n I ' UDK: 669.14.018.233-174 Rekristalizacija jekel ASM/SLA: CNg G5 N5 za hladno masivno preoblikovanje Aleksander Kveder, Anton Razinger Raziskave utrjevanja in rekristalizacije jekel za masivno preoblikovanj e: Ugotovili smo eksponente utrjevanja, spodnje rekristalizacijske temperature in kritične deformacije. Velika rekrista-lizirana zrna lahko nastajajo le pri nelegiranih jeklih JMP 10 in JMP 15, vendar niso večja od 5,5 po ASTM. Žarjenje nad Ac, točko ni priporočljivo. Raziskali smo tudi dva hladno preoblikovana izdelka. UVOD Masivno preoblikovanje v hladnem je postopek, ki v tehnologiji preoblikovanja zavzema čedalje vidnejše mesto tudi v SFRJ. Odlikuje ga vrsta prednosti pred drugimi postopki, npr. utop-nim kovanjem ali odrezavanjem. Manj je delovnih operacij, izdelek je cenejši, štedi se z materialom in tolerance mer so zelo ozke. Vendar ima tudi ta način preoblikovanja svoje zahteve: jekla za masivno preoblikovanje morajo biti posebne vrste, homogena, zelo čista, brez napak na površini in ustrezno toplotno obdelana. Za tehnologijo preoblikovanja je potrebno poznati preoblikovalne sposobnosti teh jekel, preoblikovalne trdnosti in podobno. Železarna Jesenice proizvaja v družini JMP štiri jekla, ki v glavnem že zadovoljujejo potrebe po teh jeklih. Dosedanje izkušnje potrjujejo njihovo dobro kvaliteto. Prav tako so Železarna Jesenice, fakulteta za strojništvo in kovaška industrija Zreče že raziskali preoblikovalne lastnosti teh jekel in ugotovili, da ustrezajo svojemu namenu (Kuzman K., Razinger A.: Ocena sposobnosti domačih jekel za masivno preoblikovanje v hladnem, Železarski zbornik, 1973, štev. 4, str. 189 do 196). Za ustrezno kvaliteto končnega izdelka pa ni pomembna le dobra preoblikovalna lastnost jekla, temveč tudi pravilna toplotna obdelava. Pred preoblikovanjem mora biti jeklo dobro omehčano, nato se pri preoblikovanju utrjuje in treba ga je med operacijami ali na koncu ponovno omehčati. Postopek vmesnega ali končnega mehčanja je re-kristalizacijsko žarjenje. dr. Aleksander Kveder je samostojni raziskovalec na Metalurškem inštitutu v Ljubljani mgr. Anton Razinger je višji strokovni sodelavec v raziskovalnem oddelku Železarne Jesenice Pri rekristalizacijskem žarjenju je treba poznati pravilno temperaturo in čas žarjenja. Upoštevati je treba še neenakomernost stopnje deformacije, velikost kristalnega zrna po rekristalizaciji, hitrost segrevanja in drugo. Namen te raziskave je bil ugotoviti soodvisnost teh parametrov rekristalizacijskega žarjenja. EKSPERIMENTALNI DEL MATERIALI IN NAČIN RAZISKOVANJA Jekla: Preiskali smo vsa štiri jekla za masivno preoblikovanje, ki jih je osvojila Železarna Jesenice in jih že proizvaja. V tabeli 1 so navedene.njihove oznake in zagotovljene kemične sestave. Tabela 1: Vrste jekel in kemične sestave Oznaka jekla (ŽJ) Podobno jeklo po JUS Količina elementov v O/o C Si Mn Cr Al JMP 10 Č. 1121 0,06 max. 0,25 max. 0,025 0,12 0,15 0,50 0,12 0,050 JPM 15 Č. 1221 0,12 max. 0,25 max. 0,025 0,18 0,15 0,50 0,12 0,050 JPM 50 Cr Č. 4120 0,12 0,20 0,40 0,50 0,015 0,18 0,30 0,50 0,70 0,025 JMP 80 MnCr Č. 4320 0,14 0,20 1,00 0,80 0,015 0,19 0,30 1,20 1,00 0,025 Količina škodljivih elementov je omejena; tako sme biti največ 0,025 % S, 0,020 % P, 0,10 % Ni, 0,20 % Cu, 0,020 % Sn in 100 ppm N. Ustrezne palice teh jekel smo mehko žarili z nihanjem temperature med 680 in 750° C. Vsa jekla so tako dobila vsaj 90-odstotno sferoidizirano strukturo. Vzorci so bili valjčki premera 9 mm in višine 10 mm. Deformacije so bile logaritmične po enačbi c = ln f-^-j . 100 (%) h0 = začetna višina valja h = višina valja po deformaciji Uporabili smo naslednje deformacije: t (O/o) h (mm) 10 9,05 15 8,61 20 8,19 50 6,07 100 3,68 150 2,23 JMP 10 JMP 15 JMP 50 Cr JMP 80 Cr n = 0,185 n = 0,165 n = 0,143 n = 0,145 Opozoriti pa moramo na dejstvo, da je trdota teh jekel v rekristaliziranem stanju (pod Ac,) nekoliko odvisna od velikosti kristalnega zrna. To bomo še posebej obravnavali. Strukture deformiranih jekel prikazuje slika 3. Poznavanje trdot v rekristaliziranem in deformiranem stanju se da s pridom uporabljati za določevanje stopnje ali dokončanja rekristalizacije, skupno z metalografijo, ki v nekaterih primerih ni popolnoma zanesljiva. Kot bo razvidno v poglavju o praktičnih primerih masivnega deformiranja, so te krivulje dobra osnova tudi za določanje defor-macijske porazdelitve v prešancih in pri določanju tokov materiala. Izotermična rekristalizacijska žarjenja Serije različno deformiranih vzorcev smo dajali v segreto peč. Čas žarjenja je bil različen, ker smo upoštevali, da je pri višjih temperaturah rekristalizacija hitrejša, pri nižjih pa počasnejša. Rast zrn po rekristalizaciji je brezpomembna, kar smo