YU ISSN 0372-8633
ŽELEZARSKI ZBORNI K
Stran
VSEBINA Koroušič Blaženko — Metalurški inštitut
Ljubljana
KISIKOVA SONDA — NOVI KONCEPT PRI 29
KONTROLI IN MERITVAH TOPLOTEHNIČNIH PROCESOV — I. DEL
Uranc Franc — Železarna Ravne
VPLIV PRETALJEVANJA POD ŽLINDRO IN 37
KALJENJA V SOLNI KOPELI NA LASTNOSTI VISOKOTRDNEGA JEKLA C 5432-VCNMo 200
Uranc Franc — Železarna Ravne
ZBOLJŠANJE ŽILAVOSTI JEKEL S KALJE- 45
NJEM V VROČI KOPELI
ŠevičDragica, D. Curčija — Metalurška fakulteta Sisak
O TOPNOSTI OGLJIKA V 2LINDRAH 53
LETO 16 ST.2-1982
ŽEZB BQ 16 (2) 29-56 (1982)
IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, ŠTORE IN METALURŠKI INŠTITUT
ZELEZARSKI ZBORNIK
IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, STORE IN METALURŠKI INSTITUT
LETO 16
LJUBLJANA
JUNIJ 1982
Vsebina
stran
Blaženko Koroušič
Kisikova sonda — novi koncept pri kontroli in meritvah toplotnotehnič-nih procssov — I. del 29
UDK: 669.18:621.785.53 ASM/SLA: Sllr, E9q
Franc Uranc
Vpliv pretaljevanja pod žlindro in kaljenja v solni kopeli na lastnosti vi-sokotrdnega jekla C 5432-VCNMo 200 37
UDK: 620.178:621.785.616. 22:669.187.2
ASM/SLA: Q6, Q7, 2-64, D8n, SGBA, J26p
Franc Uranc
Zboljianje žilavosti jekla s keljanjem v vroči kopali 45
UDK: 620.178.746.22:621.785 ASM/SLA: Q6n, 2-64, J26p, T9b, AY
Dragica Sevič, D. čurčija
O topnosti ogljika v žlindrah 53
UDK: 669.189:669.587.6 ASM/SLA: D5a, Dlln
Inhalt
Blaženko Koroušič
Seite
Sauerstoffmessonde —Ein neues Konzept bei der Kontrolle und Messung der Warmetechnischen Prozesse — I. Teil 29
UDK: 669.18:621.785.53 ASM/SLA: Sllr, E9q
Franc Uranc
Einfluss der Elektro-schlackeumschmelzung (ESU) und der Hartung im Salzbad auf die Eigenschaften des hochfesten Stahles C 5432-VCNMo 280 37
UDK: 620.178:621.785.616. 22:669.187.2
ASM/SLA: Q6, Q7, 2-64, D8n, SGBA, J26p
Franc Uranc
Verbesserung der Zahig-keit durch Warmbad-harten 45
UDK: 620.178.746.22:621.785 ASM/SLA: Q6n, 2-64, J26p, T9b, AY
Dragica Ševic, D. čurčija
ti.ber die Loslichkeit von Kohlenstoff in Schlacken 53
UDK: 669.189:669.587.6 ASM/SLA: D5a, Dlln
Contents
Blaženko Koroušič
CoAtp:
Page
Oxygen Probe — New Con-ceipt in Controlling and Measurements in Heat-engineering Processes — Ist Part 29
UDK: 669.18:621.785.53 ASM/SLA: Sllr, E9q
Franc Uranc
Influence of the Electroslag Remelting and Hardening in Salt Bath on the Properties of High-strength C 5432-VCNMo 280 steel 37
UDK: 620.178:621.785.616. 22:669.187.2
ASM/SLA: Q6, Q7, 2-64, D8n, SGBA, J26p
Franc Uranc
Improved Toughness of Martempered / Austempe-red Steel 45
UDK: 620.178.746.22:621.785 ASM/SLA: Q6n, 2-64, J26p, T9b, AY
Dragica Sevič, D. čurčija
On Carbon SolublIity in Slags 53
UDK: 669.189:669.587.6 ASM/SLA: D5a, Dlln
Blaženko Koroušič
KHCAOpOAHblii 30ha — HOBUI KomjenijHH npH KOHrpoAe b H3MepeHHsx TenAOTexBmeciuix npoueccoB — 1. laCTb.
UDK: 669.18:621.785.53 ASM/SLA: Sllr, E9q
Franc Uranc
Bahhhhc nepenAasa noA nua-KOM H aaKaAKa B COAHHOfl BauHbl na CBOflCTBa CTaAH BU-COKOfl TBepAOCTH MapKH
UDK: 620.178:621.785.616.22: 669.187.2
ASM/SLA: Q6, Q7, 2-64, D8n, SGBA, J26p
Franc Uranc
YAymieHHe b«3kocth cnuett npH 3aKaAKH b ropmu« cpe-Aax
UDK: 620.178.746.22:621.785 ASM/SLA: Q6n, 2-64, J26p, T9b, AY
Dragica Sevič, D. Čurčija
O paCTBOpHMOCTH fTAepOAB B
UIA3KaX
UDK: 669.189:669.587.6 ASM/SLA: D5a, Dlln
{1229280
ŽELEZARSKI ZBORNIK
IZDAJAJO ŽELEZARNE JESENICE, RAVNE, STORE IN METALURŠKI INSTITUT LETO 16 LJUBLJANA JUNIJ 1982
Kisikova sonda —
novi koncept pri kontroli in meritvah toplotno-tehničnih procesov — I. del
UDK: 669.18:621.785.53 ASM/SLA: SUr, E9q
1. UVOD
V domači literaturi zasledimo le nekaj skopih informacij o aplikacijah kisikove sonde na področju kontrole kisikovega in ogljikovega potenciala.1— 10 Osnovni principi, na katerih sloni delovanje kisikovih sond, so sicer znani že več kot 20 let, toda praktična uporaba te merilne tehnike se je začela intenzivno širiti šele leta 1973.
Osnovne prednosti kisikove sonde v primerjavi Z ostalimi znanimi analitičnimi ali fizikalno-kemč-nimi metodami, ki se uporabljajo pri kontroli kisikovega in ogljikovega potenciala, so:
1. kisikova sonda deluje na elektrokemičnem principu in je zato njen signal pogojen s termodinamičnimi zakonitostmi, kar se kaze v tem, da je njena merilna velikost absolutna in zanesljiva;
2. sondo je mogoče instalirati direktno v reakcijski prostor (direktna meritev) ali z jemanjem vzarca meriti zunaj reakcijskega prostora (npr. v dimniku, zunaj peči, itd.);
3. kisikova sonda reagira enako hitro na prosti (molekularni) kisik ali na zelo nizke parcialne tlake, ki so pogojeni z reakcijami med aktivnimi plinskimi komponentami (CO, C02, H, H20, CnHm itd.);
4. občutljivost kisikove sonde in njen odziv na hitre spremembe parcialnega tlaka je skoraj nepojmljiva (nekaj milisekund), kar daje tej metodi ogromne praktične možnosti, predvsem v kombinaciji z mikroprocesno tehniko.
Iz navedenih razlogov je razumljivo, zakaj je kisikova sonda našla tako široko področje aplikacij: od kontrole in optimizacije zgorevanja plinskih, tekočih in trdnih goriv do zelo kompleksnih metod kontrole ogljikovega potencijala, npr. pri plinski cementaciji jekel s klasičnimi endo-atmo-sferami ali novejšimi atmosferami na osnovi dušika itd.9
Namen tega članka je, da na nekaterih konkretnih primerih pokaže pomen te nove merilne metode in poudari njene aplikativne možnosti, ki so enako pomembne za metalurge, strojnike in tudi za vse tiste strokovnjake, ki se ukvarjajo s toplot-notehničnimi problemi v različnih industrijskih panogah.
2. TEORETIČNE OSNOVE
2.1 Princip kisikove sonde
Kisikova sonda predstavlja koncentracijsko, elektrokemijsko celico, ki je po svoji funkciji podobna metodi merjenja pH-vrednosti. Njena osnovna značilnost je uporaba trdnega elektrolita na osnovi stabiliziranega cirkonovega oksida s kovinskimi elektrodami (ki omogočajo sklenitev električnega tokokroga).
Posebnost visoko temperaturne kisikove koncentracijske celice je v tem, da pri temperaturah
02
EtmV) '0 ©
ZrOzUCaOk
Pt~
TKI
- 8°o
"02
_____ZrOi (+CaO)
© ©
02
Ca
Zr
Slikal
Shematska ponazoritev delovanja kisiikove sonde (ps O2 —" referenčni kisik, pxo2 — kisik v merilnem plinu z neznano vsebnostjo)
80-20 Fig. 1
Schematic presentation of the vvorking of oxygen probe vvith solid electrolyte of stabilized ZrO,—oxide (PR O2 = = reference oxygen, Px O2 =oxygen in measured gas vvith unknovvn content)
nad 600 °C nastopa električna prevodnost, ki je posledica prevodnosti kisikovih ionov in delno tudi elektronov:
k = k02— + ke
(D
T PCI--
3 1600 UOO 1200 mo 900 000 700 600_500
/
7
logk -y
0.85 ZrO?-0.15 CaO
S 9
Slika 2
12 13 80-19
Električna upornost trdnega elektrolita z Pt-elektrodami kot funkcija temperature (trdni elektrolit: ZrCh (+ CaO)).
Fig. 2
Electric resistivity of solid electrolyte vvith Pt electrodes as the function of temperature (solid electrolyte; Z1O2 (+ CaO)).
Temperaturna odvisnost električne prevodnosti je značilna za polprevodne snovi in je enaka:
k = k° exp
( RT)
kjer je QK — aktivacijska energija za transport kisikovih ionov, oziroma elektronov. Na sliki 2 je prikazana odvisnost električne upornosti trdnega elektrolita od temperature. Pri temperaturah nad 600 °C ima celotni tokokrog kisikove sonde ohm-sko upornost manjšo od 1000 ohmov in pri višjih temperaturah doseže vrednosti nekaj ohmov.
Zato se kisikove sonde za plinske medije uporabljajo pri temperaturah med 700 in 1600 °C.
Pri meritvah zelo nizkih parcialnih tlakov kisika obstaja še dodatna omejitev za uporabo sonde, ki je pogojena z delovanjem elektronske komponente prevodnosti (glej enačbo 1).
Njen vpliv se kaže v znižanju transportnega števila kisikovih ionov — t02—, ki je definirano z enačbo:
t02- = k°2~ (2) k02--h ke
Pri čisti ionski prevodnosti trdnega elektrolita dobi transportno število kisika vrednost 1 (t02— = = 1). To vrednost obdrži trdni elektrolit iz stabiliziranega Zr02 v zelo širokem področju parcialnih tlakov kisika pri temperaturah do 1000 °C (od 1 do 10—22 bar). Pri višjih temperaturah vrednost trans-sportnega števila t0—2 pada in je potrebno upoštevati vpliv elektronske prevodnosti v trdnem elektrolitu na vrednost elektromotorske napetosti kisikove elektrolitske celice.
2.2 Povezava med parametri kisikove sonde in parcialnim tlakom, oziroma koncentracijo kisika
V kisikovi elektrokemijski celici tipa:
(+) Anoda P& Trdni elektrolit o2- (-) Katoda P& —1
v ravnotežnih pogojih z reverzibilnim transportom kisikovih ionov od anode ( + ) h katodi (—) (tj. od Pro2->Pxo2) in zanemarljivo elektronsko prevodnostjo v trdnem elektrolitu velja naslednja relacija med električno napetostjo (E°) in parcialnim tlakom kisika:
RT, PR0j E° =-ln—51,
nF P* 02
(3)
kjer pomeni: E° = EMN (mV)
R = plinska konstanta (J/mol. K) T = absolutna temperatura (K) F = Faradayeva konstanta (J/V, mol) n = število elektronov, ko sodeluje v reakciji: 02 + 4e = 202~(= 4)
Pro2. Pxo2 = parcialni tlak kisika na anodi, oziroma katodi (bar).
