Alenka Rodič, dipl. inž. Železarna Ravne DK : 669—151.84 ASM/SLA: J 4 a, M 21 c Določevanje globine razogljičenja pri različnih vrstah jekel Razogljičenje povzroča v proizvodnji jeklenih izdelkov mnogo težav. Zato so zahteve v posameznih tehnoloških fazah zelo ostre in kontrola razogljičenja nujna. Celoten postopek ogrevanja je treba popolno obvladati in ga optimizirati. Pri različnih vrstah je poleg kriterijev določanja globine razogljičenja večkrat problematična tudi tehnika odkrivanja razogljičene plasti. Meta-lografski tehniki preiskave razogljičenja in značilnostim razogljičenja pri različnih vrstah jekla je namenjen večji del članka. Poleg nujno potrebnih osnovnih pojasnil o problematiki razogljičenja jekel je v članku podan kratek pregled različnih metod določevanja razogljičenja, podrobneje pa je obravnavana le metalografska metoda s pregledom mikro strukture površinske plasti. Prikazanih je nekaj posebnih primerov razogljičenja, naštetih nekaj najznačilnejših posledic razogljičenja pri uporabi jekel in podan kratek pregled najbolj običajnih ukrepov za preprečevanje razogljičenja. Povod za predavanje oziroma ta članek so česti nesporazumi glede razogljičenja — popolnega in delnega — zaradi pomanjkanja jasnih standardov v naši državi ali zaradi pomanjkljivih navodil za določevanje kriterijev za odmerjanje globin" razogljičene plasti. UVOD Razogljičenje povzroča v proizvodnji jeklenih izdelkov mnogo težav. Največkrat razgoljičenja ne moremo popolnoma preprečiti, lahko pa ga omejimo na dopustno mero. Temu pomaga natančna ter stalna kontrola globine in mikrostrukturne sestave razogljičene plasti. Zelo pomembno je sistematično odkrivanje vzrokov, ki razogljičenje povzročajo. Zahteve urejene tehnologije v posameznih fazah so zelo ostre in kontrola razogljičenja nujna. V kontroli pa je poleg natančnosti določanja globine razogljičene plasti tudi sama tehnika odkrivanja plasti razogljičenja večkrat problematična in pri raznih vrstah jekla precej različna. Do razogljičenja jekla pride pri ogrevanju na temperaturo valjanja ali kovanja, ker je jeklo dalj časa v območju visokih temperatur izpostavljeno Opomba: Predavanje na XI. strokovnem posvetovanju ob metalurškem srečanju 2. in 3. oktobra 1969 na Bledu. vplivu atmosfere v peči. Razogljičenje tako v tehnologiji vroče predelave kakor tudi v toplotni obdelavi jekel povzroča metalurgom več težav kakor marsikateri drug metalurški pojav. Posebno veliko nevšečnosti povzroča razogljičenje pri izdelkih, ki se po vroči predelavi ali po toplotni obdelavi mehansko ne obdelujejo z odvzemanjem materiala (npr. jeklo za izdelavo listastih vzmeti, pile in razna orodja). Razogljičenje je v bistvu sprememba na površini jekla, ki je prav nasprotna dobro poznanemu procesu naogljičenja jekla pri cementaciji. Teoretične osnove obeh procesov so popolnoma identične, le reakcije potekajo v nasprotni smeri. Naoglji-čevanje ali razogljičevanje je odvisno od vsebnosti ogljika v jeklu, ogljikovega potenciala atmosfere, ki obdaja jeklo, in temperature. Sprejemanje ali oddajanje ogljika na površini jekla se ravna po znanih ravnotežnih pogojih (Boudouarda). Aktivnost narašča s povišanjem temperature, zato so problemi razogljičenja tem hujši, čim višje so temperature in čim daljši so potrebni časi ogrevanja. Razogljičenje se pojavlja na površini jekla vedno, kadar je ogljikov potencial vroče atmosfere, ki obdaja jeklo, nižji od ogljikovega potenciala vročega jekla. Jekla, ki imajo višji odstotek ogljika, so navadno zaradi večjih razlik potencialov ogljika v jeklu in atmosferi peči močneje nagnjena k razogljiče-nju pri ogrevanju v območju visokih temperatur. Pojav razogljičenja lahko opazimo tudi pri cemen-tiranem jeklu, če je po cementaciji ponovno ogreto na visoko temperaturo ob pomanjkljivi zaščiti. Vpliv legirnih elementov v jeklu Zaradi ugotovitev iz prakse, da so nekatere vrste jekel posebno občutljive za razogljičenje, so dolgo smatrali, da nekateri elementi v jeklu neposredno pospešujejo razogljičenje. Natančne raziskave pa so pojasnile, da ne gre za neposredno povzročanje razogljičenja, ampak moramo pri obravnavanju vpliva legirnih elementov na razogljičenje upoštevati: — da posamezni elementi pri različnih temperaturah sproščajo ogljik, da ta lahko difundira na površino in izhaja iz jekla, — da je hitrost difuzije ogljika večja v feritu kot v avstenitu ali mešani strukturi med Ai in A3, — da nekateri legirni elementi pospešujejo izločanje ferita in s tem posredno dajejo vtis močnejšega razogljičenja. Z obsežnimi raziskavami je Payson' v veliki meri pojasnil različno nagnjenost posameznih vrst jekel k razogljičenju, ki je v praksi očitna. Na osnovi rezultatov številnih praktičnih poizkusov je razdelil elemente v tri skupine glede pospeševanja ali zaviranja izločanja