trakavost 4 Traka vos t 3 Trakavost 2 Trakavosi 1 Slika 10 a Slika 10 b Drobno sekundarno zrno 7 — 8 po ASTM Grobo sekundarno zrno 2 — 4 po ASTM Slika 10 Tabela za metalografsko ocenjevanje trakavost! jekla č.4320 (EC 80), žarjenega pri temperaturi 900 do 1200° C; povečava 100-krat Struktura palic je pri vseh postopkih sestavljena iz feritnih in perlitnih zrn (pri avstenitizaciji na 1200° C in izotermnem ohlajanju je feritna mreža), razen pri normalizaciji, kjer je večji delež vmesnostopenjske strukture, in pri mehkem žarjenju, kjer je manjši delež vmesnostopenjske strukture. Na slikah 8 in 9 je prikazana primerjava dobljenih struktur pri enourni avstenitizaciji na temperaturi 900, 1050 in 1200° C pri obeh načinih ohlajanja za talino 4 in 10. Slika 8 prikazuje strukture talin 4 in 10, ki so bile po avstenitizaciji počasno ohlajane v peči; slika 9 pa strukture istih talin, ki so bile po avstenitizaciji ohlajane izotermno pri pri 630° C. Talina 4 se obnaša kot povprečno drob-nozrnata, a talina 10 kot povprečno grobozrnata jekla. Pri drobnozrnati talini 4 je primarno in sekundarno zrno še pri 1050° C drobno, medtem ko pri grobozrnati talini 10 primarno in sekundarno zrno postane zelo grobo že pri 1050° C ali celo pri nižji temperaturi avstenitizacije. Trakavost v žarjenih palicah je ocenjevana me-talografsko po tabeli na sliki 10, kjer pomeni za posamezno oceno: 4 — močna trakasta struktura preko celega preseka, 3 — močni ostanki trakaste strukture, 2 — rahli ostanki trakaste strukture, 1 — ni opaziti trakaste strukture. Rezultati ocenjevanja trakavosti so prikazani v obliki diagramov na sliki 11: v gornjih treh diagramih je vidno trošenje rezultatov pri posameznih postopkih, v spodnjem pa je primerjava trakavosti med postopki v odvisnosti od temperature avstenitizacije. Pri enourni avstenitizaciji je s počasnim ohlajevanjem trakavost znižana na znosno mero šele pri najvišji temperaturi, podaljšanje avstenitizacije stanje nekoliko izboljša, medtem ko je pri izotermnem ohlajanju trakavost popolnoma odpravljena že pri nižjih temperaturah avstenitizacije 1100° C. Predhodno normalizirane palice niso bile po žarjenju in počasnem ohlajanju nič manj trakave od nenormaliziranih. 5 hitrejšim ohlajanjem po avstenitizaciji do kritičnega temperaturnega območja, t. j. do pod Ar3, se z večjo sigurnostjo odpravi trakavost. Tako so na zraku normalizirane palice pretežno brez trakavosti, medtem ko so na isti temperaturi avste-nitizirane in v drugo peč na 630° C prenesene palice še močno trakaste. To je tudi možno primerjati na sliki 11. Tudi na slikah 8 in 9 je vidna razlika v trakavosti. Tu je vidno, da je trakavost pri žarjenju najprej odstranjena pri talini 10 z izotermnim ohlajanjem po avstenitizaciji (slika 9). to 3 2 1 Avstemtizacijo 1 uro, izotermno ohlajanje 630 °C m Avsten/tizacija 1 uro. počasno ohlapnje 900 950 1000 1050 1100 1150 • • • • • •• ••• m« • •• • ••• ------•••--••• ••• ••• ••• ••• ••• --**• ••• "t:— N . lit 1000 1050 1100 1150 1200 Avstenitizacija 6 ure počasno oh lajanje, predhodno normalizirano ( x J 55* £ < 3 Povprečje s — a » :b :: 050 1100 1150 1200 Čas avstenitizacije■ počasno 1 ura ohlajanje \ " .. \ 4 ure § 680 900 8 peč zrak 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 -— Temperatura avstenitizacije v °C Slika 11 Trakava struktura žarjenih vzorcev 0 20 mm, 10 talin