Studii şi cercetări privind oţelurile microaliate obţinute în instalaţia de retopire cu arc în vid
PREGĂTIREA PROBELOR PENTRU EXAMINAREA METALOGRAFICĂ
Yüklə 440,43 Kb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- 7.1.2. Înglobarea corpurilor de probă prelevate
- 7.1.3. Polisarea şi lustruirea suprafeţei probelor
- 7.1.4. Atacul chimic
- 7.2. CARACTERIZAREA MICROSTRUCTURALĂ
- 7.3. MĂSURĂRI DE MICRODURITATE
- VIII. CONCLUZII
- IX. BIBLIOGRAFIE
7.1. PREGĂTIREA PROBELOR PENTRU EXAMINAREA METALOGRAFICĂ7.1.1. Prelevarea unei secţiuni Prelevarea unei secţiuni reprezentative s-a realizat cu ajutorul maşinii de debitat automată Buehler IsoMet 4000 (fig. 7.1). 
Fig.7.1. Maşina de debitat de precizie IsoMet 4000. Laborator LAMET, UPB. 7.1.2. Înglobarea corpurilor de probă prelevateCorpurile de probă prelevate au fost înglobate în răşină fenolică pentru a putea fi mai uşor prelucrate şi analizate în continuare. Înglobarea s-a realizat la cald cu ajutorul unei prese de tip IPA 40 Parametrii de lucru pentru înglobare au fost: presiune aer comprimat = 4 atm.; timp de presare = 10 minute, Temperatura maximă = 175 oC. 
Fig. 7.2. Presă pentru înglobare probe metalografice de tip IPA 40. Laborator LAMET, UPB.
Polisarea suprafeţelor probelor s-a realizat cu ajutorul unei maşini automate de prelucrare a probelor metalografice de tip LS2 - Remet. Pentru polisare s-au utilizat hârtii metalografice în următoarea succesiune de granulaţii : 400, 600, 800, 1200, 2500. 
Fig. 7.3. Maşina pentru lustruit probe metalografice LS- 2 Remet. Laborator LAMET, UPB. Lustruirea probelor a fost efectuată cu ajutorul maşinii automate de lustruit probe metalografice de tip Vector şi Alpha Beta polisher Buehler,utilizând pulbere de alumină, suport textil si apă. Probele astfel pregătite sunt prezentate în fig. 7.4. 
Fig. 7.4. Maşina de lustruit automată Vector si Alpha Beta Polisher Buehler. Laborator LAMET, UPB.
Pentru efectuarea examinării suprafeţelor este necesară atacarea suprafeţelor cu reactivi metalografici. S-a utilizat reactiv Nital 2% iar pentru analiza microstructurii s-a utilizat un atac electrochimic cu 10% acid oxalic în apă distilată, cu ajutorul unei surse de curent stabilizate (fig.6.7). 
Fig. 7.6. Sursa de curent stabilizată. Laborator LAMET, UPB. Aşa cum rezultă din valorile compoziţiilor chimice ale oţelurilor microaliate experimentale s-a urmărit analiza efectelor separate şi cumulate ale elementelor de microaliere V şi Nb asupra caracteristicilor microstructurale şi microdurităţii matricei metalice. Astfel, şarjele denumite „0” nu au avut niobiu iar pentru celelalte şarje având atât Nb cât şi V s-a încercat menţinerea constantă a unuia dintre componenţi pentru a evalua efectul creşterii celuilalt. După elaborarea şarjelor de oţel microaliat cu diferite procente de Nb şi V au fost efectuate analize metalografice preliminare şi măsurări de microduritate, apoi s-a aplicat un tratament termic de austenitizare la 950-970 oC cu menţinere la temperatura maximă de 20 minute în cuptor electric cu vatră fixă, urmat de răcire în aer. Ulterior, probele au fost din nou analizate prin microscopie optică şi electronică, fiind efectuate şi măsurări de microduritate pe micro-şlifurile prelevate.