tudi preizkusili: žarjenje na 700° C v časih 40 min ali 10 ur da enako velikost kristalnih zrn. To je razumljivo, saj večja ali manjša količina sferoidiziranega cementita v teh jeklih močno vpliva celo na hitrost rekristalizacijskih front, katerih gonilna sila je za več redov velikosti večja od tiste za rast zrn. Uporabili smo torej naslednje čase žarjenja: Vzorce smo stiskali na stiskalnem delu 30-ton-skega nateznega stroja. Zgornje in spodnje površine smo mazali z molycote pasto. Za vsako deformacijo smo izdelali poseben obroč ustrezne debeline, ki ni dopuščal nadaljne deformacije. Tako so imeli vsi vzorci predvidene deformacije zares enake deformacije. Vzorce smo preiskovali (metalografija, trdote) na sredini preseka valja v vzdolžni osi. Rekristalizacijsko smo vzorce žarili v komorni peči. Temperaturo smo merili s kompenzatorjem, nihanje ni bilo večje od ± 2° C. REZULTATI RAZISKAV Utrjevanje JMP jekel Na sliki 1 so prikazane krivulje utrjevanja JMP jekel, to je odvisnost trdote od stopnje deformacije. V logaritmičnih koordinatah je ta odvisnost linearna (slika 2), kar ustreza funkciji H = a . e" H je trdota, a je konstanta, n pa eksponent utrjevanja. Eksponenti utrjevanja znašajo: 700° C 650° C 600° C 550° C 500° C — 40 min — 60 min — 90 min —150 min — 300 min t b o "b Slika 1 Odvisnost trdote JMP jekel od stopnje hladne deformacije Fig. 1 Relationship betvveen the JMP steel hardness and the de-gree of cold deformation 300 280 260 21.0 220 200 180 160 g 150 KO -r IJO 120 i 110 100 90 80 | f v /m PSOMnCr^ - / / r / v / s JMP 50 C > J JMF 15 A JMF 10 rt = □ c" 1 1 2 3 6 6 8 10 20 30 iO 60 80100 200 Stopnja deformacije v V,, Ig Slika 2 Odvisnost trdote JMP jekel od stopnje hladne deformacije Fig. 2 Relationship between the JMP steel hardness and the de-gree of cold deformation 80 0 20 iO 60 BO 100 120 KO 160 Stopnja deformacije v % 50 Cr — JMP 10 JMP 15 JMP 50 C r JMP 80MnCr SSšlS Slika 3 Strukture preiskovanih jekel po različnih stopnjah deformacije (povečanja 100 x) z dodatkom 15 minut za segret je vzorcev na temperaturo. Za določevanje rekristaliziranja vzorcev smo merili trdote in opravljali metalografske preglede, za velikosti rekristaliziranih kristalnih zrn pa smo uporabili Jeffriesovo planimetrično metodo. Fig. 3 Structures of the investigated steels after various degrees of deformation (magnification 100 times) Rezultate, dobljene z meritvami trdot, kažejo slike 4, 5, 6 in 7. Jekli JMP 10 in JMP 15 se obnašata približno enako. Spodnja rekristalizacijska temperatura za deformacijo nad 50 % je 575° C, za deformacije 20 in 15 % okoli 625° C, medtem ko jekli z 10 % defor- JMP 10 Cos žarjenja 700° - 40 min 650° - 60 min 600° - 90 min 550° - 150 min 500° - 300 min JMP 15 T Cas žarjenja : 7000 - 40 min 600 ° - 90 mm 550° - 150 min 500° - 300 min 20 500 600 700 800 Temperatura izotermičnega žarjenja v "C Slika 5 Trdote jekla JMP 15 v odvisnosti od temperature izotermičnega žarjenja Fig. 5 Hardness of JMP 15 steel related to the temperature of isothermal annealing macije sploh ne rekristalizirata. Rekristalizacija na 700° C je popolna (razen pri e = 10 %), razlike v trdoti pa so zaradi različnih velikosti kristalnih zrn. Pri deformaciji 10 %, pri katerih je trdota pred žarjenjem 135 HV (JMP 10) in 143 HV (JMP 15), se med žarenjem na 700° C zniža na 115 HV (JMP 10), oziroma na 137 H V (JMP 15). Vzorce JMP 10 smo žarili tudi na 800° C. Trdota je po tem žarjenju povprečno višja zaradi transformacije, ki povzroči nastanek lamelarnega perlita. Vzorec z 10% deformacije tudi pri 800° C ne re-kristalizira, vendar mu trdota še nekoliko popusti. Pri jeklu JMP 50 Cr je spodnja rekristalizacij-ska temperatura za deformacije 50, 100 in 150 % prav tako med 550 in 600° C. 20 500 600 700 800 Temperatura izotermičnega žarjenja v °C Slika 4 Trdote jekla JMP 10 v odvisnosti od temperature izotermičnega žarjenja Fig. 4 Hardness of JMP 10 steel related to the temperature of isothermal annealing 500 600 700 Temperatura izotermičnega žarjenja v "C Slika 6 Trdote jekla JMP 50 Cr v odvisnosti od temperature izotermičnega žarjenja Fig. 6 Hardness of JMP 50 Cr steel related to the temperature of isothermal annealing 20 500 600 700 800 Temperatura izotermičnega žarjenja v °C Slika 7 Trdote jekla JMP 80 MnCr v odvisnosti od temperature izotermičnega žarjenja Fig. 7 Hardness of JMP 80 Mn Cr steel related to the temperature of isothermal annealing Pri deformaciji 20 % je opaziti začetek rekristalizacije pri 650° C, pri deformaciji 15 °/o nastajajo pri 700° C komaj kali, medtem ko manjše deformacije sploh ne povzroče rekristalizacije. Jeklo JMP 80 MnCr začne rekristalizirati v območju 575 do 625° C, toda le pri deformacijah 50 % in večjih. Deformacija 