Ocena skłonności do pękania gorącego stali wysokomanganowych z dodatkiem aluminium

• Autorzy: Adamiec J. , Lalik S. , Niewielski G.

Warianty tytułu

EN

Assessment of susceptibility to hot cracking of high-manganese steel with aluminum addition

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Nowoczesne wysokowytrzymałe gatunki stali dla motoryzacji oprócz technologiczności w wytwarzaniu, powinny minimalizować oddziaływanie na środowisko przez redukcję emisji spalin. Powoduje to konieczność obniżenia masy pojazdów samochodowych, jako jednego z głównych źródeł zanieczyszczenia atmosfery. Nowoczesne stale pozwalają połączyć lekkość z tradycyjną przewagą stali wynikającą z jej niskiej ceny i walorów ekologicznych. Dobre właściwości mechaniczne, mała gęstość oraz zdolnością do absorpcji energii sprawiają, że stal z układu Fe-Mn-Al-C jest jednym z bardziej perspektywicznych materiałów XXI wieku. Ze względu na niskie koszty materiałowe znalazła uznanie i zainteresowanie w przemyśle motoryzacyjnym. Szersze wykorzystanie tych stopów jest związane często z trudnościami w procesach ich wytwarzania i przetwarzania, w tym procesów spawania. Doświadczenia z tymi stalami wykazały, że oczekiwany zestaw właściwości jest możliwy do uzyskania przez kombinację alternatywnych mechanizmów odkształcenia plastycznego, jak np. bliźniakowanie (efekt TWIP), indukowana odkształceniem przemiana martenzytyczna (efekt TRIP), czy plastyczność wywołana ścinaniem pasm austenitu (TRIPLEX efekt SIP). W pracy przedstawiono wyniki badań skłonności do pękania gorącego dwóch gatunków stali wysokomanganowych z efektem umocnienia typu TWIP I TRIP zawierających 3,1 i 5,3% aluminium oraz 17,3% i 23,9% manganu, w warunkach wymuszonego odkształcenia. Dla określenia podatności analizowanych stali do pękania gorącego w procesie spawania wykonano technologiczną próbę Transvarestraint oraz badania metalograficzne. Badania skłonności do pękania gorącego stali wysokomanganowych z dodatkiem aluminium przeznaczonych dla przemysłu motoryzacyjnego w warunkach wymuszonego odkształcenia, które modeluje próba Transvarestraint, wskazują, że stal X20MnAl18-3 o zawartości około 17% manganu i 3% aluminium jest odporna na pękanie gorące podczas przetopienia w warunkach wymuszonego odkształcenia, natomiast stal X55MnAl25-5 o większej zawartości manganu (ok. 24%) i aluminium (5,5%) jest skłonna do pękania gorącego w zakresie od temperatury solidusu do 0,7 temperatury topnienia. Pękanie w tym zakresie jest związane z małą plastycznością i wytrzymałością obszarów międzykrystalicznych w strukturze przetopienia, co jest związane z segregacją pierwiastków w tych obszarach oraz związanymi z procesem spawania odkształceniami całego złącza spawanego. Powstałe w trakcie badań pęknięcia gorące mogą być również wynikiem obecności znacznej liczby wad sieci krystalicznej i dążenia układu do stabilności energetycznej.