Analiza microstructurală a probelor din oţelurile microaliate experimentale a fost realizată prin microscopie optică (microscop Olympus GX51) şi microscopie electronică (microscop Inspect S, SEM) iar măsurările de microduritate s-au efectuat cu microdurimetrul Shimadzu HMV 2T (Laborator LAMET, UPB). Pentru evidenţierea microstructurii s-a aplicat un atac chimic cu reactiv Nital 5%. În cazul probei microaliate doar cu V şi cu un conţinut de 0,35%C, în microstructură există martensită fină şi austenită în cazul elaborării în agregat RAV (fig. 7.7)
În agregatul RAV microstructura preponderentă a oțelurilor microaliate a fost de martensită, alături de care s-au format diferite proporţii de ferită aciculară, carburi şi austenită netransformată (fig. 7.8).  
a) b)
Fig. 7.8. Aspecte microstructurale ale oţelurilor microaliate. Microscopie electronică SEM. a) Şarja 0- Martensită fină (dimensiune medie ~30μm) şi austenită netransformată (5000x); b) Şarja 1 – Martensită, ferită aciculară şi precipitări de carburi (~ 250 nm) (10000x). 7.3. MĂSURĂRI DE MICRODURITATEPrin măsurările de microduritate s-a urmărit estimarea gradului de durificare al matricei metalice prin apariţia de precipitate stabile de carburi în urma microalierii cu V şi Nb. Măsurările de microduritate au fost efectuate cu ajutorul unui Microdurimetru Shimadzu HMV 2TE, Japonia, la laboratorul LAMET din UPB . Au fost efectuate câte 5 măsurări succesive în zonele centrale şi pe marginile probelor. 
Fig.7.9. Microdurimetrul Shimadzu HMV 2TE. 
Fig. 7.10. Prelevarea amprentelor de microduritate. Valorile de microduritate măsurate pe corpurile de probă analizate sunt prezentate în tabelul 7.2.
VIII. CONCLUZIIÎn prima parte a prezentului studiu am arătat că uzarea, coroziunea şi oboseala sunt principalele fenomene care limitează durata de viaţă a componentelor unui automobil. Fenomenele de uzare şi oboseală continuă să fie principala cauză a scoaterii din uz a pieselor din industria automobilelor. Soluţiile pentru creşterea competitivităţii în acest domeniu trebuie căutate în zona unor materiale cu proprietăţi mecanice superioare (limită de curgere, duritate, tenacitate) obţinute cu costuri de fabricaţie relativ reduse. Componentele automobilelor trebuie să aibă şi o înaltă rezistenţă la sarcini dinamice, adică o tenacitate ridicată, pentru că solicitările sunt variabile. Se apreciază că oţelurile de înaltă rezistenţă reprezintă principala alegere pentru fabricarea componentelor pentru automobile. Proprietăţile mecanice ale oţelurilor au fost îmbunătăţite prin microalierea cu elemente cu afinitate foarte ridicată faţă de carbon şi azot, acestea fiind: niobiu, titan şi vanadiu. Microalierea cu Nb, Ti sau V conduce la formarea unor precipitate de carburi, carbonitruri sau nitruri care frânează procesul de creştere a grăuntelui de austenită. Condiţii mecanice superioare se obţin numai în condiţiile aplicării unor tratamente termomecanice specifice cum este de exemplu laminarea controlată cu parametri tehnologici bine definiţi. Elementul cheie al tratamentului termomecanic constă în abilitatea de a controla microstructura care se obţine în urma acestui tratament. Controlul microstructurii se bazează pe înţelegerea comportării la deformare plastică la cald a oţelurilor şi microalierea cu anumite elemente. Dezvoltarea în continuare a acestor materiale va permite industriei de automobile să răspundă unei duble provocări: reducerea costurilor simultan cu creştertea siguranţei produselor. În continuare am arătat că la alegerea corectă a materialului şi a metodei de durificare sunt foarte importante costul, cerinţele de infrastructură cât şi timpul necesar obţinerii produsului. Solicitările diverse care se manifestă asupra elementelor aflate în mişcare cuprinse între 20 şi 80 Mpa exercită presiuni specifice foarte mari în condiţiile unui regim termic care oscilează între 80 şi 180 ºC iar viteza de încărcare mecanică este deosebit de mare. La aceste piese se manifestă în timp efectele de uzură şi îmbătrânire care determină pierdere de material şi scoaterea elementelor din toleranţele optime de utilizare. Microalierea cu Nb, Ti sau V permite obţinerea unor precipitate de carburi, carbonitruri sau nitruri foarte stabile care opresc procesul de creştere al grăuntelui de austenită şi frânează deplasarea dislocaţiilor. Dezideratul în introducerea elementelor de microaliere este mărirea rezistenţei şi a ductilităţii, însoţită de o scădere a temperaturii de tranziţie ductil – fragil. Piesele forjate ar trebui să aibă o limită de curgere de peste 800 Mpa. În