«Μελέτη της μικροδομής και της

Transcript

1 ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ «Μελέτη της μικροδομής και της τριβολογικής συμπεριφοράς επιγομώσεων» (Πτυχιακή εργασία) Νικόλαος Γ. Χαϊδεμενόπουλος Α.Μ ι Ι βλ Ι ΟΘ ΗΚΗ,ι ΤΕΙ ΠΕΙΡΑlλ

2 Περίληψη Η τεχνικής της κλασσικής συγκόλλησης βολταϊκού τόξου χρησιμοποι11θηκε για τη δημιουργία μεταλλικών επιγομώσεων μ ε βάση το σίδηρο, με σκοπό την αύξηση τη ς διάρκειας ζωής σκαπτικών άκρων χωματουργικών μηχανημάτων. Εξετάσθηκαν τρ ε ις τύποι εναπόθεσης, διαφορετικών χημικών συστάσ εων, και ίδιου πάχους - 5 mιη. Καταρχήν χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό TheΓmoca l c, για πτην πρόβλεψη των θ ε ρμοδυναμικά σταθερών φάσεω ν που δημιουργούνται κατά το μετασχηματισμό του τήγματος σ ε στε ρ εό (Στερεοποίηση), καθώς και κατά την απόψυξη του στ ε ρεοποιημένου από υψηλή σε θ ε ρμοκρασία πε ριβάλλοντος (Μετασχηματισμοί σε Στερ ερι7 Κατάσταση). Στους υπολογισμούς θεωρήθηκε ότι κατά την εναπόθεση μέρους του μετάλλου βάσης έφτασ ε επίση ς, σ ε κατάσταση τή ξης (10% αραίωση). Τα αποτελέσματα της υπολογιστικής προσέγγ ισης συγκρίθηκαν μ ε τα ε ργαστηριακά ευρήματα τη ς μcταλλ γ αφι Ί ς?>αρ ατή ρη crη ς ~ςαι ιςλη ρομ έτρ η η ς δο ις ιμ ί ν τ ν επ ιγ μώ ω ν κα ι 'τη σuv ιg, '\'t κqθ n; ιγό μώση Ύ να\/ 1J Θ" ψ τρι f;j Qγ ικ ' v Q ι~.ιών, προκε ιμένου να αξιολογηθ εί η ιςατεργασιμότητά του ς μ ε κοπτ ι κά άκρα συμβατικών εργαλειομηχανών, καθώ ς και η απόδοσή του ς κατά τη εφαρ μογή. Για του ς λόγους αυτού ς, χρησιμοποιήθηκαν δυο δ ιατάξ ε ις με χρήση διαφορ ετικών ανταγωνιστικών υλικών : Τριγωνικά κοπτ ικά άκρα μ ε επικάλυψη TiN-Al203, που τυπικά χρ η ιμ - πο ι ύντα ι ε ργασ ί ς τό ρν ευ ση ς, πρ σαρμ σθη καν σ ε τρ ιβ μ ετρ τύπου στυλίσκου - δίσκου, για την προσομοίωση τη ς συμπεριφοράς των επ ιγομώσεων σε φθορά εκτ ριβή ς κατά τη διάρκεια κοπής. Σφαίρες Sί 3Ν4 προσαρμόσθηκαν σε διάταξη σφαίρας-δίσκου, για την προσομοίωση της απόδοσης των επιγομώσεων σε οιον εί πραγματικές συνθήκε ς χρήσης χωματουργικής ε κσκαφή ς. Τέλο ς, τα αποτελέσματα των δοκιμών τρ ιβή ς ολίσθηση ς, ο ι μετρ 1iσ ε ις του όγκου φθοράς και οι μηχανισμοί φθοράς που αναγνωρίσθηκαν, χρησιμοποιήθηκαν για την ε πιλογ11 του καταλληλότ ερου υλικού επιγόμωσης για τη συγκεκριμένη εφαρμογή. Η επιλογή αφορούσε το β έλτιστο συνδυασμό των κρίσιμων κριτηρίων : απουσία ελαττω μάτων κρίσιμου μεγ έθοθς, καλή κατε ργασιμότητα και αυξημένη διάρκε ια ζωής.

3 Abstract T Γ a diti o n a l ai"c welding was applied to αea t e surface deposits onto c aι-b o n steel substrates ιι sed ο η the edges of excavation eqιιipm e nt in a qιι a ιτy plant, in ordei to enhance their service lifetime. Th.Γee electrodes of di ffe Γe nt chemical composition we Γe used to deposit - 5 mm-thick pωt e cti ve ov e r-lay e ι s. Ρι iοι to l a bo ia toιγ chaι-ac t e ι-i z ati o n of tl1e s ιιrfac e-hard e ned samples, tl1e The1η1oca l c softwaι-e was ιι sed to predict mi cros tιυ c tuι- e fea tιιj" es that co ιιld be possibly present in the weld metal aγeas aft e ι solidification, taking into account a 10% dissolution of the base ιηetal in the melting pool. The calcιιlation res ιιlt s were compared to the experimental findings from optical mi cω s co py observations and micωl1ardn ess m eas ιιre ιη e nts and fο ιιηd to be in good agreement. MoreoveI", tl1e widtl1 and the associated mi c ro s trιι c tιπe of tl1e Heat Affected Zone were d ete πηin e d in all cases. S ιιb se qιι en t ly two series of tribological tests were p e r fo rιη e d to estimate the 1ηacl1in a bility of tl1ese deposits wl1en ιι s ίηg conventional machine tool cιιtting edges, as well as their p erfo rιη a nc e dιπing service. Το fιιlfill these aims, two types of coιιnterb o di es we ι e ιι sed : TiN-Al coated tι"i a n g ιιl a r cιιtting edges, typically ιι se d for tιιιηiηg, were adapted to a pin-on-disc apparatus, in order to s iιηιιlate tl1e deposits' response ίη abrasive wear dιιring cιιttin g. Si 3 N 4 spheι e s were adapted to a ball-on-disc device, ίη order to si111ulate the deposits' p e rfoι manc e ιιnder quasi-real operating co nditίon s of the ex c a vatίn g edge. After fι-ίc tί οη testing, tl1e wear vo lιιm e and tl1e wea I" mechanisms involved were coιτ e lat ed, in order to select the pωp e Γ el e ctωd e for the given application, as tl1e one presenting tl1e οptimιιιη combination of tl1e c nι c i a l criteiia: absence of CΓitίc a l size defects, m ac l1ίn a bility and se Γv ic e li fe tiιη e. ίί

4 ΕΙΣΑΓΩΓΉ Η ανάπτυξη των σύγχρονων κοινωνιών δημιουργ ε ί απαιτήσεις για διαρκή εξέλ ιξη τη ς τεχνολογίας, προκειμένου αυτή να ικανοποιεί στο μέγ ιστο β αθ μό αιτήματα σχετ ικά μ ε τα χαρακτηριστικά ποιότητας και την ασφάλεια προϊόντων και μη χανών. Στην ε ιδική πε ρίπτω ση της βελτιστοποίησης μηχανολογ ικών κατασκευών με κύριο στόχο την αύξηση της δ ιάρκ ε ια ς ασφαλούς χρήση ς του ς, ιδ ιαίτερη β αρύτητα δίνετα ι στην επιλογή των χρη ξσ ιμοποιού μενων υλικών, με έ μφαση στις ιδ ιότητες της επιφάν ε ιάς τους. Οι τελευταίες ε ίναι εξαιρ ετικής σπουδαιότητας, διότι μέσω της επιφάνειας το υλικό τη ς κατασκ ευής αλληλεπιδρά με το περιβάλλον λειτουργ ίας του. Εχουν αναπτυχθεί, λοιπόν, μια σ ειρά τεχνικών με τις οποίες επιτυγχάν εται επιφαν ειακή μόνο ενίσχυση, κύρια μεταλλικών με ρών. Οι συνηθέστερες από αυτές αφορούν την επιφαν ειακή εναπόθεση υ λικού υψη λών ιδιοτήτων, -για τη συγ κεκ ριμένη εφαρ μογή, υψηλότ ερων εκείνων του μεταλλικού τους υπόβαθρου. Παρότι, πρόκ ε ιται για τεχν ικές που ή δη βρίσκουν εφαρμογές ευρύτατα, η εξέλ ιξη των δ ιεργασιών/ τεχνολογιών εναπόθ εσης και η σύνθ εση υλικών υψηλότερης απόδοση αποτελούν θέ ματα κεντρικού ερ ευνητικού και τεχνολογ ικού ενδιαφ έροντος σ ε διεθνές επίπ εδο. Μ εταξύ των τεχνικών επιφαν ειακή ς ενίσχυσης, οι Επιγομώσεις προσ ελκύουν το ενδ ιαφ έρον, επιπλέον, λόγω της χρήσης εξοπλισμού και υλικών σχετικά χαμηλού κόστους και των μικρών απαιτήσεων για προσωπικό με ειδική τεχνογνωσία. Στις εφα ρμογ ές των επιγο μώ σ εων χρησιμοποιούνται τεχνικές συγκόλλησης ή θερμικού ψ εκασμού για την εναπόθεση υλικού στις φθαρμέν ες π εριοχές και την αποκατάσταση της αρχική ς γεω μετρίας, φαίν εται να ικανοποιούν τις απαιτήσεις γ ια ενισχυ μένες μηχανικές ιδιότητες με κύριο π εδίο εφαρμογής τριβικά συστήματα που λειτουργούν σε συνθήκ ε ς ισχυρής καταπόνησης: υψηλά φορτία και ταχύτητες, σε διαβρωτικό περιβάλλον. Για το λόγο αυτό, η έννοια της επιγό μω ση ς, σ ε σχέση με το γενικότερο όρο επικάλυψη, τ ε ίν ε ι να υπονο ε ί τη δημιουργία σημαντικού πάχους εναποθ έσεων υ λικών με υψη λή σκληρότητα, χαμηλό ρυθμό φθοράς ή/κα ι χα μη λή ς χημικής δραστικότητας σ ε π ε ριβάλλον υψηλής υγρασίας. Ωστόσο, όπως όλες ο ι τεχνικές που συνίστανται στη σταδιακή στ ερ εοποίηση μεταλλικών τηγμάτων, έτσι και η ίίί

