Aleksander Kveder, dipl. inž. Metalurški inštitut DK: 669.14.018.2 : 620.16 ASM/SLA: F 23,1-66 Preizkušnje predelavnosti jekla v vročem V uvodu je naveden kratek pregled dosedanjih raziskav predelavnosti jekel. Slede rezultati preizkušanja štirih jekel s torzijskim preizkusom v vročem. Določeni so optimalni intervali temperatur za vročo predelavo, faktorji predelavnosti, maksimalni momenti in predelovalne trdnosti. Prikazan je vpliv kristalizacije v bloku na predelavnost jekla. UVOD S predelavnostjo jekla v vročem označujemo mehansko obnašanje kovin in zlitin, če nanje vplivata temperatura in deformacija. Vročo predelavo v praksi vršimo z valjanjem in kovanjem, pa tudi s stiskanjem in vlečenjem. Na boljšo ali slabšo predelavnost vpliva mnogo faktorjev — naj jih naštejemo le nekaj: kemična sestava jekla, homogenost, struktura, oblika in velikost kosa, temperatura, stopnja deformacije, trenje, hitrost deformiranja itd. Seveda se z razvojem predelavnih agregatov in postopkov pojavlja vedno znova vrsta tehnoloških problemov: racionalizira in intenzificira se tehnološke postopke, nova in modificirana jekla prinašajo nove prede-lavne probleme, predelavni agregati so vedno močnejši z večjimi stopnjami deformacije in de-formacijskimi hitrostmi itd. Zato je razumljiva težnja najti način preizkušanja s katerim bi lahko določali čim več količin, važnih za vročo predelavo in kateri bi bil dovolj selektiven za razne faktorje, ki vplivajo na slabšo ali boljšo predelavnost. Prva sistematična preizkušanja preoblikoval-nosti izvirajo še pred drugo svetovno vojno. Preiskovali so več načinov: običajni kovaški preizkus, upogibni preizkus v vročem, udarni upogibni preizkus v vročem, natezni preizkus v vročem in način z vtiskanjem. Prve bolj sistematične preizkuse s torziranjem v vročem sta objavila C. L. Clark in J. Russ (Metals Technology, 1945), vendar sta delala še s preizkušanci, ki niso imeli stanj šanega dela v sredini. Preizkušanje na tak način kot je danes v veljavi je najbrž prvi uporabil D. E. R. Hughes (1). Preiskoval je vpliv temperature, preiz-kuševalne hitrosti, premera preizkušanca in naraščanje temperature preizkušanca med preizkusom. Sledila je vrsta raziskav na IRSID-u (C. Rossard, P. Blain, Ph. Portevin, F. E. White), na Montani-stični visoki šoli v Leobnu (H. Trenkler, J. Langer-weger), na Japonskem in v vzhodnih državah, tako da je to danes skoraj že edini priznani preizkus predelavnosti jekla v vročem. Kljub temu bomo na kratko opisali tudi druge preizkuse, ki imajo tudi svoje prednosti, največkrat pa slabosti. NAČINI DOLOČEVANJA PREDELAVNOSTI JEKLA V VROČEM 1. Direktni načini. S temi so mišljeni preizkusi direktno na predelovalnih agregatih ali na način, ki dobro simulira predelovalni postopek. Kar se tiče določanja plasticitetnih lastnosti jekel ti načini ne pridejo v poštev, ker predstavljajo prav to, čemur se želimo izogniti — da bi namreč znanje in izkušnje nabirali s preizkušanjem v sami proizvodnji. Glede trdnostnih predelovanlih lastnosti jekla pa bi bile direktne meritve seveda idealne, toda ta veda je še mlada in je vprašanje, če se bo razširila v vsakodnevno prakso. 2. Enostavni kovaški preizkus. Največkrat se konec palice lopatasto razširi in glede na razpokanost robov sklepa na sposobnost jekla za predelavo. To je tudi klasičen način določevanja vpliva žvepla, odnosno nagnjenosti jekla k lomu v belem in rdečem žaru. Ta preizkus je zelo subjektiven, obenem pa mnogo premalo selektiven in prav nič ne pove o trdnostnih lastnostih jekla. 