20 % tudi pri 700° C povzroči le nepopolno rekristalizacijo, medtem ko se jeklo z manjšimi deformacijami le popušča. Žarje-nje na 800° C povzroči v vseh primerih povečanje trdote zaradi nastanka prehodnih struktur. V diagramih na slikah 8 in 9 je prikazana odvisnost trdote od stopnje deformacije po žarjenjih na različnih temperaturah. Na teh diagramih so dobro vidne minimalne deformacije za rekristalizacijo. Tipično kritično stopnjo deformacije kažeta le jekli JMP 10 in JMP 15 pri temperaturah 650 in 700° C. Te so za obe jekli enake: JMP 10 in 15 650° C £ir = 15 % 700° C ekr = 13 % (Pri jeklu JMP 10 in pri 700° C nastajajo kali in začetna drobna zrna tudi pri deformaciji 10 %, vendar se rekristalizacija ne nadaljuje). Sicer pa imajo druga jekla in druge deformacije deformacij ske intervale, ki povzroče delne rekristalizacije. Ti intervali so pri jeklih in različnih temperaturah naslednji: 220 200 180 160 140 g 120 mo •t 80 D 240 O TJ 220 t. ,— 200 180 160 140 120 100 J 1 W 10 20% 100% 550°C r \6c 10°C n -50° \ I N % 700 °C 20 40 60 80 100 120 140 160 Stopnja deformacije C v % Slika 8 Trdota jekel JMP 10 in JMP 15 v odvisnosti od stopnje deformacije in temperature rekristalizacijskega žarjenja Fig. 8 Hardness of JMP 10 and JMP 15 steel related to the degree of deformation and the temperature of the recrystalll-zation annealing 20 40 60 80 100 120 140 160 Stopnja deformacije c v % Slika 9 Trdota jekel JMP50Cr in JMP80MnCr v odvisnosti od stopnje deformacije in temperature rekristalizacijskega žarjenja Fig. 9 Hardness of JMP 50 Cr and JMP 80 Mn Cr steel related to the degree of deformation and the temperature of the recrystallization annealing JMP 10 in 15 JMP 50 Cr JMP 80 MnCr 600° C Ekr m 27 do 45 % 650° C Ekr = 15 % 700° C Ekr = 13 % 600° C f=kr — 33 do 55 % 650° C 20 do 40 % 700° C Ekr = 13 do 30 % 600° C Ekr 40 do nad 100 % 650° C Ekr 25 do 40 % 650° C Ekr -- 17 do 30 °/o Rekristalizacijski diagrami so navadno prostorske slike, ki prikazujejo medsebojne odvisnosti deformacije, temperature in velikosti kristalnih zrn. Enofazna jekla in jekla brez transformacije kažejo zelo lepe odvisnoti. Pri JMP jeklih pa je pomemben vpliv sferoidiziranih delcev cementita, ki lahko pospešujejo nastajanje kali, obenem pa močno zavirajo migracijo rekristali-zacijskih mej. Zato v razmerah, ko lahko nastaja mnogo kali, nastajajo zelo drobna zrna, omejena na prostore med cementitnimi delci ali gnezdi ce-mentitnih delcev. V razmerah slabših nukleacij-skih sposobnosti (manjše deformacije, nižje temperature) pa morajo rekristalizacijske meje prehajati preko delcev in gnezd in rekristalizacijska hitrost je bistveno zavrta. Tako dobimo zelo nepravilno izoblikovana rekristalizirana zrna ali celo nepopolno rekristalizirane strukture. Velika pa je prednost takih razmer rekristaliziranja, da ne dobimo zelo grobih struktr niti pri kritičnih deformacijah. Slika 10 prikazuje rekristalizacijske diagrame za vsa štiri preiskovana jekla. Odvisnost velikosti kristalnega zrna od stopnje deformacije je v vseh primerih dobro razvidna — čim večja je stopnja deformacije, manjše je rekristalizirano kristalno zrno. Vendar tudi v primerih jasno izraženih kritičnih rekristalizacij pri jeklih JMP 10 in JMP 15 pri 650 in 700° C velikost kritičnih kristalnih zrn ni pretirano velika, saj dosega največ 5,5 do 6 po ASTM. Pri temperaturah pod 650° C pri JMP 10 in JMP 15 in pri vseh temperaturah in stopnjah deformacije pri jeklih JMP 50 Cr in JMP 80 MnCr pa dobimo vedno: a) določen interval stopenj deformacij, pri katerih je rekristalizacija nepopolna in zato zrna ne dosežejo kritičnih velikosti, b) velikosti zrn, ki so manjše od 8 po ASTM (povprečna površina zrn 500 [xm ali manjša) in tvorijo strukture, ki jih prištevamo med izredno drobnozrnate. Pri JMP 50 Cr in JMP 80 MnCr opazimo zanimiv pojav, da največja zrna — čeprav sorazmerno še vedno zelo drobna, 8 po ASTM — dobimo na 650° C. To kaže na sorazmerno majhno hitrost nukleacije in že dovolj veliko gibljivost kristalnih mej. Na diagramu za jeklo JMP 10 (slika 10) je prikazana tudi krivulja za temperaturo 800° C, na kateri dobimo v splošnem največja kristalna zrna. Če upoštevamo še rezultate pri trdotah, omenjene v prejšnjem poglavju, lahko trdimo, da ta temperatura ne pride v poštev za žarjenje hladno deformiranih delov. Omenili smo že, pa tudi iz opisanih diagramov je razvidno, da je končna trdota rekristaliziranih jekel odvisna od velikosti kristalnih zrn. To odvisnost prikazuje diagram na sliki 11. V logaritmičnih koordinatah trdote (H) in povprečne površine kristalnih zrn (F) je ta odvisnost lg H -lg Ha — k Ig F Funkcija je identična z Hall-Petchovo enačbo, ki opisuje odvisnot med mejo plastičnosti in