POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ OCEANOTECHNIKI I OKRĘTOWNICTWA Katedra Materiałoznawstwa Okrętowego i Oceanotechnicznego
Laboratorium z metaloznawstwa okrętowego
Ćwiczenie nr 9		Imię i Nazwisko Łukasz Bocian
Studia	inżynierskie		Grupa lab. IA	Data
Temat ćwiczenia Badania stali o wysokiej wytrzymałości ulepszonych cieplnie na konstrukcje spawane.
Ocena ....................

Cel ćwiczenia. Metodyka. Własne wnioski.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z właściwościami, składem chemicznym oraz budową strukturalną stali o wysokiej wytrzymałości (SWW) ulepszonych cieplnie (u.c.) na konstrukcje spawane.

Metodyka.

Opis mikroskopu:

Ćwiczenie zostało wykonane na mikroskopie świetlnym. Był to mikroskop metalograficzny

z pionową osią optyczną, pracujący w świetle odbitym od powierzchni zgładu.

Opis próbek:

Próbki wycięte z badanej części. Jedna część próbki została wyszlifowana na papierach ściernych a następnie wypolerowana. Po uzyskaniu zgładu wolnego od rys próbka została zmyta wodą i alkoholem a następnie trawiona nitalem (Mi1Fe), co spowodowało ujawnienie się granicy ziaren.

Wiadomości podstawowe.

Do grupy stali o wysokiej wytrzymałości zaliczane są stale konstrukcyjne o granicy plastyczności Re >/ 420 MPa o specjalnie dobranym składzie chemicznym po ulepszeniu cieplnym (u.c.) lub obróbce cieplno plastycznej (TMCP).

Podstawą rozwoju SWW były dwie zależności (Halla-Petcha i Irvina). Z zależności tych wynika, że Re i temperatura krytyczna przejścia w stan kruchy (TKV) dla stali o stałym składzie chemicznym zmieniają się liniowo wraz ze średnicą ziaren w potędze -1/2.

SWW ulepszane cieplnie dzięki dobrej spawalności i wysokim właściwościom wytrzymałościowym są coraz powszechniej stosowane w konstrukcjach okrętowych i oceanotechnicznych.

Pow. : 500 x Trawienie: nitalem

Nr 1.

Opis zgładu: RAEX 420

wielkość ziarna : 10

pasmowatość : 2

Pow. : 500 x Trawienie: nitalem

Nr 2.

Opis zgładu: 10GHMBA (G1)

wielkość ziarna : 10

pasmowatość : 0

krzemiany : 2a

tlenki : 1a - punktowe

Pow. : 500 x Trawienie: nitalem

Nr 3.

Opis zgładu: 10GHMBA (G2)

wielkość ziarna : 8-9

pasmowatość : 4

Pow. : 500 x Trawienie: nitalem

Nr 4.

Opis zgładu: 10GHMBA (G3)

wielkość ziarna : 8/10

pasmowatość : 1

zanieczyszczenia: brak (czysta stal)

struktura : sorbityczna z widocznym

bainitem w tle

Pow. : 500 x Trawienie: nitalem

Nr 5.

Opis zgładu: 15G2ANb

wielkość ziarna : 10

pasmowatość : 0

siarczki : 2b - punktowo

4. Skład chemiczny.

STAL	C	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	Mo	P	S	Nb	Zr	Al	B	V	Ti	N
10 GHMBA	0,08-0,12	0,6-1,0	0,13-0,35	1,0-1,4	_	0,35-0,4	0,4-0,6	0,02	0,015	0,015-0,035	0,05-0,12	0,038	0,0042	_	0,03	_
RAEX 420 (TMPC)	0,12	1,37	0,31	_	0,03	0,01	0.002	0,013	0,003	0,037	_	0,049	_	0.006	0,003	0,006
15G2ANb (u.c)	0,18	1.6	0,22-0,55	0,3	0,3	0,3	0,1	0,035	0,035	0,02-0,06	_	0,02	_	0,1	_	_

5. Właściwości mechaniczne.

STAL	Re [N/mm ]	Rm [N/mm ]	A5 [ % ]
10 GHMBA	689	738	18,0
RAEX 420 (TMPC)	459	527	29
15G2ANb (u.c)	490	_	_

6. Energia łamania w próbie KV dla SWW.

STAL	Energia łamania t [ C] KV [J]
10GHMBA	-20	300
RAEX 420 (TMPC)	-50	199
15G2ANb (u.c)	-40	46

7. Zgodność z wymaganiami towarzystw klasyfikacyjnych.

Zgodność z wymaganiami towarzystw klasyfikacyjnych ocenia się za pomocą zawartości pierwiastków

chemicznych w danej stali, energii łamania i właściwości mechanicznych.

Po porównaniu danych z powyższych tabel z danymi ze skryptu otrzymujemy następujące kategorie stali:

• Stal 10GHMBA : D500

• Stal RAEX 420 : E420

• Stal 15G2ANb : E460

Wstępna ocena spawalności.

