TEM raziskave popuščnih efektov orodnega jekla Č. 4850 - OCR 12 VM
Viktor Kraševec, Jože Rodič
UDK: 620.187:621.385.833.22: 621.385.833.4:669.15-194.58 669.14.018.25
ASM/SLA: TSh, M 21e, M 22h, N 7, N 8a
S TEM in ED so bili raziskovani popuščni efekti v visokolegiranih orodnih jeklih. Med popuščanjem pride do izločanja karbidov, ki imajo v začetku (lh pri 100, oz. 200 °C) slabo definirano obliko in strukturo ter velikost okrog 100 A, v končni stopnji (lh 550 oz. 600 °C) pa obliko od 500 do 1000 A debelih in okrog 0.5 \xm dolgih lamel z orto-rombsko strukturo Fe3 C. Poleg tega je bilo ugotovljeno tudi, da se struktura in sestava primarnih karbidov vrste Cr7 C3 s približno sestavo (Cr 2,b Fei 98V0>34Mo0jll J C3 med popuščanjem ni bistveno spremenila. Dobljeni rezultati so bili primerjani z rezultati drugih raziskav lastnosti, analize kemične sestave in rentgenske strukturne analize.
UVOD
Preiskave s transmisijsko elektronsko mikroskopijo (TEM) in z elektronskim uklonom (ED) predstavljajo za raziskave visokolegiranih orodnih jekel ledeburitnega tipa novo, zelo zanimivo področje, ki ima velik pomen. Posebno pomembna je lahko ta raziskovalna tehnika pri raziskovanju vplivov toplotne obdelave, predvsem pa pri spoznavanju vplivov strukturnih sprememb pri popuščanju na lastnosti jekel. Že po nekaj uvodnih raziskavah lahko trdimo, da sta na tem področju ti dve preiskovalni metodi nepogrešljivi.
V okviru obsežnega projekta raziskav visokolegiranih orodnih jekel ledeburitnega tipa101 so bile med drugim opravljene sistematične raziskave vplivov kemijske sestave in toplotne obdelave v širokem območju variacij na žilavost, preizkušano po novi metodi železarne Ravne155.
Pri teh raziskavah, planiranih z modeli za optimalno vrednotenje z metodami matematične statistike, so bile ugotovljene zelo pomembne kore-lacije in kvantitativno izraženi vplivi legirnih elementov ter vplivi pogojev toplotne obdelave na žilavost.
Vse te odvisnosti so seveda samo matematično izražene odvisnosti, katere pa želimo znanstveno
Dr. Viktor Kraševec je znanstveni sodelavec inštituta »Jožef Štefan« v Ljubljani.
Jože Rodič je diplomirani inženir metalurgije in vodja službe za razvoj tehnologije, izdelkov in metalurške raziskave v Železarni Ravne.
pojasniti, kar tudi moramo, če jih hočemo v tehnologiji obvladati. Pri tem metalografskih preiskav ne moremo pogrešati.
Precej ugotovljenih korelacij, vplivov na spremembe trdote in žilavosti smo pojasnili s klasičnimi metalografskimi preiskavami osnovne mikrostrukture, velikosti in oblik avstenitnega zrna ter karbidov135. Te preiskave smo povezovali s preiskavami neenakomernosti karbidnih izcej in z analizami porazdelitve velikosti karbidov na kvantitativnem mikroskopu144. Karakteristične porazdelitve koncentracij posameznih elementov ter tipe in sestave karbidov smo študirali z elektronskim mi-kroanalizatorjem4, z elektrolitsko izolacijo karbidov in analizami izolatov na rentgenskem difrakto-metru7'135. Pomembne odvisnosti smo odkrili z ugotavljanjem količine faz, posebno zaostalega avstenita s pomočjo kvantitativne rentgenske di-fraktometrije. Tudi z dilatometrsko metodiko preiskav, z diferenčno termičnimi analizami in z akustično emisijo smo spremljali strukturne premene135. Pri študiju mehanizmov lomljenja žila-vostnih vzorcev smo si veliko pomagali z rastrsko elektronsko mikroskopijo145, pri čemer smo uporabljali preiskave prelomnih ploskev, jedkanih metalografskih obrusov in površin preizkušancev po elektrolitski izolaciji karbidov z REM povečavami od 100 X do 20.000 X.
Pri peizkušancih istega jekla, ki so bili vsi enako kaljeni, smo ugotavljali bistvene razlike žilavosti v odvisnosti od popuščanja. To je popolnoma razumljivo in kjer pride do teh sprememb zaradi premene zaostalega avstenita v martenzit in naprej preko nizko popuščanega martenzita do tipičnih popuščnih struktur, je to lahko pojasniti s klasično mikroskopijo in z REM pri večjih povečavah, ker so opazne očitne razlike v mikrostrukturah.