povprečnim premerom zrn. Metalografski posnetki. Na sliki 12 so prikazane strukture jekla JMP 10 po izotermič-nih žarjenjih na temperaturah od 550 do 700° C. Na 550° C je rekristalizacija kljub dveinpolurnemu žarjenju nepopolna tudi pri največjih deformacijah. Najbolj popolno rekristalizacij o dosežemo o 600 °C • 650°C o 700° C a 800"C Nepopolna rekristaliza cija JMP 80 MnCr 4000 20 40 60 80100 120140 20 40 60 80 100120140 Stopnja deformacije e v % Slika 10 Rekristalizacijski diagrami Fig.10 Recrystallization diagrams Ig H = lg H0 - k Ig F 40 70 100 200 400 7001000 2000 4000 Povprečna površina kristalnih zrn (F) v fim2 Slika 11 Odvisnost trdote rekristaliziranih jekel od velikosti kristalnih zrn in 15 JMP 80MnCr - ■e 100 JMP 50 Cr (a) JMP Fig.11 Relationship betvveen the hardness of recrystallized steels and the grain size šele na 700° C, razen pri podkritičnih deformacijah; struktura z deformacijo 10 % ni rekristalizirana. Slika 13 prikazuje žarilne strukture jekla JMP 80 MnCr. Značilne so izredno drobnozrnate strukture, ki nastajajo po velikih deformacijah. JMP 10 Kontinuirno segrevanje Več vzorcev vseh jekel in deformacij smo dali v hladno peč in segrevali s konstantno hitrostjo 2° C/min. Ta način je torej približna simulacija re- 700° 10 15 t 20 Slika 12 Fig. 12 Strukture jekla JMP 10 po izotermičnih rekristalizacijskih Structures of JMP 10 steel after isothermal recrystalliza- žarjenjih na temperaturah od 550 do 700° C (povečanja tion annealing from 550 to 700° C (magnification 100 times) 100 X) 50 100 cr/.) 150 600° 650° 700° miPmm ■'•t? i p ŠF J mMmim M mmhm mm&m.i® mM - fgšmM: ^ ' * * <#. it Slika 13 Zaradi navedenega so rekristalizacijske temperature pri kontinuiranem segrevanju (strmo zmanjšanje trdote) največ za 15° višje od tistih pri izo-termičnih žarjenjih. Če upoštevamo še, da smo vzorce jemali iz peči brez zadrževanja na doseže- Strukture jekla JMP 80 MnCr po izotermičnih rekristaliza-cijskih žarjenjih na temperaturah od 600 do 700' C (povečanja 100 x) Fig.13 Structures of JMP 80 Mn Cr steel after isothermal recry-stallization annealing from 600 to 700° C (magnification 100 times) kristalizacijskega žarjenja velike količine materiala naenkrat, pri čemer se ves material, ali vsaj tisti, ki je v sredini vložka, zelo počasi segreva. Ugotoviti smo hoteli, ali se pri tem kaj spremene rekristalizacijski parametri, ki smo jih ugotovili pri izotermičnih žarjenjih — vprašanje je torej, kako eventuelna poprava pred dosegom rekristali-zacijskih temperatur vpliva na potek rekristalizacije. Komplete vzorcev vseh jekel in deformacij smo jemali iz peči pri temperaturah 270, 400, 500, 550, 600 in 700° C, brez izotermičnega zadrževanja na teh temperaturah. Vse vzorce smo pregledali me-talografsko in izmerili trdote. Trdote v odvisnosti od dosežene temperature prikazujejo diagrami na slikah 14, 15, 16 in 17. Značilnost vseh teh diagramov je, da se deformirana jekla med 250 in 400° C utrjujejo. Nedvomno gre za izločevalno utrjevanje, ki prepreči popravo materiala. Izločevanje terciarnega cementita povzroči pri 400° C celo večje trdote kot jih je imel material v deformiranem stanju pri navadni temperaturi. Nad 400° C se začne popuščanje, ki ima jasno izraženo linearno odvisnost od temperature. Le pri legiranih jeklih JMP 50 Cr in JMP 80 MnCr in manjših deformacijah (10, 15 in 20 %) se kažejo zastoji popuščanja med 500 in 600° C, ki nastanejo zaradi preobrazbe karbidov. To sekundarno utrjanje povzroči, da jeklo kljub počasnemu segrevanju doseže rekristalizacijsko temperaturo praktično prav tako trdo, kot je bilo po hladni deformaciji. V nasprotju s tem lahko opazimo pri izotermičnih diagramih (slike 4 do 7), da so jekla malo pod rekristalizacijski temperaturami že precej omehčana, pri deformacijah 150 % na primer za povprečno 40 HV. i. a: o o "O 0 100 200 300 iOO 500 600 700 Temperatura pri segrevanju v "C Slika 14 Spreminjanje trdote deformiranega jekla JMP 10 pri kon-tinuirnem segrevanju Fig.14 Variation of hardness of deformed JMP 15 steel in conti-nuous heating JMP 10 Slika 15 Spreminjanje trdote deformiranega jekla JMP 15 pri kon-tinuirnem segrevanju Fig.15 Variation of hardness of deformed JMP 15 steel in conti-nuous heating Deformacije c 10% 15% 20% 50% 100 % 150 % _j_l 200 300 400 500 ^ Temperatura pri segrevanju v °C nih temperaturah in da so bili časi izotermičnih žarjenj, zlasti pri nižjih temperaturah sorazmerno dolgi, lahko trdimo, da način segrevanja ne vpliva na rezultat rekristalizacijskega žarjenja. Metalografske primere rekristalizacij, doseženih pri segrevanju do 600° C, kaže slika 18. Jeklo 280 260 240 220 200 £> t '80 1 '6° t HO 120 100 80 0 100 200 300 400 500 600 700 Temperatura pri segrevanju v °C Slika 16 Spreminjanje trdote deformiranega jekla JMP 50 Cr pri kontinuirnem segrevanju Fig.16 Variation of hardness of deformed JMP 50 Cr steel in continuous heating 280 260 240 220 200 S I 'SO a o 160 £ 140 120 100 80 0 100 200 300 400 500 600 700 Temperatura pri segrevanju v "C Slika 17 Spreminjanje trdote deformiranega jekla JMP 80 MnCr pri kontinuirnem segrevanju Fig. 17 Variation of hardness of deformed JMP 80 Mn Cr steel in continuous heatlr.g JMP 10 še ne rekristalizira, če je bila hladna deformacija 10, 15 ali 20 %, pri deformaciji 50 % opazimo okoli 20 % rekristalizacije, pri deformacijah 100 in 150 % pa 40, oziroma 95 % rekristalizacije. To se popolnoma sklada z meritvami trdot in ustreznimi krivuljami na sliki 14. Podobne rezultate kaže jeklo JMP 15, medtem ko jeklo JMP 50 Cr kaže pri večjih deformacijah šele začetke rekristalizacij. Jeklo JMP80MnCr pri 600° C še ne rekristalizira, le pri 150-odstotno deformiranem vzorcu smo opazili začetno nukleacijo. 50 100 150 Slika 18 Strukture deformiranih in kontinuirno segrevanih JMP jekel Fig.18 Structures of deformed and continuously heated JMP steel Preiskavi masivno preoblikovanih izdelkov Namen teh raziskav je bil ugotoviti realno stanje deformacij in rekristalizacijskih struktur v dveh izdelkih, ki imata velik deformacijski gradient. Ta izdelka bomo označevali z A in B. Izdelek A: Izdelan je iz valjastega kosa jekla JMP 10 z vtiskavanjem luknje, oziroma proti smernim iztiskavanjem materiala (slika 19 a). Preiskovani kos je druga in končna operacija iztiskavanja. Najprej smo izmerili trdote po vzdolžnem preseku izdelka. Slika 19 b kaže področja trdot v enakih intervalih 10 H V. Glede na to, da je določena utrditev, oziroma trdota posledica določene stopnje deformacije, smo po diagramu na sliki 1 določili tudi deformacije v teh področjih. Slika kaže, da je gradient deformacij zelo velik, saj sega od nekaj odstotkov do 140 %. Čeprav ni bil naš namen študirati toka materiala, vidimo, da lahko s poznavanjem utrjevalne krivulje materiala in meritvami trdot zelo dobro določimo te tokove pri hladnem preoblikovanju. Dno izdelka, ki je bilo pred iztiskavanjem debelejše, je rezervoar materiala, ki pri deformiranju teče v stene izdelka. Med malo deformiranim dnom in steno nastaja ozek pas (šrafi-rani del na sliki 19 b), ki je deformiran za približno 15 %. Kontinuirno segrevanje 2°C/mm 600 "C JMP 10 JMP 15 JMP 50 Cr •t . t-i - v.- 1 . .M- - 'i.M* . : - ■ -''i ■' ' .. p v ... •■.jsftKv*.* - •••• -v- ;. { .v;-, v^. , ' . : v - • p i. if - v: >.:- ' ■ X - - c * -' ' Ki i-.-B-'si• . ■■ ■ v >1 V-• V, Deformiran 95-105HV Drobno zrnato, rekristalizirano Hladno deformiran in zarjen na 700°C Slika 19 Trdote izdelka A v deformiranem in žarjenem stanju Fig.19 Hardness of the product A in deformed and annealed state Surove kose smo žarili na temperaturah 600, 650, 700 in 800° C. Opisali bomo žarjenje na 700° C (ker iz prejšnjih rezultatov vemo, da je to optimalna temperatura) in 800° C, ker nam je znano, da ponekod na tej temperaturi žarijo masivno preoblikovane izdelke. Žarjenje na 700° C da interesantne rezultate, ki pa so popolnoma v skladu z našimi ugotovitvami v prejšnjih poglavjih. Slika 19 c kaže, da ostane dno izdelka, ki je bilo deformirano do 14 %, nere-kristalizirano. V pasu med dnom in steno, na meji med deformacijami do 14 % in večjimi, nastaja ozek pas kritično rekristaliziranega materiala s sorazmerno grobimi kristalnimi zrni in zato tudi najnižjo trdoto. Strukture deformiranega in na 700° C žarjenega izdelka A so prikazane na sliki 20. Na steni, posebno pa še na notranjem prehodu med dnom in steno, opazimo precej močno deformacijo. Rekrista-lizirane struktre so povsod sorazmerno drobno-zrnate, razen v že omenjenem kritično deformiranem pasu. Strukture po žarjenju na 800° C so glede zrna-tosti enake kot po žarjenju na 700° C, le da je pas grobe rekristalizacije nekoliko širši in potegnjen tudi do manjših deformacij (12 °/o). Trdote pa so za povprečno 5 HV večje, kar je posledica transformacije v lamelami perlit. Izdelek B: Preiskave tega izdelka smo naredili v presekih po simetrični osi in tudi sicer na isti način kot pri izdelku A. Jeklo ima več ogljika in je kvalitete JMP 15. Slika 21 kaže obliko, mere in deformacijske gradiente v preseku izdelka. Deformacije, posnete iz krivulje za JMP 15 na sliki 1, dosegajo 95 %. Deformacijske in žarilne struktre na značilnih mestih prikazuje slika 22. Strukture po rekristali-zaciji so še bolj drobnozrnate, kar je posledica večje količine cementitnih delcev. Zaradi istega vzroka tudi nismo nikjer opazili izrazite grobozrna-te rekristalizacije. Ima pa izdelek nerekristalizi-rana področja, ki ustrezajo področjem deformacij do okoli 