3. Preizkus vtiskanja. V ravno površino segretega jekla naj bi vtiskali okroglo ali stožčasto telo (podobno merjenju trdote). Ker je to statičen preizkus, ne more dati merila za trdnostne karakteristike jekla pri izredno velikih deformacijskih hitrostih, ki so običajne pri predelavah. 4. Upogibni preizkus v vročem. Predvsem je napetostno stanje (nategtlak) pri tem preizkusu popolnoma drugačno kot pri valjanju ali kovanju in jih zato ni mogoče spraviti v medsebojno odvisnost. Glede plasticitetnih lastnosti jekla je merilo pri tem preizkusu kot do pojava prve razpoke ali kaj podobnega. V splošnem pa ima ta preizkus zelo omejeno področje uporabnosti, npr. za določanje vpliva Cu na površinsko razpokanost (preizkus po Bornu). 5. Udarni upogibni preizkus v vročem. Kriterija preoblikovalnosti jekla sta udarno delo in upogibni kot. A. Niedentahl je pred mnogimi leti (1929) dosegel s tem preizkusom kar lepe rezultate, vendar zahteve takrat še niso bile tako velike in je bil glavni problem predelavnosti nagnjenost jekla k lomu v rdečem in belem žaru. Preizkus ni občutljiv za vrsto drugih faktorjev, ki vplivajo na predelavnost, razen tega pa je nihanje rezultatov zelo veliko. 6. Udarni tlačni preizkus v vročem. S tem preizkusom se da zelo dobro določati preoblikovalno trdnost. W. Lueg in H. G. Miiller (2) sta z jeklom C 45 ugotovila, da je preoblikovalna trdnost v eksponencialni zvezi s preoblikovalno hitrostjo. Ugotovila sta tudi, da preizkus nad 1100° C ni več uporaben, ker ni mogoče več zasledovati trenja med vzorcem in tlačnim pestom. 7. Natezni preizkus v vročem. Kriterija plasti-citetnih lastnosti jekla sta raztezek in kontrakcija. A. Portevin s sodelavci (Revue de Metallurgie, 1936) je s tem preizkusom in prav tako s torzijskim in upogibnim ugotovil zelo jasno izraženo zmanjšanje plastičnosti k rdečemu lomu nagnjenega jekla med 900 in 1100° C. Tudi danes se še smatra, da je natezni preizkus v vročem zelo dober preizkus za določanje plasticitetnih lastnosti jekla. Zelo je selektiven za razlike v kemični sestavi, stopnji homogenosti jekla in kristalni strukturi. Ph. Portevin sodi, da je za določanje vpliva drobnih strukturnih faz, kot so nitridi, celo boljši kot torzijski preizkus v vročem. Nasprotno pa je z uporabnostjo tega preizkusa za določanje trdnostnih lastnosti jekla pri preoblikovanju. Problem je že v stroju, ki mora omogočati zelo velike deformacij-ske hitrosti. Niso še popolnoma raziskana nape- Tabela 1 tostna stanja v bližini preloma, čeprav je znano, da so triosna. Po ruskih podatkih (Paskov) so deformacijske hitrosti na mestu kontrakcije tudi do 16-krat večje kot jih registrira stroj. To povečanje hitrosti deformacije na mestu kontrakcije pa je zelo odvisno od temperature, vrste jekla in oblike preizkušanca. Korelacija z napetostmi pri vroči predelavi je skorajda nemogoča. V tabeli 1 so pregledno navedene zaznavnosti posameznih metod preizkušanja predelavnosti jekla (3). Vidimo torej, da je torziranje v vročem edini preizkus, ki v vseh pogledih zadovoljuje. Je dovolj občutljiv za vrsto in stanje jekla, daje dokaj velike preoblikovalne hitrosti, objektivno oceni plastičnost jekla in daje dovolj realne