Wpływ struktury i warunków obróbki cieplnej stali WNL na przebieg procesu pękania wywołanego zmęczeniem cieplnym

• Autorzy: Żółciak T.

Warianty tytułu

EN

Effect of Structure and Heat Treatment Conditions of WNL Steel on Thermal Fatigue Cracking

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Treścią niniejszego artykułu jest badanie wpływu struktury i warunków obróbki cieplnej stali WNL na przebieg pękania w procesie zmęczenia cieplnego. Zmęczenie cieplne realizowano metodą wirującej próbki zanurzonej częściowo w wodzie i grzanej indukcyjnie na powierzchni cylindrycznej do temepratur 600 lub 650 stopni C. Stwierdzono, że w przypadku zmęczenia materiału o strukturach: martenzytu, martenzytu odpuszczonego i po hartowaniu izotermicznym charakteryzujących się wysoką twardością i małą ciągliwością, występują dwa rodzaje uszkodzeń, tj. rozwój sieci transkrystalicznych pęknięć rozchodzących się na stosunkowo niewielką głębokość pod wpływem zmiennych naprężeńi odkształceń warstwy wierzchniej oraz głębokie, kruche pęknięcia o charakterze międzykrystalicznym, których rozwój intensyfikowany jest dodatkowo wpływem środowiska (wody). Z badań wynika korzystny wpływ wyższych temperatur hartowania na odporność na zmęczenie cieplne po odpuszczaniu z optymalnej temperatury, zwłaszcza po hartowaniu izotermicznym i wysokim odpuszczaniu. Nagrzewanie do hartowania w piecu próżniowym jest mniej korzystne niż grzanie w kąpielach solnych, o ile kąpiel nie powoduje odwęglania. Do oceny odporności na zmęczenie cieplne materiału ciągliwego zaproponowano szereg wskaźników, przy czym za najważniejsze uznano intensywność uszkodzeń zmęczeniowych, oraz maksymalną głębokość pęknięć. W przypadku materiałów o wysokiej twardości wyznacza się liczbę cykli do powstania pierwszego pęknięcia makroskopowego.

EN

This paper deals with the effect of structure and heat treatment conditions of WNL steel on the course of cracking caused by thermal fatigue. Thermal fatigue was realized by the method of rotating specimen immersed partly in water and induction heated on cylindrical surface up to temperature of 600 or 650 degrees C. It was found, that in case of material with martensite or maternsite tempered structure and after isothermal quenching characterized by the high hardness and low ductility, two types of failures occure, namely: development of a network of transcyistalline cracs propagated on relatively small depth under influence of variable stresses and strains of surface layer and deep, brittle cracs of an intercrystalline character, which are intensified additionally by the surrounding medium (water). The results of investigations show an advantageous effect of higher quenching temperature on thermal fatigue strenght after tempering from an optimum temperature, in particular after isothermal quenching and high tempering. Heating before quenching in a vacuum furnace is less favourable than heating in the salt baths provided thath salt bath doesn't provoke decarburization. A serie of indexes for the assessment of thermal fatigue strength of the ductile materials was proposed, where the most important were recognized the intensity of fatigue failures and the maximum depth of cracks. In case of materials of high hardness, the number of cycles till the formation of first macroscopic crack are determined.

Słowa kluczowe

PL

obróbka cieplna stali; stal WNL; pękanie; zmęczenie-badania

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2003
• Tom: Nr 4
• Strony: 3--18
• Opis fizyczny: Bibliogr. 29 poz.

Twórcy

autor

Żółciak T.