15 % na sliki 21. Trdota po žarjenju na 700° C je precej homogena in znaša 100 do 105 HV. Deformiran in zarjen na 700° C Slika 20 Strukture deformiranega in na 700 C žarjenega izdelka A (povečanja 50 x) Fig. 20 Structure of deformed product A annealed at 700" C (magnification 50 times) 180-190 H V C =53-72'/. .Meja kritične deformacije 130-140 HV C. * 10~14% 120-130 HV, c = 7,5- 10% MO- 150 HV C =14-20'/. JMP 10 160-170 HV C =30-60'/. \ 150-160 HV C =20-30% 110-120 HV C -5-7,5% 100 -110 HV C-5% 190-200 HV 't =72-97% 200 -210 HV /t = 97-140% 170-180 HV £ =40-53'/." Hladno deformiran 86-Grobozrnato, rekristalizirano Material JMP 15 Stisnjeno iz valja 0 75,7mm I I 140 - 160 HV, C = do 5 % 160 - 180 HV, c = 5-25 % rmrm -200 hv, t = 25- 50 % in 200 - 220 HV, C = 50-95 % Trdote v žarjenem stanju : 700 °C : 100-105 HV 800 °C : 125-135 HV Slika 21 Trdote izdelka B v deformiranem stanju Fig. 21 Hardness of product B as deformed Po žarjenju na 800° C je struktura glede zrnato-sti podobna, trdota pa bistveno večja, od 125 do 135 HV. To je razumljivo, ker ima jeklo JMP 15 sorazmerno precej več ogljika kot JMP 10. SKLEPI Jekla vrste JMP uporabljamo za hladno masivno preoblikovanje. Lastnosti teh jekel, predvsem velika čistoča, brezhibna površina in ustrezna struktura, omogočajo velike hladne deformacije. Z raznimi postopki preoblikovanja je tako možno izdelati zelo raznolike izdelke. Deformirani izdelki pa imajo lahko po svojem volumnu zelo različne deformacije. JMP 15 Slika 22 Strukture izdelka B po deformiranju in žarjenju na 700' C (povečanja 50 x) Fig. 22 Structure of product B after deformation and annealing at 700° C (magnification 50 times). Z opisano raziskavo smo ugotovili, kako se ta jekla rekristalizirajo, kako je kinetika rekristaliza-cije odvisna od temperature, stopnje deformacije, načina segrevanja in kakšne so rekristalizacijske strukture. Vzorce ustrezne valjaste oblike smo tlačno deformirali 10, 15, 20, 50, 100 in 150 %. Raziskali smo tudi dva hladno deformirana izdelka, v katerih sta deformacij ska gradienta od 5 do 140 %, oziroma od 5 do 95 %. Rezultate lahko strnemo v naslednje sklepe in priporočila: 1. Vsa štiri JMP jekla se utrjujejo po znani potenčni funkciji H = a . e", ki v logaritmirani obliki da premico utrjevanja. Eksponenti utrjevanja n (dlgH/dlg e = hitrost utrjevanja) znašajo: JMP 10 n = 0,185 JMP 15 n = 0,165 JMP 50 Cr n = 0,143 JMP 80 MnCr n = 0,145 Deformiran Deformiran, žarjen 700°C / \ 2. Spodnje rekristalizacijske temperature so pri jeklih JMP 10, JMP 15 in JMP 50 Cr — za deformacije 50% in večje 575° C — za deformacije pod 50 % 625° C pri jeklu JMP 80 MnCr pa — za deformacije 50 % in večje 600° C — za deformacije pod 50 % nad 650° C 3. Kritične deformacije so odvisne od temperature žarjenja. Tipično kritično deformacijo, pri kateri poteče rekristalizacija do konca v sorazmerno groba kristalna zrna, imata le jekli JMP 10 in JMP 15 pri 650 in 700° C, v drugih primerih pa je določen ožji ali širši temperaturni interval nepopolne rekristalizacije: JMP 10 in JMP 15: 600° £kr 27 do 45 % 650° Ekr = 15 % 700° f=kr = 13 °/o JMP 50 Cr: 600° Ekr 33 do 55 % 650° Ekr = 20 do 40 % 700° Ekr = 12 do 30 % JMP 80 MnCr: 600° £kr = 40 do nad li 650° Ekr =: 25 do 40 % 700° £kr — 17 do 30 % 4. Sorazmerno groba kritično rekristalizirana kristalna zrna dobimo le pri JMP 10 in JMP 15 po kritični deformaciji in na temperaturah 650 do 700° C. Vendar tudi v teh primerih nastajajo zrna velikosti največ 5,5 po ASTM. Jekli JMP 50 Cr in JMP 80 MnCr pa pri majhnih deformacijah nepo- polno rekristalizirata, pri večjih pa v drobnozrnate strukture. V splošnem so rekristalizirana kristalna zrna — razen prej omenjenih primerov — vedno manjša od 8 po ASTM. 5. Trdota rekristaliziranih jekel je odvisna od velikosti kristalnih zrn po enačbi lg H = lg Hu — k lg F, ki je identična s Hall-Petchovo enačbo. 6. Žarjenje nad Act (800° C) nima nobenih prednosti, trdota se celo nekoliko poveča zaradi transformacije v lamelami perlit. Pri jeklu JMP 80 MnCr pa je tako žarjenje še posebno nepriporočljivo, ker lahko nastajajo trde prehodne strukture. 7. Počasno kontinuirno segrevanje bistveno ne spremeni razmer rekristalizacije preiskovanih jekel. 