podatke o preoblikovalnih trdnostih jekla. V naslednjem poglavju sledi zato nekaj podrobnejših podatkov o tem preizkusu in pregled najvažnejših raziskav. TORZIJSKI PREIZKUS V VROČEM 1. Količine, ki označujejo predelavnost. Za račun sile, potrebne za določeno vrsto predelave in dimenzioniranje predelavnih naprav je pomembna količina predelovalna odpornost kw: kw = kf + kn + kt (kp/mm2) (1) Koeficienta kn in kt upoštevata notranje trenje materiala in trenje med materialom in orodjem Preizkus v vročem Količine Kovaški Vtiskanje Upogibanje Udarni upogibni Natezni Udarni tlačni Torzijski Razne formule Kemična sestava — — + — + + + -(0) Stopnja homogenosti — — — — + — + 0 Kristalna 0 + + 0 zgradba Temperatura — — X — X X + X Preoblikovalna hitrost 0 0 — 0 X + + 0 Stopnja preoblikovanja — 0 0 0 — + + 0 Posledice 0 0 0 0 + 0 preoblikovanja Preoblikovalna 0 0 0 0 + + trdnost — - Plastičnost subjektivno — — + + + 0 + 0 Plastičnost objektivno 0 0 0 0 — 0 + 0 Uporabnost za prakso — — + — ± + + 0 Razlaga znakov: zaznavnost (občutljivost, selektivnost, uporabnost) je: 4- dobra, — srednja, 0 slaba, X le v določenem področju. (valjem, kladivom) in sta torej odvisna od postopka predelave. Predelovalna trdnost kf pa je čista lastnost materiala in predstavlja odpornost materiala proti plastični deformaciji pri enoosnem napetostnem stanju. Lueg in Miiller (2) sta s tlačnimi preizkusi ugotovila, da je predelovalna trdnost v eksponencialni zvezi s predelovalno hitrostjo: kf = kfo. ep* (T = konst.) (2) kfo = predelovalna trdnost pri cp = Is-', cp = predelovalna hitrost v s-', T = temperatura v °C. x = eksponent, ki zavisi od predelovalne hitrosti. Ista odvisnost velja tudi za natezni in torzijski preizkus. Deformacija pri torziji je odvisna od oblike preizkušanca in torzijskega (vzvojnega) kota: Y = -p.N (3) Y = deformacija pri torziji (strižni kot), r = polmer preizkušanca, 1 = dolžina preizkušanca N = torzijski kot Predelovalno hitrost lahko nato izrazimo kot spremembo deformacije s časom t: dt (4) M = M, d y dt (T = konst.) (5) M — vrtilni moment v kpem ali kpmm M0 = moment pri predelovalni hitrosti tp =1 s-1 T = temperatura v °C Momenta sta proporcionalna strižnima napetosti-ma t in tq, zato lahko pišemo tudi: T = T, _dy dt (kp/mm2) Faktor x izračunamo iz enačbe (5). V enačbi (4) je izražena predelovalna hitrost s spremembo torzijske deformacije s časom. Ker gre pri predelavi predvsem za natezno enoosno napetostno stanje, je treba najti zvezo med strižno in natezno deformacijo. Rossard in Blain sta jo izračunala po kriteriju Von Mises-a (drsenje po oktaederski ploskvi). Po tem kriteriju je deformacija: Silo, odnosno napetost pri torzijskem preizkusu izračunamo iz momenta — tega namreč med preizkusom merimo. Enačba (2) izražena z momenti se glasi: (6) (x + 3) .M x = -1-7- (kp/mm2) 2 it r3 (7) Po kriteriju Tresca kf = 2-t (8) sledi končna enačba za predelovalno trdnost: (x + 3)M k{ = --- it r3 (kp/mm2) djo | — za nateg V 2 . e — za torzijo |/ . y V~2 e = —=- E = V3 r. 2 it 1. VT (10) Hitrost deformacije (predelovalna hitrost) je potem: dE . r. 2u ---= h =-. n dt n 60 h = 1. V3 r. 2u 1. VT obrati na . za n =--in za n = sekundo obrati na minuto Za zelo razširjeni torzijski preizkušanec, premera 6 mm in dolžine 50 mm (IRSIDov preizkušanec) izračunamo predelovalno hitrost kratko iz enačbe: h = 0,0036 . n (s-1) obr. n — min. Za predelovalno hitrost izraženo z odstotkom deformacije na sekundo pa velja: obr. h = 0,36 . n (% .s-') n • 1:11 ]. Za preizkušanec leobenske šole (premer 10 mm, dolžina 50 mm) pa velja obr. h = 0,60 .n (% .s-') n = Rossard in Blain (4) sta izračunala strižno napetost iz momenta po enačbi: (9) min. Te predelovalne hitrosti veljajo le za površino vzorca. Langervveger in Trenkler (5) sta izmerila tudi aksialne napetosti med torziranjem. Opazne aksi-alne napetosti se pojavijo šele za maksimalnim momentom, to je po nekaj obratih. Maksimalni moment, ki ga rabimo za račun preoblikovalne trdnosti, nastane torej v enoosnem napetostnem stanju. V gama področju so natezne napetosti med 0,4 do 0,85 kp/mm2, v dvofaznem so napetosti tlačne do največ 0,3 kp/mm2, v alfa območju pa zopet majhne tlačne napetosti. Na At in A3 temperaturi ni aksialnih napetosti. Kriterij preoblikovalne sposobnosti jekla (plastičnosti) je število obratov do preloma preizkušan-ca. Razen od vrste jekla zavisi to število še od več drugih faktorjev: oblike vzorca, temperature, vrtilne hitrosti itd. To je zelo objektiven in zanesljiv kriterij, ki ga je lahko uporabiti v praksi. Smatra se, da jeklo ni več sposobno za predelavo (valjanje, kovanje), če vzdrži manj kot 4 do 5 obratov do loma (preizkušanec premera 10 mm in dolžine 50 mm). To velja, če je bil preizkušanec narejen iz predelanega materiala, za lite preizkušance pa bi bil analogen kriterij 1 do 2 obrata do loma. 2. Izvedbe naprav in preizkušanci. V bistvu so si naprave, katerih skice najdemo v strokovni literaturi, zelo podobne (slika 1). Motor A z reduktorjem B vrtita preko sklopke C glavo D, v katero je vpet en konec preizkušanca. Najboljše izvedbe imajo možnost kontinuirnega spreminjanja obratov od 0 do 1000 obr./min. Ker so predelovalne hitrosti v praksi še večje kot jih daje ta preizkus pri 1000 obr./min so v SSSR izdelali stroj, ki mu lahko spreminjajo obrate od 18 do 3000 obr./min. A B C D $ F pf A - Motor B - Reduktor C - Sklopka D- Vrteča glava E-Peč F- Trdna glava D-6S-M Slika 1 Naprava za torzijski preizkus v vročem Preizkušanec je v peči E, ki naj zmore temperature do 1350° C. Navadno imajo peči z navitjem iz platinske žice. Drugi konec preizkušanca je vpet v trdno glavo F, ki pa mora biti v vzdolžni osi preizkušanca gibljiva zaradi dilatacij pri segrevanju. Registrirati je treba naslednje količine: vrtilne momente, obrate do preloma in čas. Spremembe teh količin se lahko prenašajo na registrirni instrument z zelo hitrim pomikom papirja, ali pa se spremembe prenašajo na mehanske ure in te snemajo s filmsko kamero. 3. Vplivi pri preizkušanju. Rezultat preizkusa lahko zelo zavisi od razmer preizkušanja. Pri tem je več faktorjev zelo vplivnih — opisali bomo najvažnejše. a) Vpliv oblike preizkušanca. Danes uporabljajo za natančne meritve izključno preizkušance s posebno merilno dolžino v obliki stanjšanega dela v sredini. 2al pa ni enotnih mer za preizkušance in je s tem zelo otežkočena primerjava rezultatov raznih avtorjev. Langervveger in Trenkler (5) navajata, da obstoja okoli 20 različnih preizkušan-cev s premeri od 3 do 18 mm in merilnimi dolžinami med 2,8 do 190 mm. Ista avtorja predlagata standardni meri: premer 10 mm in dolžino 50 mm. V Franciji, od koder izvira mnogo raziskav prede-lovalnosti jekla pa imajo tele mere: premer 6 mm in dolžino 50 mm. O S O o O -O O 50 40 30 20 10 Premer preizkušan co 10 mm / 1250° 1200°. 