V določenih ožjih temperaturnih območjih popuščanja pa pride do očitnih sprememb žilavosti, katerih pa s preiskavami prej navedenih metod ni bilo mogoče pojasniti, ker gre po našem mnenju za vplive izločanja submikroskopskih delcev, katerih odkrivanje pa je zaradi premajhne ločljivosti optičnega mikroskopa in tudi REM nemogoče.
Zato smo si zastavili nalogo, da bi nekatere popuščne efekte poskušali pojasniti s preiskavami TEM in ED.
Za te raziskave smo iztoraili serijo vzorcev jekla C 4850 — OCR 12 VM. To jeklo iz proizvodnega
ŽEZB U (1977) štev. 2 Tem raziskave popuščnih efektov orodnega jekla C 4850 — OCR 12 VM
programa železarne je eno izmed 11 različnih vrst visokolegiranih orodnih jekel ledeburitnega tipa, ki jih sistematično raziskujemo v okviru prej omenjenega raziskovalno razvojnega projekta železarne Ravne.
Vzorci tega jekla, vsi iz iste šarže z oznako »P« so imeli naslednjo kemično sestavo:
C =1,52%; Cr = 11,4 %; W = 0,10 %; Mo = = 0,82 °/o; V = 0,92 %; Ni = 0,18 %; Si = 0,13 %; Mn = 0,31 %; S = 0,006 %; P = 0,026 %; Cu = = 0,18 %.
Vsi preiskovani vzorci so bili enako kaljeni s temperature 1040° C v olju in nato popuščani po eno uro
—	vzorec P 52 pri 100° C,
—	vzorec P 53 pri 200° C,
—	vzorec P 54 pri 250° C,
—	vzorec P 55 pri 300° C,
—	vzorec P 56 pri 400° C,
—	vzorec P 57 pri 500° C,
—	vzorec P 58 pri 550° C,
—	vzorec P 59 pri 600° C.
HRC - Trdota po kaljenju m popuščanju P - Maksimalna sila loma N x 10 i IV - Porabljeno delo J x 10 T • Relativni čas loma s x 10'4
100 m, m
200 300 400 Popuščanje °C ■
Slika 1
Odvisnost trdote in žilavosti jekla Č.4850 0CR 12 VM od temperature popuščanja
Fig. 1
The dependence of the hardness and the impact propertie of steel Č.485G-OCR 12 VM on the annealing temperature
Slika 1 prikazuje osnovne lastnosti teh vzorcev, ugotovljene z meritvami trdot HRC in s preizkušanjem žilavosti po metodi železarne Ravne, s katero dobimo podatke o maksimalni sili loma P, relativnem času loma t in porabljenem delu za zlom preizkušanca W. Krivulje prikazujejo dobro korelacijo teh meritev in spremembe posameznih lastnosti pod vplivom popuščanja. Metalografski posnetki kažejo razlike, kakršne ugotavljamo z optično mikroskopijo. V mikrostrukturah najdemo poleg tipičnih karbidov v osnovni matici naslednje strukturne komponente:
—	pri popuščanju na 250° C (vzorec P 54) je tipična struktura nizko popuščenega martenzita in zaostali avstenit z jasno izraženimi mejami avstenitnih zrn,
—	pri popuščanju na 500° C (vzorec P 57) dobimo tipičen igličasti bainit,
—	pri popuščanju na 600° C (vzorec P 59) pa že nastane značilna popuščna struktura krogličastega zgornjega bainita.
K tem podatkom lahko dodamo še rezultate meritev zaostalega avstenita na rentgenskem di-fraktometru. Vzorci jekla šarže »P« so imeli za kalilno temperaturo 1040° C naslednje vsebnosti zaostalega avstenita:
—	v kaljenem stanju.....14,3 %,
—	po popuščanju na 300° C . . . 13,7 %,
—	po popuščanju na 550° C ... 1,4 %,
—	po popuščanju na 600° C . . pod 1 %.
Za TEM raziskave so bili vzorci pripravljeni na običajni način, in sicer razrezani z žično abrazivno žago na nekaj desetink mm debele ploščice, ki so bile zatem rahlo zbrušene z obeh strani na mokrem karborundnem papirju 220. Iz ploščic so bili nato izrezani z votlim abrazivnim svedrom diski s premerom 3,2 mm, nakar so bili vzorci elektro-spolirani z obeh strani v elektrolitu s sestavo led-ocetna kislina + 25 % perklorne kisline + 1—3 % solitrne kisline na ustrezno debelino, ki je bila transparentna za 100 keV elektrone v Siemenso-vem eleiktronskem mikroskopu Elmiskop I. A.
