Wpływ segregacji węglików na właściwości mechaniczne stali o strukturze ledeburytycznej
Journal Title: Obróbka Plastyczna Metali - Year 2016, Vol 27, Issue 2
Abstract
Tradycyjnym materiałem stosowanym na silnie obciążone narzędzia do obróbki plastycznej są stale narzędziowe o ledeburytycznej strukturze (stale narzędziowe do pracy na zimno i stale szybkotnące). Charakterystyczną cechą tych stali, wytwarzanych tradycyjnie, zwłaszcza o większych wymiarach, jest duża niejednorodność struktury węglikowej – segregacja, która wpływa dominująco na odkształcenie trwałe zahartowanego materiału. Odporność na odkształcenie trwałe jest cechą użytkową stali i może być – według autora – wyrażona granicą plastyczności w próbach mechanicznych, np. w próbie zginania. W Instytucie Obróbki Plastycznej analizowano wpływ struktury węglikowej na właściwości mechaniczne stali o ledeburytycznej strukturze oraz wybrane metody umożliwiające poprawę tych właściwości. Zastosowano metodę przetapiania elektrożużlowego (metalurgiczną) oraz metody plastycznego kształtowania – wyciskanie współbieżne i przekuwanie. Badania wykazały, że segregacja pasmowa węglików, zwłaszcza w wałkach o dużych średnicach, jest duża i wzrasta w głąb materiału. Taki stan powoduje znaczne różnice właściwości w prostopadłych do siebie kierunkach (w próbkach pobranych wzdłuż i w poprzek pręta). Zastosowane przetapianie elektrożużlowe spowodowało polepszenie własności mechanicznych stali SW7M, zwłaszcza zmęczeniowych (spowodowało zwiększenie liczby cykli naprężenia do zniszczenia próbki) oraz sprawiło, że materiał wykazywał jednorodne właściwości. Kolejne przekuwanie materiału przetopionego nie spowodowało dalszej poprawy właściwości, spowodowało natomiast anizotropię, choć nie tak wyraźną jak w materiale wyjściowym (w elektrodzie). Obróbka plastyczna spowodowała znaczną poprawę właściwości stali o strukturze ledeburytycznej po wyciskaniu dużym gniotem i po wielokrotnym (trzykrotnym) przekuciu. Po obróbce cieplno-plastycznej stali SW7M (hartowanie z temperatury wyciskania) uzyskano wyraźny wzrost umownej granicy plastyczności w próbie zginania, choć anizotropia materiału nie została usunięta, a duża wartość odkształcenia spowodowała znaczne rozdrobnienie węglikowej struktury. Po przekuciu wałka ze stali NC11 o średnicy 100 mm uzyskano pogorszenie właściwości – zmniejszenie udarności zarówno po jedno, jak i po trzykrotnym przekuciu. Podczas badań zmęczeniowych stwierdzono natomiast wyraźną poprawę właściwości wytrzymałościowych (wzrost liczby cykli do zniszczenia próbki o około 160 %) po trzykrotnym przekuciu. Badania wykazały, że niezależnie od gatunku stali duża segregacja węglików i jej nieodpowiednie rozmieszczenie (w miejscach dużych obciążeń podczas pracy) wpływa na zmniejszenie trwałości narzędzi ocenianej liczbą cykli do zniszczenia próbek. Wykazano ponadto, że zastosowane w badaniach technologie (przetapiania i obróbki plastycznej) zmniejszają niekorzystne zróżnicowanie właściwości, choć całkowite usunięcie niejednorodności – jak w stalach produkowanych metodami metalurgii proszków – nie jest możliwe. Tool steels with ledeburite structure (cold-work and high-speed steels) are the materials conventionally used to make tools for plastic working subjected to high loads. A characteristic quality of these steels, manufactured traditionally, particularly at larger dimensions, is high inhomogeneity of the carbide structure – segregation, which has a dominant impact on permanent deformation of hardened material. Resistance to permanent deformation is a functional property of steel and can be – according to the author – expressed by the yield point in mechanical tests, e.g. bending test. The effect of the carbide structure on the mechanical properties of steel with ledeburite structure as well as selected methods enabling improvement of these properties were analyzed at the Metal Forming Institute. Electroslag remelting (metallurgical) and plastic working methods – co-extrusion and reforging were applied. Investigations showed that segregation of carbides into bands, particularly