1100 1000° 10 20 30 40 50 Dolžino v mm 100 D-69-OH Slika 2 Odvisnost števila obratov do preloma od merilne dolžine Langervveger in Trenkler (5) sta obširno raziskovala vpliv oblike preizkušanca. Za različne premere med 6 in 12 mm nista našla zakonitih razlik, dočim so očitne razlike pri različnih dolžinah (od-nosno volumnih). Slika 2 kaže število obratov do preloma v odvisnosti od merilne dolžine (pri enakem premeru 10 mm). Z dolžino torej zelo narašča število obratov do preloma. Slika 3 pa kaže naraščanje obratov z večanjem preoblikovalnega volumna. Ni pa od volumna odvisna preoblikovalna trdnost. D 6 o O O -Q O 70 60 50 40 30 20 Predelovalna hitrost 0,5 s'1 -Temperatura 1100 °C Jeklo Ck 15 kf H o U °~> v to i to tx ■Si O Nf-V CD ■e. O tO v O o % IN 6 £ •»j o -h-N o g o $ ž* 70 -Jeklo C 45 £ 60 i ~ A T izračunana 3 50 _po formuli ^ / S /# -2 40 / o-30 f20 §10 ** " AT določena s preizkusi ......... 1 1 M 1 III 1 1 7 5 10 50 100 400 Vrtilna hitrost v obr na minuto 1-69-OH Slika 4 Segrevanje jekla med preizkusom c) Vpliv temperature preizkušanja. Diagram na sliki 5 prikazuje plastične lastnosti nekaj vrst jekel v odvisnosti od temperature preizkušanja (3). Različna jekla imajo zelo različne tipe krivulj, vendar se lahko tudi različne taline istega jekla zelo razlikujejo med seboj, posebno v številih obratov do loma. V splošnem lahko rečemo, da v gama področju obrati do loma rastejo do neke optimalne predelovalne temperature, nato pa padajo. V dvofaznem področju (alfa + gama) je predeloval-nost običajno slabša, pod Ai točko pa lahko zopet malo naraste. Pri jeklu St 00, ki je nagnjeno k lomu v rdečem žaru, je predelovalnost v območju 900 do 1100° C izrazito nizka. d) Vpliv hitrosti preizkušanja. Slika 6 prikazuje odvisnost števila obratov do loma od vrtilne hitrosti (obr./min logaritmično) in v dveh loga-ritmičnih koordinatah odvisnost maksimalnega momenta od vrtilne hitrosti (5). Leva diagrama veljata za jeklo C 15, desna pa za Ck45. Dočim maksimalni moment pri obeh jeklih linearno narašča z logaritmom vrtilne hitrosti je odvisnost obratov do loma manj enostavna. Pri jeklu Ck 45 z večjo vrtilno hitrostjo narašča število obratov do loma do maksimuma, nato pa pada. To padanje Slika 5 Plastičnost nekaterih vrst jekel razlagajo s tem, da začne deformacijska hitrost presegati rekristalizacijsko. Pri jeklu C 15 pa je naraščanje obratov do loma — razen pri nižjih temperaturah — manj očitno. e) Vpliv sestave jekla. Legirni elementi ne vplivajo na preoblikovalnost jekla vedno le dobro ali Slika 6 Število obratov do loma in maksimalni moment v odvisnosti od vrtilne hitrosti 7 _I_l_i_i_i_i-1- 600 800 1000 1200 1400 Temperatura. v °C - C 15 ---St 37, nepomirjen —•—• S t 00, lomljiv v rdečem žaru ............ 