5 επιγό μωση έχει εγγενή μειο νεκτήματα σχετιζό μενα με την εμφάνιση πόρων, ρωγμών και περιοχόν μικροδιαφορισμού, γεγονός που καθιστά την επιλογή των : )> Β έλτιστων τιμό)ν των παραμέτρων εναπόθ εσης )> Υλικών επικάλυψης μεταλλ ικώ ν υπόβαθρων, που θα λειτουργήσουν σε πε ριβάλλον δεδο μένων συνθηκών );>- Θερ μικών κατεργασιών του επιφανειακού στρ ό) ματος, μετά την εναπόθεση κεντρικά θέματα π ε ραιτέρω σχετικής επιστημονικής και τεχνολογικής έρευνας.. Η παρούσα εργασία αφορά στη μ ελέ τη της μικρο δο μής και τη ς συμπεριφοράς σε συνθήκες τριβής ολίσθησης δύο μεταλλικών εναποθ έσεω ν χυτοσιδήρου (υπο ευτηκτικής και υπερ ευτηκτικής σύστασης) και μιας μικτή ς εναπόθεσης καρβιδίων του βολφραμίου σε μήτρα χάλυβα. Η μεταλλογραφική παρατήρηση των εναποθ έσεων, ο προσδιορισμός της κατανομής τη ς μικροσκληρότητας και η συνεχής καταγραφή του συντελεστή τριβής επέτρ εψαν τη συγκριτική αξιολόγησή τους, με κριτήρια την ελαχιστοποίηση ελαττωμάτων μικρο δο μής, τη μεγιστοποίηση της σκληρότητας και τη με ίωση των συντελεστών τριβ1]ς κα ι φθοράς. Τα παραπάνω κριτήρια διασφαλίζουν τη μεγ ιστοποίηση της κατεργασιμότητας καθώς και της απόδοσης επιγομώσεω ν σκαπτικών άκρων μηχανημάτων που χρησιμοποιούνται σε χωματουργικές εργασίες, σ ε π εριβάλλον υψηλής υγρασίας, όπως αυτό του Σχήματος που ακολουθεί. Επι γομώσεις σκαπτικών άκρα μηχα νημάτων χωματουρ γικών εργασιών ίν

6 Η υλοποίηση της παρούσας πτυχιακής ε ργασίας πραγματοποιήθηκ ε κατά ένα μέρος στο Εργαστήριο Τριβολογίας του Τμήματο ς Μη χανολογίας, ΣΤΕΦ/ ΤΕΙ Π ε ιραιά, και κατά ένα άλλο μέρος στο Εργαστήριο Υλικών, τη ς Πολυτεχνικής Σχολή ς του Παν επιστημίου Θεσσαλίας. Θα ήθ ελα να ευχαριστήσω την σύμβουλο καθηγήτρια μου Δρ. Ψυλλάκη Πανδώρα, για το πραγματικό ενδιαφέρον της και την πολύτιμη επιστημονική και προσωπική της βο1)θ εια, κατά την διάρκ ε ια υλοποίησης της πτυχιακl)ς. Θ ερμέ ς ευχάριστ ίες οφ ε ίλω στη ε ταιρία Ερ γωνία Α.Ε, ε ιδικά στον κύριο Γερ ά σιμο Μαρκέτο, που επιμελήθηκε τόσο την προετοιμασία των επιγομώσεων σε βιομηχανικέ ς συνθήκε ς, όσο και των πολύμηνων δοκιμών τους σε πραγματικές συνθήκες χρήσης. Ε ιλικρινά ευχαριστώ τον Επικεφαλής και το προσωπικό του Εργαστηρίου Υλικών, Πανεπιστημίου Θ εσσαλίας για τη διάθ εση του εξοπλισμού του Εργαστηρίου και των λογισμικών που χρησιμοποιήθηκαν, καθώς και για την ενθάρρυνση και υποστήριξή τους, καθόλη τη διάρκ ε ια υλοποίησης της ε ργασίας. Τέλος, το μεγαλύτ ε ρο ευχαριστώ το οφείλω στον πατ έρα μου Γρηγόρη, την οικογ ένεια και τους φίλους μου, για την συναισθηματική και οικονομική στήριξη που μου προσφ έρουν. ν

7 1. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

8 1. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1.1 Τεχνικές δημιουργίας προστατευτικών επικαλύψεων. Η προστασία επιφανειών μέσω μ εταλλικών επικαλύψ εων ή επιγομώσεων επιτυγχάν εται με σχετικά λεπτές στοιβάδες που εφαρμόζονται στην εκάστοτε επιφάνεια με διάφορους μεθόδους. Σε βιομηχανικές εφαρμογές, οι επιφανειακές κατεργασίες των υλικών έχουν ως κύριο σκοπό την προστασία τη ς συνολική ς κατασκευή ς έναντι: Φθοράς, που προκαλείται από την επαφή της επιφάνειας με τις επιφάν ε ιες άλλων αντικειμένων. Διάβρωσης, όταν η επιφάνεια φέρεται σε υγρό περιβάλλον που δρα δυσμενώς επ'αυτής. Οξείδωσης, όταν η επιφάνεια υπόκε ιται σε ξηρό π εριβάλλον με υψηλ ές θερμοκρασίε ς που εν εργοποιε ί τη χημική δράση των οξειδωτικών αερίων. Οι τεχνικές δημιουργίας επικαλύψεων (coatings) περιλαμβάνουν τις επιφανειακές εκείν ες κατεργασίες κατά τις οποίες υλικό, διαφορετικής χημικής σύστασης από το μέταλλο βάσης, με ιδιότητες τ ις επιθυμητές ιδιότητες επιφάνειας του αντικειμένου που εναποτίθεται σχηματίζοντας επιπρόσθετο στρώμα, το οποίο καλείται επίστρωμα η επικάλυψη. Σύμφωνα με την κατάσταση του υλικού, οι τεχνικές επικάλυψης χωρίζονται σε Αέρια κατάσταση (Φυσική εναπόθεση ατμών, Χημική εναπόθεση ατμών) Υγρή κατάσταση ( Χημική εναπόθεση, Ηλεκτροχημική εναπόθεση, Εναπόθεση από κολλοειδή) Κατάσταση τήγματος ( Επιγόμωση, Θερμικός Ψεκασμός) Γενικά, οι τ εχνικές εναπόθεσης ατμών χαρακτηρίζονται ως τεχνικέ ς δημιουργίας επιστρωμάτων μικρού πάχους (<5 μιη), ενώ οι τεχνικές επιγόμωσης και θερμικού ψεκασμού χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία επιστρωμάτων μεγάλου πάχους (>200 μιη). Όλες οι υπόλοιπες τεχνικές χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία επικαλύψεων ενδιάμεσου πάχους (20-80 μιη). Στην παρούσα εργασία οι τεχνικές επικάλυψης βασίζονται σε κατάσταση τήγματος του υλικού και συγκεκριμένα στις επιγομώσεις[ Ι]. 1.1

9 1.1.2 Τεχνικές θερμικού ψεκασμού Ο όρος θερμικός ψεκασμός (Plasιna spraying) περιγράφει μια ομάδα κατ εργασιών απόθεσης, κατά τις οποίες κεραμικά ή μεταλλικά σωματίδια, ή και το μίγμα τους, σε λεπτομε ρή δ ιαμε ρισ μό, δ ιοχετεύονται σ ε ρ εύμα α ερίου υψη λή ς Θ ε ρμο κρασίας και αποτίθενται στην προς επικάλυψη επιφάνεια σ ε κατάσταση πλήρου ς ή μερικής τή ξης. Εκ ε ί στερ εοποιούντα ι ταχύτατα παρ έχοντας το επ ιδιωκόμενο επίστρωμα. Το υλικό απόθ εσης παρέχεται υπό μορφή σκόνης, σύρματος ή ράβδου απ' όπου εξάγονται τα προς απόθεση σω ματίδια. Ανάλογα με την πηγή θ ε ρμότητας που χρησιμοπο ιε ίται, οι τεχνικές θ ερμικού ψ εκασμού διακρίνονται σ ε τ έσσ ε ρις κατηγορίες[2]: Ψ εκασ μό ς με χρήση φλόγας (coιηbιι s tion flaιηe spraying) Ψ εκασμός με δη μιουργία ηλεκτρικού τόξου ( arc wire spraying) Ψ εκασμός υψηλής ταχύτητας με χρήση φλόγα καύσης ( 1-/VOF ) Ψ εκασμό ς με χρήση πλάσματος ( Plasιηa spraying) Τ εχνικές των επιγομώσ εων Επιγόμωση(Ιιardfacίπg):Είναι η εφαρμογή υλικών ανθεκτικών σε φθορά σ ε μεταλλικέ ς επιφάν ε ιες με την μέθοδο της συγκόλλησης(we ld oνer l ay) ή του θερμικού ψ ε κασμού. Τα υλικά που ε μπίπτουν στο weld oνer l ay ταξινομούνται σ ε 5 κατηγορίες: Α ναγομώσεις(bιιίld-ιιp) Α ντιτριβικά κράματα για επαφή μέταλλο/ μέταλλο(μ /Μ) Αντιτριβικά κράματα για ε παφ1ί μέταλλο/έδαφος(μ / Ε) Καρβίδια βολφραμίου(wc) Μη σιδηρούχα κράματα Οι αναγομώσ ε ις ε ίναι συνήθως υψηλά κραματωμένο ι χάλυβες κα ι δεν σχεδιάζονται για αντιτριβικ έ ς χρήσ ε ις αλλά να επιστρ έψουν ένα ή δη φθαρμένο μηχανολογικό στοιχε ίο στις αρχικές διαστάσ ε ις. 1 1

10 Οι επιγο μώσε ις ιη e ta l to ιη e ta l : Πρ ό κε ιται γ ια επιγομώσε ις που αφορούν μαρτενσιτικού ς χάλυβ ε ς υψη λή ς εμβαπτότητας ( β αφ11 στον αέ ρ α). Οι κύριοι λε ιτουργ οί αν τ ιτ ριβικών επιγομώσεων( Μ /Ε) ή WC είναι η αντίσταση στην φθορά εκτριβής(abrasίο n ). Τα Μ /Ε ε ίναι κράματα με υψηλά ποσοστά χρωμίου στα οποία σχηματίζονται καρβίδια του χρωμίου κατά την στερεοποίηση. Αυτά τα κράματα έχουν αντίσταση σε φθορά ολίσθηση ς(s lίdίn g) και σε κρούση(crιιshίng) που αντιστοιχούν σε φθορά κάτω υπό πιο ήπιε ς συνθήκ ες. Τα WC ε ίναι στην ουσία σύνθ ετα υλικά και αποτελούνται από δ ιακριτά σω ματίδ ια WC τα οποία μεταφέρονται στην λίμνη συγκόλλησης και ενσωματώνονται στην μήτρα από την στερεοποίηση του σωλήνα του ηλεκτροδίου, σε αντίθ εση με τα Μ / Ε τα WC χρησιμοποιούνται σε συνθήκες που είναι πολύ διαβρωτικές για τα σιδηρούχα. Αντιτριβικά κράματα για επαφή μέταλλο/έδαφος: Σε αυτές τις επιγομώσεις ο άνθρακας κε ιμέν εται μ εταξύ 2-6% κ. β και το χρώμιο π ε ρίπου από 6-35% κ. β. Άλλα πιθανά κραματικά στοιχε ία που μπορεί να περιέχουν τα Μ / Ε είναι το πυρίτιο, μολυβδαίνιο και το μαγνήσιο. Το πιο σημαντικό από μικροδομικής άποψης στα Μ /Ε είναι το καρβίδιο M 7 C 3 που σχηματίζεται κατά την στ ε ρ εοποίηση και περιέχε ι κυρίως χρώμιο και μολυβδαίνιο. Η μήτρα γύρω από αυτό το καρβίδιο μπορεί να ε ίναι ωστενιτική, περλιτική ή μαρτενσιτική. Γενικώς τα ωστ ενιτικά κράματα βασίζονται στο μαγνήσιο για την παραμονή του. Η περιεκτικότητα σ ε άνθρακα ε ίναι καλή ένδε ιξη για την αντιτριβική αντίσταση γ ια τα Μ / Ε απεικονίζοντας αυτό το γεγονός στο σχήμα 1.1. Σε υψηλά επίπ εδα άνθρακα και χρωμίου η μικροδομή είναι υπ ε ρευτικτική στην οποία περιέχονται καρβίδια εξαγωνικού σχήματος. Στα χαμηλά επίπεδα η μικροδομή είναι υποευτικτική. Για να πραγματοποιηθεί μια επιγόμωση με επιτυχία θα πρ έπει να ληφθούν υπόψη ο ι παρακάτω συνθήκες και παράμετροι οι οποίοι είναι: Αραίωση συγκόλλησης Απόκλιση του βολταϊκού τόξου Ρυθμός ψήξης 1.3