jekla C.4320 Trakavost se odstrani: — z višjo temperaturo in daljšim časom avstenitizacije, s čimer se omogoči večjo difuzijo elementov in izravnavo kemijske sestave in — s čim hitrejšim ohlajanjem od temperature avstenitizacije do temperaturnega območja premene, s čimer se prepreči ali omeji povratno difuzijo, oziroma izcejanje posameznih elementov, posebno ogljika. S pravilno končno toplotno obdelavo mehansko obdelanega in naogljičenega jekla se trakavost popolnoma odpravi. Tako nikakor ni upravičena bojazen, da bi morebitna trakava žarjena struktura ostala trakava tudi po končnem kaljenju. Pri pravilni končni toplotni obdelavi grobožar-jenega jekla se dosega popolnoma zadovoljivo žilavost. Taka primerjava žilavosti je izvedena na 6 omenjenih talinah (talina 1, 4, 6, 7, 9 in 10). Določena je udarna žilavost popolno žarjenim palicam (1200° C — 1 ura) in mehkožarjenim palicam. Po dodatni normalizaciji po postopku 7 in 8 (920° C — 1 ura) je palicam ponovno določena udarna žilavost. Primerjavo teh preiskav kaže naslednja tabela 3. Mehko žarjene palice imajo precej višjo žilavost (kar je slabo za obdelovalnost) kot popolno žarjene palice. Z dodatno normalizacijo pa je pri Tabela 3 Prvotna toplotna obdelava ~ , , , .. Z dodatno normalizacijo PostoD k žilavost 920° — 1 h,'zrak dosežena kpm/cm2 žilavost kpmcm! 1200° C - 1 ura ohlajanje 5,7 — 12,3 5,0 — 15,7 počasi 1200° C - 1 ura ohl. izotermno 7,7—15,4 4,0 — 19,0 630» 680° C - 2 uri ohlajanje 16,8 — 22,0 5,0 — 8,5 počasi mehko žarjenih palicah dosežena precej slabša žilavost (5,0—8,5 kpm/cm2) kot pri popolnožarje-nih (4,0—19,0 kpm/cm2). Nekaterim popolnožar-jenim palicam z dodatno normalizacijo žilavost celo naraste. ZAKLJUČEK Pri vseh izvedenih postopkih žarjenja jekla Č 4320 (EC-80) na feritno^perlitno strukturo je zahtevana struktura tudi dosežena. Ostale zahteve (velikost zrna, trakavost in trdota) pa so odvisne od temperature in trajanja avstenitizacije, načina oziroma hitrosti ohlajanja in kemijske sestave taline. S kovanimi okroglimi palicami debeline 20 mm iz 10 talin sta preiskovana dva načina toplotne obdelave za dosego feritno-perlitne strukture: — Eno in štiriurna avstenitizacija na temperaturah v območju 900 in 1200° C s počasnim ohlajanjem v peči do 550° C, nato na zraku. — Enourna avstenitizacija na istih temperaturah, a z izotermnim ohlajanjem na temperaturi 630° C, nato na zraku. Vsi rezultati so primerjani z normalizacijo in mehkim žarjenjem. 1. Sekundarno zrno naraste pri enourni avste-nitizaciji ne glede na hitrost ohlajanja od 6—7 po ASTM pri 900° C na 3-^1 po ASTM pri 1200° C. S podaljšanjem avstenitizacije od 1 na 4 ure se sekundarno zrno približa velikosti primarnega zrna, ki je vzporedno večje za eno do dve stopnji po ASTM. Velikost avstenitnega zrna, določena po Mc Quaid-Ehnu, se med talinami bolj razlikuje kot velikost primarnega zrna, določena s kaljenjem v vodi iz avstenitizacijskih temperatur 900 in 950° C (1 in 4 ure) in ocenjevana po ASTM. Tudi povprečna velikost zrna je za približno eno stopnjo bolj groba. Pri drobnozrnatih talinah primarno in sekundarno zrno ostane drobno do precej visokih temperatur avstenitizacije (1050° C) in pri višjih temperaturah skokoma naraste in se izenači z zrnom grobozrnatih talin, katerim zrno bolj enakomerno narašča s temperaturo. 