dr in�. Jarosław Samolczyk1), prof. dr hab. in�. Andrzej Barbacki2) 1)

Instytut Obróbki Plastycznej, Pozna�, 2)

Instytut In�ynierii Materiałowej Politechniki Pozna�skiej, Pozna�

WPŁYW ZAWARTO�CI W�GLA NA NAPR��ENIE UPLASTYCZNIAJ�CE I MIKROSTRUKTUR�

NIESTOPOWYCH STALI ODKSZTAŁCONYCH NA CIEPŁO

Streszczenie

W pracy wyznaczono zale�no�ci mi�dzy wielko�ci� napr��enia uplastyczniaj�cego a temperatur� odkształcenia stali 04J, C55 i C90U podczas sp�czania próbek Rastiegajewa. Stwierdzono wyra�ne obni�enie oporu plastycznego w badanych stalach,

które wyst�puje w temperaturze 850°C dla stali 04J i w temperaturach 720÷730°C dla stali C55 i C90U. Zauwa�ono, �e im wy�sza zawarto�� w�gla w stali tym obni�enie oporu plastycznego jest mniej wyra�ne. Stwierdzono, �e istotn� przyczyn� ob-serwowanych zmian oporu plastycznego s� procesy zdrowienia dynamicznego i rekrystalizacji dynamicznej ferrytu.

Słowa kluczowe: obróbka plastyczna na ciepło, napr��enie uplastyczniaj�ce, opór plastyczna, zdrowienie dynamiczne, rekrystalizacja dynamiczna

1. Wst�p

W technologii obróbki plastycznej ob-serwuje si� stały wzrost udziału dokładnych metod obróbki na zimno oraz na ciepło. Wi��e si� to z coraz mniejszym zaintere-sowaniem tradycyjnymi metodami kucia na gor�co, które w wielu zastosowaniach s� ju� zbyt materiało-, energo- i pracochłonne.

Obróbk� plastyczn� na ciepło nazywa si� operacj� kształtowania, w której mate-riał wyj�ciowy podgrzewany jest przed od-kształceniem, a warunki procesu prowadz� do pewnego umocnienia kształtowanego materiału. Ka�da operacja kształtowania w podwy�szonej temperaturze, w której przy danej warto�ci odkształcenia nie nast�pi pełna rekrystalizacja materiału, mo�e by� nazwana kształtowaniem na ciepło.

Dla stali zakres temperatur obróbki pla-

stycznej na ciepło wynosi, 0,3÷0,6 Tt, gdzie Tt jest temperatur� topnienia, przy czym w przypadku stali jest to zazwyczaj tempe-ratura poni�ej przemiany � � . Obróbka plastyczna na ciepło jest nowoczesnym procesem kształtowania wyrobów, zwłasz-

cza ze stali o podwy�szonej zawarto�ci w�gla, gdy� obróbka na zimno tych mate-riałów jest bardzo utrudniona. Skuteczne modelowanie tych procesów stało si� mo�-liwe dzi�ki rozwojowi metod plastometrycz-

nych [1÷9]. Zagadnienia modelowania zjawisk to-

warzysz�cych procesom odkształcenia plastycznego z uwzgl�dnieniem mi�kni�cia metali wskutek dynamicznych procesów zdrowienia i rekrystalizacji przedstawiono

w pracach [10÷28]. Dotychczas jednak nie zbudowano modelu, który uwzgl�dnia wszystkie procesy cieplno-mechaniczne i strukturalne zachodz�ce podczas i po zakoczeniu odkształcenia na ciepło. W odkształcanym materiale zachodz� zja-wiska umocnienia, zdrowienia dynamicz-nego, rekrystalizacji dynamicznej oraz in-tensywne zmiany cementytu, których udział zale�y od warunków odkształcenia. Zjawi-ska te wywieraj� znaczny wpływ na wła-sno�ci plastyczne oraz struktur� stali.