Vzorca P 56 in P 57 zaradi omejenega obsega raziskav nista bila raziskovana, kar pa, kot bo iz nadaljnjega razvidno, ne vpliva na nekatere zaključke teh preliminarnih raziskav.
REZULTATI IN DISKUSIJA REZULTATOV
Na sliki 2 a in b je prikazana tipična mikro-struktura vzorca P 52, ki jo tvorijo v glavnem snopiči martenzitnih lamel, v -večini primerov tanjših od 0,2 um in posamezne večje lamele (L), vsebujoče drobne dvojčke (A). V posameznih lamelah je viden fini črtasti kontrast (n. pr. pri B). Na sliki 2 a sta vidna tudi dva velika izločka, pripadajoča vrsti izločkov, ki so v nadaljnjem tekstu označeni z I. Na uklonski sliki 2 c so poleg krogov Kj in K2,
ZEZB 11 (1977) štev. 2
orientacijske razlike med posameznimi lamelami majhne — skupine refleksov na posameznem krogu pripadajo eni družini lamel — in da refleksa K, in K2 pripadata osnovi s skoraj kubično strukturo. Slednje je v skladu z ugotovitvijo Kurdjumova in Lyssaka, da v visokoogljičnih jeiklih že v prvi stopnji popuščanja primarni martenzit (faza a') razpade v nizkoogljični martenzit (faza a") z razmerjem osi med 1,012—1,013 in prehodne karbidne izločke2.
Črtasti kontrast v posameznih lamelah (B) predstavlja zelo fina dislokacijska omrežja, ki so verjetno — z ozirom na toplotno obdelavo vzorca — že rahlo dekorirana z izločki (II. — sekundarni karbidi).
Medmrežne razdalje dhkl označenih refleksov hkl na sliki 2 c so bile določene na ta način, da je bila uklonska slika interno kalibrirana z ozirom na pripadajoči medmrežni razdalji osnove (a—Fe) t. j. dno in d211, ki sta približno 2,03 in 1,17 A.
Ugotovljeno je bilo, da se te medmrežne razdalje odlično ujemajo s strukturo, oziroma super-strukturo kompleksnega karbida (Cr2,s Fe4 , Mo o,i ) C3 (ASTM kartica 22-211). Omenjeni karbid ima heksagonalno strukturo z a0 = 13,982 A, c = = 4,506 A in c/a = 0,332 ter pripada karbidom vrste M7 C3 s strukturo Cr7C3. Za ta strukturni tip karbida pa je znano,3 da ima zelo visoko topnost za železo (Me/Fe = 0,6) ter znatno za vanadij (Me/V = = 0,16) in molibden (Me/Ms = 0,055), ki sta pomembnejša dodatka raziskovanega jekla. Z ozirom na to in v skladu z rezultati preiskav jekla Č.4850--OCR-12 VM na elektronskem mikroanalizatorju4 je mogoče zaključiti, da je izloček I kompleksni karbid (Cra — Fef3 — Vy — Mo5) C3, pri čemer je a + P + r + 5 = 7 in a = (3 > y =» 5 s strukturo, oziroma dhkI-i določenimi s kartico ASTM 22-211.
Na sliki 3 je prikazana tipična mikro-struktura vzorca P 53 (lh/200 °C). Poleg snopičev skoraj vzporednih lamel je lepo viden izloček vrste I z množico vzporednih črt v notranjosti, ki so posledica kompleksne strukture karbida. Oblika izločka je skoraj okrogla s premerom približno 0,7 |rm, kar lahko pomeni, da je izloček ravnotežnega značaja. Temne prečne črte v posameznih lamelah (B) predstavljajo izločke, najverjetneje ob dislakacijah (in-tralamelarno izločanje), čeprav je jasno vidno že tudi interlamelarno izločanje (npr. pri X). Čeprav izločki niso bili direktno identificirani z elektronskim uklonom gre zelo verjetno za izločanje sekundarnega karbida v — Fe2C z ortorombsko strukturo.5
Na sliki 4a je pokazan skupek karbidov I v vzorcu P 53 z lepo vidnimi strukturnimi tvorbami v notranjosti. Slika 4b je ustrezna uklonska slika, posneta z dveh različno orientiranih izločkov It in I2. Razpotegnjeni refleksi (streaks) pričajo, da vzporedne svetlo-temne proge v izločkih predstavljajo planarne napake, ki so lahko napake v zložitvi
ki predstavljata množico refleksov iz osnove z enako medmrežno razdaljo (K,~ dno in K2 ~ d211), vidni tudi regularno razporejeni refleksi, ki pripadajo izločku vrste I.