capitolul “Domenii compoziţionale optime pentru oţelurile microaliate cu tenacitate ridicată”, am exemplificat tipurile de oţeluri utilizate în prezent în industria de automobile. Acestea sunt: oţeluri nealiate semidure, turnate sau forjate, oţeluri carbon semidure sau oţeluri aliate îmbunătăţite, oţeluri de carburare sau cementare, oţeluri aliate cu nichel. Oţelurile de mare rezistenţă microaliate simbolizate cu HSLA cuprind mai multe clase în funcţie de combinaţia elementelor de aliere: Nb, V, Mo şi Ti. Valorile maxime ale limitei de curgere pentru oţelurile cu 0,25%Cşi 0,08% V sunt jur de 450 Mpa. În capitolul despre modele teoretice pentru dezvoltarea unor oţeluri microaliate cu tenacitate ridicată, am arătat că predicţia tipului de structură obţinută în timpul răcirii pentru un oţel dat se poate face utilizând curbele de transformare temperatură – timp. Caracteristicile de duritate ale oţelului vor fi afectate de tipul structurii, de morfologia constituenţilor. Luând în consideraţie aspectele legate de caracteristicile mecanice ale constituenţilor: ferită, perlită, bainită şi martensită din structura unui oţel microaliat, în funcţie de compoziţia chimică şi de condiţiile de răcire după austenitizare se poate stabili un model structural care să fie realizat experimental. Studiul a continuat prin realizarea unei optimizări de proces cu modelul matematic parţial ca de exemplu modele matematice pentru: calculul încărcăturii, transferul de căldură, formarea şi conducerea regimului zgurii, procesul de decarburare, procesul de dezoxidare, procesul de aliere etc. Oţelurile microaliate sunt consolidate mai ales prin precipitarea la nivel microstructural a unor particule foarte bine şi uniform dispersate în matricea de bază care determină blocarea deplasării dislocaţiilor. Precipitatele pot acţiona în interiorul materialului prin blocarea deplasării limitelor de grăunte, ceea ce favorizează creşterea caracteristicilor de denacitate şi stabilitatea termică la temperaturi ridicate, sau blocarea dislocaţiilor, ceea ce permite creşterea limitelor de curgere şi de rupere. Fenomenele de precipitare trebuie foarte bine controlate deoarece există posibilitatea apariţiei supra – îmbătrânirii sau a fragilizării matricei ca urmare a creşterii dimensiunilor, acumulării pe limitele de grăunte şi reducerii de dispersie a acestora. Niobiul este utilizat ca element de aliere pentru finisarea granulaţiei dar poate promova şi efecte de consolidare prin precipitare. Microalierea cu Nb este utilizată pentru stabilizarea grăuntelui austenitic pentru obţinerea unei granulaţii fine de ferită şi îmbunătăţirea caracteristicilor mecanice de rezistenţă. Vanadiul este un element de microaliere utilizat în special pentru consolidarea prin precipitare. În capitolul privind selecţia şi pregătirea materiilor prime şi a materialelor auxiliare pentru obţinerea oţelurilor microaliate am arătat că pregătirea materiilor prime şi a materialelor pentru elaborarea oţelurilor are o importanţă deosebită. Se impune o baie metalică fără elemente chimice nedorite care ar putea ajunge în compoziţia finală a oţelului, o sortare şi o pregătire adecvată a materiilor prime. Etapa de experimentări preliminare a avut ca scop analizarea efectului pe care diferite combinaţii de elemente de microaliere îl au asupra structurii şi morfologiei oţelului. Analizele chimice efectuate pe probele prelevate au arătat că procesul de elaborare a fost bine condus iar calculele de încărcătură, asimilare şi ardere pentru elementele de aliere au fost corecte. Analiza microstructurală efectuată a pus în evidenţă modificări pozitive ale morfologiei fazelor pentru anumite combinaţii de elemente (V+Nb), în primul rând o finisare avansată a mărimii de grăunte şi în al doilea rând modificări ale calibilităţii care permit obtinerea unor combinaţii de faze stabile (ferită, perlită) şi metastabile (martensita, bainita, troostita) care pot asigura bune caracteristici mecanice. Încercările mecanice au fost efectuate pe epruvete în stare turnată (şarjele S0-S3 CIV). Valorile rezistenţei la rupere obţinute au fost în intervalul 340-644? MPa, valori relativ ridicate luând în consideraţie faptul că epruvetele nu au fost supuse nici unui tratament termic. Cercetările şi studiile efectuate au permis realizarea unei sinteze a datelor tehnice şi ştiintifice referitoare la oţelurile microaliate şi la metodele de dezvoltare a unor materiale noi, cu caracteristici superioare. IX. BIBLIOGRAFIE
Yüklə 440,43 Kb. Dostları ilə paylaş:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