Projektowanie procesów kształtowania stali na ciepło wymaga dokładnej znajomo-�ci wpływu warunków kształtowania na

Obróbka Plastyczna Metali Nr 2, 2005 Materiałoznawstwo i obróbka cieplna

przebieg procesu (napr��enie uplastycz-niaj�ce, temperatura, pr�dko�� odkształce-nia) oraz na struktur� i własno�ci materiału po odkształceniu. Pozwala to na optymalne zaprojektowanie procesu z uwzgl�dnieniem zarówno obci��enia narz�dzi i maszyn jak te� jako�ci i własno�ci wyrobów. Przedstawione ni�ej wyniki bada sta-nowi� przyczynek do pełniejszego pozna-nia zjawisk zachodz�cych podczas kształ-towania stali na ciepło i tym samym do optymalizacji tej technologii. 2. Materiał i metodyka bada� Do bada wybrano trzy stale niestopo-we 04J (�elazo ARMCO), stal do ulepsza-nia cieplnego C55 i stal narz�dziow� C90U. Skład chemiczny badanych stali podano w tablicy 1.

h

d

U

o

o

t30o

Rys. 1. Próbka z wytoczeniami u podstaw

Prób� odkształcenia przeprowadzono

na stanowisku pomiarowym do wyznacza-nia krzywych umocnienia próbek z czoło-wymi wytoczeniami metod� sp�czania [4]

w próbie sp�czania próbek Rastiegajewa w zakresie temperatur 20°-1000°C. Pomiar wykonuje si� z zachowaniem jednoosiowe-go stanu napr��enia �ciskanej próbki (rys. 1) z wytoczeniami u podstaw, wypełniony-mi smarem.

Napr��enia uplastyczniaj�ce wyzna-czono przez zgniot próbek o wymiarach

140 =d mm i 140 =h mm.

Badania plastometryczne w próbie sp�-czania uwa�ane s� za najlepsz� metod� oceny plastyczno�ci materiałów. Zalet� tych bada jest mo�liwo�� uzyskania:

• jednoosiowego stanu napr��enia,

• jednorodno�ci odkształcenia,

• łatwego pomiaru wszystkich wielko�ci towarzysz�cym próbie.

Czas chłodzenia materiału z temperatu-ry odkształcenia ma istotny wpływ na inter-pretacj� wyników bada strukturalnych i z tego powodu powinien by� jak najkrót-szy. W czasie chłodzenia mog� zaj�� istot-ne zmiany nie tylko w rozkładzie dyslokacji, (co jest nie uniknione), lecz równie� mo�e wyst�pi� migracja granic ziaren (rekrystali-zacja statyczna), co w kracowych przy-padkach mo�e całkowicie zmieni� struktur� charakterystyczn� dla materiału odkształ-conego w temperaturze badania. Aby unik-n�� zmian strukturalnych zachodz�cych w próbkach zbyt wolno chłodzonych po odkształceniu plastycznym na ciepło prze-prowadzono badania na symulatorze pro-cesów technologicznych GLEEBLE 3800 w Instytucie Metalurgii �elaza w Gliwicach. Symulator ten umo�liwia skrócenie czasu chłodzenia (poni�ej 1 s) oraz uzyskanie du�ej szybko�ci chłodzenia.

Tablica 1 Skład chemiczny stali u�ytych do bada�

Zawarto� pierwiastków,% Znak stali C Si Mn P S Cr Cu Mo Ni Al

04J 0,029 0,022 0,156 0,012 0,018 0,018 0,039 0,003 0,015 0,045

C55 0,51 0,27 0,66 0,017 0,024 0,16 0,19

C90U 0,897 0,207 0,227 0,007 0,026 0,038 0,034 0,003 0,022 0,021

Badania przeprowadzono na próbkach

o wymiarach 100 =d mm i 120 =h mm

wykonanych ze stali 04J, C55 i C90U w nast�puj�cych warunkach:

temperatura odkształcenia – 850 °C

(04J), 720 °C (C55) i 730 °C (C90U), pr�dko�� odkształcenia – dla badanych

stali wynosiła •

ε = 0,21s-1,

wielko�� odkształcenia – dla badanych

stali wynosiła ε = 1,0 Wszelkie informacje o zmianach struk-

turalnych zachodz�cych podczas odkształ-cenia na ciepło pochodz� z obserwacji struktury „zamro�onej” przez szybkie ochłodzenie próbki po odkształceniu. „Za-mro�enie” układu granic ziaren w materiale odkształconym z niezbyt du�� pr�dko�ci� nie stanowi w praktyce wi�kszej trudno�ci, dlatego te� badania zmian strukturalnych zachodz�cych podczas odkształcenia na ciepło prowadzono przy stałej umiarkowa-

nej pr�dko�ci odkształcenia 121,0 −•

=ε � .

Obserwacj� struktur stanu wyj�ciowego próbek przeprowadzono przy pomocy mi-kroskopu �wietlnego na zgładach metalo-graficznych wykonanych w płaszczy�nie równoległej do osi próbek odkształconych

(rys. 2÷4).

Rys. 2. Stal 04J – ferryt z wydzielonymi miejscami cementytem trzeciorz�dowym

na granicach ziaren, pow. x 500

Rys. 3. Stal C55, struktura ferrytyczno-perlityczna, pow. x 500

Rys. 4. Stal C90U, struktura perlitu płytkowego, pow. x 500

Badaniom za pomoc� transmisyjnego

mikroskopu elektronowego Philips EM 300 poddano próbki ze stali 04J odkształconej

w temperaturze 580°C i 850°C oraz próbki ze stali C55 i C90U odkształcone odpo-

wiednio w temperaturze 720°C i 730°C. Próbki były sp�czane do odkształcenia

ε =1,0 i chłodzone w wodzie. Cienkie folie wykonano w ten sposób, by płaszczyzna folii była równoległa do kierunku �ciskania. Folie przygotowano w nast�puj�cy sposób:

• plasterki odcinano za pomoc� piły dia-mentowej tarczowej wolnoobrotowej Isomet firmy Buehler,

• szlifowano je na papierach �ciernych,

do grubo�ci 30 µm, po czym wycinano

z nich kr��ki o �rednicy φ = 3 mm,

• polerowanie prowadzono na elektropo-lerce dwustrumieniowej Tenpol 3 firmy Struers, stosuj�c jako elektrolit 10% roztwór kwasu nadchlorowego w kwa-sie octowym.

3. Wyniki bada� Zmiana napr��enia uplastyczniaj�cego w funkcji temperatury

Próba sp�czania została zastosowana do okre�lenia krzywych umocnienia (krzy-wych płyni�cia) stali 04J, C55 i C90U w zakresie odkształce nie przekraczaj�-cych warto�ci 0,1=ε . Ograniczenie warto-

�ci odkształcenia wynika głównie z proble-mu tarcia próbki o kowadełka, które zmie-nia stan napr��e w próbce powoduj�c jej nierównomierne odkształcenie. W celu oceny zmian warto�ci napr��enia upla-styczniaj�cego wraz ze wzrostem tempera-tury odkształcenia wykonano wykresy za-

le�no�ci ( )Tfp =σ dla odkształce loga-

rytmicznych ε = 1,0 w zakresie temperatur

200÷1000°C (rys. 5).

0

200

400

600

800

1000

0 300 600 900 1200

Temperatura [oC]

Nap

r��enie

up

last

ycz

nia

j�ce

[MP

a]

04J

C55

C90E

Rys. 5. Wykresy zale�no�ci ( )Tfp =σ

dla odkształce� logarytmicznych ε =1,0

Analizuj�c uzyskane wykresy dla poszcze-gólnych stali mo�na stwierdzi�, �e w bada-nym zakresie temperatur wyst�puje bardzo du�e zró�nicowanie warto�ci napr��enia uplastyczniaj�cego. W temperaturze

200 °C dla stali 04J i w temperaturze

300 °C dla stali C55 i C90U wyst�puje maksimum odpowiadaj�ce krucho�ci na niebiesko (dynamiczne starzenie ferrytu).