Kot je razvidno iz slike 1 se v notranjosti cevi trdnega elektrolita ponavadi uporablja zrak kot referenčen parcialni tlak z PR02 = 0,209 bar.
Z uporabo znanih vrednosti za konstante R in F lahko izpeljemo enačbo:
E (mV)
logPx02 = log Pr02 -20.17 oziroma pri Prq2 = 0,209 bar
logPx02 =—0.680 — 20.17
(T (K)
E (mV) T (K) ~
(4)
(5)
Na sliki 3 je prikazan nomogram za hitro odčitavanje vsebnosti kisika v plinu (v % in ppm)
na osnovi znanih parametrov kisikove sonde E in
■p *
V sodobnih merilnih napravah obdela vrednosti analognih signalov v skladu z enačbo ugrajeni mikroprocesor tako, da je končna vrednost —logP02 ali % 02 v analogni ali digitalni obliki.
* Nomogram je izdelan na osnovi enačbe (5): log '°/o02 = E
= — 0.680 — 20.17 . — T
Primer: E = 133 mV, T = 750 °C. Teoretična vsebnost kisika v plinu:
log P02 = _ 0.680 — 20.17/133/(750 + 273)/ = —3.3023 Po2 = 0,0005 bar, oziroma 0,5 % 02 (= 500 ppm)
3. NEKATERE ZNAČILNOSTI
KISIKOVIH SOND
V tabeli 1 je prikazan pregled najpomembnejših svetovnih proizvajalcev kisikovih sond, ki se uporabljajo bodisi pri kontroli zgorevanja v industrijskih obratih (vsebnost prostega kisika v dimnih plinih) ali pri kontroli ogljikovega potenciala v metalurških in strojnih obratih mehko žarjenje, normalizacija, plinsko naogljičenje jekla itd.). Slika 4 in 5 kažeta zunanji videz kisikovih sond dveh priznanih proizvajalcev. Programmelektronik (Ztirich) in Corning (USA).
Na sliki 4 sta iprikazana dva tipa t. i. ENDO-SAND, pri katerih se vzorec merilnega plina jemlje iz atmosfere. To pomeni, da je kisikova celica z lastnim ogrevalnim sistemom zunaj peči, oziroma prostora, v katerem kontroliramo atmosfero.
Slaba stran te merilne metode je, da se med jemanjem plinskega vzorca kondenzira prisotna vloga, kar spreminja sestavo plina (»suha analiza«).
E?133mV T = 750°C 02=0,05%
p)fiOjOZ^pC&CaofaftjH
Slika 3
Nomogram za odčitavanje vsebnosti kisika iz znanih vrednosti parametrov kisikove sonde (področje uporabnosti 600 do 1000 'C in E = 0 do 20 mV)
Fig. 3
Nomogram for reading oxygen contents from the knovvn values of the oxygen probe parameters (range of applica-bility 600 to 1000 "C and E = 0 to 200 mV).
■a d
o
C o
u
a c >. Q
u T3 C O
O •O
•Ž § C W
2x
oO
o H
Z O
M
.5 ^ P ^
o ^
o! •d c3 o
*
T—t .^ij CA CO _
Id
t/j r
o z
M M C C
11 o o u o
»1 00 IO
^ ft E >
i-T °
B
j -i-i
■ <" o
CQ "S
0 M-l M
Jž o
O ^ r
O O PJ ° PL,
ca >
.a
o t, Pk
9
N
o
<2 N
O
i*
9
N
O
■M
.X
s
rt .O
M
t rt .P
o"
M a
rt
M rt
rt -O
o E
Pi
U
oo {J '—1 o
S
£7
o
o
J3
Oi
+
O a
Pi
Ph
I
g"
"S
E '■3 ;> O
■g
'2 _ — rt »o
E I
s a
o u
g
'E p,
E >
■E -s o »'d J3 S 13
C 3) C w 0)
^ 2 c
> I >o I x/>
o o S
(U J) - >
i-3 . >rt
E
rt >c/i
C d
N N
O. 0
• E
E S .5 rt
T3 •
> <3
>C/5 ~ rt O n
a
I
Ih O D,
P
O
O
o-
u h
£
H O
o-
O CL,
BJ) O
To
Mo
« #
o
e-
h
£
g W
o C
■a
D
S
a
O
-rt °
^ g >o
S •d o p.
o C
'C
O rt ^ k O
•H
V) -
g O
>0 -p o h
(n
2
a O
>N CJ
Sra
^ ° u -o S £ S -a
oCortU H ft P.Z H
-
o-
rt
T3 o bo o >
•H -E ^ • • rt rt rt II S 8
R S p ..
h t3 m
T3 O „ -trt
O
C rt O TJ >N
, , DO +i
Š' u Si rt
£ II^
H C P. t,
rt c
N
O > n S
S O Rrt
rj C
Bos
p«
H (N N
JS
o a,
'3 •J3
<
1/5 D
A! O O
Bi
P3
3 •d c
X v
cfl
■d
-M
J
rt
C <
a
io o « E -
o rt
•S 9
h p<
S
o R :3
bo c
W
ffi
E O
'S
j:
c
u bo >. X
O
o
s
ČL,
o p
rt O
4)
3
3 x!
O
o
<
m P
>
•d rt
k-HOCTb BblBCHHTb CBH3b Me5KAY SAeKTpineCKHM ITOTeHUHaAOM H 3AeK-TpoxiiMiraecKoii aneiiKOH, TeMnepaTypoit h napunaAbHbiM AaBAemieM (hah KOimeHTpauHH) khcaopoaa b ra30B0H aTMoccjiepe.
BecbMa npHTOAHaa HOMOrpaMMa Aaer B03M05KH0CTb BbinoAHHTb HenocpeACTBeraibiH oTcneT coAepacaHna KHCAopoAa H3 H3BecTHbix 3hamchhii e h t (napa.\ieTpbi 30HAa).
AaHo uoapoGhoc ormcaHHe xapaKTepncTHK khcaopoahoto aoHAa, mto Kacae-rCH hx ynoTpe5AeHHa: 3ha0 h 3k30 30HAOB. b 4>opMe TaSAHHbl nOAaH 0630p BCeX npOH3BOAHTeAeft KHCAOpOAHbIX 30HAOB B 3apy6e>KHbix CTpaHax c HeKOTopbiMH xapaKTepncTHKaMH, b ocoOeHHo-cth b03mojkhocth hx yTTOTpe6AeHHH.
b ApyroH MacTH stoh paSorbi 6yAeT a»ho oiracaHHe khcaopoa-hux 3ohaob a hmehho: npn KOHTpoAe h peryAHpoBKH cropaHHa TonAHBa (3«epreTHHecKHe n MeTaAAypnmecKHe arperaTbi), KonrpoAb KHCAopoAHoro h yArepoAHoro noTeHunaAa b HeiiTpaAbHbix (3aimrr-hux) h 3HAOreHHbix aTMOC(J>epax.
Vpliv pretaljevanja pod žlindro in kaljenja v solni kopeli na lastnosti visoko trdnega jekla Č 5432-VCNMo 200
UDK: 620.178:621.785.616.22:669.187.2 ASM SLA: Q6, Q7, 2-64, SGBA, D8n, J26p
Franc Uranc
Postopka izotermne pretvorbe avstenitiziranega jekla v bainit ali upočasnjenega kaljenja v marten-zit sta priljubljena tam, kjer želimo, da je izdelek zelo trden in obenem zelo žilav in da se mu med kaljenjem ne spreminjajo dimenzije bolj, kot je varno in gospodarno.
Ena od izpeljank prvega od teh postopkov je patentiranje. V slovenščini še nimamo imen za ta postopka. Austempering bi lahko imenovali izo-termno kaljenje, pri martemperingu (upočasnjenem kaljenju v martenzit) pa sicer poteka pretvorba skoraj istočasno in zato pri enaki temperaturi po vsem prerezu izdelka, toda ne pri temperaturi kopeli, temveč šele pozneje. Poskuse smo opravljali z jeklom, ki se je pokazalo primerno predvsem za kaljenje v martenzit. Opisano je, kako vplivajo čas, temperatura pretvorbe in delež bainita v strukturi na mehanske lastnosti jekla.
1. IZOTERMNO KALJENJE JEKLA
Jeklu Č 5432-VCNMo 200 smo želeli zvečati žilavost in duktilnost — delno srednje vrednosti, predvsem pa najnižje, ki so po poboljšanju pod dopustnimi. Ob trdnosti 1400 N/mm2 ter meji plastičnosti nad 1300 N/mm2 naj bi imelo to jeklo raztezek zaznavno nad 10 %, kontrakcijo nad 42 %, žilavost nad 35 J (preizkušanec z zarezo DVM). S poboljšanjem more jeklo doseči takšne lastnosti le včasih, in še to, če je kovano na debelino manj kot 20 mm ali če je izdelano po posebnem postopku.
Zahtevano kontrakcijo in trdnost temu jeklu z lahkoto zagotovimo, težje pa je z žilavostjo in raztezkom. Podobno je z obstojnostjo jekla proti utrujanju.
Odločili smo se zboljšati jeklo z izotermnim kaljenjem, saj s tem lahko zboljšamo celo obstojnost proti utrujanju (1). V grobem delimo izotermno kaljenje ma tisto v bainitnem in tisto v mar-
Franc Uranc je diplomirani inženir metalurgije im raziskovalec na področju mehanskih raziskav v železarni Ravne.
tenzitnem temperaturnem območju, pri čemer temperaturo kaljenja izberemo po izotermnem TTT diagramu.
1.1 Izotermno kaljenje v bainit
Izotermno kaljenje v bainitnem temperaturnem območju se imenuje v tuji literaturi austempering, ki je po definiciji izotermna strukturna pretvorba železnih zlitin pod temperaturo tvorbe perlita in nad temperaturo tvorbe martenzita.
To toplotno obdelavo uporabljamo, če je naš namen povečati zlitini predvsem žilavost in duktilnost, obenem pa doseči veliko trdoto izdelka.
V bainit moremo izotermno kaliti le določena jekla:
— z vsebnostjo ogljika pod 0,5 % in mangana nad 1 %,
— z vsebnostjo ogljika med 0,5 in 1 % ter mangana nad 0,6 %,
— z vsebnostjo ogljika nad 1 % in mangana pod 0,6 %,
— z več kot 0,3 % ogljika, legirana s kromom in manganom.
Od orodnih jekel so primerna za takšno kaljenje jekla za delo v hladnem, ledeburitnega tipa (2 % C, 12 % Cr) in jekla za delo v vročem s 5 % Cr in dodatkov molibdena in vanadija (2).
Jeklo je možno z uspehom izotermno kaliti v bainit, če je nos perlitne krivulje vsaj za dve sekundi odmaknjen od začetka ohlajanja. Omejitev uporabnosti tega postopka je prerez izdelkov, saj npr. ne moremo dobro kaliti predmetov iz jekla Č 1940-OC 80, debelejših od 5 mm, če želimo čisti bainit. Izdelki iz krommanganovih jekel so lahko debeli 25 mm.
Pomembnejše od doseganja 100 % bainitne strukture je doseganje dobrih mehanskih lastnosti, zato so v industriji zadovoljni tudi s 75 % bainita v ustrezno izotermno kaljeni strukturi. Različna jekla se dajo namreč do različne stopnje pretvoriti v bainit. Če doseže izdelek za bainit nadnormalno trdoto, je to znak, da se je poleg bainita tvoril tudi martenzit; če pa je izdelek premehak, je to znak tvorbe perlita pred tvorbo bainita.
Kaljenje na bainit je zelo priporočljivo, kadar želimo posebno majhne dimenzijske spremembe med kaljenjem. Kalimo v solni kopeli nekoliko nad temperaturo martenzitne tvorbe. Na tej temperaturi zadržujemo orodje toliko časa, da se avstenit ves pretvori v bainit, katerega trdota je odvisna od temperature tvorbe: višja temperatura pomeni nižjo trdoto.
Če bi hoteli doseči čisti bainit v visokolegiranih jeklih, bi potrebovali preveč časa, obdelava bi bila negospodarna.
Ta vrsta kaljenja je posebno ugodna zato, ker zveča malo legiranim jeklom žilavost, ne da bi jim zmanjšala trdoto pod tisto, ki jo dosegajo po navadnem kaljenju in popuščanju na 300 °C, to je temperaturo popuščne krhkosti.