Prikazane mikrostrukturne tvorbe, z izjemo izločkov I, so običajne za jekla z visoko vsebnostjo ogljika'. Iz uklonske slike 2 c je razvidno še, da so
Slika 2
(a in b) Tipična mikrostruktura vzorca P 52, ki je bil popu-ščen lh pri 100 °C, I-primarni karbid, (c) uklonska slika iz področja, ki je vsebovalo primarni karbid. Refleksi na krogih K, in K, pripadajo lamelni osnovi, oštevilčeni refleksi (heksagonalna rotacija z nemim tretjim indeksom) pa pripadajo primarnemu karbidu.
Fig. 2
(a and b) A typical microstructure of the specimen P 52 (lh/100° C; the primary carbide is denoted by I (c) the dif-fraction pattern taken from the region containing the pri-mary carbide. Reflections vvhich form the circles K, and K, belong to the lamellar base; indexed reflections (hexa-gonal notation vvith the omitted third index) belong to the primary carbide.
ŽEZB II (1977) štev. 2 Tem raziskave popušenih efektov orodnega jekla C 4850 — OCR 12 VM
Slika 3
Mikrostruktura vzorca P 53 (lh/200 "C) z začetki interlamel-nega (x) in intralamelarnega (B) izločanja sekundarnih karbidov
Fig. 3
The microstructure ot the specimen P 53 (lh/200"C). Note the early stage ot the inter- (x) and intralamellar (B) pre-cipitation of the secondary carbides.
plasti (stacking faults) ali posledica regularne ne-stehiometrične zložitve atomov v določeni krista-lografski ravnmi (strižna struktura).
Iz slike 5a, ki predstavlja področje vzorca P 54 (lh/250°C), je razvidno, da so sekundarni izločki II tako v lamelah kot med njimi postali večji in redkejši. Na uklonski sliki (si. 5b) iz tega področja so poleg refleksov K( in K2, ki pripadajo osnovi, vidni tudi znatno šibkejši refleksi (K'), ki nastopajo ali v posameznih parih ali tvorijo nepopolne kroge. Med-mrežne razdalje teh refleksov, ki so bile dobljene podobno kot v primeru izločkov I, so primerljive z medmrežnimi razdaljami cementita Fe3C z orto-rombsko strukturo (ASTM kartica 6-0688) in konstantami osnovne celice a = 4,5234 A, b = 5,0883A, c = 6,7426 A. S pomočjo slik v temnem polju je bila ugotovljena zveza med izločki II na sliki 5a in šibkimi refleksi cementita na sliki 5b.
Iz slike 6, ki prikazuje področje vzorca P 55 (lh/300°C), je podobno kot v predhodnem primeru vidno povečanje sekundarnih karbidov. Poleg
Slika 4
(a) Skupek primarnih karbidov v vzorcu P 53 (lh/200°C) s pripadajočo uklonsko sliko (b)
Fig. 4
(a) a cluster of primary carbides in the specimen P 53 (lh/200° C) vvith the corresponding diffraction pattern (b)
tega je, tako iz TEM posnetka kot iz uklonske slike razviden začetek preorientacije med lamelami, kar je pravzaprav presenetljivo z ozirom na relativno nizko temperaturo popuščanja (300 °C), saj je npr. znano,6 da pride do omembe vrednega okrevanja strukturnih defektov šele med popuščanjem nad 400 °C, kar pa je seveda odvisno od vpliva dodanih elementov.
Na sliki 7a sta prikazani obe vrsti izločkov, veliki ovalni izločki primarnih karbidov I in igličasti oz. lameralni sekundarni karbidi II. v vzorcu P 58 (lh/550°C). Na sliki 7b .sta prikazani dve skupini usmerjenih karbidov II, ki so nastali kot posledica interlamelarnega izločanja. Meje med posameznimi lamelami so skoraj izginile, čeprav, kot je razvidno
ŽEZB 11 (1977) štev. 2
Slika 5
(a) Primarni karbid (I) in sekundarni karbidi (II) v vzorcu P 54 (lh/250°C). Na pripadajoči uklonski sliki so vidni cementitni refleksi (K')
Fig. 5
(a) The primary carbide (I) and the secondary carbides (II) in the specimen P 54 (17250° C); In the corresponding dif-fraction pattern the cementite reflections (K') are visible.
iz uklonske slike, še vedno obstajajo manjše razlike v orientaciji med posameznimi področji (npr. skupina refleksov 011, ki ležijo na krogu K^ slika 7c). Iz slike 7c je tudi razvidno nadaljnje povečanje intenzitete cementitnih refleksov.
Na sliki 7d je prikazana uklons'ka slika z razmeroma velike monokristalne osnove z orientacijo <111>, pri čemer so cementitni refleksi »zastrti«.