2. Z obema postopkoma toplotne obdelave je doseženo naslednje območje trdote od 131 do 179 HB pri temperaturah 900 do 1200° C (1 in 4 ure), s počasnim in izotermnim ohlajanjem. Ta trdota je manj odvisna od temperature, več od postopka toplotne obdelave in kemijske sestave, taline in posredno od premenskih točk. 3. Trakavost je bolj odvisna od načina ohlajanja kot od temperature avstenitizacije. Nekoliko je odvisna tudi od trajanja avstenitizacije. 4. Pri preiskovanih postopkih toplotne obdelave se dosega bolj grobo zrno: — z izbiro zrnatih talin po Mc Quaid-Ehnu, — z višjo temperaturo avstenitizacije in dovolj dolgim časom, — z dodatno normalizacijo pred popolnim žarjenjem ali s ponavljanjem žarjenja. 5. Dovolj nizko trdoto se dosega: — s čim počasnejšim ohlajanjem v temperaturnem območju od 750 do 650° C ali celo do konca premene pri 600° C, — z izotermno premeno pri temperaturi 620 do 630° C. 6. Trakavost se zmanjša oziroma odpravi: — z višjo temperaturo in daljšim časom (najmanj eno uro) avstenitizacije, — s čim hitrejšim ohlajanjem od temperature avstenitizacije do temperaturnega območja premene oziroma do temperature izotermne premene. 7. Ta toplotna obdelava (popolno žarjenje) za dosego feritno-perlitne strukture, posebno tisti pogoji, ki dajo grobo zrno, nikakor ne poslabša mehanskih lastnosti v končno toplotno obdelanem stanju. S končno toplotno obdelavo se pri finozrnatih talinah doseže popolnoma normalno strukturo in normalno velikost zrna: udarna žilavost pa je celo boljša, kot če bi predhodno, namesto popolno, samo mehko žarili. Pri končnem kaljenju pa tudi trakava struktura ne nastopa več. Literatura 1. Kunze E. in H. Brandis, »Erzeugung bestimmter Gefiige in niedriglegierten Bau-stahlen durch Gliihen«, Archiv fiir das Eisenhuttenwesen (Diisseldorf) 35 (1964), H. 12, str. 1187—1191. 2. Knorr, W., E. Habicht in H. Ch. Haumer, »Warmebehandlung von Einsatzstahl 16 MnCr 5 zur Erlangung eines Gefiigezustandes bester Bearbeitbar-keit«, Stahl und Eisen 83 (1963), Nr. 23, str. 1477—1484. 3. Werkstoffausschuss des VDE, »Vergleich der Ergebnisse von Zerspanbarkeitsunter-suchungen sowie von Gefiige- und Festigkeitsunter-suchungen an Einsatz- und Vergiitungsstahlen«, Stahl und Eisen 83 (1963), H. 20, str. 1209—1226 in H. 21, str. 1302—1315. 4. Knorr, W„ »Einfluss des Gefiiges auf die Zerspanbarkeit von Baustahlen«, Harterei-Technische Mitteilungen (Stutt-gart), Bd. 13 (1959), H. 3, str. 201—226. 5. Deutsche Normen, Einsatzstahle, Gutevorschriften, DIN 17210, 1965. 6. Koelzer, H., »Warmebehandlung ak Mittel zur Verbesserung der Zerspanbarkeit«. Harterei-Technische Mitteilungen (Stuttgart), Bd. 6 (1950), H. 2, str. 41—59. 7. Bastien, P., »Einfluss metallurgischer Faktoren auf die Zerspanbarkeit der Stahle«, Harterei-Technische Mitteilungen (Freiburg in Berlin) 16 (1961), H. 4, str. 210—217. 8. Legat, A., »Faktoren zur Beeinfliissung der Hartbarkeit von Ein-satzstahlen«, Harterei-Technische Mitteilungen (Stuttgart), Bd. 14 (1959), H. 1, str. 51—67. 9. Ammareller, S., »Untersuchungen iiber das Weichgliihen unlegierter und niedriglegierter Stahle«, Stahl und Eisen 70 (1950), N. 11, str. 459—463. 