Przy wzro�cie temperatury do około 700 °C

widoczne jest wyra�ne zmniejszenie si� warto�ci napr��enia uplastyczniaj�cego,

przy czym intensywno�� spadku pσ wzra-

sta ze wzrostem zawarto�ci w�gla. Po osi�gni�ciu minimum napr��enia upla-

styczniaj�cego w temperaturze 850 °C dla

stali 04J i w temperaturze 720 °C dla stali

C55 oraz 730 °C dla stali C90U, nast�puje wzrost odkształcenia. Wraz z dalszym wzrostem temperatury po przekroczeniu lokalnego maksimum obserwuje si� stop-niowy spadek napr��enia. Mikrostruktura stali odkształconych

Stal 04J Obserwacje prowadzono za pomoc� mikroskopu �wietlnego po odkształceniu

stali 04J w temperaturze 580 °C ujawniaj� „z�bkowanie” granic ziaren (rys. 6), które jest wynikiem oddziaływania pomi�dzy granicami ziaren i granicami podziaren.

Rys. 6. Mikrostruktura próbki Rastiegajewa

stali 04J odkształconej w temperaturze 580°C. Odkształcony ferryt z widocznym z�bkowaniem

granic ziaren

Dokładniejsza analiza zmian struktural-nych przeprowadzona przy pomocy trans-misyjnego mikroskopu elektronowego wskazuje na zawansowany proces zdro-wienia dynamicznego (rys. 7). Działaj�ce napr��enie oraz temperatura sprzyjaj� po-wstawaniu układów poligonalnych �wiad-cz�cych o wyj�tkowo du�ej skuteczno�ci zdrowienia dynamicznego.

10 �m

1µm

Rys. 7. Mikrostruktura stali 04J odkształconej

w temperaturze 580°C (TEM). Podziarna ferrytu z widocznymi dyslokacjami

W wyniku odkształcenia w temperatu-

rze 600 °C i 650 °C w ferrycie wewn�trz odkształconych ziaren ujawniaj� si� pod-ziarna (rys. 8), a wielko�� ujawnionych po-dziaren ro�nie ze wzrostem temperatury (rys. 9). Przy odkształceniu w temperaturze

650 °C widoczne s� ju� wyra�ne pocz�tki rekrystalizacji dynamicznej która w pocz�t-kowej fazie obejmuje pierwotne granice ziaren odkształconych (rys. 9).

Rys. 8. Mikrostruktura próbki Rastiegajewa stali

04J odkształconej w temperaturze 600°C. W obr�bie wydłu�onych ziaren ferrytu

widoczne s� podziarna

Wokół granicy ziarna odkształconego tworz� si� wielokrotnie mniejsze ziarna zrekrystalizowane o regularnym kształcie. Proces stopniowo obejmuje wi�ksze obj�-to�ci ziaren, bez wyra�nej granicy prze-mieszczania si� frontu rekrystalizacji. Cz�-�ciowo wytrawiły si� granice ziaren pier-wotnych. Mo�liwe jest wi�c porównanie kształtu i rozmiarów ziaren odkształconych i zrekrystalizowanych.

Rys. 9. Mikrostruktura próbki Rastiegajewa stali

04J odkształconej w temperaturze 650°C. Ziarna pierwotne (P) i zrekrystalizowane dyna-

micznie (RD)

Podwy�szenie temperatury odkształce-

nia do 850°C prowadzi do rekrystalizacji stali 04J (rys. 10). W wi�kszo�ci obserwo-wanych obszarów mikrostruktura składa si� z równoosiowych ziaren ferrytu o zró�nico-wanej wielko�ci.

Rys. 10. Mikrostruktura próbki stali 04J

odkształconej w temperaturze 850°C. Zrekrystalizowany ferryt

Mikroskopia elektronowa ujawnia wy-dzielenia cementytu trzeciorz�dowego na granicach ziaren ferrytu (rys. 11). W niektórych ziarnach zaobserwowa� mo�na grupowanie si� dyslokacji w struktu-r� poligonaln� (rys. 12), czego wynikiem mo�e by� tworzenie si� szerokok�towych granic ziaren. Proces ten mo�e by� wyni-kiem odkształcenia i nast�pnego zdrowie-nia poprzednio zrekrystalizowanych ziaren.

