Zależność zużycia tribologicznego staliwa adamitowego od mikrostruktury

• Autorzy: Krawczyk J.

Warianty tytułu

EN

The dependence of tribological wear of adamite cast steel from the microstructure

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy było określenie wpływu obróbki cieplnej zmieniającej morfologię cementytu drugorzędowego na własności tribologiczne staliwa adamitowego nadeutektoidalnego stosowanego na walce hutnicze. Badane staliwo po odlaniu cechuje ziarno nierównomiernej wielkości, a na jego granicach występuje albo ciągła siatka cementytu drugorzędowego, albo wzdłuż granic ziarn byłego austenitu występują wydzielenia cementytu drugorzędowego w układzie Widmannstattena. Celem wytworzenia zmian w morfologii cementytu drugorzędowego badane staliwo obrobiono cieplnie. Obróbka cieplna staliwa rozpoczynała się od nagrzania do temperatury 980°C. Po wygrzaniu przy 980°C materiał studzono do temperatury poniżej końca przemiany perlitycznej i wytrzymano przy tej temperaturze. Następnie ponownie nagrzano, ale tylko do temperatury 820°C celem rozpuszczenia w austenicie części węglików wtórnych oraz doprowadzenia do normalizacji ziarna byłego austenitu w osnowie tego staliwa. Szybkość studzenia od 820°C do temperatury początku przemiany perlitycznej dobrano tak, aby umożliwić tworzenie cementytu drugorzędowego w postaci sferoidalnych wydzieleń rozmieszczonych równomiernie w objętości staliwa. Następnie przyspieszono chłodzenie w zakresie przemiany perlitycznej dla uzyskania perlitu o drobnych płytkach, który charakteryzuje się większą twardością i większą odpornością na pękanie. Taką obróbkę cieplną wykonano w trzech wariantach różniących się szybkością nagrzewania oraz chłodzenia. Całkowite czasy poszczególnych wariantów obróbki cieplnej wynosiły: wariant krótki - 161 godz., wariant średni - 169 godz., wariant długi - 242 godz. Obróbka cieplna wpłynęła w znaczący sposób na mikrostrukturę staliwa. W mikrostrukturze badanego staliwa uległa rozbiciu siatka cementytu drugorzędowego. W znaczący sposób ograniczono występowanie cementytu drugorzędowego w układzie Widmannstattena. Badania tribologiczne wykonano na testerze T-05 przy obciążeniu 50 N. Jako przeciwpróbkę zastosowano stal łożyskową. Obserwacje zużytej tribologicznie powierzchni pozwoliły stwierdzić, że brak cementytu drugorzędowego wydzielonego w postaci drobnych cząstek wewnątrz pierwotnego ziarna austenitu po odlaniu powoduje, że wydzielony po granicach oraz w postaci struktury Widmannstattena cementyt działa w większym stopniu, jak mikroostrza skrawające przeciwpróbkę. Pomiary masy próbek przed i po teście tribologicznym wskazały, że średni wariant obróbki cieplnej zapewnia taką wielkość wydzieleń cementytu drugorzędowego, która będzie dla danych warunków tribologicznych szczególnie sprzyjała zużyciu ściernemu tej próbki. Ze względu na stopień zużycia próbki najkorzystniejszą mikrostrukturą (jest to mikrostruktura o najdrobniejszym cementycie drugorzędowym wydzielonym wewnątrz pierwotnego ziarna austenitu) charakteryzuje się próbka po najkrótszym wariancie obróbki cieplnej. Porównując wartości średniego współczynnika tarcia badanych próbek można stwierdzić, że spowolnienie chłodzenia podczas obróbki cieplnej przekładające się na zwiększanie się rozmiarów wydzieleń cementytu drugorzędowego w obszarze pierwotnego ziarna austenitu znajduje się w ścisłej korelacji ze wzrostem średniego współczynnika tarcia. Najkorzystniejszą ze względu na własności tribologiczne oraz własności wytrzymałościowe, jak i odporność na pękanie jest mikrostruktura uzyskana w wyniku krótkiego wariantu obróbki cieplnej.