in shafts of large diameters, is high and increases deeper into the material. Such a state causes significant differences in properties in directions perpendicular to one another (in samples collected from a rod longitudinally and transversely). The application of electroslag remelting improved the mechanical properties of SW7M steel, particularly fatigue properties (increased to number of stress cycles until sample destruction), and caused the material to exhibit homogeneous properties. Reforging of the remelted material did not bring about further improvement of properties, however it did cause anisotropy, although not as distinct as in the starting material (in electrode). Plastic working significantly improves the properties of steel with ledeburite structure after high-draft extrusion and multiple (three-fold) forging. After thermo-mechanical treatment of SW7M steel (hardening from extrusion temperature), a clear increase in the conventional yield point was obtained in the bending test, although the material’s anisotropy was not removed, and the high value of deformation caused significant refinement of the carbide structure. After reforging of a shaft made of NC11 steel with a diameter of 100 mm, deterioration of properties was obtained – reduction of impact resistance after both single and triple forging. However, clear improvement of strength properties was observed during fatigue tests (approx. 160% increase of number of cycles until sample destruction) after triple forging. Tests showed that, regardless of the grade of steel, high carbide segregation and inadequate distribution (at high load points during work) reduces the lifetime of tools, evaluated as the number of cycles until sample destruction. Moreover, it was also shown that the technologies used over the course of investigations (remelting and plastic working) reduce unfavorable diversification of properties, although complete removal of inhomogeneity – as in steels manufactured using powder metallurgy methods – is not possible.
Authors and Affiliations
Leopold Berkowski
Keywords
Related Articles
- EP ID EP446662
- DOI -
- Views 39
- Downloads 0
Właściwości mechaniczne wyciskanych profili ze stopów AlMg . Mechanical properties of extruded profiles made of AlMg alloys
W pracy przedstawiono wyniki badań właściwości mechanicznych stopów aluminium 5754, 5083, 5019 oraz AlMg7. Stopy z magnezem osiągają zadowalające właściwości mechaniczne oraz charakteryzują się nawet 3 razy większą odpor...
Ocena powstawania pęknięć na powierzchni obudowy filtra paliwa gazowego. Evaluation of cracking on the surface of gas fuel filter housing.
Celem kształtowania wyrobów metodami obróbki plastycznej jest nadanie materiałowi żądanego kształtu przez wywołanie w nim odpowiednich odkształceń plastycznych materiału bez naruszenia spójności materiału. Kształtowanie...
Moduł sprężystości wzdłużnej blachy stalowej z perforacją prostą. The modulus of elasticity of steel sheet with right pattern of perforation.
Blachy perforowane należą do materiałów inżynierskich o szerokiej palecie coraz bardziej zaawansowanych zastosowań. Wymaga to dobrego rozpoznania ich właściwości, ich specyficznych w stosunku do pełnej blachy cech. W pra...
Wpływ stanu strukturalnego na skutki obróbki laserowej stali o różnym składzie chemicznym. Część II: Stale konstrukcyjne stopowe. Influence of structural state on the effects of laser treatment of steel with different chemical compositions. Part II: Constructional alloy steels
Praca obejmuje drugą część badań przyczynkowych nad oceną stanu strukturalnego stali o różnym składzie chemicznym w strefie grzania laserowego, realizowanych w Instytucie Obróbki Plastycznej oraz w Instytucie Maszyn Robo...
Kompozyty na osnowie stali szybkotnącej wytwarzane metodą SPS. High speed steel matrix composites fabricated by spark plasma sintering.
W pracy przedstawiono wyniki badań wpływu temperatury spiekania w zakresie 900––1000°C na mikrostrukturę i wybrane właściwości kom pozytów na osnowie stali szybkotnącej M3/2 z 50% dodatkiem wagowym żelaza wytwor...