Podobno obdelujemo vsa nelegirana jekla, ki naj bi imela trdoto 30 —■ 42 HRC. Majhne kose pred kaljenjem izotermno žarimo. Izdelke, ki so predebeli za navadno izotermno kaljenje, obdelamo po posebnem modificiranem postopku. Paziti moramo, da je masa kosov v določenih mejah, kajti ob večji masi, kot je dopustna, se sredina ne ohladi zadosti hitro, kopel se ogreje nad dovoljeno temperaturo in pojavi se mešana struktura, ki jo spremlja spreminjajoča se trdota.
Modificirani postopki so omejeni s številnimi dejavniki in je zato nujnih nekaj poskusov in napak, preden pridemo do najboljšega kalilnega cikla.
Velike izdelke pogosto kalimo tako, da jih najprej ohladimo v kopeli s temperaturo tik nad Ms točko in jih prestavimo v kopel s primerno temperaturo za kaljenje v bainit šele po izenačenju temperature po prerezu (3).
1.2 Izotermno kaljenje v martenzit
Če kalimo z avstenitizacijske temperature v kopeli, ki je ogreta na temperaturo gornjega dela martenzitnega področja (izotermnega TTT diagrama) ali pa malo višje, in če pustimo izdelek v kalil-nem sredstvu toliko časa, da se temperatura izravna po prerezu, in če nato ohladimo izdelek na zraku — imamo opraviti z izotermnim kaljenjem v martenzitnem območju, po angleško: z martem-peringom.
Martenzit se tvori lepo enakomerno med ohlajanjem na sobno temperaturo. Prednost tega počasnega ohlajanja v martenzitnem območju temperatur je ta, da se tvori martenzit skoraj istočasno po vsem prerezu, oz. po majhnih ali velikih prerezih.
Kaljenje na martenzit torej zmanjša ali izloči deformacije, pusti v izdelku manj napetosti kot navadno kaljenje v hladnem hladilnem sredstvu, ker nastopajo največje toplotne spremembe tedaj, ko je jeklo še v razmeroma plastičnem avstenit-nem območju in ker nastopajo pretvorbe po celem prerezu skoraj istočasno.
Kadar imamo opravka z manj kaljivimi jekli, katera zahtevajo veliko ohlajevalno hitrost, da se prekalijo zadosti globoko, pogosto uporabljamo modificirano kaljenje na martenzit. Temperatura hladilne kopeli je v tem primeru nižja kot pri navadnem kaljenju na martenzit ter je lahko 100 °C ali pa tik do Ms točke. Prednost modificiranega postopka pred navadnim je cenenost hladilnih priprav, saj lahko kalimo kar v olju.
Enakomerne in ponovljive lastnosti dosežejo izdelki z obema načinoma kaljenja na martenzit, vendar se občutljivi kosi bolj deformirajo pri modificiranem načinu, zaradi česar so potrebni večji brusni dodatki.
Kaljenje na martenzit imenujejo tudi martenzitno kaljenje, kar določneje pove, da je treba po tovrstni obdelavi tudi še popuščati.
Načelno so primerna za ta postopek vsa jekla, katera lahko kalimo v olju, pa tudi nelegirana, če gre za tenke izdelke in če močno mešamo kalilno sredstvo. Tudi visokolegirana jekla (npr. Č 4171-Prokron 2) včasih tako obdelujejo.
Globina, do katere se tvori martenzit s tem procesom, je tretjina (pri nelegiranih) do dve tretjini (pri krom-nikljevih jeklih) od tiste globine, dosežene s kaljenjem v vodi (3).
Postopek ima tudi vsaj dve hibi. čeprav naj bi bila ustvarjena struktura enaka kot po navadnem kaljenju, je vendar delež avstenita veliko večji. To je posebno izrazito v srednje legiranih jeklih. Če pa pustimo izdelek predolgo v kalilni kopeli, se tvori bainit, kar zmanjša trdoto! (4).
Kljub temu, da ni neposrednega povoda, se tudi z martemperingom občutno zboljša žilavost orodnih in konstrukcijskih jekel, kar postavlja ta postopek po pomembnosti ob postopek izotermnega kaljenja v bainit.
2. TRDNOSTNE LASTNOSTI, ŽILAVOST IN STRUKTURA JEKLA PO IZOTERMNEM KALJENJU
Poskuse izotermnega kaljenja za vpeljavo le-tega v industrijsko delo smo opravili z dvema talinama, ki sta bili različno izdelani. Tabela 1 kaže kemično sestavo obeh talin.
Tabela 1: Kemična sestava preizkušenih talin jekla Č 5432-VCNMo 200
Talina C S Si Cr Ni V Cu Mn Mo P
A 0,31 0,021 0,30 2,29 1,96 0,01 0,25 0,60 0,43 0,015
B 0,30 0,006 0,26 2,01 2,10 0,02 0,20 0,52 0,50 0,019
Jeklo obeh talin je bilo prekovano na kvadrat 14 mm, žarjeno in po izdelavi preizkušancev toplotno obdelano za ugotavljanje vpliva temperature ohlajevalne kopeli na trdoto in žilavost jekla.
-SI kaljenja
/4ks tenitizirano :S50°C 485 HR C 'x
140 KO 180 200 220 Temperatura izotermne preobrazbe CC)
VCNMo 200 (ch. 71694)
220 240 260 280 300 320 340 Temperutura črotermnegj kaljenja (X)
VCNMo 200 Avstenitizirano . 850"C (ch 71694)
Slike la — d
Žilavost in trdota jekla C 5432 VCNMo 200 po različno dolgem kaljenju z avstenitizacijske temperature 850 °C v kopeli z različno temperaturo. Ohlajanje pod temperaturo kopeli je na zraku.
Figs. 1 a to d
Toughness and hardness of C 5432-VCNMo 200 steel after various austempering/martempering times from the auste-nitization temperature 850 °C in the bath vvith various temperatures. Cooling below the bath temperature is in
alr
55
50
45
40
35.
50
45
40
35
50
45
40
55■
50
45
40
35
55
50
45-
40-
35:
50-
400 420 440 460 480 500°C
35
Čas v termalni kopeli 4 mm
X)min
30min
45 40 35 30 45 40 35 30 3 45 | 40 *35 | 30 ■Kj 45:
40 35 30_ 45'-40■ 35 30 45■ 40 35-30
400 420 440 460 480 500 Temperatura izotermnego kaljenja CC)
VCNMo 200 (ch 71694)
Avstenitizirano pri 850°C
Trdota 49-50 HRC
500 520 540 560 580 600
Čas v termalni kopeli ' imm
ISmin
t 60min
500 520 540 560 580 600°C Temperatura termalne kopeli (°C)
VCNMo 200 lch.71694) Avstenitizirano: 850°C Trdota 47-50 HRC
Obsežnejše preiskave trdote in žilavosti smo opravili s preizkušanci taline A, to je klasično izdelane taline, zato obravnavamo rezultate teh preiz-kav posebej.
Slike la—ld prikazujejo rezultate preizkusov jekla taline A. Vsaka točka pomeni srednjo vrednost dveh meritev. Številke nad krivuljami pomenijo trdoto posameznih preizkušancev. Črtkana vodoravna črta ob vsaki krivulji je želena raven žilavosti (45 J, preizkušanci z zarezo DVM). Dopustna je le žilavost nad 35 J. Žilavostni preizkušanci so bili avstenitizirani 30 minut pri 850 °C in nato kaljeni v staljeni soli AS 135.
Po kaljenju v kopeli s temperaturo 220 °C so bili preizkušanci, glede na doseženo trdoto 46,5 HRC (po enournem držanju v kopeli) zelo žilavi (okoli 50 J). Če je bila temperatura kopeli 180 °C, so dobili preizkušanci trdoto 56 HRC.
Če vzamemo kot še gospodaren čas držanja na temperaturi pretvorbe eno uro, vidimo, da je primerna temperatura izotermne pretvorbe (oz. začetka tvorbe martenzita ali bainita) do 300 °C ali med 420 in 470 °C.
Po kaljenju v vseh kopelih (temperatura od 160 do 600 °C) so bili preizkušanci zadosti trdi. Najmehkejši so bili preizkušanci, kaljeni v kopeli s temperaturo 340 °C.
To talino smo tudi metalografsko pregledali.
Dilatometrske preizkušance smo avstenitizirali 15 minut pri 850 °C. Ms = 400 «C, Mf = 160 °C.
Pri preizkusih v dilatometru je nastopila bai-nitna pretvorba, že ko smo z avstenitizacijske temperature 850° ohlajali na 350 °C, ne pa pri ohlajanju na temperaturo 280 °C. Znižanje Ms točke je posledica dejansko kontinuirnega ohlajanja preiz-kušanca.
Slika 2
Mikrostruktura žilavostne probe avstenitizlrane pri 850 "C in nato ohlajane pri 400 "C eno uro in nadalje na zraku. Vsebnost 40 % bainita, 60% martenzita. Trdota 50 HRC, žilavost 50 J (DVM). (500 X)
Fig. 2
Microstructure of toughness probe austenitized at 850 "C and consequently cooled at 400 "C one hour, and after it in air. Content 40 % bainite, 60% martensite. Hardness 50 HRC, toughness 50 J (DVM) 500 X
Različni časi držanja dilatometrskih preizkušancev pri različnih temperaturah so dali take količine bainita v strukturi:
1. Ohlajanje z 850 °C na 400 °C je povzročilo nastanek bainita že po 100 sekundah in 16-urno drža-nje pri tej temperaturi je dalo 70 % bainita v strukturi.
Mikrotrdota je 449 HV.
Slika 2 kaže videz strukture žilavostnega preiz-kušanca, ki ga zadržujemo 60 minut pri 400 °C. Struktura je 40 % bainit, 60 % martenzit. Žilavost je 50 J (DVM), trdota 50 HRC.
2. Ohlajanje avstenitiziranega preizkušanca na temperaturo 430 °C je sprožilo tvorbo bainita že po 130 sekundah. Po 1,24 ure je bilo v strukturi že 30 % bainita. Vidimo, da se pri tej temperaturi začenja pretvorba v bainit nekoliko pozneje kot pri 400 °C, toda teče hitreje (difuzija) in se je zato v veliko krajšem času ustvarilo skoraj toliko bainita kot po 16 urah pri 400 °C.
Mikrotrdota je znašala 538 HV.
Slika 3 kaže potek snemanja temperaturnega cikla. Krivulja a ponazarja segrevanje preizkušanca v ogreti peči do avstenitizacijske temperature. Krivulja b ilustrira ohlajanje preizkušanca do temperature izotermnega držanja. Krivulja c kaže izotermno pretvorbo strukture v bainit. Krivulja
Slika 3
Temperaturni cikel izotermnega kaljenja v dilatometru
Fig. 3
Temperature cycle of isothermal quenching obtained by the dilatometer
d pa kaže nadaljnje kontinuirno ohlajanje preizku-šanca v vodi, ko se ostanek avstenita pretvori v martenzit.
Kot za to temperaturo izotermne pretvorbe so bili posneti diagrami še za šest temperatur med 250 in 500 °C.
3. Z ohlajanjem avstenitiziranega dilatometr-skega preizkušanca na 500 °C se je začel tvoriti bainit po 295 sekundah, toda po 2,7 urah je vsebovala struktura le 2 % bainita.
Mikrotrdota je 510 HV.
Žilavostni preizkušanci so pokazali take strukture:
1. Sliki 4 in 5 kažeta videz strukture, nastale z izotermnim 20 ali 60-minutnim držanjem žilavost-nega preizkušanca pri 180 °C. Preizkušanec je bil seveda prej avstenitiziran.
Podoben videz imajo strukture, nastale s hlajenjem avstenitiziranih preizkušancev pri 220 ali 240 °C.