100 Cr6 (OCR 4) _x—x XCrNi Ti 18 8 (Prokron 11 spec.) —o—o 9 S Mn 23 (jeklo za avtomate) slabo. Nekateri od njih vplivajo včasih slabo, v določenih količinah ali zvezah pa celo dobro. Aluminij: če je vezan v nitride vpliva slabo, v avtomatskih jeklih z S pa vpliva dobro. Antimon, arzen, svinec, bor, baker, molibden, niob, kisik, selen, silicij, dušik, bizmut, volfram, in kositer poslabšajo predelavnost jekla. Znan in zelo raziskan je tudi škodljiv vpliv žvepla (lom v rdečem in belem žaru). Predelavnost avtomatskih jekel z žveplom izboljšamo s povišano količino Mn, katerega sulfidi se pri strjevanju jekla ne razporejajo v kristalnih mejah. Cer in druge redke zemlje pri nekaterih legiranih jeklih izboljšajo predelavnost. Krom do 12% poslabšuje predelavnost, nad to količino pa jo izredno izboljša. Prav pri feritnih jeklih so dosegli do sedaj največ obratov do loma (več kot 2000). Ogljik: na osnovi starejših raziskav je razširjeno mišljenje, da imajo najboljšo predelavnost jekla z 0,15 % C. Novejše raziskave tega niso mogle potrditi, niti niso mogle odkriti druge jasne odvisnosti. V nerjavečih avstenitnih jeklih pa ogljik zelo znižuje predelavnost. Vpliv kobalta ni raziskan. Mangan in nikelj izboljšata predelavnost. Fosfor nima očitnega vpliva. V a -nadij ugodno vpliva do 1,6%, nad to količino nima vpliva. Vodik je brez vpliva. C i r k o n izboljša predelavnost, posebno pri legiranih jeklih. 10 20 30 40 50 60 Količina delta ferita 70 80 90 100 v % f) Vpliv strukturnih nehomogenosti: Večje količine vključkov odnosno k i s i ka povzročajo težave pri valjanju. Nad 400 ppm kisika sko raj že onemogoča predelavo pod 1100° C. Zanimiv je vpliv odnosa alfa in gama faze na predelavnost. Že pri nelegiranih jeklih je predelavnost v dvo-faznem območju zelo slaba. Bolj važen pa je vpliv dvofazne strukture v CrNi jeklih. To področje je raziskovalo že več avtorjev, kajti že desetletja obstoja problem predelave teh jekel zaradi vpliva dvofaznosti. Diagram na sliki 7 (po Elfmarku) kaže odvisnost predelavnosti (obratov do loma) od količine delta ferita v jeklu. Preizkušana jekla so vsebovala 24 % Cr in razne količine Ni. Pri avstenitnih jeklih pada predelavnost z večjo količino delta ferita do minimuma pri okoli 30 % delta ferita. Cista feritna jekla pa imajo zelo dobro predelavnost. 900 1100 Slika 7 Predelavnost jekel z različnimi količinami delta ferita Temperatura v °C Slika 8 Predelavnost litega in kovanega jekla g) Vpliv litega ali predelanega stanja. Na iliki 8 je prikazan primer odvisnosti predelavnosti od temperature za dve stanji: lito (kontinuirni liv) in kovano za jeklo C 10 (5). V litem stanju je praviloma predelavnost slabša, vendar je v osnovi potek krivulj »predelavnost-temperatura« isti. Le pod Ai točko lito jeklo ne kaže maksimuma, ki je značilen za predelano jeklo. Jeklo predelujemo sicer v obeh stanjih — prva predelava gre v litem stanju, naslednja pa že v delno predelanem. Največkrat je tudi res, da če jeklo vzdrži prvo predelavo, vzdrži tudi naslednje. To bi pomenilo, da je v nekaterih primerih neobhodno potrebno preizkušati jeklo v litem stanju, posebno če gre za kritične primere preoblikovalnosti nekega jekla. Po drugi strani pa opazimo, da večina raziskovalnih del temelji na preizkušanju predelanega jekla. Celo predlog za standardno preizkušanje jekla pred valjanjem predvideva ulit je probe in nato skovanje v utopu na pravilno obliko. Izgleda torej, da lahko določimo kriterij preoblikovalnosti tudi če so vzorci iz predelanega jekla. REZULTATI PREIZKUŠANJA PREDELAVNOSTI Stroj za torzijske preizkuse na Metalurškem inštitutu. Za izdelavo tega stroja smo uporabili staro stružnico za izdelavo vijakov (TRUVOX), ki smo jo dobili v Železarni Ravne. Pogonski del smo spremenili tako, da omogoča spremembe vrtilnih hitrosti od 0,5 do 600 obratov na minuto v več stopnjah. Med