11 ε Ε,,; 30 U) Ε Q) Ε 20 :::> ο > Μ b χ Μ 1.8. Ε,,; 1.2 Ε "' Q) Ε :::> g (a J Έ Ε 40,,; Ε "' 30 Q) Ε ::> ο > J-- ο Carbon conte nt, w τ %, 3.0 ';' ο 2.4 /. "'. Ξ 1.8 ~ Ε c.> τ ~ (bl ο ο CartJo n c onι e n t. νν ι% Σχιίμα J. J. Δια γράμματα απώλε ι α ς ό γκου και περιεκτ ικότη τα σε άνθρακα γ ι α αντι τρ ιβ ικά κράματα γ ια επαφ ή μ έταλλ ο/έδαφο ς μ ε υψηλό ποσοστό χρωμίου (α) Συνθι7κες χαμ ηλ ι7 ς τάση ς (b)συνθήκες υψηλ ή ς τάση ς. Καρβίδ ια βολφραμίου(wc): Σ ε αντ ίθεση με άλλε ς επιγο μώ σε ις με τη ν μέθοδο τη ς συγκόλλη σης, τα WC δ ε ν βα σίζον τα ι στη ν στ ερ εοποίη ση γ ια την δημιουργ ία σκλη ρώ ν φ άσεω ν άλλα από την μεταφο ρά των WC κατά τη ν κατ εργασία τη ς συγκόλλη ση ς στο υ λ ικό. Είνα ι σημαν τικό να περ ιο ρίζετα ι η θ ε ρ μο κ ρασ ία τη ς συγκόλληση ς γ ια να αποφθ εχθ ε ί η τή ξη τω ν WC, αν τα WC λ ιώσου ν θα αρα ιωθού ν με το μ έταλλο β άσης κα ι θα έχε ι ως αποτέλ εσ μα να δημιουργη θού ν π ιο μαλακά καρ βίδια σ ι ή ρου - β ολφ ρ αμίου και Θα μ ε ιω θ εί η αν τ ιτρ ιβι ις;ή Ί V ν ι ρtβι ii U α η 1>ό σ γ ι<cj ιi'j gι; ~ '!! Q ιj τη μι; φ (Ί ' Ί Τα WC κατασκ εύα ζον ται με λ ιώσ ιμο β ολφρα μίου κα ι ά νθ ρ ακα σε καλού πι γ ρ αφίτη. Κατά την δ ιάρκε ια τη ς ψύ ξης αναμε ιγνύονται ο ι 2 φάσε ις WC κα ι W 2 C, μετά από σφυρη λάτηση κα ι εmλθyή μεyέθο ζ πιφάyοvτα ι σε σω ληvα πθυ περ ιβ άλετ ε αn ό χάλυβα(η λε κτρ όδ ιο). Τα

12 πιο δημοφιλής ηλεκτρόδια WC είναι με 38,50,55 και 60% κ.β WC, μα ζί με το περίβλημα χάλυβα επικρατ εί ισορροπία. Τα WC γενικά έχουν υψηλή αντιτριβική αντίσταση και χαμηλή αντοχή στην κρούση, αυτή η απόδοση εξαρτάτα ι απο: Μέγεθος καρβιδίου Μέθοδος συγκόλλησης Σχέση μεγέθους μεταξύ καρβιδίου και αντιτριβής 1.2 Τεχνικές συγκόλλησης Συγκόλληση με τηκόμενο ηλεκτρόδιο και προστασία αερίου (Gas Metal Aι-cWelding, GMAW) Η συγκόλληση μ ε τηκόμενο ηλεκτρόδιο και προστασία αερίου (GMA W), είναι μια μέθοδος όπου η απαιτούμενη θερμότητα προέρχεται από ένα τόξο που σχηματίζεται μεταξύ ενός συνεχώς τηκόμενου ηλεκτροδίου (σύρμα χωρίς επένδυση) και του προς συγκόλληση μετάλλου (Σχήμα 1.2). Η προστασία (του τόξου και του τηγμένου μετάλλου της συγκόλλησης) επιτυγχάνετα ι συνήθως με τη χρησιμοποίηση αδρανών αερίων όπως το αργό και το ήλιο, γι' αυτό η μέθοδος GMA W ονομάζεται και MIG (Metal-Inert Gas). Όμως, επειδή χρησιμοποιούνται και μη αδρανή αέρια, ιδιαίτερα το C02, το όνομα GMA W φαίνεται να ε ίναι το πιο κατάλληλο. Η μέθοδος GMA W χρησιμοποιείται ευρύτατα στη συγκόλληση κραμάτων αλουμινίου. Η ανάστροφη πολικότητα, σε αντίθεση με τη GTA W, χρησιμοποιείται για την επίτευξη σταθερού τόξου, ομαλής μεταφοράς μετάλλου χωρίς απώλειες 11 εκτινάξεις (spatteι') και καλής διείσδυσης της συγκόλλησης. Με ορθή πολικότητα ή με εναλλασσόμενο ρεύμα η μ εταφορά μετάλλου ε ίναι ασταθής. 1. 5

13 (U.) lίιεrριιη 'ι ς ροι'ι ς ~ί σrψ1υ. τpοψο δ οσί.11.~ σ ό ιη1 1J. tί) ~ 1':<1. rει\ θ11ν σι1 συγκ \λί.ιισιις.ι ΑέιΗο προστασίας f[;. εκrρόδ10 (σίφμυ.}.!\:/< ηό ς επu. φιί ς l\ι έ ruί.ί.ο.._. σ11γκόλί. 11 σ ι1 ς Μ έ τυ.ί.λο pu. σ ιι ς Σχιjμα 1.2. Συγκόλληση με τηκόμενο ηλ εκτρόδιο και προστασία αερίου: (α) συνολικι? διαδικασία, (β) μ εγέθυνση της περιοχής συγκόλλησης. \.2.2 Συγκόλληση με χρήση σωληνωτών ηλεκτροδίων (F lιιx -Core Αι-c Welding, FCA W) Η συγκόλληση με χρήση σωληνωτών ηλεκτ ροδίων (FCA W) είναι παρόμοια με τη GMA W, όπως φαίνεται στο (σχήμα 1.3). Όμως, το σωληνωτό η λεκτρόδιο (σύρμα) περιέχει στον πυρήνα του συλλίπασμα (flιιχ) και δεν είναι συμπαγές όπως και στη GMA W. Δηλαδή το ηλεκτρόδιο είναι ένας μεταλλικός σωλήνας ο οποίος περιέχε ι τη σκόνη συλλιπάσματος και ενδεχομένως κραματικές προσμίξεις και αποξειδωτικά σιδηροκράματα. Ο ρόλος της σκόνης (flιιχ) ε ίναι παρόμοιος με εκείνο του συλλιπάσματος των επενδεδυμένων ηλεκτροδίων της συγκόλλησης SMA W, δηλαδή η δημιουργία ενός στρό)ματος σκουριάς πάνω από το λουτρό και η προστασία από την απορρόφηση οξυγόνου και αζώτου από τον αέρα. Η χρήση πρόσθ ετου αερίου προστασίας ε ίναι προαιρ ετική. Έτσι υπάρχουν δύο είδη συγκόλλησης FCA W:

14 Μ ε προστ ατ ευτική ατμόσφαιρα αερίου: Η μέθοδος χρη σ ιμοποιείται κυρίως για τη συγκόλληση τεμαχίων χάλυβα μέσου και μεγάλου πάχους σε όλες τις θέσεις. Ο εξοπλισμός της είναι όμοιος με αυτόν που χρησι μοπο ι είται στη μέθοδο GMAW. Ως ελαφρά πλεονεκτήματα έναντι της μεθόδου GMA W θεωρούνται η μικρότερη ευαισθησία έναντι της παρουσίας οξείδωσης και ακαθαρσιών στα μέταλλα που συγκολλούνται και ότι είναι λιγότερο ευαίσθητη στην παρουσία ρευμάτων αέρα. Χωρίς αέριο προστασίας: Η τεχνική αυτή είναι όμοια με την προηγούμενη, με τη διαφορά ότι τα σωληνωτά ηλεκτρόδ ια περιέχουν μεγαλύτερη ποσότητα συλλιπάσματος, ώστε η σκουριά να επαρκ εί για την προστασία της συγκόλλησης, χωρίς να χρειάζεται επιπλέον προστατευτική ατμόσφαιρα αερίου. Βασικό πλεονέκτημα έναντ ι της μεθόδου GMA W είναι ότι δεν επηρ εάζετα ι από την παρουσία ρευμάτων αέρα. Ι\Ιετρ11η\.; ρο1\ς Κατεύθt>νση σι,rκι'jλληση.; Σι\ στι1μr1. τροφο δοσ ία.; σύρματος (\}) Σ<»ί.,ην< >τ6 Σωλ1\να.; επαφ 1\ ς ηλ εκτρ6δ10 (σι1ρ μα) Στο:ιuνιJ. σκί νης σ\)λί.1π6.σ,,tj. τu.; Προστ.υ. η\ ηκό υ. tρ ι ο ( :rρου.~ρι τ 11<ό) Ι\Ιέταλλο βύ.ση.; Τηγμένο μέταλλο (λου τρι\) Σχήμα 1.3. Συγκόλλ ηση μεχρι]ση σωληνωτών ηλεκτροδίων (FCAW): (α) συνολική διαδικασία, (β) μεγέθυνση της περιοχής συγκόλλησης Σύγκριση της συγκόλλησης FCA W με τη συγκόλληση GMA W 1. 7