ferita. Največji vpliv na izločanje ferita ima silicij, podobno pa vplivata tudi aluminij in kobalt. Izločanje ferita zavirajo mangan, nikelj, krom in molibden, razmeroma nepomemben vpliv na izločanje ferita pa imajo vanadij, volfram in baker. METODE DOLOČEVANJA RAZOGLJIČENJA Osnovne metode za določevanje globine razoglji-čenja so sledeče: Tehnološki poizkusi Pri kontroli v obratih se za odkrivanje razoglji-čenja večkrat poslužujemo raznih tehnoloških poizkusov, ki zahtevajo precej izkušenj. To so: — iskrenje, — krivljenje, — lomljenje s pregledom prelomnih ploskev. Vse te metode so precej nezanesljive in ne omogočajo točnejših meritev globine razogljičenja. Merjenje trdote Sama določitev trdote večkrat ne more predstavljati odločujoče ugotovitve razogljičenja. Manjša trdota je lahko tudi posledica številnih drugih faktorjev (npr. zaostali avstenit, nepravilna toplotna obdelava ipd.). Za določevanje razogljičenja predstavlja merjenje trdote dokaj nezanesljivo metodo. Pomagamo si s tem, da trdoto merimo na več načinov in z različnimi obremenitvami. Večkrat merimo trdote po predhodnem odbruše-nju površinske plasti do različnih globin in iz razlik v trdotah sklepamo na globino razogljičenja. Z merilci trdot z majhno obtežbo lahko merimo trdoto površinskega sloja na prečni ploskvi, (slika 1) Elektromagnetne metode Elektromagnetne metode so zelo interesantne. Določanje razogljičenja temelji na spremembah feromagnetnih lastnosti. Taka meritev se odlikuje po veliki občutljivosti in po možnosti hitre izvedbe. Na ta način je možno kontrolo avtomatizirati. Slaba stran pa je v tem, da na rezultate vplivajo številni faktorji, kot so spremembe v strukturi, trdoti, sestavi, prostornini in obliki ter razlike v stanju površine in v temperaturi. Taka metoda pride v poštev predvsem pri kontroli veliko serijske proizvodnje, ko za enake kose iz enakega jekla merilne instrumente umerimo. Kemična analiza S struženjem jeklenih palic po plasteh z odvzemi po 0,1 mm in kemijsko analizo ogljika v ostruž-kih lahko določamo krivuljo vsebnosti ogljika v površinskem sloju. Tako lahko zelo natančno ugotovimo globino razogljičenja. Le pri neenakomernem razogljičenju po obodu se pri določanju 600 ■ 500--400-- ž £,300-^ 200 -100 -- 0 -1-1-1-1-i-1-1-1-1- 0 0.1 02 0.3 OA 0.5 0.6 0.7 0,8 0.9 mm Slilka 1 Meritve trdot HVo,3 kp v razogljičeni plasti jekla C. 4731 v normaliziranem in v kaljenem stanju. globine pojavljajo težave. Slaba stran te metode je v tem, da je draga in zamudna ter zato pride v poštev bolj pri raziskavah, redkokdaj pa pri redni kontroli. Znane so tudi spektrokemične metode. Rentgenska analiza Ta metoda ni posebno razširjena, ker je priprava vzorcev za ta način določevanja precej natančna in zamudna, analiza pa draga. Analiza na mikrosondi Ta metoda je najnatančnejša in najnovejša ter nam bo marsikateri do sedaj še nepojasnjeni fenomen razogljičenja razčistila. Makroskopska metoda Z makrojedkanjem lahko v nekaterih primerih že po razmeroma grobem brušenju precej dobro ugotavljamo globino razogljičene plasti. Ta metoda je le orientacijska in nezanesljiva. Točnost merjenja ni zadovoljiva. Odkrije nam predvsem močno razogljičenje. Naslednje slike 2—5 nam kažejo nekaj primerov močnega razogljičenja po makrojedkanju grobo brušenih ali celo nebrušenih vzorcev. 100 mm Slika 2 Makrojedkana brušena plošča gredice 100 mm X 100 mm brzoreznega jekla BRM-2, razogljičenega pri kovanju. 44 mm Slilka 3 Razogljičena kovana palica 0 44 mm. Ploščica brzoreznega jekla BRM-2 je makrojedkana po odrezu na krožni žagi brez brušenja Metalografska metoda s pregledom mikrostruk-turne površinske plasti Ta metoda je po svoji natančnosti popolnoma zadovoljiva in po stroških ter izvedljivosti sprejemljiva tudi v redni kontroli kvalitete jekel. Posebna prednost te metode je tudi v tem, da omogoča nedvoumno in jasno fotodokumentacijo, ki je pri atestih, prevzemih in reklamacijah večkrat nujno potrebna. Upoštevati moramo, da razoglji-čenje le ni pogosto tako izrazito kakor na slikah 2—5. Zaradi teh značilnosti se ta metoda pri praktičnem delu največ uporablja in jo bomo tudi v nadaljevanju članka podrobneje obravnavali. KRITERIJI IN NORME PRI DOLOČANJU GLOBINE RAZOGLJICENJA Večkrat prihaja pri določevanju razogljičenja posebno pri kriterijih do nesporazumov. V vseh tehnično razvitih državah so s posebnimi normami bolj ali manj natančno predpisali metodiko ugotavljanja in enotne kriterije za oceno razogljiče-nja5'6.7.8. Pri nas tak standard že močno pogrešamo. Za metalografsko določevanje obstaja samo začasni interni standard4 Združenja jugoslovanskih železarn iz leta 1964, ki pa je skoraj neuporaben, že v sami definiciji razogljičenja je izredno pomanjkljiv, saj pravi: »Globina razogljičenja je tista debelina površinskega sloja, v katerem je znatno manjša količina ogljika od poprečne vsebnosti ogljika v preiskovanem jeklu.