10 �m

10 �m

P

RD

10 �m

Rys. 11. Mikrostruktura stali 04J odkształconej

w temperaturze 850°C z widocznymi wydzieleniami cementytu (TEM)

Rys. 12. Poligonalne ziarna ferrytu z pojawiaj�-

c� si� substruktur� w stali 04J odkształconej

w temperaturze 850°C (TEM)

Mo�na równie� zaobserwowa� w pełni zrekrystalizowane obszary struktury stali 04J z drobnymi poligonalnymi ziarnami ferrytu o niewielkiej g�sto�ci dyslokacji (rys. 13). Rys. 13. Zrekrystalizowana mikrostruktura stali

04J odkształconej w temperaturze 850°C (TEM)

Stal C55 Po odkształceniu plastycznym w tem-

peraturze 600°C stali C55 nast�piła frag-mentacja ferrytu. Wewn�trz niektórych zia-ren ferrytu ujawniaj� si� podgranice (rys. 14). Zaobserwowa� mo�na „z�bkowanie” granic ziaren i stopniowo ujawniaj�c� si� struktur� podziarnow�.

Rys. 14. Mikrostruktura próbki Rastiegajewa

stali C55 odkształconej w temperaturze 600°C

W obr�bie obszarów perlitu w tej tem-peraturze odkształcenia obserwuje si� te� wyra�n� cz��ciow� dezorientacj� płytek cementytu. (rys. 14).

Rys. 15. Mikrostruktura stali C55 odkształconej

w temperaturze 720°C. Ziarna pierwotne (P) i zrekrystalizowane dynamicznie (RD)

W stali 55 odkształconej w temperatu-

rze 720°C, przewa�a ju� cementyt sfero-idalny, widoczne s� równie� płytki zdefor-mowanego i sfragmentowanego cementytu (rys. 15). W ferrycie obserwujemy silnie zró�nicowan� wielko�� ziarna. Widoczne

10 �m

0,5 �m

1 �m

1�m

P RDDD

5 �m

s� zarówno du�e wydłu�one pierwotne ziarna ferrytu (P) i ziarna zrekrystalizowane dynamicznie (RD) (rys. 15). Wokół granic ziaren odkształconych tworz� si� wielo-krotnie mniejsze ziarna zrekrystalizowane o regularnym kształcie.

Badania elektronomikroskopowe stali

C55 odkształconej w temperaturze 720 °C i chłodzonej w wodzie pokazuj� niejedno-rodn� struktur� cementytu w postaci sfero-idalnej i płytkowej (rys. 16). Ujawniaj� te� widoczne miejscami komórki dyslokacyjne, �wiadcz�ce o niepełnej rekrystalizacji.

Rys. 16. Mikrostruktura stali C55 odkształconej

w temperaturze 720°C (TEM)

Na rys. 17 obok pojedynczych płytek cementytu pojawia si� wysoce dyspersyjny perlit, tworz�cy si� w wyniku lokalnej prze-miany austenitu powstałego podczas od-kształcenia na ciepło. Poniewa� nominalna temperatura odkształcenia była bardzo bliska temperatury A1, zatem lokaln� prze-mian� austenitu nale�y przypisa� działaj�-cym napr��eniom.

Rys. 17. Mikrostruktura stali C55 odkształconej

w temperaturze 720°C (TEM)

Stal C90U

Mikroskopia �wietlna ujawnia, �e w stali C90U o strukturze perlitycznej ułatwiona jest obserwacja zmian zachodz�cych w cementycie. Płytki cementytu podczas

sp�czania w temperaturze 600°C uległy odkształceniu, widoczna jest równie� ich fragmentacja (rys. 18). Obok fragmentów płytek cementytu pojawiaj� si� te� bardzo drobne ziarna ferrytu.