2. Nekoliko drugačna je videti struktura, kaljena v kopeli pri 260 ali 280 °C (si. 6 in si. 7). Žila-vost in trdota pa sta kar obe manjši (za 3,5 enot
Slika 4
Mikrostruktura žilavostne probe, kaljene 20 minut v kopeli pri 180 °C in nato na zraku. 50 HRC, 50 J. (500 X)
Fig. 4
Microstructure of toughness probe, martempered 20 minu-tes in the bath at 180 "C, and consequentIy in air. 50 HRC, 50 J, 500 X
HRC oz. za 5 J), kot po kaljenju v kopeli s temperaturo 180 °C, dasiravno se je pojavilo že okoli 10 % bainita v strukturi.
Slika 6
Mikrostruktura žilavostne probe, kaljene 60 minut v kopeli pri 260 "C in nadalje na zraku. 10 % bainita, 45 HRC, 50 J (500 X)
Fig. 6
Microstructure of toughness probe, austempered 60 minu-tes in the bath at 260 °C, and consequently in air. 10% bainite, 45 HRC, 50 J, 500 X
Slika 7
Mikrostruktura žilavostne probe, kaljene 60 minut v kopeli pri 280 °C, nadalje! na zraku. 10 °/o bainita, 45 HRC, 511 (500 X)
Fig. 7
Microstructure of toughness probe, austempered 60 minu-tes in the bath at 280 "C, and consequently in air. 10 % bainite, 45 HRC, 51 J, 500 X
Slika 5
Mikrostruktura žilavostne probe, kaljene 60 minut v kopeli pri 180 "C in nato na zraku. 48,5 HRC, 56 J (500 X)
Fig. 5
Microstructure of toughness probe, martempered 60 minu-tes in the bath at 180 °C, and consequently in air. 48.5 HRC, 56 J, 500 X
Slika 8
Mikrostruktura žilavostne probe, kaljene 60 minut v kopeli pri 340 °C in nadalje na zraku. 40 % bainita, 45 HRC, 40 J (500 X)
Fig. 8
Microstructure of toughness probe, austempered 60 mlnu-tes in the bath at 340 °C, and consequently in air. 40°/o bainite, 45 HRC, 40 J, 500 X
Sirka 9
Mikrostruktura žilavostne probe, kaljene 60 minut v kopeli pri 460 "C nato na zraku. Ni bainita. 49 HRC, 47 J (500 X)
Fig. 9
Microstructure of toughness probe, austempered 15 min. in the bath at 460 "C, and consequently in air. 'No bainite, 49 HRC, 47 J, 500 X
Slika 10
Mikrostruktura žilavostne probe, kaljene 60 minut v kopeli pri 580 °C, nadalje na zraku. Ni bainita. 50 HRC, 3« J (500 X)
Fig.10
Microstructure of toughness probe, austempered 60 minu-tes in the bath at 580 "C, and consequently in air. No bainite, 50 HRC, 30 J, 500 X
3. Še drobnejšo, manj urejeno martenzitno-bainitno strukturo kaže preizkušanec, kaljen pri 340 °C (si. 8), z žilavostjo 40 J in trdoto 45 HRC. Slika 9 kaže stanje strukture po 15-minutnem ka-ljenju pri 460 °C.
4. Slika 10 kaže, da pri 580 °C ne nastopi po 60 minutah še nič bainita. Žilavost preizkušancev, ki so bili po avstenitizaciji tako ohlajeni (nadalje na zraku), je bila 30 J, trdota 50 HRC.
3. VPLIV NAČINA IZDELAVE IN VRSTE TOPLOTNE OBDELAVE TALIN NA LASTNOSTI JEKLA
Kot kažejo žilavosti in trdote izotermno kaljenih preizkušancev jekla Č 5432-VCNMo 200, sta ugodni temperaturni območji izotermnega držanja pod 300 °C ali med 400 in 470 °C.
Za osnovo primerjave vpliva toplotnih obdelav smo izdelali iz taline A nekaj preizkušancev, katere smo po avsteinuz.aciji izotermno držali eno uro v kopeli s temperaturo 180 °C. Rezultate preizkusov teh vzorcev kaže tabela 2.
Tabela 2: Mehanske lastnosti jekla Č 5432-VCNMo 200 po kaljenju v kopeli pri 180 "C
Re Rm A Z ' (Tir \
N/niim2 N/min2 % % | N/mm2 ' v Rm )
1600 1770 12,4 48,0 727;692 0,40
Vsak podatek v tabeli je srednja vrednost dveh izmerjenih rezultatov. Za to visoko trdnost sta duktilnost in trajna nihanja trdnost odlični.
Trajno nihajno trdnost smo izračunali iz zlom-ne napetosti (5). Žilavost je znašala 56 J.
Nekaj preizkušancev taline A in taline B smo izotermno kalili pri 470 °C in nekaj smo jih poboljšali (850°C/olje + popuščanje pri 480°C), tako da smo jih popustili na temperaturo, podobno tisti pri kopeli za izotermno ohlajanje. Kot najugodnejši čas držanja (0 8 mm) v hladilni kopeli smo izbrali 9 minut. Označimo izotermno kaljenje z I in poboljšanje z II! Rezultati so v tabeli 3.
Izotermno kaljenje daje veliko enakomernejše lastnosti kot poboljšanje, po katerem je nekaj lastnosti pod želenimi, npr. talina A nima zadostne trdnosti in meje plastičnosti, talina B pa kontrakcije.
Na trajno nihajno trdnost delujeta obe vrsti toplotne obdelave podobno, ne pa na trdnost, ki se jeklu taline B (pretaljene po EPŽ postopku) s po-boljšanjem nenavadno lepo dvigne, talina A pa je precej mehkejša, kot bi pričakovali po rezultatu preizkusa trajne nihajne trdnosti.
Tabela 3: Mehanske lastnosti jekla č 5432-VCNMo 200 po kaljenju v vroči (470 °C) solni kopeli (I) ali po poboljšanju (II)
Žila-
Obdelava Talina Re Rm A Z Trdota vost (DVM) (Tir f 1 \ Rm J
N/mim2 N/rram2 % % HB J N/mm2
I A 1490 1570 13,2 47 — 48 575 0,37
B 1500 1540 11,0 46 400 42—57 615 0,40
A 1225 1330 12,5 52 — 35 555 0,417
II B 1545 1773 11,7 36 440 37 616 0,35
Razmerje trajne natezno-tlačne trdnosti proti natezni trdnosti kaže, da je izotermno tvorjena struktura obstojnejša od poboljšane. To še posebno velja, če je dosežena struktura homogena, sam martenzit. Pri tem jeklu nastane taka struktura pri nizki temperaturi izotermne pretvorbe (180 °C). Razmerje 0,4 pri trdnosti 1770 N/mm2 po izoterm-nem kaljenju pomeni veliko proti skoraj enakemu razmerju pri poboljšanem jeklu s trdnostjo 1330 N/mm2. Jeklo taline B (EPŽ pretaljene) je bilo po poboljšanju veliko trdnejše od jekla taline A, toda kontrakcija je bila pod dopustno.
4. SKLEPI
1. Struktura dilatometrskih preizkušancev je delno bainitna že po ohlajanju avstenitiziranega preizkušanca v kopeli pri 350 °C. Po dolgem času držanja avstenitiziranega preizkušanca v kopeli pri 400 °C nastane 70 % bainita, skoraj preneha pa tvorba pri temperaturi 500 °C. Žilavostni preizku-šanci so delno bainitni že po kaljenju v kopeli s temperaturo 260 °C. Če je kalilna kopel pri 340 do 400 °C, dosežejo v eni uri 40 % bainita. Pri višjih temperaturah se ne tvorijo znatne količine bainita.
2. Žilavost lahko temu jeklu najbolj povečamo, če ga kalimo po avstenitizaciji v kopeli s temperaturo med 150 in 300 °C. Tako dosega to jeklo Č 5432-VCNMo 200 žilavost do 56 J. Držanje v hladilni kopeli s temperaturo pod 300 °C naj traja vsaj eno uro. Če je temperatura kopeli nad 250 °C, se pojavi v strukturi do 10% bainita (do 300 °C v eni uri).
Drugo območje primerne temperature kalilne kopeli je okoli Ms točke vse do temperature 470 °C, pri čemer naj bo čas zadrževanja v kopeli
le okoli 10 minut. Preizkušanci dosežejo žilavost okoli 48 do 50 J (DVM zareza) ter trdoto 49 HRC, kar je podobno, kot po kaljenju v kopeli z nižjo temperaturo (pod 180 °C). S popuščanjem se žilavost ne spremeni veliko.
3. Trajno nihajno trdnost moremo temu jeklu močno dvigniti le s kaljenjem v kopeli pri nizki temperaturi (180 °C). Razmerje trajne trdnosti k natezni trdnosti pa je enako (0,40) kot po postopku izotermnega zadrževanja pri 470 °C.
Preizkušanci, poboljšani na enako trdnost, kot jo ima jeklo po kaljenju v kopeli pri 180 °C (in nadalje na zraku), vzdržijo za 15 % manjše napetostne amplitude pri utrujanju.
4. Postopek izdelave jekla odločilno vpliva na obstojnost proti utrujanju. Če so preizkušanci obeh talin kaljeni (zadrževani) pri 470 °C, je trajna nihajna trdnost jekla, izdelanega po EPŽ postopku, za 7 % večja kot pri enako trdnem jeklu, izdelanem po klasičnem talilnem postopku. S pobolj-šanjem pa se pojavijo med obema talinama dodatno še zelo velike razlike trdnosti, kar povzdiguje vrednost jekla, izdelanega po EPŽ postopku.
Literatura
1. Clayton V. V., iR. Taylor: Metallurgical Factors Influen-cing the Fatigue Properties of High-Strength Steels. British and Iron Steel Association. ID 75/6, železarna Ravne.
2. K-E Thelning: Steel and its Heat Treatment, Butter-vvorths, London 1975, str. 217—219.
3. Metals Handbook Vol. 2, Ed. 8, str. 36—39.
4. K-E Thelning: Steel and its Heat Treatment, Butter-worths, London 1975, str. 214—217.
5. Enomoto N.: A method far determing the faitdgue limit of metals by means of stepwise load increase test. Proc. ASTM, 1959, vol. 59, str. 711—720.
ZUSAMMENFASSUNG
Dem hochfesten Konstruktionsstahl 0 5432-VCNMo 200 kamn die Zahigkeit durch dals Harten dim Salzbad hai 160 bis 300 °C erheblich verbessert werden (von 37 auf 56 J oder 48 J) oder so, dass es beim Harten von der Austani-tisierungsteinperatur bei 400—470 "C um 10 bis 30 Minuten angehalten wird.
Das ESU Verfahren verbessert dem Stahl die Wech-selfestigkeit um 10 °/o vvenn der Stahl vergiitet wird, oder um 7 % wenn der Stahl vvarmbadgehartet wird.
Die Art der Stablherstellung andert den Einfluss der Warmebehandlungsart auf die Ermiidungsbestandigkeit nicht.
SUMMARY
The toughness of VCNMo200 — C 5432 high-strength structural steel can be essentially improved (from 37 J to 56 J or 48 J) by hardening in the salt bath at 160 to 300 "C, or if it is kept for 10 to 30 minutes at 400 to 470 °C when quenched from the austenitizing temperature. ESR process
improves the fatigue limit for 10 % (if steel is hardened and tempered) or for 7 % (if it is martempered). The ma-nufacturing process of steel does not change the influence of the heat-treatment process on the fatigue resistance.
3AKAIO^EHHE
K0HCTpyKUH0HH0H CTaAH BIJCOKOH TBepAOCTH MapKH C. 5432 — VCNMo 200 mojkho 3Ha105 270 205
Č 4650 2,1 OCR 12 sp. 0,3 0,3 12 — 0,7 825 950 300 >105 180
Č 4172 Prokron 3 0,2 0,4 0,4 13 — — 830 — — — 300
č 4146 OCR 4 ex. 1 0,2 0,3 1,5 — — 790 790 860 1050 470 450 400 4000 250 140
Ta — avstenitizacijska temperatura, °C tB — čas 100 % pretvorbe pri temperaturi TB po
Tr — temperatura ob nosu krivulje izotermne ohladitvi z navedene avstenitizacijske temperatu-premene v bainit, °C re, s
65 Si7(Č.2332) Avstenitizacija 850°C/20 min.
40 - ^-Z-VttffC
" Čas v kopeli (min) • 8
x 12 16
|20-J,o-
3"
-255°C- ■
60 Q 55 J 50 | V4S*
160 200 240 280 320 360 3 Temperatura izotermnega kaljenja (°C)
Slika 2
Žilavost in trdota jekla C.2332-65 Si 7 po izotermnem ka-Ijenju v kopeli s temperaturo blizu Ms točke.