« Še precej bolj pomanjkljivo je navodilo za določitev globine razogljičenja. 18 mm Sliika 4 Razogljičena valjana palica 0 18 mm orodnega jekla OC 100. Makrojedkan matelografski obrus. 60 mm Slika 5 Razoglječeno valjano orodono jeklo za pile preseka 60 mm X 4 mm. Prav te pomanjkljivosti so bile povod za ta članek, s katerim želimo opozoriti na nujnost pre-ciznejšega definiranja kriterijev za oceno razoglji-čenja in prikazati nekaj specifičnosti v problematiki določevanja razogljičenja. Za razliko od omenjenega internega standarda smatrajo ostale norme za globino razogljičenja celotno plast, ki ima nižji ogljik od osnovne sestave preiskovanega jekla. Vse norme ločijo: — plast popolnega razogljičenja do čistega feri-ta in — plast delnega razogljičenja z znižano vsebnostjo ogljika v primerjavi z normalno sestavo jekla. Obe plasti skupaj nam predstavljata razoglji-čeni sloj, ki ga moramo odmeriti. Metalografsko problematiko in kriterije mikroskopskega določevanja razogljičenja najprecizneje obravnavajo italijanske norme5, zato iz njih povzemamo sheme razogljičenih plasti, ki jih na naslednjih slikah prikazujemo. ferit ferit in lamelami perlit ferit in lamelami perlit Slika 6 Shema' razogljičene plasti podevtektoidnega jekla. Celotna globina razogljičenja (c) je razdeljena na plast popolnega razogljičenja (p) in plast delnega razogljičenja (d). ferit in iameiarni perlit ferit in lamelami perlit (d) podevtektoidnega Shema5 delno Slika 7 razogljičene plasti jekla. ferit ferit in lamelami perlit Slika 8 Shema5 razogljičene plasti podevtektoidnega jekla. V tem primeru med plastjo popolnega razogljičenja (p) in osnovno mikrostrukturo jekla ni izrazite prehodne plasti delnega razogljičenja. ✓ - . .... ..-■ „ * . ^ ivj> * ^ 0,1 mm Slika 9 Razogljičeno jeklo C. 1530 (C 45) Značilnosti metalografske preiskave razogljičene plasti Normalno preiskujemo razogljičenje jekla v žarjenem stanju, kar je tudi najbolj priporočljivo. 0,1 mm Slika 10 Razogljičeno jeklo C. 1730 (C 60) Pri določevanju razogljičene plasti v kaljenem jeklu mora biti metalograf mnogo bolj vešč in pripravljen na več različnih anomalij izgleda mikrostrukture v površinskem sloju jekla. Tako na primer daje v odvisnosti od sestave jekla in od drugih tehnoloških značilnosti lahko mikrostruk-tura v razogljičeni plasti po kaljenju v nekaterih primerih vtis podkaljenega jekla, v drugih primerih pa vtis pregretega jekla. Ti pojavi toliko motijo določanje razogljičenja, da se v kaljenem stanju pregleduje razogljičenje le v izjemnih primerih. Značilnosti metalografskega določanja razogljičenja si oglejmo najprej za osnovne skupine nele-giranih in malolegiranih podevtektoidnih, evtekto-idnih in nadevtektoidnih jekel, nato pa še posebej za visoko legirana posebna jekla in nekatere specialne primere. Podevtektoidna jekla Mikrostruktura podevtektoidnih jekel v žarje-[iem ali normaliziranem stanju sestoji ob normalni sestavi v osnovi iz ferita in perlita. če se to jeklo razogljiči do čistega ferita, dobimo največkrat celotno razogljičeno plast sestavljeno iz popolno razogljičene plasti čistega ferita in delno razogljičene plasti s feritno-perlitno strukturo, v kateri pa je delež ferita večji kot v osnovnem jeklu (slika 6). Dva taka praktična primera sta prikazana na slikah 9 in 10. Včasih se jeklo ne razogljiči do čistega ferita in dobimo na površini le tanko delno razogljičeno plast (slika 7). Tako delno razogljičeno plast spoznamo po manjši količini perlita in večji količini ferita v primerjavi z razmerjem teh mikrostruktur v jeklu osnovne sestave. Globino delno razogljičene plasti odmerimo od tiste meje, do koder zaznamo te razlike. Pri nekaterih jeklih mora imeti za tako odmero metalograf precej izkušeno oko. Primer na sliki 11 kaže delno razogljičeno plast, ki pa jo zaradi zelo rahlega razogljičenja dobro odkrijemo šele pri nekoliko večji povečavi. V nekaterih posebnih primerih ob močnem oksidacijskem ali razogljičevalnem vplivu dobimo lahko popolno razogljičeno plast čistega ferita, ki skoraj ali popolnoma brez delno razogljičene plasti prehaja v osnovno mikrostrukturo jekla (slika 8). Evtektoidna jekla Pri razogljičenih evtektoidnih jeklih so možnosti variant v sestavi razogljičene plasti podobne. 0,04 mm i-1 Slika 11 Razogljičeno jeklo C. 1730 (C 60) ferit in lamelami perlit V ; it. lamelami perlit Slika 12 Shema5 razogljičene plasti evtektoidnega jekla z osnovno mikrostrukturo lamelarnega perlita. Celotna globina razogljičenja (c) je razdeljena na plast popolnega razogljičenja (p) in plast delnega razogljičenja (d). • C • • • , . , • ••••• t » • • • • • .A , • •*• v/.V • ••»••• <>•• • • • J o»o««ooe • • • •.•.