obema vpenjalnima glavama je silitna peč za temperature do 1350° C. Preizkušanec je zaščiten pred neposrednim sevanjem silitov s cevjo iz ognja varnega jekla. Zaradi tega je tudi nihanje temperature preizkušanca minimalno (±2°C). Merjenje obratov. Jeziček na sklopki sproži ob polnem obratu rele, ki posreduje signal elektromagnetnemu števcu, števec je na tabli, ki jo snema filmska kamera. Merjenje momentov: Glava, ki se med preizkusom ne vrti je pritrjena s 100 mm dolgo in 5 mm debelo vzmetjo, ki s svojo elastičnostjo služi tudi za merjenje momentov. Moment, odnosno pot vzmeti se prenaša na mehanično uro na tabli za snemanje. Vzmet je izmenljiva. Za preje omenjeno vzmet smo izmerili odvisnost odklona na mehanični uri od momenta tako, da smo v glavo vpeli ročico dolgo 500 mm, in jo obremenjevali z utežmi. Registracija količin. Vsi merilci — števec obratov, ura za momente in stoparica za merjenje časa — so zbrani v tabli, katero snemamo z razdalje 1 m s 16 milimetrsko kamero. Za kratke preizkuse je snemanje neprekinjeno s frekvenco 8 ali 16 slik na sekundo, za daljše preizkuse (zelo plastična jekla ali majhne vrtilne hitrosti) pa zadostujejo posamezni posnetki vsakih nekaj sekund. S projiciranjem filma z navadnim diapozitivnim projektorjem lahko registriramo vse količine — čas, obrate in odklon zaradi momenta. Za zelo natančne meritve je treba nato narisati diagram odvisnosti momenta od števila obratov. Preizkusili smo jekla: C.5421 — ECN 200 C.9683 — BRU Č.6980 — BRC in C.4570 — Prokron 2 spec., katerih sestave so na tabeli 2. Tabela 2 — Sestave preizkušanih jekel Element ECN 200 C 5421 talina: 41190 BRU C.9683 talina: 13564 BRC C.6980 talina: 14252 Prokron 2 spec. C.4570 talina: 44547 C 0,16 1,18 0,78 0,22 Si 0,27 0,29 0,24 0,36 Mn 0,45 4,03 0,32 0,59 P 0,012 0,063 0,034 S 0,022 0,006 0,004 0,018 Cr 1,89 4,09 4,13 17,3 Ni 1,94 0,25 0,40 1,79 Mo 0,03 0,60 0,60 0,14 V 0,01 3,46 1,5 W 9,55 18,6 Co 9,50 5,06 Cu 0,15 0,17 0,12 0,15 Alt 0,004 Jekli ECN 200 in Prokron 2 spec. sta bili uliti v kokilo O KG V 255, jekli BRU in BRC pa v kokilo OSZK 240. Dimenzije blokov in lege preizkušancev so prikazane na sliki 9. Mere preizkušancev: Prvotno smo se odločili za preizkušance z merami 0 10 mm, 1 = 50 mm. Pri začetnih preizkusih z brzoreznimi jekli, ki imajo zelo visoko predelovalno trdnost, smo opazili, da so stroj in naprave na njem (sklopka, čeljusti) preslabi za momente, ki nastopajo pod 1000° C. Zato smo se odločili za standardni preizkušanec z merami: premer 6 mm in dolžina 50 mm. Preizkušanje predelavnosti z vzorci iz zunanje plasti bloka: Zunanja plast v bloku, ki se prva in najhitreje ohladi pri ulivanju jekla v kokilo, je najbolj drobnozrnata in homogena in predelava bloka je predvsem odvisna od te plasti. Zato so pri preizkušanju predelavnosti najbolj važni rezultati, ki jih dobimo z vzorci iz te plasti. S temi Ingot O KG V 255 «255 Lega vzorcev v prečnem prerezu bloka 1 zunanja 2 srednja 3 notranja o. ■g Ingot OSZK 240 2A0 Qi •10 / \ 1 zunanja 2 srednja 3 notranja Slika 9 Lega vzorcev v prečnem prerezu bloka rezultati bomo torej vrednostili predelavnost jekel. Odvisnost predelavnosti (števila obratov do preloma) od temperature, kaže slika10. — Jeklo ECN 200 doseže najboljšo predelavnost med 1300 in 1350° C in sicer okoli 60 obratov do preloma. Pri nižjih temperaturah se