Slika 7e predstavlja uklonsko sliko s področja, ki je vsebovalo osnovo (K1( K2), izloček I (relativno močni regularni in superstrukturni refleksi) ter iz-
Slika 6
(a) Mikrostruktura vzorca P 55 (17300 °C). Sekundarni karbidi so večji in pripadajoči refleksi izrazitejši
Fig. 6
(a) The microstructure of the specimen P 55 (17300° C). The secondary carbides are larger and the corresponding reflections (b) are more pronounced.
loček II (šibki, v glavnem neregularno razporejeni refleksi). Tudi v tem primeru je bilo možno regularne in superstrukturne refldkse pripisati kompleksnem karbidu vrste I, oziroma ni bilo mogoče ugotoviti razlike v primeri s karbidom, ki je povzročil uklon, prikazan na sliki 2c, vzorec P 52).
Na levi strani slike 8a je prikazana končna faza sekundarnega izločanja. Podobno kot v prejšnjem primeru imajo karbidi obliko 'lamel (interlamelar-ni karbidi). Meje med posameznimi lamelami so iz-
ZEZB 11 (1977) štev. 2 Tem raziskave popuščnih efektov orodnega jekla C 4850 — OCR 12 VM
ginile. Iz uklonske slike (slika 8b), ki je bila posneta v glavnem iz velikega karbida I, prikazanega na sliki 8a, je razvidno, da veliki karbid podobno kot v prejšnjem primeru, ni spremenil strukture in verjetno tudi sestave ne. Večina šibkih refleksov ustreza, podobno kot prej, cementitu oz. ortoromb-skemu karbidu M3C. Poleg tega smo našli še dodatne šibke reflekse, katerim zaenkrat še ni bilo mogoče ugotoviti pripadnosti.
GLAVNE UGOTOVITVE RAZISKAV
Rezultate pričujočih raziskav — v celoti je bilo narejenih 109 posnetkov (55 TEM in 54 ED) — je mogoče strniti v tele zaključke:
Slika 7
(a)	Primarni (I) in sekundarni karbidi (II) v vzorcu P 58
(17550 °C)
(b)	Skupina vzporednih sekundarnih karbidov, ki so nastali
kot posledica interlamelarnega izločanja
(c) Pripadajoča uklonska slika s cementitnimi refleksi
(d) Uklonska slika osnove v orientaciji <111> z »zastrtimi« cementitnimi refleksi
(e) Uklonska slika primarnega karbida
Fig. 7
(a) The primary (I) and the secondary (II) carbides in the specimen P 58 (lh/550° C), (b) a group of parallel secondary carbides formed as a consequence of interlamellar precipi-tation. (c) corresponding diffraction pattern contatining cementite reflections. (d) diffraction pattern from the base in <111> orientation vvith »veiled« cementite reflections. (e) diffraction pattern of the primary carbide.
2EZB 11 (1977) štev. 2
—	med postopnim popuščanjem kaljenih vzorcev pri višjih temperaturah je bil zaznan proces izločanja karbidov vrste M3C (II — sekundarni karbidi);
—	proces izločanja sekundarnih karbidov poteka v več stopnjah (r] — Fe2C-» Fe3C —> M,C(?) ali M 3 + XC) in je močno odvisen od mikrostruktur-nih značilnosti kaljenih vzorcev;
—	struktura in verjetno tudi sestava karbidov vrste M7C3 (I — primarni karbidi) se med popuščanjem vzorcev pri višjih temperaturah ni znatno spremenila. Podrobneje je bilo analiziranih 9 posnetkov izločkov I (M7C3) iz vzorcev P 52, P 53 in P 54 (nizke temperature) ter 11 posnetkov izločkov I iz P 58 in P 59 (visoke temperatue);
—	oblika primarnih karbidov (I) kaže, da ti karbidi nastajajo ali z normalnim izločanjem ter ostanejo nespremenjenih oblik (ovalni karbidi, veliki nekaj desetink mikrona) ali pa imajo zaradi značilnosti v tehnološkem procesu vroče predelave in toplotne obdelave nepravilne oblike (karbidi, veliki nekaj mikronov).
PRIMERJAVA Z REZULTATI OSTALIH RAZISKAV
V tabeli I so prikazani rezultati kemičnih analiz izolatov7 treh vzorcev iz serije P. Tabela vsebuje samo tiste elemente, katerih koncentracije se spreminjajo v večjem obsegu, kot je natančnost določanja koncentracije. V zadnjem stolpiču je prikazano razmerje med številom kovinskih in številom ogljikovih atomov v izolatu (»povprečni karbid«). Iz tabele je razvidno, da to razmerje s toplotno obdelavo vzorcev pri višjih temperaturah narašča, in sicer na račun železovih atomov. Slednje je zelo verjetno posledica sekundarnega izločanja karbidov, tj. procesa, ki je bil zaznan s TEM in ED.
