Stale bainityczne do zastosowań w infrastrukturze kolejowej

Materiał rodzimy również zawierał wydzielenia wewnątrz listew ferrytu bainitycznego, ale zarówno ich udział, jak i wymiary były znacząco mniejsze. Zatem wzrost wymiarów wydzieleń węglikowych świadczy o rozpadzie ferrytu bainitycznego. Lokalnie jako produkt rozkładu austenitu szczątkowego zidentyfikowano również bainit górny (rys. 5b). Stwierdzono również obecność blokowego austenitu szczątkowego o silnym stopniu rozdrobnienia, który pozostał stabilny po procesie spajania (rys. 5c), a także blokowego austenitu szczątkowego, który uległ rozpadowi na ferryt i cementyt (rys. 5d). Występowanie odmiennych mechanizmów rozpadu w jednym obszarze badawczym (LTHAZ) wskazuje, że występujące mechanizmy rozpadu cechują się niejednorodnym przebiegiem wynikającym bezpośrednio z oddziaływania spawalniczych cykli cieplnych.

Zidentyfikowano również znaczącą ilość dyslokacji i obszarów wskazujących na obecność pól naprężeń. Należy podkreślić, że w trakcie konwencjonalnego odpuszczania gęstość dyslokacji stopniowo maleje, a tetragonalna sieć krystaliczna stopniowo zanika (BCT→BCC) [23, 24]. Można to wyjaśnić między innymi obecnością spawalniczych naprężeń własnych, powstających podczas procesu spawania. Należy również zauważyć, że proces spawania jest znacznie krótszy niż odpuszczanie, zatem może to wynikać z niewystarczającego czasu ekspozycji podwyższonej temperatury. Dlatego też zjawisko zdrowienia struktur metastabilnych do stanu równowagi termodynamicznej jest ograniczone.

Czytaj też >> Aktywne narzędzia skrawające sposobem na obróbkę w każdych warunkach

Zmiany strukturalne w połączeniach spajanych

Na podstawie oceny struktury stwierdzono, że krytyczną strefą połączeń zgrzewanych jest strefa LTHAZ 3 odpowiadająca również strefie zmiękczonej, występującej także w połączeniach spawanych innych stali wysokowytrzymałych. Oprócz największego spadku twardości strefa ta będzie również wykazywać zmniejszoną udarność, odporność na zużycie i zmęczenie kontaktowe ze względu na obecność niekorzystnie rozmieszczonego cementytu oraz brak efektu umocnienia w wyniku przemian fazowych (degradacja metastabilnej struktury i jej powrót do stanu równowagi termodynamicznej).

Biorąc pod uwagę złożone mechanizmy rozpadu zachodzące w trakcie procesu spawania w podstrefie LTHAZ, opracowano schemat degradacji struktury w połączeniach spawanych silnie rozdrobnionych stali bainitycznych (rys. 6).

Austenit szczątkowy

W obszarze oddziaływania relatywnie niskiej temperatury (obszar B na rys. 6) zachodzą poważniejsze zmiany w wyniku mechanizmów dekompozycji, obejmujących procesy wydzieleniowe cementytu i/lub węglika ε oraz obniżenie stężenia węgla w austenicie szczątkowym. Procesy wydzieleniowe najpierw zachodzą w warstwowym austenicie szczątkowym o wyższym stężeniu węgla. Zgrubny blokowy austenit szczątkowy zostaje efektywnie zubożony w węgiel i tym samym staje się mniej stabilny, co skutkuje jego przemianą w martenzyt w trakcie chłodzenia po procesie spawania. Podczas oddziaływania jeszcze wyższej temperatury w trakcie procesu spawania (obszar C na rys. 6) austenit szczątkowy ulega niemal całkowitemu rozkładowi.

Warstwowy austenit szczątkowy oraz silnie rozdrobniony austenit blokowy ulegają rozpadowi na mieszaninę ferrytu i cementytu, podczas gdy zgrubny blokowy austenit szczątkowy może ulec rozkładowi również na perlit. W tym obszarze może również wystąpić wzrost grubości listew ferrytu bainitycznego. Następnie można zidentyfikować obszar, w którym występuje najsilniejszy efekt zmiękczenia (obszar D na rys. 6). W tej strefie struktura praktycznie powróciła do stanu równowagi termodynamicznej i nie można zidentyfikować żadnych cech strukturalnych związanych z przemianą bainityczną. Listwowa morfologia ferrytu bainitycznego staje się równowagowa, co również świadczy o zaniku umocnienia związanego z przemianą bainityczną. Należy również podkreślić, że cały obszar LTHAZ to także strefy przejściowe, których struktura stopniowo ewoluuje.

Galeria

Zobacz więcej