10. Jugoslovenski standard: JUS C.B9.020, 1957. ZUSAMMENFASSUNG Auf Grund der Daten aus der Fachliteratur wurden Untersuchungen durchgefiihrt, wie durch das Gliihen des Stahles C 4320 (El-80) eine bestimmte Gefiigeausbildung zu erzielten, welche die deutschen Normen DIN 17210 fiir den Stahl 16 Mn Cr 5 vorschreiben. Die einzelnen Parameter der Warmebehandlung (Temperatur, Zeitdauer, Art der Abkiihlung) welche folgenden Anspriichen: der Korngrosse, Art des Gefiiges, Harte und Zeilenstruktur entsprechen miissen, wurden an zehn Schargen erprobt. Das verlangte Gefiige und die Harte lasst sich durch ein vollstandiges Gliihen erziehlen, wobei ein einstiindiges halten auf der Gluhtemperatur ausreicht. Bei hoheren Temperatur wird ein grosseres Korn erreicht. Um das Zeilengefiige beim Abkiihlen zu verhindern muss, bis zu der Umwandlungstemperatur schnell genug abgekiihlt werden. Es ist auch eine Warmebehandlung fiir die Ausbesse-rung des Werkstoffes welcher beim Gliihen ein grobes Gefiige erhalten hatte, entwickelt worden. Durch ein zu-satzliches Normalgliihen des groben Gefiiges lasst sich ein vollkommen normales Gefiige und eine normale Korngrosse erreichen. Die zahigkeit wird aber sogar besser als wenn wir vorher statt Vollstandigen Gliihen nur Weichgliihen wiirden. Auch das Zeilengefiige wird damit beseitigt. SUMMARY Basing on data from technical literature, an investi-gation of steel C.4320 (EC-80) heat treatment was made in order to obtain ferritic-pearlitic structure, prescribed by German standards DIN 17210 for steel 16MnCr5. Heat treating conditions (temperature, time of keeping at the temperature, way of cooling) vvere tested on ten melts to satisfy the following demands: grain size, structure type, hardness, and banded structure. Demanded structure and hardness can be obtained by full annealing, where one hour keeping at the temperature is sufficient. Higher annealing temperature gives bigger grain; in order to eliminate appearance of banded struc- ture at the cooling, sufficient cooling rate down to the transformation temperature range is necessary to be reached. Heat treatment for improvement of the material, which was heat treated at the conditions leading to coarse grain, was also tested. With additional normalising of the coarse structure, quite normal structure and normal grain size was achieved. Impact toughness is even better than that when material was previously only softly annealed instead of being fully annealed. In this čase also banded structure is eliminated. 3AKAK)qEHHE Ha OCHOBaHHH AaHHbIX h3 CncLtJtHAbHOH AHTepaTypbI HCCAeAOBaHa TepMOo6pa6oTKa craAH C 4320 (EC-80) Ha tfjeppnTO-ncpAHTOBVfO CTpvK-Typy b corAacoBaHHH c 3anaAHO-repMaHCKHMH npoMbraiAeHHbiMH CTaH-AapTaMii DIN 17210, CTaAb 16 Mn Cr 5. Ha Aecara hasbok HcnbiTaHbi ycAOBiia TenAOBOH o6pa6oTKH (TeMn-a, BpeMH OTJKHra, peacHM oxAa-IKAeHHH) MTO0LI yrOAHTb TpeSoBaHIIJIM T. e. BCAMHHIILI 3epeH, BHAa CTpyKTypbI, TBepAOCTH ii H36e>KaTb nOHBAeHHK) nOAOCHCTOH CTpyKTy-pbi. Tpe6yioMyio cTpyKTypy a TaK>ke h TBepAocTb mo>kho noAyMHTb noAHbiM oTJKiiroM (Full Annealing) npn neM AAHTeAbHOCTb OTMtHra Bcero o ah H iac. 3aMeqeHO, m npn noBbiiueHHOH TeMn-bi yBeAimH-saetbca BeAHiHHa 3epeH. Yto6bi H36eacaTb noHBAeHmo noAOCOBOH CTpyKTypbi Heo6xoAHMO Sbicipoe 0XAajKAeHHe cTaAH ao TeMn-ora npcAc\a. Hcm.iTana TaK>Ke TenAOBafl oSpaSoTKa yAymiieHHji Ka^ecTBa Ma-TepHHAa KOTOpbiži, nepBonoHaAbHo noA HeSAaronpHHTHbiM TenAOBbiM peaciiMOM, AaA rpy6yio CTpyKTypy. C AoSaBHTeAbHbiM H0pMaAH30Ba-HHeM rpy6ofl CTpyKrypbi 3epeH noAyyeHa HCKAlOHHTeAbHO HopMaAt-Haa CTpyKTypa h HopMaAbHaa BeAH