Tabela I: Kemijske analize izolatov
Vzorec	Ut. °/o		sestava izolata v %		R
	izol.	Fe	Cr V Mo	C	
P 51	13,0	31,5	38,4 5,05 3,04	10,2	1,68
P 53	13,7	34	41,5 5,17 2,72	10,4	1,77
P 58	16,6	38,6	37,2 4,28 2,46	8,53	2,13
Iz utežnega razmerja med posameznimi komponentami lahko napišemo atomsko sestavo »povprečnega« karbida v ' aljcnem vzorcu P 51 kot
(Cr2,6 Feli98 V0,34 Moo.ii) C3.
Razmerje med posameznimi komponentami (NFe : Nv : NMo = 60 : 12 : 4) presenetljivo ustreza razmerju med maksimalnimi topnostmi posameznih komponent v karbidu Cr7 C3.3
Na sliki 9 so prikazani rezultati kvantitativne analize na elektronskem mikro analizatorju.4 Iz slike je razvidno, da tudi v tem primeru razmerje med komponentami (NFe: Nv : NMo = 60 : 12 : 4) izredno dobro ustreza razmerju -med maksimalnimi topnostmi omenjenih komponent v karbidu Cr7 C3.3
Slika 8
(a) Sekundarni karbidi (II) in primarni karbid (I) v vzorcu P 59 (lb/600 °C) s pripadajočo uklonsko sliko (b)
Fig. 8
(a) The secondary carbides (II) and the primary carbide (I) in the specimen P 59 (lh/600° C) with the corresponding diffraction pattern (b).
Iz slike 9 je nadalje razvidno, da so med kompaktnimi karbidi in razsejanimi karbidi v kaljenem stanju razlike v sestavi minimalne!
Primerjava med 2 (žarjeno) in 4 (kaljeno) pove, da je v žarjenem stanju koncentracija železa in kroma v razsejanih karbidih večja kot v kaljenem stanju.
2EZB 11 (1977) štev. 2 Tem raziskave popuščnih efektov orodnega jekla C 4850 — OCR 12 VM
Slika 9
Kvantitavna analiza žarjenih in normalno kaljenih vzorcev jekla C.4850-OCR 12 VM na elektronskem mikroana-llzatorju
Fig. 9
A quantitative analysis of annealed and normally quenched specimens of the steel Č.4850-OCR 12 VM made on the electron microanalyzer.
To je lahko posledica izločanja sekundarnih karbidov (Fe3 C), procesa, ki je bil zaznan z TEM in ED, čeprav vemo, da je pri analizi drobnih razsejanih karbidov zajete tudi nekaj več obdajajoče osnove, bogatejše z železom in kromom.
Omembe vredno dejstvo je, da z elektronskim mikroanalizatorjem niso bile ugotovljene bistvene razlike med kaljenim vzorcem (P 51) in vzorcem, ki je bil kaljen ter nato popuščan na 700 °C (P 60), čeprav so TEM raziskave nedvomno pokazale, da pride med naknadnim popuščanjem do intenzivnega izločanja karbidov (Fe3 C).
V tabeli II so prikazane strukturne analize izola-tov, dobljenih sicer na drugi vrsti vzorcev, vendar za jeklo s podobno sestavo.7
Tabela II: Strukturne analize izolatov.7
Vzorec	M7 C, (%)	M„ C, (%)	R
U 51	90	10	2,48
U 53	90	10	2,48
U 58	95	5	2,41
Razmerje med številom kovinskih in ogljikovih atomov (R) v zadnjem stolpiču kaže, v nasprotju s prej ugotovljenimi dejstvi (kemijske in elektronske analize), da pride med naknadnim popuščanjem pri višjih temperaturah do tvorbe karbidov, ki imajo v povprečju manj kovinskih atomov. Za razlago omenjenega dejstva bi bile potrebne dodatne, oz. podrobnejše informacije o strukturnih meritvah.*
ritvah. Naknadna strukturna analiza vzorcev P 51, P 53 in P 58 je pokazala enako razmerje med karbidi vrste M7 C in karbidi vrste M23 C6, in sicer 9 : 1 v vseh treh vzorcih.
NADALJNJI PROGRAM
V dosedanjih raziskavah so bile vse preiskave omejene na vzorce ene vrste jekla, ki so bili vsi enako kaljeni in nato različno popuščam. Z ozirom na dokazan pomen teh raziskav in zanimive ugotovitve bomo pri spoznavanju mehanizmov -sprememb v mikrostrukturi in njihovih vplivov na lastnosti orodnega jekla lahko precej pridobili, če bomo v nadaljnjem programu raziskali še vzorce, toplotno obdelane pri drugačnih pogojih. Predvsem bo zanimiva razširitev teh raziskav na žar-jene vzorce, podkaljene in pregrete pri kaljenju ter ustrezno popuščane.