Rys. 18. Mikrostruktura próbki Rastiegajewa

stali C90U odkształconej w temperaturze 600°C

Po odkształceniu w temperaturze

730 °C, obserwujemy podobne zmiany, z tym, �e wyra�niejsze s� efekty rekrystali-zacji ferrytu perlitycznego (rys. 19). Stopie sferoidyzacji jest w dalszym ci�gu bardzo mały.

Rys. 19. Mikrostruktura stali C90U

odkształconej w temperaturze 730°C

1µµµµm

0,5�m

10 �m

5 �m

4. Omówienie wyników

Analizuj�c uzyskane zale�no�ci

( )Tfp =σ dla poszczególnych stali (rys. 5)

mo�na stwierdzi� wyst�puj�ce minima opo-ru plastycznego. W stali 04J o strukturze ferrytycznej obni�enie oporu plastycznego ma miejsce w zakresie temperatur

825°÷850 °C. Napr��enie uplastyczniaj�ce

pσ wynosi wówczas 70 MPa, co oznacza

istotne obni�enie w stosunku do temperatu-

ry 900°C, w której 110=σ� MPa. Nato-

miast w stali C55 o strukturze ferrytyczno-perlitycznej obni�enie oporu plastycznego

wyst�puje w temperaturze 720 °C, a wiel-

ko�� obni�enia napr��enia pσ w stosunku

do temperatury 740°C wynosi 15 MPa. Materiałem wykazuj�cym najmniejsze ob-

ni�enie napr��enia pσ wyst�puj�ce

w temperaturze 730 °C jest stal C90U o strukturze perlitycznej. Wielko�� obni�e-

nia napr��enia pσ w stosunku do tempera-

tury 740 °C wynosi ok. 8 MPa. Po osi�-gni�ciu minimów oporu plastycznego ob-serwuje si� wzrost napr��enia uplastycz-

niaj�cego pσ , a po przekroczeniu maksi-

mum obserwuje si� jego stały powolny spadek ze wzrostem temperatury.

Na podstawie zmian kształtu krzywych

( )Tfp =σ mo�na równie� oceni� wpływ

zawarto�ci w�gla na napr��enie uplastycz-

niaj�ce pσ badanych stali. Najwi�kszy

wpływ zawarto�ci w�gla na warto�� napr�-

�enia pσ obserwuje si� w temperaturze

300 °C (ró�nica pσ dla stali o skrajnych

zawarto�ciach w�gla wynosi ok. 190 MPa). W miar� wzrostu temperatury odkształce-nia wpływ zawarto�ci w�gla stopniowo zmniejsza si� tak, �e w temperaturze

700 °C ró�nica warto�ci napr��enia pσ dla

stali o skrajnych zawarto�ciach w�gla nie przekracza 80 MPa. Przy wy�szych tempe-raturach wpływ zawarto�ci w�gla na napr�-

�enie pσ jest jeszcze mniejszy.

Temperatura odkształcenia jest czynni-kiem najsilniej zmniejszaj�cym napr��enie uplastyczniaj�ce oraz powoduj�cym zmia-ny w mikrostrukturze w trakcie i bezpo-

�rednio po odkształceniu na ciepło bada-nych stali.

Po odkształceniu w temperaturze 580 °C

w próbkach ze stali 04J i 600 °C ze stali C55 obserwuje si� tzw. „z�bkowanie gra-nic” (rys. 6 i 14). Zapewnia to zmniejszenie energii granic podziaren [11]. Wi�kszo�� ziaren wykazuje wydłu�enie i posiada sub-struktur�. Odkształcenie plastyczne w stali 04J spowodowało powstanie rozwini�tej substruktury w ziarnach ferrytu (rys. 7), która ułatwia zdrowienie dynamiczne. Zdrowienie dynamiczne obejmuje inten-sywne zmiany strukturalne zwi�zane z ani-hilacj� dyslokacji oraz ich przegrupowa-niem i tworzeniem uporz�dkowanych pod-granic.

W stali 04J po odkształceniu w tempe-

raturze 850 °C, widoczna mikrostruktura jest cz��ciowo zrekrystalizowana, zło�ona z bardzo drobnych ziaren ferrytu (rys. 10, 13). Oprócz obszarów zrekrystalizowanych w ziarnach ferrytu mo�na zaobserwowa� równoosiowe podziarna, o dobrze wy-kształconych podgranicach.