15 1 fl Η συγκόλληση FCA W είναι μία εξέλιξη τη ς G ΜΑ W. Μ ε αυτήν επιτυγχάνονται ορισμένες βελτιώσε ις, αλλά η GMA W εξακολουθ εί να υπερέχει σ ε αρκετά σημεία, όπως π.χ. στην ικανότητά της να εκτελεί συγκολλήσεις ελασ μάτων πολύ μικρ ού πάχους και στο ότ ι δεν παρ άγει πολλές αναθυμιάσεις. Ο (Πίνακας 1.1) δείχνε ι μία σύγκριση μεταξύ των δύο μεθόδω ν, προκειμένου να επιλεγε ί η πλέον κατάλληλη. Οπως γ ίν ετ αι φανερό, η GMA W, σε γεν ικ ές γρα μμές, παρουσιάζε ι υπεροχή έναντι της FCA W, αλλά το πλεονέκτημα τη ς δεύ τ ε ρης ε ίναι ότι με το κατάλληλο σύρμα δεν επηρ εάζεται από τα ρ εύ ματα α έρα και γι' αυτό είναι σ ε θέση, να ε κτελέσ ε ι και υπαίθριες συγκολλήσ ε ις, κάτι που γ ια τη GMA W ε ίναι πολύ δύσκολο. Ακόμη, φαίνεται η δυσκολία με την οποία η GMA W μπορ ε ί να κολλήσει ελάσματα μεγάλου πάχους με τη μέθοδο βραχυκυκλωμένου τόξου (η οποία συνήθως χρησ ιμοπο ιε ίται σ ε ανθρακούχους και ελαφρά κραματωμένους χάλυβες), λόγω του κινδύνου να μη γίνει καλή τή ξη. Πίνακας 1.1 Σύ γκριση τη ς FCAW με την GMA W Σημείο σύγκρισης GMAW FCAW Συγκόλληση λεπτών ελασμάτων Συγκόλληση ελασ μάτων λεπτού πάχους Από 0,6 ιηιη Από Ι ιηιη Χρ ε ιά ζεται προσοχή σ ε πάχη Δ εν αντ ιμετωπίζεται κανένα > 0,6 ιηιη (με πρόβλημα βραχυκυκλωμένο τόξο ) Ε μφάνιση τη ς ραφής Καλή ε μφάν ιση Μέτρια ε μφάνιση Εκτινάξε ις Λίγες Π ολλές Αναθυμιάσεις Π εριορ ισμέν ες Πάρα πολλές Προστασ ία τη ς ραφής Π ολύ καλή Άριστη Ευκολία εκμάθησης χειρισμού Π ολύ εύκολη Χρ ε ιά ζεται εξάσ κηση και πε ίρα Τήρηση αποθήκη ς Απαιτού νται ελάχιστα ε ίδη Χρ ε ιά ζο νται αρκετά αναλώσιμων συρμάτω ν σύρματα Προ ετοιμασία επιφάνειας Απαιτείται να ε ίναι καλή Ελάχιστη προ ετοιμασία Ευαισθησία σ ε ρ εύματα αέρα Πολύ μεγάλη Μικρή Υπαίθρια συγκόλληση Μόν ο με άπνοια Ναι, με το κατάλληλο σύρ μα

16 Ανάγκη ακρίβειας στην Όχι ιδιαίτερη, τα μικρά λάθη ρύθμιση των παραμέτρων δεν έχουν δυσμε ν ε ίς η λεκτροσυγ κόλλησης επιπτώσ εις Χρ ε ιάζ ι; ται σχετική ακρίβ ε ια στη ρύθμισή τη ς 1.3 Ασυνέχειες συγκολλήσεων Οι ασυνέχειες των συγ κολλήσεων διακρίνονται σε αυτές που οφείλονται στην κατεργασία της συγκόλλησης και στις μεταλλουργ ικές ασυνέχειε ς. Οι κυριότ ε ρ ε ς ασυνέχειες που σχετίζονται με την κατεργασία συγκόλλησης ε ίναι οι εξής: Πορώδες (porosity). Οι πόροι οφείλονται στην παγίδευση αερίων κατά την διάρκε ια της στε ρ εοποίησης του μετάλλου συγκόλλησης. Η υγρασία στο βασικό ή το πρόσθ ετο μέταλλο (fιller ιnetal) και ο ανεπαρκής καθαρισμός πριν την συγκόλληση συμβάλλουν στην δημιουργ ία πορώδους. Οι π ό ροι μπορ εί να είναι ομοιόμορφα κατανεμημένοι στο μέταλλο συγκόλλησης, να σχηματίζουν ομάδες ή γραμμές. Μπορ ε ί να έχουν σχήμα σφαιρικό, οβάλ, μ ε ή χω ρίς γωνίες και μπορ ε ί να συγκεντρώνονται σ ε μέρη όπως στη ρίζα (weld root) ή στον πόδα της συγκόλλησης (weld toe). Στο Σχ. 1.4 φαίνεται μεταλλογ ραφία συγκόλλησης αλουμινίου με παρουσία πόρων στο μέταλλο συγκόλληση ς. Εδώ πρ έπει να τονίσουμε ότι οι συγκολλήσεις αλουμινίου ε ίναι επιρρ επείς στον σχηματισμό πορώδους. Στο Σχ.8.2β φαίνεται επιφ άν ε ια θραύσης από δοκίμιο εφελκυσμού τη ς ίδ ιας συγκόλλησης. Ε ίναι φανερό ότι οι πόροι καταλαμβάνουν μεγάλο μέρος της διατομής και επομένως ε ίχαν αρνητική επίδ ραση στην αντοχή τη ς συγκόλληση ς. Εγκλείσματα σκωρίας (slag inclusions). Αφορά κυρίως στις συγκολλήσε ις με επικαλυμμένα η λεκτρό δ ια (SMA W) η βυθισμένο τόξο (SA W), όπου χρησιμοποιείται κάποιου ε ίδους σκωρία για την προστασία της συγ κόλλησης. Τα εγκλείσματα παρουσιάζονται κυρίως στην επιφάν ε ια και την ρίζα ή μεταξύ των ραφών σε συγκολλήσεις πολλαπλών πάσων. 1.9

17 Σχήμα 1.4. Πορώδες στο μέταλλο συγκόλλ ησης σε αλουμίνιο Σχήμα 1.5. Επιφάν ε ια θραύσης δοκιμίου εφελ κυσμού τη ς ίδιας συγκόλλ ηση ς Ατελής τήξη (Lack of Fusioιι). Αφορά στην ατελή τήξη του βασικού μετάλλου και ε μφανίζεται συνήθως στις πλευρικέ ς επιφάν ε ιες του μετάλλου συγκόλλησης. Η ατελή ς τήξη

18 προκύπτει από κακό χειρισμό του ηλεκτροδίου ή από ακατάλληλες συνθήκες συγκόλλησης, όπως μεγάλη ταχύτητα συγκόλλησης, ανεπαρκής ένταση ρεύματο ς και αν ε παρκί1 ς προ ετοιμασία ακμών. Ατελής διείσδυση (Lack of Penetration). Αφορά στην ανεπαρκή σχηματισμό του μετάλλου συγκόλλησης σ ε όλο το διαθ έσιμο πάχος ελάσματος. Στις συγκολλήσ ε ις συμβολής ενός πάσου εμφανίζεται συνήθως στη ρίζα της συγκόλλησης. Στις συγκολλήσεις συμβολής με διπλό V εμφανίζεται μεταξύ των πάσων. Η ατελής διείσδυση προκύπτει από κακό χειρισμό του ηλεκτροδίου ή από ακατάλληλε ς συνθήκες συγκόλλησης, όπως μεγάλη ταχύτητα συγκόλλησης, ανεπαρκής ένταση ρεύματος, καθώς και από παρουσία επιφανειακών οξειδίων που παρεμποδίζει την τήξη του βασικού μετάλλου. Στο Σχήμα 1.6 φαίνεται μεταλλογραφία από συγκόλληση ελάσματος σε αυλό με ατελή διείσδυση. Σχήμα 1.6 Ατελής διείσδυση, μεταλλογραφία συγκόλλησης ελάσματος/άυλού Υποκοπή (Undercut). Γεωμετρική ασυνέχεια με την μορφή εγκοπής που έχει σχηματιστεί με τήξη του βασικού μετάλλου και δεν γέμισε με μέταλλο συγκόλλησης. Η υποκοπή ε μφανίζ εται στον πόδα (toe) ή την ρίζα της συγκόλλησης. Στο Σχήμα 1.7. φαίνεται υποκοπή στη ρίζα μιας διμεταλλικής συγκόλλησης απλού ανθρακοχάλυβα σε πυρίμαχο χάλυβα. 1.11

19 Υποπλήρωση (Underfill). Πρόκε ιται για μια εντύπω ση στο πρόσωπο ή στην ρίζα τη ς συγκόλλησης σ ε ένα επίπεδο κάτω από την επιφάν ε ια του βασικού μετάλλου. Επικάλυψη (Overlap). Πρόκε ιται για επέκταση του μετάλλου συγκόλλησης πέρα από τον πό δα ή την ρίζα της συγκόλληση ς. Κρατήρας (Crater). Πρόκ ε ιται για εντύπωση στον τερματισμό μιας ραφής. Κρατήρ ες επίση ς ε μφανίζονται πάνω στο μέταλλο συγκόλλησης. Εγκάρσιε ς ρωγμές στο μέταλλο συγκόλλησης (Transverse cracks, Weld Metal). Μπορ εί να οφείλο νται σε θερμή ρηγμάτωση (περικρυσταλλικές) ή σε τάσεις που υπερβαίνουν την αντοχή του μετάλλου συγκόλληση ς (διακρυσταλλικές). Εγκάρσιες ρωγμές στην ΘΕΖ (Transverse Cracks, ΗΑΖ). Οφ ε ίλονται σ ε ψυχρή ρη γ μάτωση, δηλαδή σ ε συνδυασμό υψηλών παραμενουσών τάσεω ν, υψηλής σκληρότητας τη ς ΘΕΖ και παρουσία υδρογόνου (ψαθυροποίηση υδρογόνου). Σχήμα Υποκοπή στη ρίζα συ γκόλλ ηση ς συμβολή ς Εξωράφειες ρωγμές (Underbead cracks). Ίδια αίτια με το προηγού μενο, μόνο που ακολουθούν την π ε ρίμ ετρο της ΘΕΖ. Διαμήκεις ρωγμές στο μέταλλο συγκόλλησης (Longitudίnal cracks). Οφείλονται κυρίως σε θερμή ρηγμάτωση. Ε μφανίζονται στο πρόσωπο ή στην ρίζα της συγκόλληση ς. Σ το Σχήμα 1.8. φαίνεται δ ιαμήκη ς ρωγ μή στο μέταλλο συγκόλλησης σε συγκόλληση αλουμινίου.