Poleg tega pa bo zanimiva dopolnitev tudi raziskava drugih jekel iz raziskovalnega projekta v primerjavi z orodnimi jekli na bazi 5 % kroma z variantami ogljika 1 % za delo v hladnem in 0,35 % za delo v vročem ob tipičnih dodatkih molibdena in vanadija.
Ob primerjavah teh jekel naj bi raziskali in medsebojno primerjali naslednja stanja:
—	normalno kaljeno in nizko popuščano,
—	normalno kaljeno in visoko popuščano,
—■ nizko kaljeno in nizko popuščano,
—	visoko kaljeno in visoko popuščano,
—	normalno kaljeno, nizko popuščano in lom-1 j eno pri— 50 °C,
—	normalno kaljeno, visoko popuščano in lom-ljeno pri + 400 °C.
Pri vseh teh pogojih se izvaja v okviru raziskovalnega projekta preizkušanje žilavosti, trdote in spremljajoče preiskave, ki bodo raziskave TEM in ED zelo koristno dopolnile.
ZAKLJUČEK
Pričujoče raziskave so pokazale, da TEM predstavlja pravzaprav edino metodo, ki omogoča direktno in kompetentno spremljati proces izločanja sekundarnih karbidov (nekaj 100 A široke in nekaj desetink mikrona dolge ploščice) med naknadnim segrevanjem kaljenih vzorcev. Nadalje je razvidno, da je proces izločanja sekundarnih karbidov odvisen od mikrostrukturnih značilnosti kaljenega vzorca (lamelama zgradba primarnega mar-tenzita, primarni karbidni izločki, itd.), kar ne-
Opomba na koncu članka
Rezultati opisanih TEM in ED raziskav so plod sodelovanja med železarno Ravne in inštitutom Jožef Štefan v Ljubljani. Preiskave na elektronskem mikroskopu so bile izvršene v okviru raziskovalne naloge U-IL/NG-139 (F-303 SK), ki jo financira raziskovalna skupnost Slovenije. Pri raziskavah je sodeloval tudi abiturient D. Božič, praktikant na IJS, s tem da je pripravil odlične vzorce za TEM raziskave.
Mo%
Jeklo. C 4850 OCR 12 VM	Kvantitativna analiza no elektronskem
Vzorec J, 2 PŽ S-mehko žar/en	mikroanalizatcrju
3,4 P5UkaljenI040°C . ,,., ..... .
v olju	Kompaktni karbidi-zarjeno stanje
2	Razsejani karbidi-skupki v žarjenem stanju
3	Kompaktni karbidi-kaljeno stanje
4	Razsejani karbid-skupki v kaljenem stanju
ŽEZB 11 (1977) štev. 2
dvomno močno vpliva na mehanske lastnosti materiala. Posebej bi bilo potrebno proučiti nastanek in strukturo primarnih ikarbidnih izločkov.
Primerjava rezultatov, dobljenih z različnimi tehnikami, kaže, da lahko edino koordinirane raziskave, ki dopolnjujejo druga drugo, vodijo k uspešnemu študiju tako kompleksnega procesa, kot je utrjevanje materiala z izločanjem karbidov.
Literatura
1.	Kelly P. M., Nutting J., The Martensite Transformation in Carbon Steels, Proceeding of Roval Society, (London) A 259 (1960) strani 45—58
2.	Kurdjumov, G., Lyssak, L., The Application of Single Crystals to the Study of Tempered Martensite, Journal of the Iron and Steel Institute (London) 156, (1947) strani 29
3.	Woodhead, J. H., Quarrel, A. G., Role of Carbides in Low-alloy Creep resisting Steels, Journal of the Iron and Steel Institute (London) 203 (1965) strani 605—620
4.	Rodič, J., Vodopivec, F., Ralič, B., Preiskave jekla C.4850 -OCR 12 VM na elektronskem mikroanalizatorju, Železarski zbornik 10 (1976) št. 3, str. 145—156 (cit. 146)*
5.	Hirotsu, Y., Nagakura, S., Electron microscopy and Dif-fraction Study of the Carbide Precipitated at the First
Stage of Tempering of Martensitic Medium, Japan Institute of Metals (OMACHI, SENDAI 980) 15 (1974) strani 129—134
6.	Speich, G. R., Leslie, W. C., Tempering of Steel, Metal-lurgical Transactions (New York) 3 (1972) stran 1043—1054
7.	Lavrič, T., Grešovnik, F.: Študij izolacije karbidov iz orodnih jekel, Poročilo Metalurškega inštituta v Ljubljani, naloga MI-371 in MI-424, december 1975 (lit. 161)* in J. Rodič, pismo Ing. JRO/CP/V-74 z dne 21. 6. 1976.