W próbkach stali C55 i C90U wyst�puj� wydzielenia drugiej fazy (cementytu), które stanowi� utrudnienie ruchu dyslokacji, a tak�e stanowi� przeszkody ułatwiaj�ce powstawanie i stabilizacj� substruktury (rys. 14, 16, 18, 19). Prowadzone badania [13] wykazały, �e zarówno wielko�� kolonii, jak te� grubo�� i wzajemna odległo�� pły-tek cementytu w perlicie mo�e oddziaływa� na efekt rekrystalizacji dynamicznej. I tak pojawiaj�cy si� w stali C55 wysoce dys-persyjny perlit (rys. 17) (rz�du wymiarów podziarna) stabilizuje substruktur�, opó�-niaj�c proces rekrystalizacji dynamicznej. W stalach C55 i C90U zaobserwowano tak�e przebudow� płytkowej struktury ce-mentytu (fragmentacja i sferoidyzacja) przyspieszona odkształceniem plastycz-nym. 5. Podsumowanie

Przeprowadzone badania stali niesto-powych 04J, C55 i C90U o zró�nicowanej zawarto�ci w�gla (0,03, 0,5, 0,9) wykazały wyst�powanie w nich minimum oporu pla-stycznego oraz poszerzyły wiedz� o proce-sie obróbki plastycznej na ciepło o znajo-

mo�� zjawisk strukturalnych zachodz�cych podczas i bezpo�rednio po odkształceniu. W szczególno�ci stwierdzono, �e: 1. We wszystkich badanych stalach

stwierdzono wyst�powanie minimum oporu plastycznego: w stali 04J w tem-

peraturze 850 °C, w stali C55 – 720 °C

i w stali C90U – 730 °C. 2. Minimum to wyst�puje tym wyra�niej,

im mniejsza jest zawarto�� w�gla. 3. Obserwowane obni�enie oporu pla-

stycznego podczas odkształcenia na ciepło stali 04J jest przede wszystkim efektem procesów odbudowy struktury, takich jak zdrowienie dynamiczne i re-krystalizacja dynamiczna.

4. Znacz�ca zawarto�� cementytu w sta-lach C55 i C90U utrudnia rekrystaliza-cj� dynamiczn� i przesuwa jej rozpo-cz�cie w kierunku wy�szych tempera-tur.

5. W normalizowanych stalach C55 i C90U wyst�puje w podwy�szonych temperaturach przebudowa płytkowej struktury cementytu (sferoidyzacja i fragmentacja) przyspieszona od-kształceniem plastycznym.

6. Otrzymane wyniki wskazuj�ce mecha-nizmy zmian strukturalnych zachodz�-cych w trakcie odkształcenia w zakresie minimum oporu plastycznego mog� by� wykorzystane podczas projektowania procesów kształtowania stali w�glo-wych w podwy�szonych temperaturach.

Literatura [1] Bailey J.A., Singer C. M., Jour. Inst.

Met., 1964, p. 288÷289. [2] Grosman F., Hadasik E., Sajdek C.,

In�ynieria Materiałowa nr 3÷4, 1994,

s. 77÷79. [3] Schindler I., Boruta J., Utylzation Po-

tentialites of the Torsion Plastometer, ed. Departament of Mechanics and Metal Forming Silesian Technical University, Katowice, 1998.

[4] Samolczyk J., „Wyznaczanie krzy-wych umocnienia metod� sp�czania próbek z czołowymi wytoczeniami”, praca BM 901 01 004 INOP, Pozna, 1998.

[5] Hadasik E., Machulec B., Kawalla R., Tkocz M., Materiały seminarium nt.:

„Nowe technologie i materiały w me-talurgii i in�ynierii materiałowej”, Ka-towice, 1999.