Fig. 2
Toughness and hardness of Č.2332-65 Si 7 steel after aus-tempering in the bath vvith the temperature close to the Ms point
Slika 1
Žilavost in trdota jekla Č.4830-VCV 150, kaljenega po avstenitizaciji jna 850 "C v solni kopeli. Ob krivuljah sta zapisana čas držanja v hladilni kopeli in dosežena trdota v enotah HRC.
Fig. 1
Toughness and hardness of C.4830-VCV 150 steel austempe-rel in salt bath after the austenitization at 850 "C. Figures vvith curves represent holding times (irt the bath) and achieved hardness values in HRC
izotermno kalili v solnih kopelih s temperaturo od 180 °C do 360°C. Časi zadrževanja na temperaturi kaljenja so bili 4, 7, 10, 15, 30 aH 60 minut. Slika 1 kaže dosežene trdote in žilavosti. Če želimo trdoto nad 51 HRC, se nam splača izotermno kaliti (po avstenitizaciji na 850 °C) pri temperaturah med 200 °C in 260 °C. Žilavost (DVM zareza) jekla Č 4830-VCV 150 bo po takem kaljenju med 26 in 33 J, če jeklo zadržujemo 15 minut v kopeli. Če kalimo dlje časa (60 minut), so možne žilavosti komaj 21 J.
Z enako trdoto (nad 51 HRC) je žilavost poboljšanih preizkušancev manj kot 16 J.
Drugo jeklo (Č 2332-65 Si 6) smo enako avsteni-tizirali, prenesli v kopel za ikaljenje in zadrževali v njej 8, 12 ali 16 minut pri stalni temperaturi, ki je avtomatsko nadzorovana s termoelementom. Kopel smo stalno mešali.
Slika 2 kaže, da dosežemo pri trdoti nad 51 HRC žilavost (DVM) od 10 ;do 26 J. Očitno so časi pod 16 minut prekratki za doseganje dobre žilavosti. Ugodna temperatura je strožje omejena kot pri jeklu Č 4830-VCV 150. Primerna je le temperatura 280 °C (od teh preizkusnih), nikakor pa ne pod 250 °C, saj s kaljenjem pri teh nižjil tem-
peraturah doseže jeklo manj kot 5 J, čeprav ni trše od 56 HRC.
Žilavost jekla Č 4830-VCV 150 se s pravilno izbiro pogojev izotermnega kaljenja za doseganje prave trdote dvigne za najmanj 60 % glede na žilavost poboljšanega jekla. Ker jeklo č 2332-65 Si 7 dosega podobne žilavosti — z ožje omejeno temperaturo izotermnega držanja — je verjetno tudi dvig žilavosti lahko podoben (z daljšimi časi držanja v kopeli).
Jeklo Č 4830-VCV 150 pa uporabljamo tudi za izdelavo krmilnih delov pnevmatskih kladiv. Ti deli naj bodo trši od 43,5 HRC ali trši od 47 HRC. Če jih poboljšamo na ustrezno trdoto, pokažejo žilavost 20 J ali manj. Če pa te izdelke izotermno kalimo, imamo veliko manj neenakomernosti trdote, žilavost je celo 35 J (po 15 do 30-minutnem zadrževanju pri temperaturi 310 °C), kar je skoraj 100 °/o zvišanje proti poboljšanemu jeklu z enako trdoto.
Tudi orodja iz jekel za hladno delo moremo znatno izboljšati, če jih izotermno kalimo. Navajajo 100 % zvečanje žilavosti jekel, podobnih našemu Č 6444-Osikro 4, to je, jeklu orodij, obremenjenih z udarci (1).
Ugotovili smo, da 15-minutno izotermno kalje-nje pri 250—300 °C dvigne žilavost na 25—32 J in trdoto nad 55 HRC, medtem ko z navadnim kaljenjem in sledečim popuščanjem dobimo žilavost preizkušancev 15 J. Torej z izotermno obdelavo izboljšamo žilavost za okoli 100 °/o (si. 3).
Izotermno kaljenje jekel Č4150-OCR12 in Č 4650-OCR 12 special je dalo manj spodbudne rezultate. Žilavost se je znatno dvignila šele, če smo kalili v kopeli pri 300 °C (si. 4, 5).
Ob trdoti 61 HRC sta bili žilavosti (preizkušancev z radialno zarezo r = 10 mm globine 1 mm) 15 J, oz. 12 J, kar je le malo nad 12 J, oz. 8 J, kolikor znaša žilavost navadno kaljenih preizkušancev, popuščenih na 200 °C. Kvečjemu jeklo Č 4650-OCR 12 special bi se splačalo, zavoljo 40 % dviga žilavosti, kaliti izotermno. Seveda pa se lahko splača izotermno kaljenje orodij tudi tedaj, ko
4SHRC
53 HRC
,30min
60min
180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 Temperatura kopeli za izotermno kaljenje (°C)-—
—• 860° /30 min. x—x 85CP/ 30 min.
60
C6444 (Osikroi)
ČM32 (VCNMo200)
Č.4I72 !Prckron3)
Č.4830 (VCV150)
10
160 200 240 280 Ms 320340 360 Temperatura izotermnega kaljenja (°C)
• Izotermno kaljeno
X Izotermno kaljeno * popuičeno pri 200°C Slika 3
Žilavost in trdota jekel po kaljenju v vroči kopeli in po dvakratnem popuščanju na 200 °C.
Fig. 3
Toughness and hardness of steel after austempering and double tempering at 200 °C
želimo več varnosti pri kaljenju ali doseganje bolj enakomernih trdot, kot je možno pri navadnem kaljenju v olju.
V lesni industriji rabijo med drugim tudi strojne dele iz jekla Č 4172-Prokron 3. Nekaj vzorcev tega jekla smo izotermno kalili z avstenitizacijske temperature 1030 °C.
Žilavostni preizkusi kažejo, da moramo zadrževati preizkušance iz tega jekla več kot pol ure pri izbrani temperaturi izotermnega kaljenja, da bodo čimbolj žilavi. Le pri temperaturah 220 in 340 °C je dosežena največja žilavost preizkušancev že po 30-minutnem zadržanju pri kalilni temperaturi. Pri drugih temperaturah se žilavost z daljša-njem časa zadržanja preizkušancev v kopeli povečuje. Enourno držanje preizkušancev v kopeli s temperaturo 160 ali 280 °C dvigne žilavost na 40, oz. 45 J (si. 3).
Posebno se zboljša žilavost z dodatnim popuščanjem, npr. na 200 °C. Le preizkušancem, ki so bili izotermno kaljeni pri 200—220 °C, se s popuščanjem ni bistveno zboljšala žilavost (od 36 na 38 J), drugim pa se je dvignila na 49—50 J (preiz-
OCR12-Č41SO Avstenitiziran 960 0C/30 minut
ČJ 664 S
5 64
J«
16-14-12
3 io-§
■s
•Kj
HRC •"■u*__
HRC
\
\
\
J
■x—*
...V
/
/
/
Z3
■66 64 62 60
340
MS = 205°C
200 220 240 260 280 300 320 Temperatura izotermnega držanja (°C)
Čas v kopeli (minute]: • 8 O 12
m 16 a 60
x—x 950°C/zrak*pop- na 200"C/lh Slika 4
Žilavost in trdota jekla C.4150 0CR 12 po kaljenju v vroči kopeli in po kaljenju v olju in popuščanju.
Fig. 4
Toughness and hardness of Č.4150-OCR 12 steel after austempering, and quenehing in oil and consequent tempering
OCR 12spec. -Č.4650 Avstenitiziran 960°/30min
I«-
£ 62 - HRC
^HRC m _
"60■
,12-
. 8,<
kaljen*pop 200°C
\
r-kaljen * pop. 200°C
\
\
Ms =180"C
■66 64 62 60
200 220 240 260 280 300 320 340 Temperatura izotermnega držanja (°CJ
Cas izotermnega držanja (minute): m 16 o 60
X— kaljen 960"/olje ♦ pop. 200° : 8 J, 61 HRC Slika 5
Žilavost in trdota jekla Č.4146-OCR 4 ex. sp. po kaljenju v vroči kopeli in po kaljenju v olju ter sledečem popuščanju.
Fig. 5
Toughness and hardness of C. 4650-()CR 4 ex special steel after austempering, and quenching in oil and consequent tempering
kušanci z zarezo DVM), čeprav je znašala trdota nad 46 HRC. Tako ugodne kombinacije trdote in žilavosti ne moremo doseči z nobeno drugo toplotno obdelavo. Preizkušanci iz tega jekla so po izo-termnem kaljenju pri 240 °C (eno uro) pokazali žilavost 35 J in trdoto 48 HRC, enako kaljeni preizkušanci, ki so bili dodatno popuščeni pri 200 °C, pa so bili žilavi za 48 J in trdi za 48 enot HRC.
Drugače pa je s preizkušanci, ki so zadržani v kopeli s temperaturo 240 °C kar 11 ur (namesto ene ure, kot prej opisani). Ti preizkušanci so sicer enako žilavi kot tisti, ki so zadrževani samo eno uro pri 240 °C, vendar so mehkejši. Ti preizkušanci imajo 44 HRC.
S poboljšanjem (1030°C/olje + popuščanje pri 300 °C) dosežejo preizkušanci iz tega jekla 18—27 J (DVM) ter trdoto 45 HRC.
Naslednja tabela na kratko prikazuje rezultate poskusov z jeklom Č 4172-Prokron 3.
Tabela 2: Vpliv kalilnih pogojev in popuščanja na lastnosti jekla Č 4172-Prokron 3
Avsteni ti-zacija (°C)
Kaljenje
Ohlajanje Temp. (°C)
Snov
Čas (h)
»3 C a v
s s
a < rs > ■N Q
S G ■ŠEŽ
H —
1020 olje 20 _ 300 18—27 45
1030 t. k. 180 11 — 50 47
1030 t. k. 240 11 — 35 44
1030 t. k. 240 1 — 35 48
1030 t. k. 240 1 200 48 48
t. k. — staljena sol AS 135.
Pri tem jeklu vidimo nenavadno močan učinek popuščanja po izotermnem kaljenju: dvig žilavosti za več kot 30 %, ne da bi padla trdota (si. 3).
Podoben učinek ima tudi skrajšanje časa zadrževanja pri temperaturi izotermne pretvorbe 240 °C: ko smo skrajšali čas od 11 ur na 1 uro, smo dvignili trdoto žilavostnih preizkušancev od 44 na 48 HRC.
Kot kaže, je najprimernejša temperatura izotermnega držanja nekje med 200 in 250 °C, kot govorijo viri (2), ali 240° s popuščanjem.
Tudi valjčne ležaje (jeklo Č4146-OCR4 ex. sp.) velikih serij že dve desetletji izotermno kalijo (3). Kot najprimernejšo temperaturo so odkrili 240 °C (nad Ms točko), da so dosegali Iežaji trdoto nad 58 HRC in da se ne pojavi avstenit. Pri tej temperaturi so zadrževali jeklo 4 ure.
To jeklo ni ustrezno za izotermno kaljenje obročkov, debeline nad 15 mm; za takšne je primerno jeklo 100 CrMo 7. Z manganom legirano le-žajno jeklo pa je sploh prepočasno v izotermni premeni.
Z izotermnim kaljenjem ne dosežejo obročki večje trdnosti ali trajne vrtilno upogibne trdnosti, kot jo dobijo z navadno toplotno obdelavo (kaljenjem v olju in popuščanjem), toda so veliko bolj žilavi in imajo višjo mejo plastičnosti. Med ugod-
nostmi izotermnega kaljenja naj bi še bile: zelo majhne kalilne deformacije in tlačne lastne napetosti na površini (do 500 N/mm2). Takšne lastnosti so zaželene pri debelostenskih obročkih, katere
OCR 4ex.sp.(Č.4146) Avstenitizacija 850°/30 minut
)
J 40+
'N
D 30]
C
.-o 6,20]
& 10-
D C
Ms =250° C
Cas v kopeli (min) • 8
x 12
JHRC
65
■60-* o
55 |
50 o o "O
■■45
§
160 200 240 280 320 360 Temperatura izotermnega kaljenja (°C) Slika 6
Žilavost in trdota jekla Č. 4146-OCR 4 ex. sp. po kaljenju v vroči kopeli.