8. Preiskali smo dva hladno masivno preoblikovana izdelka, eden iz jekla JMP 10 z gradientom deformacije od 5 do 140 %, drugi iz jekla JMP 15 z gradientom deformacije od 5 do 95 %. Optimalne rezultate da žarjenje na 700° C. Nekoliko bolj grobo zrno da le jeklo JMP 10, če so v izdelku tudi področja s kritično deformacijo okoli 13 °/o. 9. V splošnem lahko priporočamo za vsa jekla vrste JMP rekristalizacijsko žarjenje na temperaturah od 650 do 700° C. Čas žarjenja mora biti dovolj dolg, da se rekristalizirajo tudi področja z manjšo stopnjo deformacije in da se omehčajo tista področja, ki zaradi podkritične deformacije ne rekristalizirajo. ZUSAMMENFASSUNG Stahle der Sorte JMP werden fiir die Kaltmassivumformung angewendet. Die Eigenschaften dieser Stahle, vor allem ein hoher Reinheitsgrad, eine tadellose Oberflache und ein geeignetes Geftige, ermoglichen einen hohen Kalt-umformungsgrad. Mit verschiedenen Verfahren der Kalt-umformung ist es moglich sehr verschidenartige Erzeug-nisse zu fertigen. Mit der beschriebenen Untersuchung haben wir fest-gestellt, wie diese Stahle rekristallisieren, wie die Kinetik der Rekristallisation von der Temperatur, dem Verformungsgrad, von der Ervvarmungsart abhangig ist und wie das Rekristallisationsgefuge aussieht. Die Proben von einer zylindrischen Form haben wir durch eine Druckbelastung um 10, 15, 20, 50, 100 und 150 % verformt. Wir haben auch zwei durch die Kaltumformung hergestellten Erzeugnisse untersucht, in welchen der Verformungsgrad von 5 bis 150 %, bzw. von 5 bis 95 % betrug. Die Ergebnisse konnen mit folgenden Entschliissen und Empfehlungen zusammen gefasst vverden: Alle vier JMP Stahlsorten verfestigen sich nach der bekannten funktion H = a . e" welche in der logarithmischen Form eine Gerade fiir die Verfestigung ergibt. Die Exponenten der Verfestigung be-tragen 0.143 bis 0.185. Die unteren Rekristallisationstemperaturen sind bei den Stahlen JMP 10, JMP 15 und JMP 50 Cr — 575° C fiir den Verformungsgrad 50 °/o und mehr — 625° C fiir den Verformungsgrad kleiner als 50 % und bei dem Stahl JMP 80 MnCr — 600" C fiir den Verformungsgrad 50 % und mehr — 650° C fiir den Verformungs kleiner als 50 °/o Der kritische Verformungsgrad ist von der Gliihtem-peratur abhangig. Einen typischen Verformungsgrad bei vvelchem die Rekristallisation bis zum Ende in verhaltnis-massig grobe Kristallkorner iibergeht, haben nur die Stahle JMP 10 und JMP 15 bei 650° und 700° C. In diesen zwei Fallen ist der kritische Verformungsgrad 15 bzw. 13 %. Bei den Stahlen JMP 50 Cr und JMP 80 MnCr bestehen Intervalle der kritischen Verformungsgrade bei welchen die Rekristallisation nicht bis zum Ende verlauft. Der kritische Verformungsgrad fiir eine vollkommene Rekristallisation kann auch iiber 50 % betragen. Verhaltnismassig grob rekristallisierte Kristallkorner konnen nur bei JMP 10 und JMP 15 nach der kritischen Verformung und auf Temperaturen 650° C bis 700° C erhal-ten werden. Es entstehen jedoch auch bei diesen Fallen Kristallkorner, welche nicht grosser als 5.5 nach ASTM sind. Die Stahle JMP 50 Cr und JMP 80 MnCr rekristallisieren bei kleinem Verformungsgrad nur unvollkommen, wahrend beim grosseren Verformungsgrad ein feinkorniges Gefiige entsteht. Im allgemeinen sind die rekristallisierten Kristali korner — ausser in erwahnten Fallen — immer kleiner als 8 nach ASTM. Die Harte der rekristallisierten Stahle ist von der Gros-se der Kristallkorner nach der Gleichung: Ig H = lg H„ —k Ig F abhangig. Diese ist identisch der Hall-Petsch Gleichung. Das Gltihen iiber Ac, hat keinen Vorteil, die Harte wird wegen der Transformation in Lamelarperlit sogar etwas grosser. Bei dem StahI JMP 80 MnCr ist ein solches Gliihen noch vveniger empfehlenswert, weil ein hartes tlbergangsgefiige auftritt. Ein langsames kontinuierliches Erwarman verandert die Verhaltnisse bei der Rekristallisation nicht. Im allgemeinen kann fiir alle JMP Stahle ein Rekristal-lisationsgliihen auf Temperaturen von 650° bis 700° C empfo-hlen werden. Die Zeit der Gluhung muss lang genug sein, dass auch die Bereiche mit einem kleineren Umformungs-grad rekristallisieren und dass jene Bereiche erweichen, welche wegen der unterkritischen Umformung nicht rekristallisieren konnen. SUMMARY JMP steel is used for cold volume forming. Properties of this steel, mainly great purity, perfect surface, and the corresponding structure enable high cold deformations. By various methods of cold forming pieces of different shapes can be made. The described investigation revealed the way of recry-stallization of this steel, relationship between the kinetics of recrystallization, the temperature, the degree of deformation, and the way of heating, and finally also the recry-stallization structures. Cylindrical samples were compressed 10, 15, 20, 50, 100, and 150%. Also two cold formed products with deformations from 5 to 150 % and 5 to 95 °/o were investigated. The results enable for following con-clusions and proposals: Ali four JMP steel are hardened according to the known power function H = a . e" which in logarithmic form gives line for hardening. The povvers are between 0.143 and 0.185. The lovver temperatures of recrystallization of JMP 10, JMP 15, and JMP50Cr