20 Ρωγμές στον πόδα ή στην ρίζα (toe or root cracks). Οφείλονται στις υψηλές παραμένουσες τάσεις και στην συγκέντρωση τάσεων λόγω της γεωμετρικής εγκοπής στον πόδα ή στην ρίζα της συγκόλλησης. Διαστρωματική ρηγμάτωση (Lamellar Tearing). Εμφανίζ εται κυρίως σ ε αυχενικέ ς συγκολλήσεις τύπου Τ με συγκόλληση και από τις δύο πλευρές. Η ρηγμάτωση συμβαίν ε ι σ ε επίπ εδα παράλληλα με το επίπ εδο έλασης στην ΘΕΖ της συγκόλλησης. Σχιίμα 1.8. Διαμήκης ρωγμή στο μέτσλλο συγκόλλησης l.3 Βιβλιογραφική ανασκόπηση Τα τελευταία χρόνια έχουν πραγματοποιηθεί πολλές μελέτες για κράματα Fe-Cr-C όπου χρησιμοποιούνται σε συνθήκες υπό υψηλές φθορ ές εκτριβής η τριβοδιάβρωσης. Υλικά τα οποία έχουν υψηλό κλάσμα όγκου από σκληρά καρβίδια καθώς και σκληρή μήτρα παρουσιάζουν εξαιρ ετική αντίσταση σε τέτοιου είδους φθορές. 1.13

21 Διάφορ ε ς έ ρ ευν ες έχουν δ ε ίξει ότι η μικροδομή των κραμάτων Fe-Cr-C μπορ ε ί να αποτελείται από υπο ευτηκτική, ευτηκτική ή υπερευτηκτική δομή. Επίσης επιγομώσεις Fe-Cr C με υψηλό ποσοστό σε χρώμιο χρησιμοποιούνται ε μπορικός για συνθήκες υψηλής φθοράς όπου παρουσιάζουν πολλά και μεγάλα καρβίδια M23C6 στην μικροδομή, αυτ έ ς οι επιγομώσεις μπορούν να χαρακτηριστούν ως σύνθετ ες με μεγάλα και σκληρά καρβίδια μέσα σε πιο μαλακή μήτρα Cr-Fe [!]. Όπως προυπόθηκε και παραπάνω τέτοιου είδους επιγομώσ ε ις μπορούν να παρουσιάσουν προ ευτηκτική, ευτηκτική ή υπερευτηκτική μικροδομή, έχει αποδειχθεί ότι όσο αυξάν εται το ποσοστό σ ε χρωμίου και άνθρακα στην χημική σύστασή τους, τόσο αυξάνεται και το κλάσμα όγκου του καρβιδίου (Cr,Fe)7C3 με αποτέλ εσμα να μειωθεί το αντίστοιχο κλάσμα όγκου του ωστενίτη και παράλληλα να αυξηθεί η σκληρότητα [2]. Έρευνες που διεξάχθηκαν για υποευτηκτικά και ευτηκτικά κράματα έδειξαν ότι η μικροδομή τους αποτ ε λείται από καρβίδια του χρωμίου (Cr-Fe)23C6, στην υποευτηκτική δομή αυτά τα καρβίδια ε ίναι λαμ ελο ε ιδή μορφή ενώ αντίστοιχα στην ευτηκτική δομή είναι (α) (β) Σχιίμα 3.2. Υπο ευτηκτική και ε υτηκτική μικρο δομή : (α) Λαμελ ο ε ιδής μορφή(β)ισο - αξονικοί δε νδρίτες. Προηγούμενες μελέτες υπερευτη κτικών κραμάτων έδειξαν ότι η μικροδομή τους αποτελείται από τρείς φάσεις, (CΓ, Fe)23C6, α και ίχνη από (Cr,Fe)7C3 καλυμμένα απο Cr,Fe)23C6 (Σχήμα 3.3.) [Ι]. Σ ε άλλες μελέτ ε ς παρατηρήθηκ ε η μικροδομή των επιγομό)σ εων να αποτ ελείται από πρωτογενή καρβίδια (Cr,Fe)7C3 και ευτηκτικό μίγμα [γ Fe+ (Cr,Fe)7C3 ] καθώς επίσης και ότι η αύξηση του άνθρακα στην χημική σύσταση συμβάλει στην αύξηση των πρωτογ ενή καρβιδίων (Cr,Fe)7C3 (Σχήμα 3.4.) άλλα και στην

22 αντίσταση σ δ ιά β ρωση [3 4). Η μο ρφ ολογία τω ν καρβιδ ίω ν σ ε αρχική φ άση ε ίν πλακίδια με σκληρότητα Ην, αυξάνοντας όμως και πάλι τον άνθρακα στη σύσταση τα καρβίδια αποκτάνε ραβδο ε ιδή μορφή με σκληρότητα Η ευτηκτικ1ί π ε ριοχή η σκληρότητα είναι Ην (Πίνακας 3.2.) [4-5]. Σχήμα 3.3. Υπερευτηκτική μικροδομή

23 Lowcr Carbon contcnt ofcladdings Higl1cr Lcss Amount ofprocutcctic (Fc,Cr)1C3 carbidcs Morc Largcr Sizc of procutcctic (Fc,Cr)1C3 carbidcs Sιn a ll er Less Νιιιηber of procιιtccιic (Fc,Cr)1C3 carbidcs More Bladc Morpl1ology of procuιcctic (Fe,Cr)1C3 carbidcs Rod Ο Priιnary (Fe,Cr) 7C 3 carbides Ο γ - Fe plus (Fe,Cr)1C3 e ut ec ιi c Σχήμα 3.4. Μετασχηματισμοί μικροδομ ή ς των επιγομώσεων γ ια δ ιαφορετ ικά ποσο στά άνθρακα Πίvαιcας 3.2. Μικροσκληρότητα πρωτογε νή καρβιδίων (Cr,Fe)7C3 και ε υτηκτικιi ς περιοχ ιiς. ll,κ.jd 11 1 ~ Η. ιι ιl rι r~. (HV ι r: uι rni ( ω l υ η y 1 IOHll ι :Ω Η ~ r; 1 3~~± 1'/ Βϊ l ± 13 '/94 ±3G "/~2.±2Ί 191±3 1 Ο Πίνακας 3.3 συγκεντρών ε ι τις παραπάνω πληροφορίες που αφορούν την επίδραση των κραματικών στοιχείων στην έκταση του ωστενιτικού πεδ ίου, τον δ ιαφορισμό τους στο φερρίτη ή στο καρβίδιο κατά τον μετασχηματ ισμό του ω στεν ίτη, τον σχηματισμό καρβιδίων και νιτριδίων στους χάλυβες και την συμμετοχή τους σ ε σύνθετα καρβίδ ια [6]. Πίvαιcας 3.3. Επίδραση κραματικών στοιχείων στο ωστε νιτικό πεδ ίο και στο σχηματ ισμό καρβιδίων και vιτριδίων 1.16

24 Ωστ ε νιτικό πεδ ίο Διαφορισ μό ς κατά Σχηματισμό ς την γ-+ α+ Fe 3 C Καρβιδίων Νιτριδίων Καρβίδια Νί Mn Si ΑΙ Be Ρ Υ Cr Ανοικτό, σταθ εροπο ιη τής-γ Φ ε ρρίτη ς Ανοικτό, σταθ εροποιητής-γ Φ ε ρ./σεμ. MJ, M2JC6 Κλειστό, σταθ εροποιητής-α Φ ε ρρίτη ς Κλειστό, σταθ εροποιητή ς -α Κ λε ιστό, σταθεροποιητής-α Κλειστό, σταθεροποιητής-α Φερρίτης Κλε ιστό, σταθεροποιητής-α Φερ. /Σεμ./Καρβ. VC, ΥΝ M23C6 Κλε ιστό, σταθ εροποιητής-α Φ ε ρ. /Σεμ./ Καρβ. Cι-2 3 C 6 Cι-2Ν M6C,M3C, Τί Cr1C3 Κλε ιστό, σταθεροπο ιητή ς -α Φ ερ./σε μ./ Καρβ. TiC ΤίΝ M23C6, M2C Μο w Β Τα Nb Zr Κλε ιστό, σταθεροποιητής-α Φερ. /Σεμ. /Καρβ. Mo2C Κ λε ιστό, σταθεροποιητής-α Φε ρ./σ ε μ./ Καρβ. W2C/WC M6C,M3C, M23C6, M2C Π ερ ιορισμένο Π εριορισμένο Σε μ./καρβ. ΤαC/Τα2C ΤαΝ M6C,M3C, M23C6 Π ε ριορισμένο Φερ. /Σ ε μ./καρβ. NbC/Nb2C NbN Π εριορ ισμένο ZrC ΖΓΝ M23C6 Cιι Ζη Αιι c Ν Εκτεταμένο Εκτεταμένο Εκτετα μένο Εκτ εταμένο Εκτεταμένο Φ ε ρρίτης Φερ./Σεμ./Καρβ. Καρβονιτρίδια Οι Zikin et al [!] εξέτασαν σύνθ ετ ες επιγομώσε ις με μήτρα NiCrBSi και εν ισχύσε ις από καρβίδια Cι-3C2, Cr3C2-Ni και WC/W2C που κατασκευάστηκαν με την μέθοδο μεταφερόμενου πλάσματος (Plas1na transferred arc, ΡΤ Α). Μ ελετήθηκε η μικροδομή, οι ιδιότητες και η αντίσταση σε φθορά εκτ ριβής τόσο σ ε θερμοκρασία δωματίου όσο και σ ε 1.17

25 ' ' ο υψηλές θερμοκρασίες. Όπως φαίνεται και από το Σχ. 1, βρέθηκε ότι οι σύνθετ ες επιγομώσ εις μ ε εν ίσχυση WC/W2C παρουσίασαν την μεγαλύτε ρη αντίσταση στην φθορά μέχ ρι τους 550 C, ενώ ο ι επιγομώσεις με εν ίσχυση Cr3C2-Ni παρουσίασε την μεγαλύτερη αντίσταση σ ε υψηλές θερμοκρασίες (700 C). 18 ι:;-' 16 Ε.Ξ ni 12 φ ,,) ι:: φ 8 - Ε ::ι 6 ί5 > <>- Matrix -.ι.. - Cr3C2-Ni reinf. - - Cr3C2 reir1f.. - WCIW2C reinf _, r_ f -r <>- - 1 / f f i / ~ - i i. ' / f t r- ο RT Temperature [ C] Σχιίμα 1. Αντίσταση στη φθορά σε συνάρτηση μ ε την θερμοκρασία γ ια σύνθετες εποιγομώσε ι ς [1} Οι Lin και Chang [2] μελέτησαν την αντίσταση σ ε φθορά ενός τριβοσυστήματος που αποτ ελε ίται από υπόστρω μα χάλυβα 1050 και επιγόμωση WC. Η επιγόμωση εναποτ έθη κε μ ε την μέθοδο GT Α W. Όπως φαίνεται στο Σχ.2, σ ε υψηλές ταχύτητες ολίσθησης η επ ιγό μω ση ε μφανίζε ι μεγαλύ τ ε ρη αντίσταση στη φθορά από το υπόστρωμα ενώ σε χαμη λ ές ταχύτητ ες η αντίσταση στη φθορά της επιγό μωσης μειών εται δ ραστικά. Το γεγονός αυτό, σύμφωνα με τους ε ρ ευνητές, οφείλεται σ ε ένα μετασχηματισμό φάσεων κατά την διάρκεια της δοκιμασίας τριβομέτρησης.