Fig. 6
Toughness and hardness of Č.4146-OCR 4 ex sp steel after austempering
t .->-^- ■ * ^- •-'; i;/rz '< "V*-> V -J
• ti -L- *-L 1 tft
£«&* 8*. kEmmzM' s»■■:' -
Slika 7a
Slika 7b Slika 7
Mikrostruktura jekla C.4830-VCV 150
a) po kaljenju z 860 "C v olju in popuščanju na 250 "C,
b) po kaljenju z 860 "C v solni kopeli pri 300 °C, čas drža-
nja v kopeli 30 minut. (500 x).
Fig. 7
Microstructure of Č.4830-VCV 150 steel
a. after quenching from 860 "C in oil and tempering at
250 "C
b. after austempering from 860 "C in salt bath at 300 "C,
holding tirne in bath 30 minutes. 500 x.
Slika 9a
Slika lOa
vgrajujemo s tesnim prileganjem, in pri ležajih, obremenjenih z udarci. Slika 6 kaže trdoto in žilavost jekla Č 4146-OCR 4 ex. sp. po izotermnem kaljenju pri temperaturah od 200 do 320 °C.
Metalografski pregled
Na slikah 7—12 so prikazane mikrostrukture žilavostnih preizkušancev.
Sliki 7a in 7b kažeta precej različni strukturi jekla č 4830-VCV150. Na sliki 7a je poboljšana struktura, nizko popuščni martenzit. Na sliki 7b je prikazana izotermno (ob Ms točki: 300°C/30 minut) kaljena struktura: ferit, bainit, nizko popuščni martenzit; ta struktura je drobnozrnata. Ferit se je izločil, ker je bila hitrost ohlajanja premajhna za ohranitev čistega avstenita do 300 °C.
Trdota poboljšane strukture je 53 HRC, žilavost (DVM zareza) je 17 J, trdota izotermno kaljenega preizkušanca je 50,5 HRC, žilavost 24 J.
Slika 9b Slika 9
Mikrostruktura jekla C.6444-Osikro 4
a) po kaljenju z 900 »C v olju in popuščanju na 400 "C,
b) po kaljenju z 880 °C v kopeli pri 320 »C/15 minut. (500 x).
Fiig. 9
Microstructure ot Č.6444-Osikro 4 steel
a. after quenching from 900 »C in oil and tempering at
400 "C
b. after austempering from 880 "C in the bath at 320°C/15
minutes. 500 x
Slika 8
Miktrostruktura jekla Č.2332-65Si7 po kaljenju z 850 "C v kopeli pri 320 °C/16 minut. (500 x).
Fiig. 8
Microstructure of č.2332-65Si7 steel after austempering from 850 °C in the bath at 320 »C/16 minutes. 500 x.
Slika 8: Z izotermnim kaljenjem jekla Č 2332-65 Si 7 pri 320 °C/16 minut (kar je 70 °C nad Ms točko) se je pretvorilo 80 % avstenita v bainit.
Trdota tako obdelanega jekla je 45,5 HRC, žilavost (DVM zareza) 34 J.
Sliki 9a in 9b kažeta videz struktur poboljšanega ali izotermnega kaljenega jekla Č 6444-Osikro 4. Po poboljšanju je struktura popuščeni martenzit, po izotermnem kaljenju pa 80 %-martenzit in 20 %-bainit. Izotermno smo zadrževali preizkušanec pri 320 °C/15 minut (t. j. za 20 °C nad Ms točko).
Trdota poboljšanega preizkušanca je bila 52,5 HRC, žilavost (DVM) 17 J, trdota izotermno kaljenega pa 50,5 HRC in žilavost 28 J.
Sliki lOa in lOb: Struktura jekla Č 4650-OCR 12 special, kaljenega v olju in popuščenega, je precej drugačna kot struktura enakega jekla, kaljenega izotermno 300 °C/60 minut.
V prvem primeru je struktura iz popuščenega martenzita, karbidov in zaostalega avstenita, v drugem bainitno martenzitna s karbidi. Izotermno kaljeno ima 62 HRC in 10 J (rl0/l), medtem ko je navadno toplotno obdelano le malo slabše 61 HRC 8 J.
P' V %
\ ' ■ t. i.:-- - ~ "
Sliika lOb Slika 10
Mikrostruktura jekla Č.46SO-OCR 12 special
a) po kaljenju z 960 °C v olju in popuščanju na 200 °C,
b) po kaljenju z 960 °C v kopeli s temperaturo 300 "C/60
minut. (500 x).
Fig.10
Microstructure of Č.4650-OCR 12 special steel
a. after quenching from 960 °C in oil and tempering at
200 »C
b. after austempering from 960 "C in .bath vvith tempera-
ture 300 "C/60 minutes. 500 x
Sliki lla in llb kažeta strukturi poboljšanega ter izotermno kaljenega jekla Č 4140-Prokron 3. Poboljšana struktura (si. lla) je visokopopuščni martenzit s karbidi v feritu. Karbidi so izločeni iz martenzitnih igel.
Poboljšani preizkušanec je pokazal trdoto pod 20 HRC in žilavost 60 J, izotermno kaljen pa 45 HRC in 46 J.
Sliki 12a in 12b kažeta precejšnjo razliko struktur izotermno kaljenega in izotermno kaljenega + + popuščenega jekla Č 5432-VCNMo 200. Struktura, popuščena na 200 °C, je videti kot višjepopušč-na struktura po kaljenju v olju.
Trdota in žilavost obeh preizkušancev sta skoraj enaki (45—47 HRC, 48 J). To je razumljivo, ker je izotermno kaljenje potekalo (pri 200°C/60 minut) precej pod Ms točko (400 °C).
Slika llb Slika 11
Mikrostruktura jekla Č.4172-Prokron 3
a) po kaljenju z 1020 °C v olju in popuščanju na 740 "C.
b) po kaljenju z 1020 "C v kopeli s temperaturo 280 'C, čas
60 min. (500 x).
Fig.11
Microstructure of Č.4172-Prokron 3 steel
a. after quenching from 1020 "C in oil and tempering at
740 "C
b. after austempering from 1020 "C in the bath vvith tem-
perature 280 "C, time 60 minutes. 500 x
Pretres rezultatov
1. Izotermno kaljeno jeklo Č4830-VCV150 je ob trdoti nad 51 HRC pokazalo žilavost 26—33 J (DVM), kar je zelo ugodno proti 16 J (preizkušan-ci istega tipa zareze), kolikor doseže to jeklo s poboljšan jem na enako trdoto (to je s kaljenjem z 850 °C v olju in popuščanjem na temperaturi pod 300 °C). Z izotermnim kaljenjem izboljšamo žilavost za več kot 60 %, s kaljenjem (15 do 30 minut) v kopeli pri 260 °C znaša zvišanje glede na poboljšano stanje kar 100 %.
Če želimo, da bi imelo jeklo C 4830-VCV 150 trdoto 43,5 HRC, kakršno naj imajo krmilni deli pnevmatskih kladiv, pomeni izotermno kaljenje velik prirastek žilavosti glede na poboljšane izdelke. Po 30-minutnem zadrževanju avstentiziranega izdelka v kopeli s temperaturo 290 do 310 °C doseže izdelek žilavost 30—35 J, kar je 50—60 % zbolj-
Slika 12b
Slika 12
Mikrostruktura jekla C.5432-VCNMo 200
a) po kaljen ju z 850 "C v kopeli pri 200 "C/60 minut, b) po kaljenju z 850 °C v kopeli pri 260 "C/60 minut in sledečem popuščanju na 200 °C. (500 x).
Fig. 12
Microstructure of Č.5432-VCNMo 200 steel
a. after martempering from 850 "C in the bath at 200 "C/60
minutes
b. after austempering from 850 °C in the bath at 260 "C/60
minutes and consequent tempering at 200 "C. 500 x
šanje proti poboljšanemu strojnemu delu, ki ima pri trdoti 44 HRC žilavost 22 J.
Iz tega vidimo:
a) Zmanjševanje prednosti izotermnega kaljenja pred poboljšan jem, če želimo manj trde izdelke. S trdoto pod 37 HRC se žilavost poboljšanega in izotermno kaljenega jekla Č4830-VCV150 izenačita.
b) Najugodnejša temperatura izotermnega kaljenja (zadrževanja preizkušancev v solni kopeli) je tesno ob Ms točki, ki je pri tem jeklu 300 °C.
2. Jeklo Č 2332-65 Si 7 je po 16-minutnem kaljenju v kopeli pri 280 °C doseglo žilavost 26 J, kar je primerljivo z žilavostjo enako ohlajenega jekla Č 4830-VCV 150, katerega povprečna žilavost je 28 J, spodnja vrednost pa 26 J. Tudi trdoti obeh jekel sta podobni (51 HRC). Če ohlajamo avsteniti-zirana preizkušanca obeh jekel v kopeli pri 320 °C, bosta tudi enako žilavi in bo preizkušanec jekla Č 4830-VCV 150 imel 43 HRC, iz Č 2332-65 Si 7 pa 45 HRC.
Velika razlika med jekloma se pokaže po ohlajanju v kopeli z nižjo temperaturo. Pri 240 °C bo žilavost Č 2332-65 Si 7 komaj 5 J, medtem ko bo imelo Č 4830-VCV 150 kar 22—30 J. Za obe jekli torej velja skoraj enako območje ohlajevalnih temperatur in časov, s tem da je to območje pri č 2332-65 Si 7 strogo omejeno k nižjim temperaturam (zaradi strmega padca žilavosti) in odprto k višjim (ker je trdota tega jekla po enaki toplotni obdelavi za 2 enoti HRC večja kot pri jeklu Č 4730-VCV 150).
3. Jeklo Č 6444-Osikro 4 pridobi najugodnejšo žilavost po kaljenju v istem temperaturnem ob-
močju 280—320 °C in 15 minut, s tem da je trdota za tri enote HRC višja kot pri č 4830-VCV 150 in Č 2332-65 Si 7. Pravi čas zadrževanja v hladilni kopeli je pri tem jeklu tesneje določen, pri 300 do 320 °C je 12 minut; pri 280, 340, 400 °C pa je ugotovljen kot najboljši čas 15 minut.
4. Visokolegirani ledeburitni orodni jekli Č 4150-OCR 12 in Č 4650-OCR 12 special se ne odzivata enako močno na izotermno kaljenje. Z eno-urnim kaljenjem pri 300 °C dobita 30—40 % boljšo žilavost kot z navadno toplotno obdelavo. Trdota po izotermnem kaljenju je 61 HRC.
5. Jeklo Č 4172-Prokron 3 je najbolje kaliti v solni kopeli s temperaturo nad 240 °C, če po kaljenju popuščamo (pri 200 °C). Torej je območje izotermnega kaljenja lahko enako kot za jekla Č 4830-VCV 150, č 6444-Osikro 4, č 2332-65 Si 7. Pomembno pa je pri tem jeklu popuščanje, saj dvigne žilavost za 150 % proti poboljšanemu jeklu z enako trdoto (45—46 HRC). Ugodna pri tem jeklu je širina primernih temperatur izotermnega drža-nja, saj moremo kaliti v območju 240—300 °C (in verjetno še višje), če potem popuščamo na 200 °C.
Hiba izotermnega kaljenja tega jekla je nujnost daljšega ohranjanja na temperaturi (vsaj eno uro).
Izračun vsebnosti zadržanega avstenita na osnovi rentgenskih preiskav je pokazal le majhne razlike med vsebnostmi gama faze v sredini preizkušancev, kaljenih pri temperaturi 200, 240 ali 260 °C. Vsebnost avstenitne faze je 5—6%.