•.VAVoV.V rent m , /IV^VIV.V/« cemenf/f • «•••••o • • • • • • » # "" " v!v.' fer/f /n kroglični ...... i" »V/« ... ^v.v.v.v.vj .............1 Slika 13 Shema5 razogljičene plasti evtektoidnega jekla, žarjenega na kroglični cementit. Celotna globina razogljičenja (c) je razdeljena na plast popolnega razogljičenja (p) in plast delnega razogljičenja (d). ferit in kroglični cementit ferit in kroglični cementit Slika 15 Shema5 delno razogljičene plasti (d) evtektoidnega jekla, žarjenega na kroglični cementit. ferit ferit ferit in kroglični cementit lamelami peri 11 Slika 16 Shema5 razogljičene plasti evtektoidnega jekla z osnovno mikrostrukturo lameralarnega perlita. V razogljičeni plasti med popolno razogljičeno plastjo (p) in osnovno miktro-strukturo jekla ni izrazite prehodne plasti delnega razogljičenja. ferit in lamelami perlit Slika 14 Shema5 delno razogljičene plasti (d) evtektoidnega jekla z osnovno miktrostrukturo lamelarnega perlita. ferit ferit in kroglični cementit Slika 17 Shema5 razogljičene plasti elektroidnega jekla, žarjenega na kroglični cementit. Popolno razogljičena plast (p) prehaja brez vmesne delno razogljičene plasti v osnovno mikrostrukturo jekla. Ta skupina jekel ima po vroči predelavi ali po žarjenju mikrostrukturo perlita — evtektoidne sestave. Perlit ima lahko lamelarno obliko, po posebnem postopku žarjenja pa dobimo zrnati perlit, ki predstavlja mikrostrukturo enakomerno porazdeljenih kroglic cementita v feritni osnovi. Na naslednjih slikah so shematično prikazane razlike v razogljičeni plasti za jeklo z osnovno mikrostrukturo lamelarnega ali krogličnega perlita. Pri razogljičenju do čistega ferita dobimo običajno plast popolnega razogljičenja in plast delnega razogljičenja. Celotno plast razogljičenja odmerimo do mesta, kjer se začne osnovna sestava jekla s čisto perlitno mikrostrukturo brez znakov izločenega ferita ali z nezmanjšano količino ce-mentitnih kroglic v feritni osnovi (sliki 12 in 13). Mikrostrukturo, ki ustreza shemi na sliki 12 prikazuje slika 18. 0,1 mm i-1 Slika 18 Nelegirano evtektoidno jeklo s popolno in delno razoglji-čeno plastjo. Sliki 14 in 15 kažeta le delno razogljičeno plast, sliki 16 in 17 pa ostro popolno razogljičeno plast čistega ferita brez izrazite prehodne delno razoglji-čene plasti. Slika 19 prikazuje primer delno razogljičenega nizkolegiranega jekla približno evtektoidne sestave. Mimogrede naj na tem mestu omenimo, da bi pri evtektoidnem nelegiranem jeklu z 0,8 % C delnega razogljičenja do 0,6 % C z merjenjem trdote v žarjenem ali v kaljenem stanju sploh ne opazili, čeprav bi razogljičeno orodje gotovo ne dosegalo pričakovanih lastnosti. Nadevtektoidna jekla Pri nadevtektoidnih jeklih čisti perlit v površinskem sloju že predstavlja delno razogljičeno plast. Nadevtektoidna jekla sestojijo iz perlita in sekundarnega cementita v različnih oblikah. Pri popolnem razogljičenju dobimo na površini čisti ferit kakor pri vseh drugih vrstah jekel. Delno 0.1 mm v.-1 Slika 19 Delno razogljičeno nizko legirano jeklo približno evtektoidne sestave. ferit in lamelarni perlit lamelarni perlit lamelarni perlit in sekundanni cement/t Slika 20 Shema5 razogljičenja nadevtektoidnih jekel. Celotna globina razogljičenja (c) sestoji iz popolno razogljičene plasti (p) in delno razogljičene plasti (d), v kateri pa razlikujemo delno razogljičeno plast s feritno — perlitno mikrostrukturo in delno razogljičeno plast s perlitno mikrostrukturo. razogljičena plast pa pri teh jeklih večkrat sestoji iz dveh delno razogljičenih plasti — iz plasti ferita in perlita in iz plasti čistega perlita z evtektoidno sestavo. lamelarm peri it in feri t lamelami perii( in sekundarni cementi t Slika 22 Shema® mikrostrukture delno razogljičene plasti (d) s čisto perlitno mikrostrukturo pri nadevtektoidnem jeklu. Z meritvijo trdote takega razogljičenja ne odkrijemo. ferit lamelarm perlit in sekundarni cementi t Slika 23 Shema5 razogljičenja nadevtektoidnega jekla, pri katerem mikrostruktura popolno razogljičene plasti (p) zelo ostro prehaja v mikrostrukturo osnovnega jekla. Taka razoglji-čena plast je posledica izredno močnih razogljičevalnih vplivov. Vse te tri plasti — popolno razogljičena in dve delno razogljičeni — predstavljajo plast celotnega razogljičenja. .ametarni perht n sekundarni c^mentit Slika 21 Shema® mikrostrukture delno razogljičene plasti (d) nadevtektoidnega jekla. Delno razogljičena plast sestoji iz dveh plasti, enako kakor na sliki 20. .. i c j * » v ' M* m 1mm t'." SV ■ S. ■: 1*«. ' ■ »"L •/■" • v V " gjem i- ' J'v ' '.-V:.v? A"1®?