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa

• Instytut Mechaniki Precyzyjnej , Warszawa

Bibliografia

• [1] Manson S. S.: Thermal stresses in design. Mahine design. August 7, 1958, p. 100-107.
• [2] Coffin L. F.: A study of the effects of cyclic thermal stresses on ductile metal. Transactions of the ASME, August, 1954 p. 923-950.
• [3] Cottrell A. H.: Dislocations and Plastic Flow in Crystals, Oxford at Clarendon Press, 1956.
• [4] Guy A. G.: Wprowadzenie do nauki o materiałach. PWN, Warszawa 1977.
• [5] Balandin Ju. F.: Termičeskaja ustalost mietallow. Leningrad 1967.
• [6] Kochendörfer A.: Bedingungen für die Auslösung and Auftreten des Spröd-und Verformungsbruches auf Grund der Eigenschaften der Versetzungen. Archlv f. Eisenhüttenwesen, H7, 1954, s.351-359.
• [7] Fuijta F.: Dislocations theory of fracture of crystals. Acta Metallurgica, Vol. 6, August 1958, s. 543-555.
• [8] Ustasiak M.: Wpływ wydzielania węglików na odporność na zmęczenie cieplne stali WWN1. Prace IV Konferencji Metaloznawczej Komitetu Hutnictwa PAN , Część I, Poznań 1970.
• [9] Żmihorski E., Żółciak T.: Wytrzymałość stali stopowych na zmęczenie cieplne. Metaloznawstwo i Obróbka Cieplna, Nr 3, 1973, s. 2-8.
• [10] Priegnitz H.: Zagadnienia kruchości wodorowej powstającej w wyniku procesów technologicznych przy przetwarzaniu stall. WKC, Warszawa 1969.
• [11] Żółciak T.: Wpływ struktury materiału na zmęczenie cieplne stali WNL i WCL. Praca doktorska (nie publikowana). Warszawa 1977.
• [12] Żmihorski E., Kowalski W., Żółciak T.: Własności stali narzędziowych do pracy na gorąco i wytyczne ich obróbki cieplnej. Metaloznawstwo i Obróbka Cieplna, Nr 14, 1975, 5. 36-40.
• [13] Geller Ju. A., Goubiewa E., S.: Issledovanije razgarostoikosti štampovych stalej. Černaja metallurgia. Nr 9, 1964.
• [14] Taira S., Inoue T.: Thermal fatigue under miltiaxial thermal stresses. Thermal Stress and Thermal Fatigue. Landon Butterworths, 1969.
• [15] Ohlson V.: Development of a hot working steel for die casting warm-pressing and press-forging. Iron and Steel, August 1969, p. 236-239.
• [16] Akaro J., L., Żeltowa N., F.: Stoikost matric iz stali 4X4M2BΦC pri gorjačem vydavlivanii. Kuzniečno-štampo-vočnoje proizvodstvo., Nr 12, 1974, s. 8-10.
• [17] Smarzyński Z., Wrona T.: Postępujące pękanie stali WNL i 55 w procesie zmęczenia cieplnego. Metaloznawstwo i Obróbka Ciepna, Nr 39, 1979, s. 20-24.
• [18] Ernst C., Wendt F.: Einfluß des Oberflachenzustandes auf die Thermoschockbeständigkeit des Warmarbeitstahles X38CrMoV5 – 1. HTM 50 (1995) 4 s. 238-244.
• [19] Pellizzari M., Molinari A., Straffelini G.: Damage Mechanisms in Duplex Treated Hot Work Tool Steel Under Thermal Cycling. Surface Engineering 2002 Vol. 18 No 4, p. 289-298.
• [20] Lampson F., K.:Thermal shock testing under stress of certain high temperature alloys. Proceedings of American Society for Testing Materials, 1957, v.57, p. 965-976.
• [21] Glenny E.: Thermal Fatigue. Metallurgical Revievs, 1961, Vol. 6, No.24. p.387-465.
• [22] Cottrell A. H.: Własności mechaniczne materii. PWN, Warszawa 1970,
• [23] Gillis P.P.: Manson-Coffin fatigue. Acta Metallurgica, vol. 14, December 1966.
• [24] Romaniv O., N,: Fraktografičeskije issledovanije obegčenija razprostranienija treščiny v zakalonnych stalach pod vozdiejstwem vady. Fizikochimičeskaja Mechanika materialov Nr 2, 1975.
• [25] Śmiałowski M.: Wodorowa kruchość stali. Niektóre aktualne problemy chemicznego i mechano-chemicznego niszczenia mew. Ossolineum, 1975.
• [26] Oriani R., A., Josephic P., H.: Equilibrium aspects of hydrogen-induced cracking of steels. Acta Metallurgica, vol. 22, September 1974.
• [27] Head A., K.: The growth of fatigue cracks. Phil. Mag., 44, 1953.
• [28] Nortcott L., Baron H., G.: The craze-cracking of metals. Journal of The Iron and Steel Institute, December 1956.
• [29] Clausen B., Lane S., Burtchen M., Hoffmann F., Mayr P.: Randschichtschädigung infolge Niederdruckaufkohlung. HTM 58 (2003) 1, s. 13-19.