steel are 575° C for deformations 50 % and higher, and 625° C for deformations lower than 50%, while of the JMP 80 MnCr steel they are 600° C for deformations 50 % and higher, and 650° C for deformations lovver than 50 %. Critical deformations depend on the annealing temperature. A typical crytical deformation at which the recry-stallization is completed by a relatively coarse grains was found only with JMP 10 and JMP 15 steel at 650 and 700" C respectively. In these two cases the crytical deformation was 15 and 13 % respectively. In JMP 50 Cr and JMP 80 MnCr steel only intervals of critical deformation exist at which recrystallization is not completed. Critical deformation for complete recrystallization can exceed even 50 %. Relatively coarse recrystallized grains are obtained only in JMP 10 and JMP 15 steel at J;he critical deformation and the respective temperatures 650 and 700° C. Also these crystal grains were not bigger than 5.5 by ASTM scale. JMP 50 Cr and JMP 80 MnCr steel at low deformations do not recrystallize completely while at higher deformations fine-grained structure is obtained. In general, the recrystal-lized grains with the exception of previously mentioned cases are always smaller than 8 by ASTM scale. Hardness of the recrystallized steel depends on the grain size according to the equation log H = log H0 — k log F which is identical with the Hall-Petch equation. Annealing above Ac, gives no priorities, hardness is even slightly increased due to the transformation into lamellar pearlite. In JMP 80 MnCr steel such annealing is especially unrecommendable since hard transition structures are formed. Slow continous heating does not change the recrystal-lization conditions. In general, the recommended recrystallization annealing for ali JMP steel is between 650 and 700° C. The annealing time must be long enough that recrystallization takes plače also in regions of lovver deformations and that the regions which do not recrystallize due to subcritical deformation are softened. 3AKAIOTEHHE Aah xoAC>AHoro MaccHBHoro npe06pa30BaHHa ynoTpe6AjnoT CTaAH MapoK JMP. EAaronpHaTHtie cBoScTBa sthx CTaAeft, t. e. SoAtmaa racTOTa, 6e3ynpeHHasi noBepxHocTb h cooTBeicTByiomaa CTpyKTypa n03B0Aai0T BunoAHUTb SoAbniHe x0A0AHtie npeo6pa30Bamia. C pa3-hbimh cnoco6a.mii x0a0ah0ro npeospasobahhh bo3mo>kho H3roTOBHTb oqeHb pa3AiMHbie H3AeAHH. C paCCMOTpeHHBIM HCCAeAOBaHHM OnpeAeAHAH KaKIIM C>6pa30M np0CX0AHT peKpHCTaAAII3aiBIfl 3THX CTaAeft, 3aBHCHMOCTb XHHeTHKH peKpHCTaAAH3at[HH ot TeMn-pbi, ot CTeneHH npeo6pa30BaHHii h ot cnoco6a HarpeBaHHH. IIpHBeAeHu TaioKe CTpyKTypti peKpncTaAAH3a-uhh. 06pa3Ubi uHAHHApiwecKoft 4>opmli noABepraAu npeccoBaHHio Ha 10, 15, 20, 50, 100 h 150 %. PaccMOTpeHH TaKace ABa H3AaAHa npH K0T0ptix rpaAneHT AeopMaiJiHH npeACTaBAaA ot 5 ao 150 %, othoch-TeAbHO 5 ao 95 %. PeSVAiTaTM HCCAeAOBaHHH mo»ho osteahhhtb B CAeAyiomHe 3aKAKweiiHa: Bce MeTLipn MapKK JMP CTaAeii vnpcr-iHHior no H3BecTHOH (p\'UK-UHH • H = a . KOTopa« b AorapHTMiraecKoS pMe Aaer npaMyio ynpokMP 15 h JMP 50 Cr CAeAViomHe: — npfi aeopmauhhx 50 % h CBtiine 575° U — npH aeopmauhax Mem,me 50 % 625« U npft ctaah MapKH JMP 80 MnCr: — npn Aecj>opMaimax 50 % h cbliih 600° U — npn ae4>opmaiinax MeHLiu 50 H 650° It KpiiTiMccKuc Aecj)opManHii 3aBHCXT ot Teiun-pM OT«HKa. Troim-Hyio KpHTHiecK^io AecjiopMaiiHK), npn KOTopoii nponecc peKpncTaAAH-3auHH npoTeKaeT ao Koima b cpaBHHTeAbHo rpy6bie KpncTa,\AtraccKHe 3epHa, HMeiOT TOAbKO CTaAH MapoK JMn 10 H JMn 15 npn 650 h 700° U. npH 3thx abyx npHMepoB KpHTsraecKaa Ae4>opMauHa cocTaB-A«Aa 15 oth. 13 %. npH cTaAflx JMP 50 Cr h JMP 80 MnCr cyme-CTByiOT HHTepBaAbI KpHTHieCKHX Aetc« npH hh3khx Ae4>opMai(Hjix HenoAHO, npH bmcokhx ace, b BHAe MeAK03epHHCT0ii CTpyKTYptI. B o6meM peKpHCTaAAH30BaHHe KpHCiaA-hlix 3epeH, KpoMe Bbirne ynoMHHyTbix npHMepoB BcerAa MeHtuie 8 no ACTM. TBepAOCTb peKpHCTaAAH30BaHHbIX CTaAeii 3aBHCHT ot BeAHHHHbl KpiiCTaAbHux 3epeH no ypaBHeHH aoi H = Aor H0 — K Aor F, KOTOpan TO>KAecTBeHHa ypaBHeHHio Hall-Petch-a. OTJKftr CBbnne Ac He AaeT HHKaKHX npeHMymecTB, npmeM, BCAeACTBHH npeo6pa30BaHHH b nAacTHHMaTbiii nepAHT, TBepAOCTb Aa>Ke HeMHoro yBeAHHHTbCH. TaKOii ot>knr b 0C06eHH0CTH He peKO-MeHAyecTH npn CTaAH MapKH JMP 80 MnCr TaK KaK o5pa3yioTCJi nepexoAHbie TBepAbie CTpyKTypbi. MeAAeHHbiS, HenpepbiBHbiS HarpeB He H3MeH»eT ycaobhh peKpHCTaA \iuaumi. B o0meM aah Bcex CTaAeii JMP peKOMCHAVeTCH peKpHCTaAAH3a-uhohhmh HarpeB npH TeMn-ax Me>kay 650—700° IJ. AAHTeAbHOCTb ot-jKHra aoa>kho npoAOAJKaTbcn AOBOAbHO aoato, «rro6bi np0H30iiiAa pe-KpHCTaAAH3ayHH TaK»e vMacTKoa c MeHbineft CTeneHH AeopMauHH, a TaKJKe h CMHrneHHe y^acTKOB, KOTOpbie bcacactbhh AOKpunmecKoif AeOpMai(hh He peKpHCTaAAH3yiOTCH.