«;^«! -'--a.. ..Su- - -eAm OJmm Slika 24 Primer zelo močno razogljičenega nadevtektoidnega nizko legiranega kromovega orodnega jekla C. 4143. Pod plastjo popolnega razogljičenja s čisto feritno mikrostrukturo sta zelo jasna izraženi dve plasti delnega razogljičenja. Na slikah 20—23 so prikazane sheme štirih različnih variant razogljičene plasti, ki se lahko pojavljajo pri nadevtektoidnih jeklih, sliki 24 in 25 pa kažeta dva praktična primera razogljičenih nadevtektoidnih jekel. Na sliki 24 je prikazan primer popolno razogljičene površinske plasti z dvema zelo izrazitima plastema delnega razogljičenja. Slika 25 pa kaže zelo zanimiv primer nadevtektoidnega jekla, pri katerem plast popolnega razogljičenja skoraj brez prehodne plasti delnega razogljičenja meji na mikrostrukturo osnovnega jekla. Omenili smo že pomanjkljivosti internega standarda UJŽ za metalografsko določevanje razogljičenja. Ta daje tudi za odmero globine razogljičene plasti takole pomanjkljivo navodilo: »Na mestih največjih debelin svetlejše plasti, ki jih odkrijemo s prostim očesom, izmerimo globino razogljičenja mikroskopsko pri povečavi 100 : 1 ...« Po tem navodilu plasti perlita v nadevtektoidnem jeklu ne bi smatrali za razogljičeno, kar bi potrdili celo z meritvami trdot. Kemična analiza ogljika po plasteh in natančen metalograf-ski pregled po gornjem opisu pa bi nam dala drugačen odgovor. Jasno je, da lastnosti osnovnega i V-. VV.-v .», ;;•,•.;■ .-- .v J. .'**».,_,» . v* V-. - v ' s- • •'-v • /. 0,1 mm i-1 Slika 25 Primer razogljičenja nadevtektoidnega nelegiranega orodnega jekla Č. 1940 z izredno ostrim prehodom od popolno razogljičene plasti s čisto feritno mikrostrukturo osnovnega jekla. jekla z npr. 1,3 % C, ki se uporablja za trde pile, in lastnosti jekla z evtektoidno sestavo v delno razogljičeni plasti z 0,8 % C ne morejo biti enake, pa četudi je trdota enaka. Visoko legirano avstenitno manganovo jeklo Posebno visoko legirano jeklo, ki je znano pod imenom Hadfieldovo jeklo, z osnovno sestavo okrog 1,2% C in okrog 12 % Mn z različnimi dodatki se v mogih lastnostih močno razlikuje od vseh drugih vrst jekel. Tudi glede razogljičenja ga moramo posebej obravnavati. Po gašenju je osnovna mikrostruktura tega jekla avstenitna, razmeroma mehka (znana je lastnost utrjevanja tega jekla pod vplivom deformacij) in nemagnetna. Razogljičena plast postane martenzitna, trša, krhka in magnetna. Po metalografskem jedkanju postane površinska razogljičena plast pri tem jeklu temna, kar je prav nasprotno kot pri drugih jeklih (slika 26). Brzorezna jekla in orodna jekla z visokim kromom in visokim ogljikom Pri visoko legiranih ledeburitnih jeklih, kakršna so vsa brzorezna jekla in vse vrste orodnih jekel z visokim kromom in visokim ogljikom, z veliko količino posebnih karbidov, je določanje razogljičenja precej težavno. Večkrat razogljičenje sploh težko odkrijemo, še težje pa natančno izmerimo globino razogljičene plasti. V zadnjem času se pri brzoreznih jeklih v žar-jenem stanju za odkrivanje razogljičenja z uspe- 0.1 mm i--1 Slika 26 Primer razogljičene plasti avstenitnega visoko legiranega jekla C. 3160 z 1,2 % C in 12,5 % Mn. hom uporablja poseben način jedkanja, ki daje pri pregledu pod mikroskopom v razogljičeni plasti barvni spekter9. Čim globlje je razogljičenje in čim večja je razlika v odstotku ogljika med površinsko plastjo in osnovno sestavo jekla, tem bolj izrazit je barvni spekter razogljičene plasti. Normalno metalografsko jedkanje z nitalom in podobnimi jedkali za metalografski pregled nam sicer včasih — posebno pri zelo močnem razoglji-čenju ali v surovem nežarjenem stanju — dobro omogoča določitev globine razogljičenja, kakor kaže slika 27. Pri manj izrazitem in delnem razogljičenju taka metoda ni dovolj zanesljiva in zahteva za določitev globine veliko izkušenost metalografa. Dva taka primera prikazujeta sliki 28 in 29. Pri ugotavljanju razogljičenja brzoreznih jekel često zelo motijo tudi izločeni volframidi, ki jih v razogljičeni plasti zlahka zamenjamo s karbidi. Zelo zanimiva je posebna metoda določevanja razogljičenja po Sadovskem10, ki jo bomo zaradi originalnosti nekoliko podrobneje opisali. V principu je splošno uporabna, vendar je najbolj poznana zaradi uporabnosti pri določevanju razogljičenja brzoreznih jekel in ledeburitnih orodnih jekel. Pri teh je namreč kvantitativna določitev razogljičenja včasih zelo težavna, medtem ko pri drugih jeklih ta metoda skoraj ne pride v poštev, ker je razmeroma komplicirana in nepotrebna, če se razogljičena plast lahko preprosto določi. Določitev razogljičenja po tej metodi temelji na znanem dejstvu, da se temperatura začetka tvorbe martenzita (Ms) z zviševanjem odstotka ogljika v jeklu znižuje. Torej je temperatura Ms pri nižji vsebnosti ogljika (npr. v razogljičeni plasti) višja od temperature Ms za osnovno sestavo jekla z višjim ogljikom. (Glej shemo na sliki 30!) Pri kaljenju v solni kopeli ali v olju, katerega temperatura je tik nad martenzitno točko Ms, se tvori martenzit samo v razogljičeni plasti. Takoj OJ mm Slika 27 Primer razogljičene površine brzoreznega