Tik pod površino (t.j. 0,5 mm) pa je videti vpliv temperature: preizkušanci, ki so bili 6 ur izotermno kaljeni pri 200 °C, so vsebovali v strukturi 3 % avstenita; kaljeni pri 260 °C eno uro pa so vsebovali 5 % avstenita. To moremo razložiti s stabilizacijo avstenita pri ohlajanju na 260 °C.
6. Jeklo Č 4146-OCR4 ex. sp. moremo izotermno kaliti takrat, kadar želimo doseči pri ležajnih obročkih posebno dobro obstojnost mer ali površinske tlačne napetosti. Žilavost se temu jeklu poveča le, če ga zadržujemo v hladilni kopeli več kot 12 minut. Temperatura izotermnega zadrževanja je v istem območju kot za ostala preiskovana jekla.
7. Kot kaže si. 3, moremo z izotermnim kaljenjem dvigniti žilavost celo jeklom z visoko M, točko (npr. Č 5432-VCNMo 200), tako, da jih pri kaljenju ohlajamo v kopeli z razmeroma nizko temperaturo precej pod Ms točko.
SKLEPI
1. Največji efekt ima izotermno kaljenje na jeklo Č 4172-Prokron 3, saj mu dvigne žilavost nasproti poboljšanemu stanju za 150 %. Pri tem jeklu je zelo važno popuščanje.
2. Jekla Č 4830-VCV 150, Č 2332-65 Si 1, C 6444-Osikro 4 pridobijo 50—100 % žilavosti, je jih izotermno kalimo pri 280—310°C, namesto poboljša-
mo. Ugoden čas zadrževanja na temperaturi izotermne pretvorbe avstenita je za prvi dve jekli 15 minut, za Č 6444-Osikro 4 pa 12 minut.
3. Jeklo č 5432-VCNMo 200 ni preveč dovzetno za ugodnosti izotermnega kaljenja, vendar pa jih uporabimo, če je zelo pomembno, da doseže jeklo največjo možno žilavost. Dobro žilavost in trdnost ima to jeklo, če ga po avstenitizaciji ohlajamo v kopeli s temperaturo 180 °C eno uro ali več.
4. Ležaje in visokoogljična visoko kromova jekla se splača izotermno kaliti le za doseganje posebnih lastnosti (obstojnost mer, tlačne napetosti na površini, zelo enakomerne trdote in žilavosti pri vseh izdelkih).
5. Pri orodnem jeklu Č 6444-Osikro 4 že 20% bainita v strukturi znatno zboljša žilavost (od 17 na 24 J) ob le majhnem padcu trdote (od 52,5 na 50,5 HRC).
Pri konstrukcijskem jeklu je viden vpliv popuščanja na videz izotermno tvorjenega martenzita, ne pa na njegove mehanske lastnosti.
Literatura
1. Biirjukova V. >N.: Metallovedenie i termičeskaja obra-botka metallov, 1965, No. 9, str. 53—57.
2. Koutsky J., L. Baračkova: Archiv fiir das Eisenhutten-wesen 48 (1977), No. 8, str. 427^29.
3. Hengerer F.: DRAHT-Fachzeitschrift, 1976, No. 3, str. 108—109.
ZUSAMMENFASSUNG
Durch das isothermische Harten im Beredch der baiini-tischen oder martensitischen Umvvandlung kann die Zahig-keit der Konstruktionsstahle C 4830-VCN 150 und C 4172-Prokron3, dem zahen Werkzeugstahl Č 6444-Osikro 4 und dem FederstaM C 2332 — 65 Si 7 verbessert werden. Die giinstigste Temperatur liegt um den Ms Punkt.
WaMagerstahl erreicht durch das Warmbadharten nicht die notige Harte. Hochchrom und hochkohlenstoff-haltige VVierkzeugstahle fiir die Kaltarbeit sind nach dem
isothermischen Harten in Bainit nur um einen kleinen Anteil zaher als nach dem gevvohnlichen Harten im 01 und Andassen.
Dem hochfesten Konstruktionstahl kann die Zahigkedt durch das isothermische Harten bei der Temperatur um 200 °C um etvva 50 % verbessert werden. Die Harte ist nach der so erzielten hoheren Zahigkeit gleich gross wie nach der amgiinstigsten gevvohnlichen VVarmebehandlung (Harten im 01 und Anlassen).
SUMMARY
Isothermal quenchiing in the range of bainitic or martensitic transformation improves the toughness of struc-tural Č .4830-VCV 150 and Č.4172-Prokron 3 steel, the toughness of the Č.6444-0sikro 4 shock-resistant toool steel, and the toughness of the Č.2332-65 Si 7 spring steel. The conve-nient temperature of the ooolant is around the Ms temperature. The ball-bcaring steel does not attain the neces-sary hardness when austempered.
High-chromiium high-carbon tool steel for cold work-ing obtains only slightly higher toughness by austemper-ing instead of hardening and tempering.
The toughness of high-strength structural steel can be improved for about 50 % by martempering at 200 °C.
The hardness of theese austempered or martempered steels remains equal to that obtained with the most suit-able ordinary heat treatment (quenching in oil and tempering).
3AKAK>qEHHE
C H30TCpMHqeCK0>1 3aK3AKOH b oSAaCTH 6eHHHTHOrO h MapTeH-CHTHoro npeo6pa30BaHits mojkho yaymhhtb bh3Koctb KOHCrpvKUHO-
HHbix ctaaeii C.4830-VCV 150 " C.4172-Prokron 3, Gjukocti, hh-
CTpyMeHTaAbHOH CTaAH Č.6444-OsikrO H npVJKHHHOii CTaAH MapKH Č.2332-65 Si 7. EAaronpnaTHbie TeMn-pbi h 3aKaAKH HaxoAHTca
OKOAO Ms TOIKH.
CTaAb AA* H3rOTOBAeHHH nOAUIHIIHHKOB C MapTeHCHTHOH 3aKaA-koh He AocTHraeT |Heo6xoAHMyio TBepAocTb. BbicoKoyrAepoAHCTLie HHCTpyMeHTaAbHbie XpOMHCTbie CTaAH AAH npHMeHeHHH b XOAOAHOM
COCTOJIHHH nOKa3aAH nocAe H30TepMHteCK0H 3aKaAKH B SeiiHHT He-3HaqHTeAbHoe nobhmehhe bh3kocth npn cpaBHeHHH c o6uKjioBemioH 3aKaAK0H H OTIIYCKOM. npn KOHCTpyKItHOHHOH CTaAH BbICOKOH TBep-AOCTH mojkho yAyCj = 1,164 aCao
3. A = eksperimentalni rezultati po (7)
Fig. 1
Carbon solubility as the function of CaO activity at 1873 K, according to Table 1
1. [%C]„g = 1,275 ac,0 — 0,04
2. [%C] = 1,164 aco
3. A = experimental rezults by (7)
Tablica 1.: Utjecaj sastava troske na rastvorljivost ugljika (7) na T = 1873 K i pco = 1 atm
Broj troske % CaO B =-- % Si02 + % AbOs C u tež. %
1 0,500 0,045
2 0,684 0,100
3 0,811 0,160
4 0,808 0,180
5 0,985 0,350
7 0,998 0,370
9 1,444 1,170
11 0,684 0,110
/
/
0.2 04 06 Q ; 12 z 16
a . ' u
%S-02'%Aii0j
Slika 2
Rastvorljivost ugljika u ovisnosti o bazicitetu troske po tablici 2
1. 3 V [%C]«g = 0,755 B — 0,04
2. A = eksperimentalni rezultati po (7)
Fig. 2
Carbon solubiIity as the function of slag basicity according __to Table 2
1. 3V[°/oC]rcg = 0,755 B — 0,04
2. A = experimental results by (7)
Jednadba dobivena regresionom analizom glasi: 3V [%C]reg = 0,755 B — 0,04 (14)
uz koeficijent korelacije r = 0,999. Iz (14) rastvo-reni C može se izraziti eksplicitno:
[%C]reg= 1,275 aCa0 - 0,04 [%C]reg = (0,755 B — 0,04)3 (15)
Uz jednadbu (15) koja slijedi iz (14) napisana je i jednadba (10) koja daje rastvorljivost C u ovisnosti o aktivitetu CaO u troski.
Sa druge strane je prema teoriji koeficijent smijera pravca jednak:
24nca0* 26,136
(Kp + l)"/,n AG , ^ (16)
k =
{ 4,575 T J
Uvrštavajuči koeficijent smijera pravca (16) u regresionu jednadbu (10) i izjednačavajuči je sa (15) dobiva se:
(0,755 B - 0,04)' = 26,136 aCa0
{ 4,575 T J
Iz jednadbe (17) moguče je izvuči vrijednost za termodinamički potencijal reakcije (1) i temperatura T = 1873 K. Cilj ovoga rada je i bio pokušaj da se na osnovu eksperimentalnih rezultata odredi promijena termodimačkog potencijala.
Prema (17) vrijednost termodinamičkog potencijala može se izraziti eksplicitno i iznosi:
AG = 4,575 T. log f 26>136a™--0,96^ (18)
V (0,755 B — 0,04)3 J
Dobivena jednadba (18) koja je regresionom analizom izvedena na bazi eksperimentalnih poda-taka ukazuje da termodinamički potencijal reakcije (1) ovisi o aktivitetu CaO u sistemu Ca0-Al203, bazicitetu troske i temperaturi. Odatle slijedi da se termodinamički potencijal reakcije (1) može mijenjati u širem intervalu, ovisno o parametrima jednadbe (18) te otuda i nesuglasice u pogledu nje-govog odredivanja izmedu autora (1), (8) i (9).
ZAKLJUČAK
Na osnovu matematičke obrade eksperimentalnih rezultata (7) mogu se izvesti slijedeči zaključ-ci:
1. Prelaz ugljika u trosku na T = 1873 K i Pco = 1 atm, zavisi o bazicitetu troske prema relaciji:
[%C] = (0,755 B — 0,04)3
2. Termodinamički potencijal reakcije stvara-nja CaC2 na temperaturi 1873 K i pco = 1 atm iznosi:
AG = 8568,975 log f 26,136 aca0-- 0,96 ) . 4,186 [J]
1(0,755 B —0,04P j
3. Prelaz ugljika u trosku ovisi o aktivitetu CaO u sistemu Ca0-Al203, T = 1873 K i pco = 1 atm:
[%C] = 1,275 aCa0 —0,04 Ova jednadba dobro se slaže sa jednadbom dobi venom u radu (1):
[%C] = 1,24 aCa0 Uzimajuči u obzir da se u čitavom razmatranju promatrao dvokomponentni sistem Ca0-Al203, i ni je se uključivala komponenta Si02 dobiveni rezultati mora ju se promatrati aproksimativno. Me-dutim i kao takvi pokazali su se pouzdanim što potvrduju visoke vrijednosti koeficijenta korela-cije. Sadržaj Si02 u ispitivanim troskama nije prelazio 28 %.
Literatura
1. M. Cujko, Izvestija Černaja metallurgija, 1977, No. 7.
2. W. Oelsen, K. Sauer, H. Keller, Eisenhiittemvesen, 1969, 40, No. 11.
3. W. Oelsen, H. Keller, H. Schubert, Eisenhuttemvesen, 1969, No. 11.
4. W. Oelsen, Cerniie Metallii, 1969, No. 23.
5. B. I. Žerebin, B. P. Gorbačev, M. S. Kudojarov, Izvestija Čemaja metallurgija, 1972, No. 6
6. A. N. Morzov, A. G. Ponomarenko, Ju. E. Kozlov, Izvestija ANSSSR Metalli, 1971, No. 6.
7. A. G. Ponomarenko, Ju. E. Kozlov, Izvestija ANSSSR Metalli, 1974, No. 5.
8. Čipman, Proizvodstvo stalli v elektropecah, Moskva, Metallurgija, 1965.
