Hartowanie z wymrażaniem stali chromowych przeznaczonych na walce hutnicze

Wyniki badań i ich omówienie

We wszystkich badanych stalach mikrostruktura po hartowaniu była złożona z: martenzytu, austenitu, a także węglików. Martenzyt miał budowę mieszaną, złożoną z płytek wewnętrznie zbliźniaczonych, a także tzw. pasm. Między pas­mami martenzytu znajdowały się równolegle do nich ułożone pasma austenitu. Na rys. 1 przedstawiono mikrostrukturę obserwowaną przy użyciu transmisyjnego mikroskopu elektronowego w zahartowanej stali NC7H3VL.

Temperatura początku przemiany martenzytycznej, M_s, zależy głównie od składu chemicznego stali, a także warunków austenityzowania. Na przykład dla stali NC7H3VL austenityzowanej w 930°C/15 min temperatura M_s wynosi około 235°C. W badanych stalach temperatura końca przemiany martenzytycznej, M_f, leży poniżej temperatury pokojowej. W strukturze stali po rutynowym hartowaniu pozostaje pewna ilość austenitu (austenit szczątkowy).

Eksperymenty poprzedzające badania obróbki podzerowej były związane z wpływem typowych warunków hartowania na zawartość austenitu szczątkowego w stalach na walce robocze do walcowania blach na zimno. Polegały one na hartowaniu próbek w wodzie po austenityzowaniu w 880°C, 930°C i 980°C z różnymi wartościami czasu w zakresie od 6 do 60 minut. Wyniki pomiarów zawartości austenitu szczątkowego zamieszczono na rys. 3. We wszystkich stalach zawartość austenitu szczątkowego wzrastała wraz z temperaturą, a także czasem austenityzowania.

Twardość stali

W stali zawierającej 1,7% chromu (NC7VL) austenityzowanie w temperaturze nieprzekraczającej 950°C prowadziło do otrzymania zawartości austenitu szczątkowego poniżej 8%. Po austenityzowaniu w 980°C/1 godz. ilość austenitu nie przekraczała 15% (rys. 3a). Maksymalną twardość tej stali, 65 HRC, otrzymano po hartowaniu z temperatury 930°C/1 godz. Austenityzowanie z temperatury 980°C prowadziło tylko do niewielkiego obniżenia twardości. W stali zawierającej 3% chromu (NC7H3VL) po austenityzowaniu w 880°C w czasie krótszym od 60 min i w 930°C do 6 min zawartość austenitu szczątkowego była niższa od 10%. Austenityzowanie w 980°C prowadziło do dużej zawartości austenitu szczątkowego, przekraczającej 20% (rys. 3b).

Twardość tej stali wzrastała wraz z temperaturą i czasem austenityzowania. Twardość wynosząca około 62-63 HRC była niższa niż w stali NC7VL, co prawdopodobnie spowodowane było zwiększoną zawartością austenitu. W stali zawierającej 5% chromu (NC7H5VL) austenityzowanie w temperaturze 880°C dawało śladowe ilości austenitu (ok. 3%), natomiast po austenityzowaniu w 930°C w ciągu 60 min było 12% austenitu, a po 980°C/60 min – powyżej 20% (ale po krótszym wytrzymaniu w czasie, np. 15 min, było tylko około 7%). Wyniki te wskazują, że stal NC7H5VL może być hartowana z wyższych wartości temperatury austenityzowania niż stale NC7VL i NC7H3VL.

Oddziaływanie obróbki podzerowej
na zawartość austenitu

Austenityzowanie wykonywano w warunkach właściwych dla odpowiedniego gatunku stali, tj. 930°C/20 min dla stali NC7VL i NC7H3VL, a także 960°C/20 min dla stali NC7H5VL. Hartowanie do temperatury pokojowej odbywało się w różnych ośrodkach chłodzących (woda, olej, sprężone powietrze). Niezwłocznie po hartowaniu wykonywano zabiegi w zakresie obróbki podzerowej. Polegały one na wymrażaniu do temperatury ‑78°C (sublimujący CO₂) albo stosowano obróbkę kriogeniczną w ‑196°C (ciekły azot). Ze względu na możliwość przemiany izotermicznej na martenzyt w temperaturze pokojowej pomiary zawartości austenitu szczątkowego i twardości wykonywano nie później niż w 2 godziny po obróbce cieplnej. Wyniki tych badań przedstawiono na rys. 4.

Galeria

Zobacz więcej