26 ι - Ο 1050 steel ~ " v..ξ "' ~ "'... > (J 0.4 Ο W C cladcling 0.2 ο '---'----'---'--'---'---'---...ι---'--~ () 11 () ~2 Sliιli ι iμ, s ρ c ι:ιi ( ιn/s cc) Σχιjμα 2. Αντίσταση στη φθορά τριβοσυστήματος χάλυβα επιγόμωση ς WC Οι Ataιηert και Bhadeshia [8] μελέτησαν επιγομώσεις με χημική σύσταση Fe-30Cr-3.8C που εναποτέθηκαν με την μέθοδο ΜΑ W και βρέθηκ ε ότι η μικροδομή της εναπόθεσης αποτελείται από μίγμα καρβιδίου M7C3 και μετασταθ ες ωστενίτη περιέχοντας υψηλές συγκεντρώσεις χρωμίου. Σύ μφωνα με τους ε ρευνητ ές οι ιδ ιότητ ες του κράματος εξαρ τώνται από την σταθεροποίηση του ωστενίτη, για αυτόν το λόγο διεξάχθηκαν πειράματα ανόπτησης για να ε ρ ευνηθ εί το φαινόμενο μετασχηματισμού του ωστενίτη σ ε μίγμα φ ε ρρίτη και καρβίδια. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο ωστενίτης αρχίζε ι να μετασχηματίζεται ραγδαία στην θερμοκρασία των 750 C ξεκινώντας παράλληλα η κατακρημινση των καρβιδίων M23C6. Οι Buchely et al [9] εξέτασαν την μικροδομή και την αντίσταση σ ε φθορά εκτριβής τριών ε μπορικών επιγομώσ εων ενισχυμέν ες με πρωτογενή καρβίδια του χρωμίου, μικτά καρβίδια και καρβίδια του βολφραμίου αντίστοιχα. Οι επιγομώσεις εναποτέθηκαν με την μέθοδο SMA W σ ε τυποποιημένη πλάκα ASTM Α36. Τα αποτελέσματα έ δ ε ιξαν ότι το σχήμα, το μέγεθος, η χημική σύσταση των καρβιδίων καθώς και η μήτρα τη ς μικροδομής καθορίζουν την αντίσταση σε φθορά. Την καλύτ ερη αντίσταση σ ε φθορά εκτριβής, παρατηρήθηκε σ ε μικροδομές αποτελούμενες από καρβίδια M7C3 ή MC ενώ την ~ιεγαλύτ ε ρη απώλ ε ια μάζας την είχαν οι επιγομώσ ε ις ευτηκτικής δομής (Σχήμα Ι...)

27 Ξ ~) Ι) ~--~=~--====---=======-=====-' " ~ ~ Ε:, :; - ~ ί "J c.ι > 5 ο Cι' - r ίr. 11 ( Ι sι Layer) C r - r i ι~ t ) (2st La ye ι'} \l~ Γ ΙC ll Corη pl ex c<ιr l J i ιl cs ( 1 s ι Lr1 ye ι ) l Co ιη o ex Cωη pι Ρ.χ c ω tj ιdcs ca ι Ι) id es (2 ΗΙ L;1yer) ( :.Ι r r.j l.tι )' ΙJ Γ ) Σχιίμα 3... Αντίσταση σε φθορά εκτριβι?ς των τριών επι γομώσεων σε διάφορα πάσα. Ο Coronado et al [ 1 Ο] μελέτησαν την επίδραση σ ε φθορά εκτριβής για διαφορετικές τεχνικές συγκόλλησης σε επιγομώσεις καθώς και τον αριθμό των αριθμό των εναποθέσεων (πάσα) για κάθ ε μία από αυτ ές. Οι τ εχνικ ές συγ κόλληση ς που εξετάσθηκαν ήταν με μ ε θόδους FCA W και SMA W. Η πρώτη παρουσίασ ε υψηλότ ε ρη αντίσταση σε φθορά εκτριβής απο την τ ελευταία. Τα αποτ ελέσματα έ δειξαν επίσης ότι οι επιγομώσεις με τρία πάσα ε μφάνισαν την μεγαλύτερη αντίσταση σ ε φθορά εκτριβής (Σχήμα 1). 1.20

28 5 ~ Sir1glc Lεiyc r '1.5 Ο Tt1rcc L ε1 11 c r s ~ 3.5 σ; IJ) IJ) Ο.J IJ) IJ) r.! ~ ξί FCAVν' Β FCA\"/ Α S ΜΑΙΝ C SMAvV D Σχήμα 1... Απώλεια μάζας για διαφορετικές τεχνικές συγκόλλησης, [7] [8] S. ATAMERT and Η. Κ. D. Η. BHADESHIA ( 1990). Microstructure and Stability of Fe Cι- -C Ha Γdfa cin g Al\oys. Mate rίals Scίe nce and Eng ίnee rίng, Α [9] M.F. Bιιche\y, J.C. Gιιtierrez, L.M. LeΌn, Α. Toro (2005). The effect of1ηicrostrιιcture οη abrasive wear of hardfacing alloys. Wear [\Ο] John J.Coronado, Ho\1ηanF.Caicedo,AdolfoL. Go ' mez (2009). The effects ofwelding processes οη abrasive wear resistance for hardfacing deposits. Tribology International

29 2. ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

30 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 2.1. Μέταλλο βάσης Το μέταλλο βάσης που χρησιμοποιήθηκε ήταν ίδιας ποιότητας με εκείνο από το οποίο είνα ι κατασκευασμένα τα εξα ρτήματα των εκσκαπτικών μηχανημάτων, των οποίων επιδιώκεται η αντιτριβική ενίσχυση. Η χημική του σύσταση και η μικροδομή παρουσιάζονται στο Πίνακα 2.1 και το Σχήμα 2.1, αντίστοιχα. Πίνακας 2.1. Χημική σύσταση (% κ. β.) του μ ετάλλου βάσης. c Μη Cr Fe Bal. Σχήμα 2.1. Οπτική μικρογραφία μικροδομής του μ ετάλλου βάση ς. Από τη χημική σύσταση, βγαίνει το συμπέρασμα ότι πρόκειται για κοινό ανθρακούχο χάλυβα (υποευτηκτοειδή), που θα μπορούσε να ταυτοποιηθεί με τον AISI Στους χάλυβες αυτούς, η προσθήκη χρωμίου προκαλεί σχετική αύξηση της εμβαπτότητας, καθώς και της δυνατότητας επαναφοράς, καθιστώντας τους επιδεκτικότερους σε θερμικές κατεργασίες [2.1). Η μικροδομή καθώς και η σκληρότητά του ( 400 HV), υποδεικνύουν ότι έχε ι υποστε ί θερμική κατεργασία σκλήρυνσης που οδήγησε στη δημιουργία μπαινιτικής δομής (μπαινιτική βαφή). 2.1

31 2.2. Δημιουργία αντιτριβικών εναποθέσεων Για τη δημιουργία των αντιτριβικών επικαλύψεων, χρησιμοποιήθηκαν τεχνικ έ ς συγκόλλησης τόξου χρησιμοποιώντας (α) επ ενδεδυμένα ηλεκτρόδια και (β) σύρμα υπό προστασία αδρανούς αερίου, ενώ εξετάσθηκε η μικροδομή και συμπεριφορά εναποθ έσε ων τριών δ ιαφ ο ρετικών ποιοτήτων, που προ έκυψαν από τη χρήση διαφορ ετικών η λεκτρο δ ίων. Η χημική σύσταση των η λε κτρ οδ ίων, καθ ώς κα ι οι ακριβείς συνθήκες εργασίας παρουσιάζονται στους Πίνακες και 2. 3, αντίστοιχα. Οι συνθήκες εναπόθεσεις επιλεγήκαν, βάσει των οδηγιών της εταιρείας παραγωγής των ηλεκτροδίων, ώστε όλες τα στρώματα να έχουν συγκρίσιμο πάχος, ίσο προς ~ 5 mm (Σχήμα 2.2.). Σχήμα 2.2. Μακρογραφία ενδεικτική των εναποθέσεων που πραγματοποιήθηκαν Υπολογιστική πρόβλεψη μικροδομής Προκειμένου να εκτιμηθεί η μικροδομή που αναμένεται να ληφθεί μετά την εναπόθ εση, χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ThermoCalc, το οποίο επιτρέπ ε ι το θερμοδυναμικό υπολογισμό των συστημάτων. Για την υπολογιστική επίλυση του θέματος, έγινε διαδοχική ανάλυση των δυο σταδίων μέσω των οποίων λαμβάνονται οι στε ρε έ ς εναποθ έσε ις: 2.2

32 Πίνακας 2.2. Χημ ική σύσταση ηλεκτροδίων (% κ.β.). Εμπορική ονομασία 1 c Cr Nb w Νί Μη Si WC Fe Α EnDotec D0* Β TeroMatec Γ EnDotec D0* Bal. Bal. 50 Bal. Πίνακας 2.3. Συνθήκες συγκόλλησης. ΤΕΧΝΙΚΉ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟ ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ (Α) ΤΑΣΗ (V) ΘΕΡΜΟΚΡ ΑΣΙΑ ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΣΗΣ (oc) ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΙΙΡΟΩΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΔΙΟΥ (m/min) ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΕΝΑΙΙΟΘΕΣΗΣ (mm/sec) "ΠΕΡΑ- ΣΜΑΤΑ>> Τόξου με Α επενδεδυμένα ηλεκτρόδια Β Τόξου σε αδρανή ατμό σφαιρα Γ