EN

Modern high-strength types of steel for motorisation should, apart from producibility in manufacturing, minimise the influence on the environment by reducing exhaust fumes emission. It creates the necessity of lowering the weight of car vehicles as one of the main sources of atmosphere pollution. Modern steel types enable to join the lightness with traditional advantages of steel which are low price and ecological qualities. High mechanical properties, low density and ability to absorb energy cause that steel type from Fe-Mn-Al-C set is one of more perspective materials of 21 st century. Due to low material costs it deserved appreciation and interest from automotive industry. Wider use of these alloys is often connected with difficulties in their manufacturing processes, including the welding processes. Experience with those steels has shown that expected set of properties is possible to achieve by a combination of alternative mechanisms of plastic deformation, such as twinning (TWIP effect), strain induced martensite transformation (TRIP effect) or plasticity caused by austenite band shearing (TRIPLEX effect SIP). The paper presents tests results of the susceptibility to hot cracking of two types of high manganese steel with the consolidation effect of TWIP and TRIP which included 3.1 and 5.3% of aluminium and 17.3% and 23.9% of manganese in conditions of extorted strain. In order to determine the susceptibility of analysed steel to hot cracking in welding process a technological Transvarestraint test and metallographic tests were conducted. Tests of susceptibility to hot cracking of high manganese steel types with aluminium addition for the use in automotive industry, in conditions of extorted strain, which is modelled by Transvarestraint test show, that steel X20MnAl18-3 with 17% of manganese and 3% of aluminium is resistant to hot cracking during weld penetration in conditions of extorted strain whereas the steel X55MnAl25-5 with higher content of manganese (about 24%) and aluminium (5.5%) is susceptible to hot cracking in temperature range from solidus to 0.7 of melting point temperature Cracking in this range is connected with low plasticity and strength of intercrystalline areas in weld penetration structure which is connected with segregation of the chemical elements in those are and deformations connected with welding process of the whole welded joint. Hot cracks which were created during tests may also be the result of the presence of large amount of defects of crystal system and the drive of the system to reaching energetic stability.

Słowa kluczowe

PL

pękanie na gorąco; stal wysokomanganowa; TWIP; TRIP; próba transvarestraint

EN

hot cracking; high-manganese steel; TWIP; TRIP; transvarestraint test

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 33, nr 5
• Strony: 396--399
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Adamiec J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

autor

Lalik S.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

autor

Niewielski G.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii, Politechnika Śląska

Bibliografia

• [1] Eskin D. G. i in.: Mechanical properties in the semi-solid state and hot tearing of aluminium alloys. Progress in Materials Science 49 (5) (2004) 629÷711.
• [2] Prokhorov N. N.: Russian Castings Production 2 (1962) 172.
• [3] Lancaster J. F.: The metallurgy of welding, brazing and soldering. George Allen& Unwin Ltd, London (1965).
• [4] Gleeble 3800 applications, welding process simulation. DSI, New York (2000) 52÷66.
• [5] Tasak E., Ziewiec A.: Pękanie spoin w procesie krzepnięcia. Przegląd Spawalnictwa 1 (2007) 14÷18.
• [6] Tasak E.: Metalurgia spawania. Wydawnictwo JAK, Kraków (2008).
• [7] Eskin D. G., Katgerman L.: A quest for new hot tearing criterion. Metalurgical and Materials Transactions 38A (2007) 1511÷1519
• [8] Pilarczyk J. praca zb. pod red.: Poradnik inżyniera – spawalnictwo. Tom 1. Wydawnictwo Naukowo Techniczne, Warszawa (2003) 282÷285.
• [9] Novikov I. I.: Goryachelomkost tsvetnykh metallov i splavov (Hot shortness of non-ferrous metals and alloys). Nauka, Moscow (1966) 299.
• [10] Sigworth G. K.: Rheological properties of metal alloys in the semi-solid state Canadian Metallurgical Quarterly Volume: 35, Issue: 2, April-June, (1996) 101÷122.
• [11] Polshikhin V., Prokhodovsky A., Makhutin M., Ilin A., Zoch H.: Integrated mechanical-metallurgical approach to modeling of solidification cracking in welds. Bollinghaus T., Herold H. Hot cracking phenomena in welds, Wyd. Springer (2005) 223÷244.
• [12] Novikov I. I.: Goryachelomkost tsvetnych metallov i splavov (Hot shortness of non-ferrous metals and alloys). Nauka, Moscow (1966) 299
• [13] Adamiec P., Dziubiński J.: Problemy przy napawaniu I eksploatacji regenerowanych elementów maszyn transportowych. Wyd. Zumacher, Kielce (1997).
• [14] Tasak E., Ziewiec A.: Spawalność materiałów konstrukcyjnych. Tom 1. Spawalność stali, Wyd. JAK Kraków (2009).