jekla tipa 6-5-2 (C. 7680-BMR-2) v surovem — valjanem stanju 0,1 mm i-1 Slika 28 Primer razogljičene plasti brzoreznega jekla tipa 6-5-2 (č. 7680 - BRM-2). po kaljenju sledi popuščanje, s čimer se popusti prej nastali martenzit v razogljičeni plasti, v jedru pa ostane nepopuščeni martenzit. Pri jedkanju 0,1 mm i-1 Slika 29 Slika 30 Odvisnost temperature začetka tvorbe martenzita v odvisnosti od vsebnosti ogljika v jeklu. Indeks r označuje vrednosti, ki pripadajo razogljičeni plasti. obrusa s 5 % nitalom ostane nepopuščeni martenzit v jedru svetel, popuščeni martenzit v razogljičeni plasti pa je po jedkanju temen. Ta razlika omogoča določitev globine razogljičene plasti. Izvedba postopka, ki je shematično prikazana na sliki 31 je sledeča: Kaljenje izvršimo z normalnim postopkom ogrevanja na temperaturo kaljenja v solni kopeli. Temperaturo kaljenja izberemo na zgornji meji normalnega kalilnega območja, ali pa vzorec pri kaljenju namenoma nekoliko pregrejemo pri višji temperaturi. Ohlajevalno sredstvo pri kaljenju je solna kopel ali olje s temperaturo tik nad poznano temperaturo Ms točke preizkušanega jekla. Ta tempera- tura mora biti zelo natančna, ker prav na njej temelji celotna metoda določanja razogljičenja. Za različne vrste brzoreznih jekel je temperatura olja v območju 160—200° C, kar pa je treba za vsako vrsto jekla posebej natančno določiti. V solni kopeli ali v olju zadržimo vzorec 5—10 minut, nato pa ga takoj popustimo na 560—580° C z zadržanjem v solni kopeli okrog 10 minut, v komorni peči pa nekoliko daljši čas. Zelo moramo paziti, da med postopkom temperatura vzorca ne pade pod temperaturo Ms. Po popuščanju ohladimo vzorec na zraku do sobne temperature in nato pripravimo obrus za mikroskopski pregled po jedkanju z nitalom. Vzorec za določitev razogljičenja naj bo čim manjši, ker pri postopku precej vpliva toplotna kapaciteta in konstantnost temperature v ohlaje-valni solni kopeli ali olju. Na vzorcu mora biti ena ploskev, za katero z gotovostjo vemo, da ni razogljičenja. če bi tudi na tej ploskvi ugotovili opisane znake razogljičenja, je to znak nepravilne izvedbe postopka, pri katerem je prišlo do razogljičenja ali še bolj verjetno nepravilno izbrane temperature tople ohlajevalne kopeli. V razogljičeni plasti dobimo temno jedkani po-puščeni martenzit. Razogljičena plast se konča s posameznimi iglicami temno jedkanega martenzita in preide v tipično mikrostrukturo kaljenega brzo-reznega jekla z mejami avstenitnega zrna, znotraj katerih so karbidi, zaostali avstenit in nepopuščeni martenzit (slika 32). Posebni primeri Pri vsaki vrsti jekla se razogljičenje pojavlja v bolj ali manj značilni obliki. Teh posebnosti ne bomo obravnavali, ker z ozirom na metodiko ne predstavljajo posebnosti. Razogljičenje je večkrat ozko povezano z ugotavljanjem raznih napak v jeklu in njihovega nastanka. Poglejmo brez posebne sistematike nekaj zanimivih primerov. Slika 33 kaže močno razogljičeno razpoko v orodnem jeklu Č. 4751 — Utop Mo 1 za delo v vročem stanju. Iz razogljičenja razpoke po vsej globini sklepamo, da je bila razpoka v jeklu že, preden je nastopila možnost razogljičenja. Taka ugotovitev nam lahko precej pomaga pri ugotavljanju tehnološke faze, ki je povzročila razpoko. Nasprotno na sliki 34 jasno vidimo, da je prav razogljičenje krivo za površinsko razpoko orodnega jekla č. 6440 — Merilo ekstra. Razogljičena plast zaradi svoje manjše trdnosti ni zdržala na-tezne obremenitve pri hladnem vlečenju. Globina razpoke je tolikšna, kolikršna je globina razogljičenja. Jeklo je bilo preveč razogljičeno, zato je na površini pokalo. Naslednja slika 35 kaljenega jekla za poboljša-nje č. 4732 kaže, da razpoke v močno razogljičeni površinski plasti nastanejo pogosto tudi zaradi termičnih napetosti pri kaljenju brez drugih mehanskih obremenitev. Sliki 36 in 37 nam kažeta dva zanimiva primera notranjih razogljičenih plasti, kakršne lahko na- Shema postopka za določevanje globine razogljičenja na osnovi različnih temperatur M, v razogljičeni plasti in v osnovnem jeklu. 0,02 mm Slika 32 Primer določanja globine razogljičenja pri brzoreznih jeklih na osnovi različnih temperatur M» v razogljičeni plasti in v osnovnem jeklu. 0,1 mm Slika 33 Razogljičena razpoka v jeklu C. 4751 — Utop Mo 1. 0,1 mm Slika 34 Razpoka v razogljičeni plasti pri jeklu Č. 6440 — Merilo ekstra. 0 9 mm. stanejo samo pri vroči predelavi z valjanjem ali kovanjem, ko se razpoke, preplate, škaja ali podobno zavaljajo ali zakujejo. POSLEDICE RAZOGLJIČENJA Razogljičena orodja ali razogljičeni konstrukcijski, posebno pa funkcionalni strojni deli ne dosežejo zahtevane trdote na površini. Posebno pri popolnem razogljičenju nastala plast mehkega čistega ferita na površini ne omogoča doseganja zahtev, ki jih od izbranega jekla pričakujemo. Tudi pri delno razogljičenem jeklu je utrditev povišinske plasti jekla nezadovoljiva in neenakomerna. Cesto povzroča delno razogljičenje več težav kot popolno razogljičenje do čistega ferita, ker hitreje nastane in ga težje odkrijemo. Delnega 0,1 mm i—-f Sliika 35 Razpoka v razogljičeni plasti jekla C. 4732 nastala zaradi termičnih napetosti pri kaljenju. 