33 ιr (α) Σε πρώτο στάδιο, έγινε υπολογιστική προσομοίωση των φάσεων που λαμβάνοντα ι κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης, η οποία πραγματοποιείται εκτός θερμοδυναμικής ισορροπίας και για το λόγο αυτό θα πρέπει να ληφθ ε ί υπόψη το μοντέλο Scheίl, με το οποίο είναι συνδεδεμένο το ThermoCalc. Το μοντέλο Scheil [2.2] χρησιμοποιείται, τυπικά, για την περιγραφή φαινομένων στερεοποίησης, συνήθως σε περιπτώσε ις χύτευσης μετάλλων, θεωρώντας τις ακόλουθες τέσσερεις παραδοχές : Στο σχηματιζόμενο στερεό δε λαμβάνει χώρα μεταφορά μάζας λόγω διάχυση. Στο περ ιβάλλον υγρό η διάχυση είναι ακαριαία, λόγω του υψηλού συντελεστή διάχυσης, της θερμικής συναγωγής και της μεταφοράς μάζας λόγω της βαθμίδας στην τιμή της επιφανειακής τάση ς μεταξύ διαδοχικών στρωμάτων του υγρού (θερμο -τριχοειδής αγωγή ή φαινόμενο Marangoni). Η ' διεπιφάνεια υγρού/ στερεού, κατά τη διάρκεια της στερεοποίησης, βρίσκεται σε κατάσταση ισορροπίας και έτσι η χημική σύσταση κάθε στιγμή είναι η προβλεπόμενη από το διάγραμμα ισορροπίας των φάσεων. Οι liquidus και solidus μπορούν να προσεγγ ισθούν ως ευθύγραμμα τμήματα. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε επιτρ έπει τέτοιου είδους υπολογισμούς, εφόσον ο χρήστης εισάγε ι την χημική σύσταση του μετάλλου συγκόλλησης και τις πιθανές φάσεις που μπορεί να σχηματιστούν κατά την διάρκεια της στερεοποίησης. Το πρόγραμμα υπολογίζε ι την πορ ε ία της στερεοποίησης, τα ποσοστά των φάσεων σε συνάρτηση με την θερμοκρασία, καθώς και την μεταβολή της χημικής σύστασης των φάσεων. (β) Σε δεύτερο στάδιο, έγ ινε υπολογιστική προσομοίωση των φάσεων που λαμβάνονται κατά τη διάρκεια της απόψυξης του στερεοποιημένου πλέο ν μετάλλου συγκόλλησης. Με το ThermoCalc μπορούν να προβλεφθούν μετασχη ματισμοί σε στερ εή κατάσταση, ωστόσο, μόνο κάτω από συνθήκες θερμοδυναμικής ισορροπία ς. Για παράδειγμα, κατά την απόψυξη του ωστενίτη (γνωστής χημικής σύστασης, όπως προέκυψε από την εφαρμογή του μοντέλου Scheil στο πρώτο στάδιο) δεν είναι δυνατόν να προβλεφθεί ο σχηματισμός μπαινίτη ή μαρτενσίτη. Για τον λόγο αυτό, καθίσταται αναγκαίο να προσφύγουμε σε πειραματικές τεχνικές γ ια την αναγνώριση των φάσεων (μεταλλογραφία, μικροσκληρομ έτρηση, κλπ). 2.4

34 2.3. Δοκιμές τριβής ολίσθησης Δο κ ίμια και των τριών συστημάτων υποβλήθηκαν σ ε δοκιμές ξηράς τριβή ς ολίσθηση ς (20 C, 25% RH), μ ε την εφαρμογή κάθετου φορτίου 1 Ο Ν και ταχύτητα ς ολίσθησης Ο, 1 Ο m. s- ι., σε τριβόμετρο της εταιρ ε ίας CSEM Instruments (Σχήμα 2. 3). Σε όλες τις δοκιμές, η τροχιά ολίσθησης ήταν η ίδια: κυκλική με ακτίνα 3 mm, ενώ οι όλες οι δοκιμές έγιναν για συνολικό μήκος ολίσθησης 500 m. Το τριβόμετρο ε ίναι συνδ ε δ εμένο με υπολογιστή, που επιτρ έπει τη συνεχή καταγρ αφή τη ς δύναμης τριβής, κατά συν έπε ια και του συντελε στή τριβή ς, καθόλη τη διάρκεια της δοκιμής. Σχιίμα 2.3. Τριβόμετρο CSEM Jnstruments (ΤΕΙ Πειραιά). Στην ίδια συσκευή πραγματοποιήθηκαν δοκιμές δυο διατάξεων: Τύπου στυλίσκου-δίσκου (pin-on-disc, Σχήμα 2.4α), χρησιμοποιώντας ως ανταγωνιστικό υλικό εμπορικά τριγωνικά κοπτικά άκρα με μικτή επικάλυψη Ti(C,N) και ΑΙ2Ο3. Οι δοκιμές αυτές επέτρεψαν την αξιολόγηση των εναποθ έσεων, ω ς προ ς την μετέπειτα κατ εργασιμότητά του ς. Τύπου σφαίρας -δίσκου (ball-on-disc, Σχήμα 2. 4β), χρησιμοποιώντα ς ω ς ανταγωνιστικό υλικό σφαίρα από πυροσυσσωματωμένο Sί3Ν4. Οι δοκιμές αυτές επέτρεψαν την αξιολόγηση των εναποθέσεων ως προς την αντοχή του ς σε φθορά κατά τη χρήση των επικαλυμμένων εξαρτημάτων. 2.5

35 ball.. c:. (α) / J'in buld~r,/ ~ι ~ ι ~νc t1a1ςd1 1~0 Ι'2~1f'4 5J,,,,~-~ IJ11~ (('ΟΙ!Ιt.~Χ) "', -~ J..., (β) Σχήμα 2.4. Τριβικά συστήματα : (α) Pίn-on-diJ"c και (β) Ball-on-dίJ"c Τεχνικές διάγνωσης Προκειμένου να αξιολογηθεί πειραματικά η μικροδομ1) των εναποθέσεων, δοκίμια από όλα τα συστήματα, αφού παρατηρήθηκαν μακροσκοπικά, προ ετο ιμάσθηκαν κατάλληλα (μεταλλογραφική προ ε τοιμασία), προκειμένου να γίνει παρατήρησή τους σε οπτικό μικροσκόπιο, σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης και να προσδιορισθεί η κατανομή της μικροσκληρότητας. 2.6

36 Μεταλλογραφική προετοιμασία Για να είναι δυνατή η παρατήρηση της μικρο δ ομής μεταλλικών υλικών, με τη χρήση τ εχνικών μικρ οσκοπίας, αυτά είν αι::ι απαρ αίτητο να υποβληθούν σε διαδοχικές εργασίες προετοιμασίας. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, οι εναπο θέσεις του Σχήματος 2.2. υπο βλήθηκαν στις εργασίες που συνοπτικά παρουσιάζονται στον Πίνακα 2.4. Πίνακας 2.4. Διαδοχικά στάδια μεταλλογρ αφ ικής προετοιμασίας δοκιμίων, εξοπλισμός πο υ χρησιμοποι ήθηκε (Πανεπιστήμ ια Θεσσαλίας). ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Το κοπτικό εργαλείο που χρησιμοποιήθηκε ήταν Struers-unitom 2 spindle ::= speed:2775 rpm, στο οποίο χρησιμοποιήθηκε δίσκος κοπής 53UNI. Σε ειδικές t:::: ~ περιπτώσεις που τα δοκίμια ήταν πολύ σκληρά (50%WC) η κοπή πραγματοποιήθηκε σε μηχανουργείο. ΙΝ ο :; ΙΝ ι::: c: ι:q 8 ~ Στο εργαστήριο χρησιμοποιείται η ρητίνη Acryfix. Για την παρασκευή της αναμειγνύονται 2 μέρη σκόνης με 1 μέρος υγρό. Το δοκίμιο τοποθετείται σε ειδικό κυλινδρικό καλούπι, προστίθεται το μίγμα που παρασκευάστηκε, έως ότου ι ι στερεοποιηθεί η ρητίνη. Αφαιρείται το καλούπι από το δοκίμιο, το οποίο είναι πλέον έτοιμο για περαιτέρω επεξεργασία/ διαχείριση.

37 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Για σιδηρούχα υλικά χρησιμοποιούνται χαρτιά καρβιδίου του πυριτίου (SiC), με ::ι::: ~ Ζ < -~ < διαδοχικά μειούμενο μέγεθος κόκκων και τυποποίηση 120 grit, 320, 500, 800 και 1000 grit, που αντιστοιχεί στον αριθμό κόκκων αποξεστικού υλικού ανά μονάδα επιφάνειας χαρτιού. Κατά την διάρκεια της λείανσης είναι απαραίτητη η συνεχής παροχή νερού, τόσο για την απομάκρυνση των προϊόντων φθοράς, όσο και για την ψύξη του δοκιμίου. Η διάταξη της λείανσης ήταν μοντέλο Struers-Κnuth-Rotor-3. ::ι::: ~ ~ ~ < - ~ Η στίλβωση γίνεται διαδοχικά σε πάνινους τροχούς. Ο πρώτος διαβρέχεται με αιώρημα κόκκων διαμαντιού 0 3 μm, ενώ 0 1 μm Για σιδηρούχα υλικά η στίλβωση απαιτεί μικρό χρόνο, σχετικά υψηλή ασκούμενη δύναμη και μικρή περιστροφική ταχύτητα. Κατά την μετάβαση από τον ένα δίσκο στον άλλο, το δοκίμιο καθαρίζεται απιονισμένο νερό και, εν συνεχεία, αλκοόλη. ::ι::: ::ι:= -~ ~ ::ι::: < ο ~ ~ ο Q.. c:::: Πρόκειται για σχετικά απλή διαδικασία και στηρίζεται στην επιλεκτική διάβρωση των κόκκων (ενδοκρυσταλλική) ή των ορίων των κόκκων (περικρυσταλλική) μεταλλικών υλικών, με χρήση διαλυμάτων δ ιαφορετικών ανά υλικό, ή / και ανά λεπτομερειών μικροδομής που επιθυμείται να αναδειχθούν. Στη βιβλιογραφία είναι διαθέσιμη μεγάλη ποικιλία αντιδραστηρίων [2.3] που συνήθως είναι μίγματα οξέων ή /και βάσεων ή/και, αλάτων (ενδεικτικά παραδείγματα στον Πίνακα 2.4).