predelavnost slabša in doseže pri 900° C le 15 obratov. — Pri brzoreznih jeklih BRU in BRC je najboljša predelavnost pri 1200° C. Manj kot 2 obrata do preloma dosežeta ti jekli pri 1225° C (BRU) odnosno 1250° C (BRC) pri višji temperaturi (1250 odnosno 1275° C) pa se zlomita takoj in praktično brez momenta. Relativno dobro predelavnost kažeta obe jekli do 900° C. — Jeklo Prokron 2 spec. ima relativno ozek interval optimalne predelavnosti med 1050 in 1300° C. Iz teh rezultatov moremo predpisati optimalni temperaturni interval valjanja, odnosno kovanja. Za zgornjo temperaturo tega intervala ni težav, ker pri vseh jeklih po prekoračitvi določene temperature predelavnost naglo pade. Zaradi varnosti predlagamo 20 do 30° C nižjo zgornjo temperaturo intervala. Težje je določiti spodnjo temperaturo vroče predelave. Jeklo ECN 200 ima npr. še pri 900° C zelo dobro predelavnost. Pri takih jeklih bodo o spodnji temperaturi vroče predelave odločale druge zahteve, npr. struktura ali mehanske lastnosti po vročem valjanju. Pri jeklih, ki se težje predelujejo, pa naj bi o spodnji temperaturi predelave odločal določen minimum obratov do preloma, ki ga jeklo še doseže. Za naš preizkušanec in lito stanje v katerem smo jekla preizkušali, smo se odločili za najmanj 2 obrata do preloma (to vprašanje je tudi v strokovni literaturi zelo sporno). V praksi bo tudi lahko predelavnost pri nižjih temperaturah boljša kot jo pa določimo s torzij-skim preizkusom — predelava namreč začne pri višji temperaturi in poteka diskontinuirno do nižjih temperatur, pri katerih je lita struktura že bolj ali manj razbita. 74 obratov v minuti Vzorci iz zunanje plasti bloka -----• C. 4570 - Prokron 2 spec. Temperatura v "C Slika 10 Predelavnost preizkušanih jekel v odvisnosti od temperature Na osnovi rezultatov navajamo na tabeli 3 zgornjo temperaturo in optimalni temperaturni interval vroče predelave. Tabela 3 — Temperature vroče predelave Število obratov do preloma npr pri spodnji temperaturi tega področja pomnožimo s srednjim naraščanjem števila obratov v tem področju n/200° P = n n/200° Jeklo Zgornja temperatura vroče predelave °C Optimalni interval vroče predelave °C ECN 200 1350 1320 BRU 1200 1170— 925 BRC 1200 1170— 900 Prokron 2 spec. 1300 1270—1050 Faktor predelavnosti P: (predlaga J. Langer-weger): Izberemo 200° C široko optimalno področje predelavnosti: ECN 200 1100—1300 BRU 950—1150 BRC 1000—1200 Prokron 2 sp. 1100—1300 1 60 Na tabeli 4 so navedeni rezultati po tej enačbi za preiskovana jekla. Tabela 4 — Faktorji predelavnosti Naraščanje Faktor Jeklo nPr predelavnosti predelavnosti n/200° P ECN 200 27 0,18 4,86 BRU 3 0,014 0,042 BRC 2,4 0,0155 0,037 Prokron 2 sp. 3,5 0,0335 0,117 Ti faktorji najbolj izrazito pokažejo razlike v predelavnosti posameznih jekel. Torzijski momenti: Na sliki 11 so narisane krivulje odvisnosti maksimalnega momenta od tem- 6 o £ C opMHpyeMocTbio cTaAH b ropjmeM coctohhhh o6o3Ha-qaeM MexaHHHecKoe noBeAeHHe npn AeiicTBHH TeiunepaTypbi h AeeJ>op-Maumi. B HaqaAe CTaTbH onncaH cnoco6 onpeAeAeHHH AeopMHpye-mocth CTaAH B rophopMa o6pa3aa, TeMna HcnbiTaHHH, SbicTpoTa Ae^JopMauHH, cocTaB h CTpyKTypa CTaAH hta. HccAeAOBaHHe BbinoA-hcho Ha cTaAHX MapKH: ECN 200, BRU, BRC h Prokron 2 spec. OnpeAeAeH otrrHMaAbHbiii TeMnepaTypHbiS HHTepBaA aah ropn^efl 06pa60TKH 3THX COpTOB CTaAH H BH3KOCTH Ae^lOpMaHHH.