0,1 mm Slika 36 Razogljičenje v zvezi z napakami pri vroči predelavi jekla (C. 4830). Slika 37 Razogljičenje v zvezi z napakami pri vroči predelavi jekla (C. 1530). razogljičenja večkrat sploh ne moremo odkriti z merjenjem trdote in z metodami brez porušitve. Večkrat kljub delnemu razogljičenju doseže jeklo normalno trdoto po kaljenju, ne dosega pa zahtevanih lastnosti pri uporabi. Vzemimo za primer jeklo z 1,30 % C za pile. če se razogljiči do 0,60 % C, to ne bo bistveno vplivalo na trdoto, dejansko pa ima površina bistveno drugačne lastnosti od pričakovanih. Orodje ne bo zadostilo namenu. Razogljičena plast poslabša splošno kaljivost jekla, obenem pa močno poveča nevarnost pokanja pri kaljenju. Nepopolno kaljenje razogljičene plasti je zvezano z manjšim povečanjem prostornine v primerjavi s popolno kaljenim jedrom. Zaradi tega se toplotnim napetostim pridružijo še velike napetosti zaradi spremembe prostornine. Jeklo z razogljičeno površino zelo slabo prenaša kakršnekoli dinamične obremenitve. Prosti ferit v razogljičeni plasti ima zelo nizko trdnost in posebno slabo obstojnost proti utrujanju. Napake in drobne razpoke v površinski plasti predstavljajo iniciale, ki se hitro širijo in privedejo do porušitev. Če se z mehansko obdelavo razogljičeno plast popolnoma odstrani, ne bo posebnih težav in ne bo opaziti zmanjšanja obstojnosti. Škodljivost razogljičenja se najbolj kaže na jeklenih delih, ki se mehansko ne obdelujejo in se pri njih razogljičena plast sploh ne odstrani (vzmeti, pile itd.). UKREPI ZA PREPREČEVANJE RAZOGLJIČENJA Kjerkoli predstavlja razogljičenje večji problem, moramo v zvezi z ukrepi za preprečevanje razogljičenja zagotoviti natančno regulacijo peči, kontrolo temperature, časa in atmosfere v peči ter obvladati optimalni tehnološki postopek ogrevanja. Kolikor mogoče se izogibamo predolgega ogrevanja ter previsokih temperatur. Celoten proces ogrevanja naj ne bo predolg in čimbolj racionalno izbran. V območju nižjih temperatur, pri katerih še ni nevarnosti razogljičenja poskrbimo z zadrže-njem za izenačevanje temperature po vsem preseku. Tako je potreben čas izenačevanja pri visokih temperaturah krajši in ogrevanje v območju visokih temperatur naj bo čimhitrejše, tako da je jeklo čim manj izpostavljeno razogljičevanju. če nastopi v tehnološkem postopku kakršen koli zastoj, moramo temperaturo peči zaradi nepredvidenega podaljšanja časa ustrezno znižati, tako da jeklo ni izpostavljeno predolgo učinkovanju atmosfere peči pri visoki temperaturi. žarjenje večkrat izvajamo tako, da jeklo zaščitimo pred atmosfero peči z dobro zatesnjenimi cevmi, v katerih jeklo obdamo še z manjšo količino zaščitnih sredstev. 0,1 mm i/7 Pri žarjenju orodij se večkrat poslužujemo pakiranja v ostružke sive litine, ali pa v predhodno dobro žarjen kokosov zdrob. Tudi pri zaščiti v kovaških pečeh pridejo v po-štev za delno zaščito proti razogljičenju razna trdna sredstva, ki vsebujejo ogljik z dodatki aktiva-torjev. Največkrat je primernejša bolj oksidacijska atmosfera, ki povzroča škajanje in s tem delno zaščito pred nadaljnjim razogljičenjem. Posebno nevarna je rahlo redukcijska atmosfera, če vsebuje vodik. Najboljše je ogrevanje v vakuumu, ki pa se zaradi visokih stroškov in dragih naprav uporablja le v izjemnih primerih. Pri žarjenju je priporočljiva uporaba varovalne ali nevtralne atmosfere v električnih pečeh. Take atmosfere, ki so posebej prilagojene različnim vrstam jekla, se dandanes uporabljajo že v velikih industrijskih pečeh. Pri toplotni obdelavi v območju visokih temperatur je najboljše in najekonomičnejše ogrevanje v ustrezni solni kopeli. Tudi te kopeli je treba primerno vzdrževati, obnavljati, čistiti in dezoksi-dirati. Normalno izdelano jeklo brez posebnih varovalnih ukrepov je po valjanju ali kovanju bolj ali manj razogljičeno. Zagotoviti moramo odstranitev dodatka za obdelavo, kakršnega priporočajo norme ali navodila proizvajalca. Literatura 1. Payson P., Metal Progress, dec. 1960, str. 78—81. 2. Boyer H. E., Surface Decarburization — Partial and Total, Steel Processing, avg. 1956, str. 462—463. 3. Barz E., Entkohlungserscheinungen an Werkzeugen, Das Industriefblatt, 6., sapt. 1960, zv. 9., str. 557—563. 4. UJŽ — br. int. standarda 6.05 — januar 1964, Odredji-vanje odugljeničenosti površinskih slojeva čelika me-talografsikim ispitivanjem. 5. UNI 4839 — Mar. 1962: Misurazione della profondita di decarburazione superficiale negli acciai al carbonio — Metodo microscopico. 