38 Πίνακας 2.4. Χαρακτηριστικά διαλύματα χημική ς προσβολή ς γ ι α χάλυβες [2. 4]. Table 1 Motσllogrαphic r0άgent$ for iron and stoel CΛ 111ip1~J1 kι t1 1. );ιι ;ι \,\, :Κχl ι ι ι n 1 111ι ι 11 Ι ' I.~ ι l 111 ι c ~. 11C'itl ~ iιl lltl!' 6, ι ~,... ~ rι r a ~ ιd Y.ίl l ).)ι'\3 ι υ ι η lr J d C'C \' ll ~L'l l f. ι; IJ {' :i Ul fι ) J~Ιl l ς ~. J\.l t'ιltm '!' 1\\ 1 ~'.L' l\i 2 1nL 1 1~ 0 1 ~ 1 11.J 1 ) }; ι η 1- ~ Ιlη J ιη ι ηι: r 1 ω : ι ο l { 1 }5 1 ιιr.,1,,,,,.ι11 1 :.-: 111 :-1 11 af})\ I. ι l ωl ι <.' 1 ) ' -1 ι: rι ιτιι :ι 1.: ί <~. ΙιJιt 1nL c ιl1 θ n ι> I < Ι mι 1h 1 ι ι ι11 Ι \ Q ~ f\, 111 ιι f'ι!-ί 11 Ιι ι ι ~: ΙJ'ιt ; 11 '' "" ' Ι ιιι ι ~ ι lι ι> Ι ι -ο l <' 1}]>' \\' l1ι' JΙ. ιt.: ιd... ' n r 11, 11 n ~ ΙU ~ϊ (ΙΙ ι r ι <..' Ι ~ m o i li 1UΙ 'C' ),. ι ri<i ~ ι'r.~ d r<ψ :-. 17~. t'j.. ph1r 111 ι.:jιl ι) ι i ι l ι ί Uι ι:tιω ~ ; ι).ι,c Ι ΙΙ) ι'λ Ι Χ S t~.".1 1 S ~t )J ;.H 1.I 1(0 ηιl ιl l\~ Ιll ('{ I Η,Ω ΙΗ> Ιfι r. ~11,s iυ rιrr1ι. ι l 1,1 1ll ι'<i Η ιο ~ 111ι ιr cι 1 f: Γ i ι..ηι ; 11:ω. "" ~ ιι~ι '" ι ι: ll } 1 11t fll 111' 1 ηι Ο11ιιωl ιιj ~'Ι, or. ιt1 \ 1)Jt1 1 C") Βrαι ''" ')' 1 ~ M'd ι urn ιr ίι l ι.~ ~ ΙΙ 1 ι 11.αn~ ιι~!1111 rιι l,.-< 1 Ι11r ι"1 ω jιι <.: ΙJιΙ \rιο r.iι'ηι' ι"ιι."ι ιl ~() n1l :-i itlι J :' i ΙΙ ι ι l ( ιn H;OJ Ι\ ; ι1~ ; U1 :-.n l 111ίιιι 1 ι ιnιj Ι ~ K 1S;0 1 fρ ιι 1 0>1 Ιίι111 n11 1 ;rb i >ιιjfiιr) S ιιι. 1,::; ι.ιw 1.\ Ι'ι c r. ιl f c,rlιι g.:" ι Ι '~ "''Ιωtc η "' nr~ "' ιιιι Ι 1 ~ 1 Ι Ι rς 1 1 Ι <: ι l 1:-lrUC'IUJ C:-.: C.:'H: ι ll r n l ω r ι ' Ι Η ll Ι \ 11 1 p; fcll'iι c ~ r, 11rι h ι ι ι nd ι ιι 1 ι.:,,.:: ι ι Ι 1 11 η ~ ι1111 <: : : ι f(' 'λ' ~;.. ι Ι1ΊΙΙ1 ΝσΙ u.~.~.ί,χ"\t! i ' 111 (. ~ 1 1 1>r rt'\ ' ι: ;ι l111 r, ω r ί\ C ε rλ > ΙΙ )1 ιι \ ΙΙ \ ι),\γ I ~ > ; ~ ί1 r, >U 1 1 c 1 i 11 ι ' ~ "1 Ι11ι ω 11 \\ 1 ι ι ι Ι'ιr ι ι : l '~~ιtl1ι <:1 rτ1ιιrιrn _\ 1tι, ι c ι1 ψι 1ιχ1 111,ιrς ι: n~ ί ι e, ~ ιnd f,,11 1 1iιi~., 1ηι ι. ιιιrι':'ι; dι.:ι..:'ι: Ι 'ι.,;; ιrbιι.ic'!' : ς: ι..:jιiη~ ι i ι ηι. :ι fι:\'' J<o 1 r11111 or π1 ο η. G ι:-ω : t; ιl rι. ι ~ rn l fc ι :1 1.'tl; (Ι : 'ι ιι l ι"ι ' ί11 11 Ι ; 11 I\.' pη ηι l : ι.:ι1.: l ι t 1 111ι ; f ι"w \. \ Π1JΠ ~ ~Ιι.:Ι1 ~ fi Jll ~ Ί r1 1 1.ι l rί11 ι.,ς Ι 11 1i ι"' ''ΙΙ bγ ~ Ο 1 irr -., 1 1 -S 1 Cλ,ωω ι οη Rc :ιι 1 ι::, ι ιι 1, uhι ι \ΙΙ)ι'\ I ~ 11 η1.ι. rι c r1 '\ ιιι 11 Ι c ι1ψ c ιι\: S H ι: ill b~ pl l 1ί rn ~ 1 ' Ι 'ι:1.' 1JJ1ι:π ι ιη: ι: ιιp un rι.ιι c ιlι,ι ι h rι ; b<"~n rr~hr11 1 r ι l 11\ ~ Ι!~ JΊΟ 'C ι4ιjι).ί'ω 'FJ: ι ίmι.1nd ι~11ψcrο1111 ς l ιι» ~ d ~ cijrd ('ttccι': t>..ι ιl ι ur ~ιnd or ιηιι 1 ιl"1 1 j)l (' l ;ι l Ι l ~ 1ΙΥ ~ι' u ι,cd f.tι l ~ 111 ~ ηιηί: \'ΙΙΓΙί.".; "\\ο ΙIΊΙ ι,ηιιlr, 1Ι ( iη tr ι'.1tn 1 cnι ;ιοι l n.1 n1."t'ntr;ιιι (l l) ι) r t! ι e \\'f11111~ i'~(' nl ~ : r1 r lη11ι~ t ιr 11 e " ι ι n txrrd u.;ιc=d ιωι l Ιι.'., } 1111~r ο\' ι'\! by pl.iιc ι JΙ!~ ~ ό lι1t ί c,n v sptci ι ηc-11 ιπ.111 υlτr ι ι.ι; ο ιιiι t.'lco111cr: fι ιr :-.ιι~ Ι :ι~ ι a 111 i ι Η higl ι 1 ili e ι111, ~ <ld 1 11 ~ 11 1~,. ιι ιη ο ' ι > I ι ιιt'ι, 10 η~v ι. ιl!!} ιι iι ι l ω1 1n ι l JΓi(' i; ~)11 1 c \ l1;111ψr l ' ιe l>ιι >g 11mr : 4 ίl 1 ~Ο : 1'1Γile <~ [.ψι' ί \Γ,\ hl ιι c k IH1l "' ll. b1ιi ι. ιr bj ιj ς!ι... n ι trιd~ ,1 p l ι ~phιd~i. rc ι η..11r 1 " ' l 1Ιι : plι oi.: rh oru~ ιll.; ιrit1ul ι ι>n c3 11 Ι'ι.: ιlι:ιι ι ι ι d 1 11~, r ι. \ 1 : rι :, ιι1η::ιν ιl1 ;ω 'i''ilh u :; ιιa t (111 ι'ψt1 ι>ru~ fc oι ~t rll.. b. 1'Cd (1 11 ιχψιχr ~ ι]ι :-. 1:111 ι'.j ι'l, ί, 111. ι c ι: Ι ~: ρ,ι \ t::-. Ι ~ Ι. Ι\ ι ιηη \ 1 1 :-t l l)ι:iy. 'i:l.: 11! 'ι.:, ιr lιl Ι: C ΙI!d.tι f <." 1Ί 1 ιι c 1 1 ι ι ~t r ιltl '\.' J t C' t\tι'mk. Ι t.' \ ι:.. ι/.,!1.. 1 τ 1Ιι ~ 1 ω1d ι ι1 i ι"'ι : 1 l ι : l 'ι: J rn l {' I, 1 ι: ι r 11 1 : rω ι ι ι '" i l Ι l <; Ι) ;, \ Ι ι' l";'r.- ι ι l!!, Γ ίι ιj C.'- c' r ι,; 1 τ l11 ~ι; :otl..,.i.,, ιι ~ nc~ij cj, ηι, 1Ιrιι\ Ι. ψl~ ~CI Ι<' Ιi. ιμιeι>(iι ( J ιιι ι J IL' t1ψc 1~ ιl, ψιι, rιη J Jιι~. ~ ι ι ι 'Ι l ι' ιι ι 1 1 ι r ι-d (ί e (ι ( ι -; ι\ ιι~ ι: ' f \ΙΓ du,1\ !"Ι ι' :-. t ι~ I.,, Γ~' \ 'Cl tl 1i r c ;!ι ι ' l Ι ~. ιlιιjk L' Ι 1: ωιιιlt' Ι 1 i'ι ιtt\ ;ωι l ιωιl111ι \ ; 1t1 \lι~1ι ll "-' : J J 'Ι 'c." ι ι ~ Ι ι <tl )Ιι. J~., in ~' ( ι l fι"ι \Ι ο,.,. ι: ι l 1,). ι.ο!<ι 111 ~ ι ι. ~ιο -. y,. ill ι1 ι 11Ιιr1 ι." (h<." fcη ΙΙ ι' ι ~ r : ι ίrι b,., υ 11J, ιrιι:" ;11111 Η. fι 1 1 ι1r' rι tι ΓI Η ι\ 111. i rl rt l \ Ι : ι,."lnd ' Ι Ι U., 1 C Ι1 t t ι fί'ι ' Ι \.''fι : 1 tl 1n ::.1ιΙ 1i 1 ι:'!\1 Ι1 οι: ~ r ι ι ιn "' 11<' ln ψjl'iι (.: 1 11,Xt,)l)d 4 u<. ιl1.' l 1 i; ιj I Ι!1 J t ~ ΙΙΙJΧ' Γt:ι l ι,.ιι ι Ι :"\ Ρι:.Η lι! ι 1ir ~ t ' \Ο f1."ι!'i\ ιl Η11ι 1 &f ι 11 ι; ι\' 011 ί < l ιτ, l o ll cι 11 ~ 11 '')' Ι'ι ιrί Ι ~~ ι ι 111~ 1Η1ι ~ Ιι.~.,, ~ ιι Ι 'ι.., ιι'd, ιω ι ι phoψl111i<, ι ίι Ι Ι ω R t\' ί:,, 1;, 11 rί ι..η ~ ι u :i 1 ι:'ι1ηι",g ι ωι) b< ι 1Jn ~ Ι 1 1ιιι: ~ ιη ηηιηι~ι ι ι.,iι 1 ι.., ι ι:ι.. Ι :rϊ Τίηι ι:- ι ~~ Ι ι~\ 11 ~ 1 1Jlilr. Ι } ι ιr~ι t ι1 ι ιl :-.ι ωι: 1ιιr ~,.; 11 ι" ur1 1ι ll 1 \' ι"cj '1 1 ι '(' l t ;ιιι ιl \,'\ Ι ~ l ΙΓ Ο n. Για τις ανάγκες της παρούσας μελέτης χρησιμοποιήθηκε 4% NitAI (διάλυμα 2% νιτρικού οξέος σ ε αιθυλική αλκοόλη) και τα δοκίμια ε μβαπτίσθηκαν σε αυτό σε θερμοκρασία π ε ριβ άλλοντος (25 C), για διάφορους χρόνους (10, 20 και 30 sec), ανάλογα με τη χημική σύσταση της εναπόθεσης μέχρ ι να είναι παρατηρήσιμη η μικροδομή τους. 2.9