Spawalnością nazywa się przydatność metalu o danej wrażliwości na spawanie do utworzenia w określonych

warunkach spawania złącza metalicznie ciągłego o wymaganej użyteczności.

Przy badaniu spawalności materiału rodzimego SWW ocenia się:

Skłonność do tworzenia się pęknięć na zimno.

1. Wrażliwość na pękanie na zimno SWW należy obliczyć na podstawie wyników analizy ze wzoru:

1. Pcm = C + Si/30 + Mn/20 + Cu/20 + Ni/60 + Cr/20 + Mo/15 + V/10 + 5*B [ %]

1. Stal 10GHMBA :

1. Pcm = 0,1+0,24/30+0,8/20+0,375/20+0/60+1,2/20+0,5/15+0/10+5*0,042 = 0,45775 %

1. Stal RAEX 420 :

1. Pcm =0,12+0,31/30+1,37/20+0,01/20+0,03/60+0/20+0,002/15+0,006/10+5*0 = 0,20058 %

1. Stal 15 G2ANb :

1. Pcm = 0,18+0,385/30+1,6/20+0,3/20+0,3/60+0,3/20+0,1/15+0,1+5*0 =0,32454 %

1. Maksymalna zawartość Pcm podlega uzgodnieniu z towarzystwem klasyfikacyjnym i powinna być określona

1. w dokumentacji uznaniowej.

1. Przykładowe kryterium oceny odporności na pękanie zimne:

1. TO \<20 -stal odporna

1. TO >/ 100 -stal skłonna

1. 20 < TO < 100 - stal częściowo skłonna

1. gdzie TO = 1440*Pw - 392 - temperatura podgrzewania wstępnego

1. Pw = Pcm + Hd/60 + Rfy/40000 - parametr pękania

1. Hd - zawartość wodoru dyfundującego w ml na 100g stopiwa

1. Rfy -współczynnik sztywności

1. Rfy = 70*t -dla t<40mm, Rfy = 2800 dla t>40mm

1. Pcm -parametr charakteryzujący kruchość

1. Stal 10GHMBA:

1. Pcm = 0,45775 %

1. Hd = 5 ml/100g

1. Rfy = 12 mm

1. Pw = 0,45775 + 5/60 + 12/40000 = 0,54145

1. TO = 1440*0,54145 - 392 = 387,688

1. Stal RAEX 420:

1. Pcm = 0,20058 %

1. Hd = 5 ml/100g

1. Rfy = 12 mm

1. Pw = 0,20058 + 5/60 + 12/40000 = 0,28428

1. TO = 1440*0,28428 - 392 = 17,3632

1. Stal 15G2ANb:

1. Pcm = 0,32454 %

1. Hd = 5 ml/100g

1. Rfy = 12 mm

1. Pw = 0,3245 + 5/60 + 12/40000 = 0,40824

1. TO = 1440*0,40824 - 392 = 195,8656

1. Podsumowanie wyników:

1. STALE :

• 10GHMBA

• 15G2ANb

• mają TO > 100 , czyli są to stale skłonne

• STAL :

• RAEX 420

• ma TO < 20 , czyli jest to stal odporna.

Odporność materiału na starzenie.

Odporność na starzenie ocenia się na podstawie próby udarności próbek z materiału odkształconego

plastycznie do wartości 5 % (10%) oraz wyżarzonych w temperaturze 250 °C przez 30 min.

Energia uderzenia nie powinna w tym przypadku zmniejszyć się więcej niż o 50 %.

Parametry ulepszania cieplnego.

Proces ulepszania cieplnego polega na następujących po sobie procesach hartowania i odpuszczania

w celu uzyskania optymalnych dla określonego celu właściwości mechanicznych.

Stal:

• 10GHMBA

• 15G2ANb

Poddawane hartowaniu i odpuszczaniu wysokiemu (500°C-680°C)

Stal:

• RAEX 420

Poddana hartowaniu, odpuszczaniu i obróbce cieplno-plastycznej.

Analiza.

Obserwacja próbek pod mikroskopem odbyła się w powiększeniu:

• 100x -dla określenia wielkości ziarna, pasmowatości i zanieczyszczeń

• 500x - dla narysowania mikrostruktur

Wnioski.

• ilość faz ( struktura jedno-, dwu-, lub wielofazowa) zależy od składu chemicznego ,

szybkości chłodzenia oraz warunków przemiany austenitu.

• wzrost odkształcenia powoduje wzrost właściwości wytrzymałościowych przy praktycznie

niezmiennych właściwościach plastycznych

• Hartowanie powoduje :

• wzrost wytrzymałości i twardości

• oraz wady :kruchości i zmniejszoną spawalność.

Pomniejszeniu wad służy ulepszanie cieplne (wtedy twardość i wytrzymałość zmaleją)

6

5

---