[6] Schindler I., Hadasik E., Journal of Materials Processing Technology, nr

106, 2000, p. 131÷135. [7] Grosman F., Kawalla R., Hadasik E.,

Tkocz M., Materiały Mi�dzynarodowej Konferencji nt.:„Plastyczno�� materia-łów – Forming 2001”. Stara Lesna,

2001, s. 63÷68. [8] Hadasik E., Gronostajski Z., Płachta

A., Schindler I., Materiały Mi�dzyna-rodowej Konferencji nt.:„Plastyczno�� materiałów – Forming 2001”. Stara

Lesna, 2001, s. 77÷84. [9] Sellars C.M., McG. Tegart W.J., In-

ternational Metallurgical Reviews,

vol. 17, 1972, p. 1÷24. [10] Mc Queen H.J., Metall. Trans., A8,

1977, p. 807÷824 [11] Mc Queen H.J., Zeszyty Naukowe

AGH, Metalurgia i Odlewnictwo, 5,

1979, p. 421÷470. [12] Selars C.M., Zeszyty Naukowe AGH,

Metalurgia i Odlewnictwo, 5, 1979,

p. 377÷404. [13] Nes E., Zeszyty Naukowe AGH, Me-

talurgia i Odlewnictwo, 5, 1979,

p. 209÷224. [14] Doherty R.D., Zeszyty Naukowe

AGH, Metalurgia i Odlewnictwo, 5, 1979,

p. 179÷197. [15] Petkovic R.A., Luton M.J., Jonas J.J.,

Acta Metall. nr 35, 1980, p. 729÷743. [16] Mc Queen H.J., Evangelista E.,

Bowles J., Crawford G., Met. Sci., nr

18, 1984, p.387÷394. [17] Sakai T., Jonas J.J., Acta Metall., nr

32, 1984, p. 189÷209. [18] Doherty R.D., Scr. Metall., nr 19,

1985, p. 927÷932. [19] Mc Queen H.J., Jonas J.J., J. Appl.

Met. Work, nr 3, 1985, p. 410÷420 [20] Bła� L., Szczerba M., Arch. Hutn., nr

30, 1985, s. 557÷561. [21] Mc Queen H.J., Materials Science

and Engineering, A101, 1988, p.

149÷160. [22] Henshall G.A., Kassner M.E., Mc

Queen H. J., Metall. Trans. A23,

1992, p. 881÷889.

[23] Mc Queen H.J., J. Mater. Proc. Tech.,

nr 37, 1993, p. 3÷36. [24] Militzer M., Sun W.P., Jonas J.J.,

Acta Metall. Mater., nr 42, 1994,

p.133÷145. [25] Jonas J.J., Mater. Sci. Eng. A184,

1994, p. 155÷171. [26] Ray R.K., Jonas J.J., Burtin-Guillien

M.P., Savole J., Iron Steel Inst. Jpn.

Intl., vol. 34, nr 12, 1994, p. 927÷942.

[27] Doherty R.D., Hughes D.A., Hum-phreys F. J., Jonas J.J., Juul Jensen D., Kassner M.E., King W.E., McNel-ley T.R., McQueen H.J., Rollett A.D., Materials Science and Engineering,

A238, 1997, p. 219÷274. [28] Tsuji N., Matsubara Y., Saiti T., Scr.

Metall., nr 4, 1997, p. 477÷484.

INFLUENCE OF CARBON CONTENT AN PLASTIFYING STRESS AND MICROSTRUCTURE OF WARM DEFORMED NON-ALLOYED STEELS

Abstract

Plastifying stress as function of deformation temperature for low carbon ferritic steel (0,04C), medium-carbon C55 steel and pearlitic steel C90U has been determined during upsetting of Rastigaevs’ samples. A distinct drop of plastic resistance was

found at the temperature 850°C for 04J steel and at the temperature 720÷730°C for C55 and C90U steels. This drop was more evident for the low carbon steel. It was concluded that dynamic recovery and dynamic recrystallization occurring in ferrite during plastic deformation are responsible for the observed drop of plastic resistance.

Key words: warm working, plastifying stress, deformation resistance, dynamic recovery, dynamic recristallization