9. Edmunds, I. Taylor, Iron and Steel Inst. 1972, april, s. 280.
10. Elliot, Glejzer, Ramaikrišina, Termohimija stailepla-villnih procesov, Moskva, Metallurgija, 1969, s. 194.
ZUSAMMENFASSUNG
Auf Grund der Literaturangaben ist die Anderung des thermodiinamischen Potenaiales und der Gleichgevvdchtfoon-stante der CaC2 Bildungsreaktion in Schlacken versehie-dener Zusammensetzung unter reduzierenden Bedingungen analisiert worden. Auf Grund der mathematisehen Bear-beitung der experimentallen Ergebnisse konnen folgende Beschlusse gemacht werden:
—i der Ubergang von Kohlenstoff in die Schlacke ist in linearer Abhangigkeit von der CaO Aktivitat iim Systeim CaO-ALOs.
— der Ubergang von Kohlenstoff in die Schlacke ver-iauf sehr schnell mit der zuvvachsenden Schlackenbasi-
zitat, genauer mit der dritten Potenz der Basizitat
— der thermodynamische Potenzial der Bildungsreaktion von CaC2 wird definiert ials die Fuinktion von: der Temperatur, der CaO Aktivitat, und der Schlackenbasizitat und variert abhangig von diesen Parametern in einem breiten Interval.
Die erhaltenen Ergebnisse, dargestellt durch die Re-gressionsgleichung, gelten als die erste Aproksimation der reelen, da die SiO: Aktivitat in der Schlacke nicht mit-beriicksichtigt wird. Kennzeichnend fiir diese Ergebnisse sind hohe Koralatianskoefiziente.
SUMMARY
Based on reference data the variation of thermody-namic potential and the equilibrium constant for the reaction of CaGi formation in slags vrith various composi-tions for reducing conditions was analyzed. The following conclusaons according to the mathematical treatment of experimental results were obtained:
— carbon transfer into slag is linearly dependant on the CaO activity in the CaO-AUOj system,
— carbon transfer into slag is highly inereased by the inereased basioity of slag, precisely as the cubic funetion of the basiai:ty.
— the thennodynamic potential for the reaction of CaC2 formation is expressed as the funetion of temperature, CaO lactivity, and slag basicity, and depending on these parameters it varies in a broader interval.
The obtained results are presented by the regression equations and they must 'be taken as the first lapproxi-mations to the real values since Si02 actiivities in slags are not taken into accoumt. Nevertheless, they are reliable since they were obtained with high coefficients Of corre-lation.
3AKAIOTEHHE
Ha ocHOBaHHH AaHHHx H3 oTpacAeBofi AHTepaTypbi npoanaAn-3KpOBaHO H3MeHeHHe TepMOAHHaMHMeCKOrO TIOlCKUiiaAa H KOHCTaHTbI paBHOBecna peaKUHH 06pa30BaiiHH CaC2 b uiAaKax pa3AHHHoro co-CTaBa aah ycaobhh BOCCTaHOBAeHHH.
Ha OcHOBaHHH MaTeMaTHHeCKOH pa3pa6oTKH 3KcnepH_\ieiiTaALHLix pe3yAbTaTOB BbiBeAeHM CAeAyiomHC aaKAfOMCHiifl:
— nepex0A yrAepoAa b iiL\aK HaxoAHTbca b ahhchhom 3aBHCH-mocth ot akthbhoctii CaO b chcteme Ca0-Al203;
— nepexoA yrAepoAa b niAaK oMeHb SbiCTpo ycKopaeTCH c no-BHiuemieM ochobhocth iHAaKa, Toraee sto npeACTaBAaer Ky6iraecKyio 4>yHKitmo ochobhocth;
— TepMOAHHaMHMecKHH noTeHiinaA peaKUHH 06pa3OBaHHH CaC2 BbipaateH KaK 4>yHKijHS TeMnepaTypbi h aKTHBHOCTH CaO H ochobhocth uiAaKa b aabhchmocth ot h3mehehhh hx napaMeTpoB B IHHPO-KOM HHTepBaAe.
noAvneHHBie pe3yAbTaTii, BbipajKeHHbie perpeccHBHMMH ypaB-HeHHaMH HaAO cq«TaTb KaK nepBbie annpoKCHMaTHBHbie 3HaMeHHa Ha peaAbHue 3Ha3 system. This enables that thermodynamic potential for the reaction of CaC2 formation can be expressed as the function of slag basicity and CaO activity at 1873 K. The regression equations exhibit high correlation coefficients and the obtained solutions are in agreement vvith the theory. Author's Abstract
UDK: 620.178:621.785.616.22:669.187.2 ASM/SLA: Q6, Q7, 2-64, D8n, SGBA, J26p Metallurgy — Mechanical Properties — Toughness — Isothermal Hardening — ESR — High-strength Steel F. Uranc Influence of the Electroslag Remelting and Quenching ln Salt Bath on the Properties of High-strength C 5432-VCNMo 200 Steel Železarski zbornik 16 (1982) 2 P 37—44 Toughness of VCNMo 200 — C 5432 high-strenght structural steel can be essentially improved (from 37 to 56 J) by isothermal hardening. Suitable temperatures for isothermal hardening are in the intervals 180 to 300 »C, and 400 to 470 °C. Holding times in the first čase should be 1 hour, in the second čase below 15 minutes for a 10 X 10 mm section. Steel manufactured by the ESR process has higher fatigue strength either by hardening and tempering (for 10 %) or by isothermal hardening (for 7 %) compared vvith the ordinary manufactures steel. The manufacturing process does not change the influence of the heat-treatment process on the fatigue limit. Author's Abstract UDK: 620.178.746.22:621.785 ASM/SLA: Q6n, 2-64, J26p, TSb, AY Metallurgy — Mechanical Properties — Toughness — Isothermil Ouenching — Tool Steel — Structural Steel F. Uranc Improved Toughness of Martempered/Austempered Steel Železarski zbornik 16 (1982) 2 P 45—52 Martempering and austempering can improve the toughness of tool and structural steel vvithout reducing the hardness. The most convenient temperature of the cooling bath for the austenitized steel is around the Ms point vvith the exception of steel vvith high Ms temperature. Author's Abstract
COZlEP>KAHHE
UDK: 669.189:669.587.6 ASM/SLA: D5a, DUn MeTaAAyprHa — nAaBAeHH CTaAH — o6pa3c>BaHHe KapHAa KaAiuHa. D. ševič, D. Curčija o pacTBopiiMoctH \TAepoAa b uiAaKax, Železarski zbornik 16 <(1982) 2 C 53-56 Ha OCHOB3HHH AaHHbix na OTpacAeBoft AHTeparypbi 3AeAaH aHa-AH3 H3MeHeHHS TepMOAHHaMOTecKOTO nOTeHUHaAa h KOHCTaHTbI pas-HOBecHH peaKUHH 05pa30BaHna CaC: b niAaKax paaAiraHoro cocTaBa AA3 VCAOBHH BOCCTaiiOBAeHHH. PerpeCCIIBHbIM aHaAH30M BWpa>KCJia 3aBHCHMOCTb paCTBOpeHHJI VTAepOAa B ^VHKIJHH OCHOBH OCTH HIAaKa H aKTHBHOCTH CaO B cucteme CaO-AbOj. 3to aaao bo3mo>khocti., yhkuh3 OCHOBH octh UIAaKa H aKTHBHOCTH CaO Ha T = 1873 K. PerpeccHBHue ypaBHeHHa, noAyieHHbie npn blicokhx koc^h-UHeHTax KoppeAainiH npn cpaBHeiiHH c TeopneS noKa3aAH coBnaAa-lomne peillfiHHH. ABTOpe«i>. UDK: 669.18:621.785.53 ASM/SLA: SUr, E9q metaa,\ypma — khcaopoahuh 30ha — onpeAeAeHHe KHCAopoAHoro ncrreHUHaAa B. Koroušič KiJCAopoAHbiii 30HA — HoBaa kojiuciiuhji npn KOiirpoAe h H3MepeHH«x TenAOTexHH«iecKHX npoueccoB — 1 'jacTb Železarski zbornik 16 (1982) 2 C 29—35 053op AHTeparvpbi h3 oSascth KJiiepemia khcaopoahoto no-TeuijnaAa. np«nipui 3ohab h ero AeiiCTBHe npn noBi>imeHHMx Tenepa-rypax. H3HKO-XHMH«iecKiie CBOHCTBa TBepAOro 3AeKTpoAHTa b3hb bo BHHMaHHe opraHHieHHa npH H3MepeHHH c 30haom. TeopenraecKaa C3a3b Me)KAy napaMerpaMH 30HAa h khcaopoahhm notemihaaom. AuarpaMMa Ha HenocpeACTBeHHoe cMHTbmaHHe napimaAbHoro AaBAe-HHa KHCAopoAa H H3BeCHUX BeAIMHH T H E. PaCCMOTpeHbl HeKOTOpHe XapaKTepHCTHKH KHCAOpOAHLIX 30HA, HTO KacaeTCa HX BMOHTHpOBa-HHa b npoMbiuiACHHbie ne^H. IIOAaH TaKJKe o63op H3roTOBHTCAew KHCAOpOAHWX 3 OH A B OTAeAHbIX 3apy6eaCHbIX CTpaHaX C KOpOTKHM onncafmeM xapaKrepHCTHK 30haob. ABTope4>. »
UDK: 620.178.746.22:621.785 ASM/SLA: Q6n, 2-64, J26p, TSb, AY \1f ra\AVpi".i« — MexaHH^ecKHe CBOHCTBa —■ BS3KOCTb — H30Tep.vHHecKaa 3aKaAKa — HHCTpyMeHraAbHaa CTaAb — KOHCTpyKHHOHHUe CTaAH. F. Uranc VAyHiiieHHe bjiskocth CTaAeii npn 3aKaAKH b rop«HHX cpeAax. Železarska zbornik 16 (1982) 2 C 45—52 Ba3KOCTb HHCTpyMeHTaAbHbIX H KOHCTpyKHHOHHiIX CTaAeii MOJK-HO nOBMCHTi 6e3 CHHMC3HH« TBepAOCTH npH TtpHMeHeHHH Cn0C060B ayCTeHHTHoft H MapTeH3HTHOH 3aKaAKH C ITOCAeAyiOIHHM OTnyCKOM. CaMaa noAxoAamaa TeMnepaTypa oxAaacAaiomeS epe ah aycre-HHTHbIX CTaAeii AepJKHTCa OKOAO Ms TO*IKH, C HCKA!OHCHHCM CTaAeii C BbICOKOH Ms. ABTope. UDK: 620.178:621.785.616.22:669.187.2 ASM/SLA: Q6, Q7, 2-64, D8n, SGBA, J26p MeTaAAyprna — MexaHHqecKHe CBOHCTBa — Ba3KocTb — H30TepMiraecKa» 3aKa,u;a — 3ihii — CTaAb bucokoh TBepAOCTH F. Uranc BAHHHHe nepenAHBa noA uuaeoM h 3aKaAKa b coAHHOft Baanu Ha CBoilCTBa CTaAH BbICOKOH TBepAOCTH MapKH C 5432-VCNMo 200 Železarski zbornik 16 (1982) 2 C 37—44 KOHCTpyKUIIOHHaa CTaAb BbICOKOH TBepAOCTH MapKH VCNMo 200 - č 5432 SHaiHTeAbHo yayhuihm Ba3KOCTb (c 37 Ha 56 eA. J) c HsoTepMimecKoS npoKaAKofi. BAaronpnaTHbie TeMn-pbi H30TepMmre-ckoh tipoKaAKH HaxoAarca Me5KAY 180—300 °C hah »te mc>kay 400— 470 "C. BpeMa oaoiAaHHa b ncpBOM CAyiae nycnb 6yaet oahh lac, a b APyroM CAyiae «e 6oAiine 15 mhh aa® oGpaauoB ceieHHa 10 X10 MM2. CTaAb, H3roTOBAeHHaa cnocoCoM 311111 6oAee cToihcaa k CTa-peHHio nocAe yAynneHHs (Ha 10 %), TaKace nocAe H30TepMmecK0ft npoKaAKH (Ha 7 %) c cpasHeHHeM c CTaAbio, KOTopaa H3roTOBAeHa K-\acci«ecKHM cnocoSoM. Cnoco6 H3r0T0BAeKHa craAH He H3MeHHTb BAHaraie BHAa TepMH-4CCK0H o6pa0OTKH Ha CTOHKOCTb npOTHB CTapeHHa. ABTopetJ),