101.* J. Rodič in sodelavci: Kompleksne raziskave ledebu-ritnih orodnih jekel, Raziskovalni projekt Železarne Ravne R-7221.
135.* J. Rodič in sodelavci: Razvoj metodike raziskav... visokolegiranih orodnih jekel ledeburitnega tipa — I. del, Poročilo Metalurškega inštituta in Železarne Ravne, naloga 237, september 1974.
144* J. Rodič: Praktične izkušnje pri raziskavah ledeburit-nih orodnih jekel z uporabo kvantitativne metalogra-fije, Železarski zbornik 9 (1975) štev. 4, str. 217—238.
145* J. Rodič: Uporaba rastrske elektronske mikroskopije pri raziskavah ledeburitnih orodnih jekel, Železarski zbornik 10 (1976) št. 3, str. 125—144.
155* J. Rodič, M. Pikalo: Primerjalne raziskave žilavosti ledeburitnih orodnih jekel z novo metodo Železarne Ravne, Poročilo Metalurškega inštituta v Ljubljani in Železarne Ravne — naloga MI-496, december 1376.
* Oznake literature po dokumentaciji projekta raziskav ledeburitnih orodnih jekel in publikacijah s tega področja.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Anlassefekte bei den hochlegierten Werkzeug-stahlen sind mittels der Durchstrahlungselektronenmikro-skopie (TEM) und der Elektronenbeugung (ED) untersucht worden. Das Anlassen bei niedrigen Temperaturen (1 Stun-de bei der Temperatur von 100 bis 200° C) hat eine Aus-scheidung von sehr feinen Karbiden (—100 A) verursacht, welche am Anfang sehr schlecht definierte Form und Gefiige haben. In der Endstufe (1 Stunde bei 550 bzw. 600° C) sind diese in Form von 500 bis 1000 A dicken und
rund 0.5 um langen Lamellen mit einem orthorombischen Gefiige des Fe3C vorhanden. Neben dem ist es auch fest-gestellt worden, dass sich das Gefiige und die Zusammen-setzung der primaren Karbide der Reihe Cr7C3 mit einer ungefahren Zusammensetzung Cr2.6 Fej 9g V0 34 Mo0 n )c3i wahrend des Anlassens nicht wesentlich verandert hat. Die erhaltenen Ergebnisse sind mit den Ergebnissen anderer Untersuchungen der Eigenschaften, der chemischen Zusammensetzung, und der rontgenographischen Gefiigeana-lyse verglichen worden.
SUMMARY
The annealing effects in high-alloyed tool steels have been studied by TEM and ED. Annealing at low tempera-tures (1 hour at temperatures 100 and 200° C) resulted in formation of very small carbides (—100 A) of ill-defined shape and structure, while during annealing at high temperatures (1 hour at 550" C or 600° C) approximately 500— 1000 A thick and 0.5 um long lamellae of orthorhombic
Fe3C were formed. Besides, it has been found that the structure and the composition of the so-called primary carbides with the composition (Cr26 Fej 98 VQ34 Mo0 n)C3 and the structure type of Cr7C3 have not changed essential-ly during the annealing. The obtained results were compa-red with the investigated mechanical properties, with the chemical composition, and the X-ray structure analysis.
3AKAIOTEHHE
3cj)(J)eKTbI CHHTHH HanpjIJKeHHfl 6l>IAH HCCACAORaifU Ha BblCOKO-AernpOBaHHbIX HHCTpyMeHTaABHBIX CTaA3X MeTOAOM TpaHCMHCCHOHHOii 3AeKTpOHIIOH MHKpOCKOIIHH (T3M) H MeTOAOM ACBHaitHH SAeKTpOHOB OA). CHaTHe HanpHJKeHHH upu hii3khx T-ax (oahh toc npH 100 H 200° it) sbiah npimimoft btiaeaenhh otchb mcakhx KapSuAOB (~100 ), TOA1UHHLI npnSA. 0,5 [IM AAHHHLIX AaMeAb C OpTOpOMSmieCKOH &rpyKTypofl Fe3C.
KpoMe 3Toro TaKJKe ycTaHOBAeHO, tTO CTpyKTypa h cocTaB nep-BHHHE,IX Kap6HAOB BHAa Cr7C3 (J>opMyAM npH0A.
(Crj g Fe j 9g V q 34 Mog 11)^-3	bo BpeMH chsithh Hanpa5Ke-
HHHcymecTBeHHo He H3MeHHAacb. noAVMenin.ie pe3yabtatli 6biah cpaBHeHti c pe3yAtTaTaMH aHaAH3a xnMiraecKoro cocTaBa h peHTre-HOBCKHM CTpyKTypHLIM aHaAH30M.