6. Stahl — Eisen Priifblatt 1595 — April 1959: Microsco-pische Ermittlung der Randentkohlung von Werkzeug-und Schnellarbeitsstahlen. 7. ASTM Standards Part 31 — Metailographv. 8. GOST 1763—42: Metod opredelenija globini obezugle-roživanija staljnih polufalbrikatov i datalej mikroana-lizom. 9. Powell J. R.: Measurement of a Decarburised Layer on High Speed Steel, Metallurgia, dec. 1964, str. 295 do 298. 10. GOST 5952—63 — priloženije 1. — Stalj instrumental-naja ibistrorežuiščaja — Opredelenje obezugleroženovo sloja metodom komtrolja mikrostrukturi posle special-naj termoobrabotki (metod Sadovskovo). ZUSAMMENFASSUNG Die Entkohlung verursacht bei der Herstellung von Stahlprodukten manche Schvvierigkeiten. Deswegen sind die Forderungen in den einzelnen Produktionsphasen sehr streng und die t)berwachung der Entkohlung ist dringend. Der ganze Erwarmungsvorgang muss vollkommen beherscht und optimisiert vverden. Bei verschiedenen Stahlsorten ist neben den Kriterien fiir die Bestimmung die Entkohlungstiefe manchmal auch die Technik der Entdeckung der Entkohlten Schicht pro-blematisch. Der grosste Teil dieses Artikels ist der Metallo-graphischen Bestimmungstechnik der Entkohlung bei verschiedenen Stahlsorten gewidmet. Neben der dringend notigen Erklarung iiber die Entkohlungsproblemathik ist in dem Artikel eine kurze Obersicht der verschiedenen Bestimmungsmethoden der Entkohlung gegeben. Im Einzelnen ist nur die metalographische Methode mit der Untersuchung des Mikrogefiiges in der Oberflachenschicht beschrieben. Es sind einige Sonderbeispiele der Entkohlung, mit den Charakteristischen Folgen dieser Entkohlung, bei der Vervvendung solcher Stahle gegeben. Auch eine kurze Obersicht der iiblichen Massnahmen zur Verhinderung der Entkohlung ist gegeben. Der Anlass zu diesem Artikel sind die unzahligen Missverstandnisse, in der Beziehung der Entkohlung, voll-kommenen oder teilweisen. Wegen des Mangels an klaren Vorschriften und Standarden in unserem Land, oger vvegen der mangelhaften Anvveisungen fiir die Bestimmung der Kriterien fiir die Bemessung der Entkohlungstiefe. SUMMARY Decarburization causes many troubles in production of steel products. Therefore demands in individual process phases are very strict and control of decarburization is necessary. The whole process of heating must be comple-tely mastered and optimized. Beside the criteriums of determining the depth of decarburization often also technics of discovering the de-carburized layer in different steel types are dubious. The majority of paper deals with metalographic technics of investigating decarburization and decarburization characte-ristics in different steels. Beside the necessary basic explanations about decarburization of steel the paper gives a short review of various methods for determination of decarburization. Only the metalographic method with the revievv of microstructures of the surface layer is discussed more in details. Few special cases of decarburization are shown, some the most characteristic consequences of decarburization when steels used are enumerated, and a short review of the most common measures to prevent decarburization is presented. Reason for this paper are frequent misunderstandings about the decarburization — complete or partial — due to lack of clear standards in our country or due to lack of instructions how to determine the depth of decarburized layer. 3AKAKWEHHE 06e3yrAepo>KHBaHHe h3A^ahh H3 ctsah bo BpeMH np0H3B0ACTBa npiiMiiHHeT MHOro 3aTpyAHeHHČi. IIo3tomy BecbMa CTporne ipcooDa-HIIS OIipeACACHIIH o6e3yrAep05KHBaHHH He06X0AHMH BO Bcex OTAeAb-Hbix TexH0A0ri«ecKHX 4>a3ax. Becb pejKHM HarpeBa He0()X0AHM0 xopomo 3HaTb h yc0BepineHCTB0BaTb. IIpii pa3Amfflbix copTax CTaAH KpoMe KpHTepiia onpeAeAeHHH o6e3orAepojKHBamiH nacro HacTynaioT 3aTpYAHeHHH np« TexHHKH onpeAeAeHHH o6e3yrAepo>KeHora caoh. BoAbiuaa qacTb, CTaTbH nocBemeHa MeTaAAorpaijiHHecKoS TexHHKH onpeAeAeHHH o6e3yrAepojKHBaHiia OTAeAbHbix coptob CTaAH. Kpoiue Heo6xoAHMbix 0CH0BHbix noHHTHH o npo6AeMaTHKH o6e3yrAepo>KHBa-hhh CTaAH AaH KopoTKHH ociioTp pa3Hbix MeTOAOB OnpeAeAeHHH o6e3yrAepo)KHBaHHH; noApoČHO 5Ke paccMOTpeH MeTaAAorpanraecKHH MeTOA C OCMOTpOM MHKpOCTpyKTypbI CAOH Ha nOBepXHOCTH H3ACAHH. OmicaHbi lieKOTopue cnemiHAbHbie CAy<-iau oGeavrAepo/KnHaimst, yno-MHHyTO HeCKOALKO XapaKTepHbIX nOCAeACTBHH 06e3yrAep05KHBaHHH npii CTaAH h HaKOHeu AaH KpaTKHH ocmotp HaeSoAee o6biKH0BeHHbix Mep 3a lofjoKaiittH o6e3\TAcpo>KfiRanirH. 3Ta CTaTbfl HanucaHa H3 3a TOTO MTO AOXOAHAO AO HaCTbIX HeAOpa3yMeHHIi MTO KacaeTCH HaCTHH-Hora hah noAHOra o6e3yrAepo>KHBaHHH bcacactbhh HeAOCTaTKa HCHbix CTaHAapTOB b Hameft CTpaHe a TaiOKe bcacactbhh HeAOCTaTKa hh-CTpyKUHH aah onpeAeAeHHH KpHTepneB 3a H3MepeHHH rAvGuiiLi 06e3yrAep0>KeH0ra caoh.