EN

The aim of this work was to determine the influence of heat treatment changing morphology of hypereutectoid cementite on tribological properties of adamite cast steel used for mili rolls. In as-cast condition, the structure of investigated cast steel consists of the grains which are non uniform in size. Moreover, a continuous net of hypereutectoid cementite existing on the grain boundaries or precipitates of hypereutectoid cementite, existing along grain boundaries of former austenite in a form of Widmannstatten type structure, were observed. Investigated cast steel was subjected to heat treatment to create changes in morphology of hypereutectoid cementite. This heat treatment started from heating the samples up to 980°C. After holding at 980°C, investigated material was cooled down to the temperature below the end of pearlite reaction and hold at that temperature. Next, the samples were heated to 820°C to partially dissolve secondary carbides in austenite and to normalize the grains of former austenite in cast steel. Cooling rate from 820°C to pearlite reaction start temperature was chosen to enable creating the hypereutectoid cementite in a form of spheroidal precipitates uniformly distributed in investigated cast steel. Then, cooling rate in the pearlite reaction temperature range was increased to obtain pearlite if a form of smali plates of greater hardness and more crack resistant. Such heat treatment was performed in three variants, different by heating and cooling rate. Total durations of these heat treatments were as follows: 161 hours (short variant), 169 hours (middle variant), and 242 hours (long variant). Heat treatment significantly influenced the microstructure of cast steel. The net of hypereutectoid cementite, existing in the structure of investigated material before heat treatment, was broken. Moreover, the presence of hypereutectoid cementite in a form of Widmannstatten type structure was also significantly restricted. Tribological tests were performed using T-05 device and under a load of 50 N. Bearing steel was used as a counter sample. The observations of worn sample proved, that a lack of hypereutectoid cementite, precipitated in a form of small particles inside former cementite grains after casting, causes cutting counter sample by precipitated along grain boundaries as well as in a form of Widmannstatten type structure cementite, which acts like "micro-knives". Measurements of the weight of the samples before and after tribological testing showed, that middle variant of the heat treatment guarantees an amount of hypereutectoid cementite precipitates promoting, for a given tribological conditions, wear of the sample. For the sake of the degree of wear of the sample, the most favorable microstructure (smallest hypereutectoid cementite precipitates inside former austenite grains) has a sample heat treated according to the short variant. Comparing the average values of friction coefficients for investigated samples it could be noticed, that decreasing the cooling rate during heat treatment resulting in enlargement of the precipitates of hypereutectoid cementite inside former austenite grains, is in direct correlation with an increase of the average friction coefficient. The most favorable from tribological point of view, and in respect of the mechanical properties and crack resistance, is a microstructure obtained in the result of a short variant of heat treatment.

Słowa kluczowe

PL

staliwo; cementyt drugorzędowy; zużycie; tribologia; współczynnik tarcia

EN

cast steel; hypereutectoid cementite; wear; tribology; friction coefficient

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2007
• Tom: nr 2
• Strony: 325--337
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys.

Twórcy

autor

Krawczyk J.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, AL Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• 1. http://www.sheffieldforgemasters.com/roll_section.php, 9.09.2005.
• 2. http://www.hitachimetals.com/products/rolls/cast/documents/AdamiteSteelR olls.pdf, 7.09.2005.
• 3. http://www.dexinroll.nease.net/dexinCD/HTM/ADAMITE/adamite.htm, 22.07.2005.
• 4. Krawczyk J., Rożniata E., Pacyna J.: The influence of hypereutectoid cementite morphology upon fracture toughness of chromium-nickel-molybdenum cast steel of ledeburite class, J. of Materials Processing Technology 162-163 (2005) 336-341.
• 5. Krawczyk J., Pacyna J.: Wpływ obróbki cieplnej na strukturę i własności staliw stosowanych na walce hutnicze, Hutnik-Wiadomości Hutnicze 71, 7-8 (2004) 370H-374.
• 6. Krawczyk J., Pacyna J., Rożniata E., Rudnik K.: Koncepcja obróbki cieplnej staliwa ledeburytycznego, Politechnika Częstochowska, Metalurgia 45 (2005) 72-79.
• 7. Krawczyk J., Pacyna J., Grodowski P.: Wpływ obróbki cieplnej na strukturę staliwa nadeutektoidalnego stosowanego na walce hutnicze, XXX Szkoła Inżynierii Materiałowej, Kraków - Ustroń Jaszowiec, 1- 4 X 2002, s. 215-220.
• 8. Krawczyk J., Rożniata E.: Kształtowanie mikrostruktury i własności staliw nadeutektoidalnych, Hutnik-Wiadomości Hutnicze 73, 4 (2004) 170-177.
• 9. Krawczyk J., Grodowski P.: Wpływ obróbki cieplnej na strukturę oraz własności staliwa L155HNM stosowanego na walce hutnicze, Z. Studenckiego Towarzystwa Naukowego, AGH, Kraków 2003, s. 316-326.