IMG02 303 (2)

302 14. wpływ iniKrosiruKiury na właściwości siopow

14.2.3. Wpływ stanu technologicznego

Procesy technologiczne w charakterystyczny sposób modyfikują strukturę, wpty. wając w rezultacie na właściwości materiału.

Struktura odlewu odznacza się gruboziarnistością i często objawami przegrzania, a ponadto znaczną ilością wad materiałowych, jak pory, pęcherze gazowe, rzadzizny materiałowe. W szczególnych przypadkach transkrystalizacji, tj. bardzo rozwiniętej strefy ziarn słupkowych, stop może wykazywać anizotropię właściwości.

Przegrzanie stopu, np. stałiwa, objawia się bardzo niejednorodną gruboziarnistą strukturą. W staliwie średniowęglowym często objawem przegrzania jest tzw. struktura Widmannstattena, o charakterystycznym iglastym kształcie ziarn ferrytu, ułożonych pękami nachylonymi pod kątem 60" względem siebie. Przegrzanie może również objawiać się selektywnym rozrostem ziarn określonej fazy, jak to występuje w stopach łożyskowych - babbitach cynowych (SnSbCu). W stopach tych szczególnemu rozrostowi podlegają sześcienne ziarna fazy międzymetalicznej SnSb. W obu przykładach struktura przegrzana nadaje materiałowi kruchość.

Struktury odlewów, nawet pozbawione silnych objawów przegrzania, mają słabą wytrzymałość. Przyczyną są wady materiałowe zmniejszające czynny przekrój, a ponadto koncentrujące naprężenia. W przypadku roztworów stałych dodatkową przyczyną jest segregacja dendrytyczna stopu.

Wady struktury odlewu można w znacznym stopniu zmniejszyć, a niekiedy nawet całkowicie usunąć zabiegami obróbki cieplnej. Segregację dendrytyczną znacznie zmniejsza wyżarzanie ujednorodniające. Podczas ujednorodniania zmniejsza się twardość i jej ustabilizowanie sygnalizuje zakończenie procesu. Wysoka temperatura uaktywnia dyfuzję i likwiduje segregację dendrytyczną, nie powodując rozrostu ziarna, co jest charakterystyczną cechą struktury odlewu. W staliwie gruboziarnistość oraz strukturę Widmannstattena można usunąć wyżarzaniem normalizującym.

Wad materiałowych (pory, rzadzizny itp.) nie można usunąć obróbką cieplną, podobnie jak gruboziarnistości stopów nieżelaznych, a tylko obróbką plastyczną na gorąco. W temperaturze zabiegu większość nieciągłości materiałowych ulega zgrzaniu, co eliminuje działanie karbu i lokalne koncentracje naprężeń. Dostatecznie silny gniot powoduje też rozdrobnienie struktury. Oczywiście obróbce plastycznej nie można poddawać odlewów elementów maszyn, a tylko wlewki. Obróbka cieplna i plastyczna zmieniając strukturę odlewu powiększa jej wytrzymałość statyczną i zmęczeniową, a nieznacznie zmniejsza twardość i usuwa kruchość.

Odlewy lane w formy metalowe podlegają niekiedy transkrystalizacji. Jednokierunkowe odprowadzanie ciepła (prostopadle do ścian wlewnicy) doprowadza do silnego rozrostu strefy ziarn słupkowych. Ich uprzywilejowana orientacja tworzy teksturę odlewu objawiającą się anizotropią właściwości. Cecha ta rzadko występuje w stopniu znaczącym. Do transkrystalizacji szczególnie podatne są wlewki metali i stopów dużej czystości. Natomiast odlewy lane w formach z masy formierskiej transkrystalizacji nie podlegają, a w odlewach kokilowych transkrystalizację wyraź-

nie ogranicza podgrzanie kokili i drobnoziarnistość struktury. Usunięcie tekstury (zniszczenie strefy ziarn słupkowych) jest możliwe tylko przez przeróbkę plastyczną, której oczywiście można poddawać tylko wlewki.

Struktura materiału odkształconego plastycznie na zimno zależy od stopnia gniotu. Niewielkie i średnie gnioty powodują wydłużenie ziarn. Wtrącenia niemetaliczne plastyczne, np. siarczki żelaza w stali, zostają odkształcone i rozciągnięte w kierunku największego wydłużenia, natomiast twarde i kruche, np. tlenki lub węgliki w stali, zostają rozkruszone i również rozciągnięte w tym samym kierunku. Opisane zmiany prowadzą do utworzenia tzw. struktury włóknistej. Duży gniot doprowadza do pękania wydłużonych ziarn — następuje ich tzw. fragmentacja. Utworzone okruchy ziarn ulegają przemieszczeniom — obrotom — przyjmując uprzywilejowaną orientację krystalograficzną, zbliżoną do kierunku największego odkształcenia. Tworzy się w ten sposób tekstura odkształcenia, objawiająca się anizotropią właściwości.

Obróbka plastyczna na zimno, jak już wspomniano, powoduje umocnienie materiału, proporcjonalne do gniotu, a dostatecznie silne odkształcenie ponadto powoduje anizotropię właściwości. Zmianom struktury towarzyszą naprężenia własne wywołane nierównomiernym odkształceniem na przekroju materiału, Kosztem pewnego zmniejszenia umocnienia można usunąć całkowicie naprężenia własne oraz częściowo teksturę (jeżeli nie jest zbyt silna) poddając materiał wyżarzaniu rekrystalizującemu.

Obróbka plastyczna na gorąco usuwa nieciągłości materiału, typowe dla odlewu, oraz zmniejsza wielkość ziarna. W rezultacie poprawia właściwości mechaniczne.

W tym miejscu warto nadmienić, iż nie należy utożsamiać struktury włóknistej z teksturą. Struktura włóknista polega na geometrycznym odkształceniu (wydłuże-

Rys. 14.2. Tekstury w strukturze włóknistej (schemat): a) brak tekstury, b) tekstura (100) i [100] || do płaszczyzny i kierunku walcowania, c) tekstura (110) i [100] II do płaszczyzny i kierunku walcowana