ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. Σκαρτσιούνη Ρωξάνη ΑΕΜ: Επιβλέπων: Καθηγητής Στέφανος Σκολιανός

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Μελέτη παραμέτρων θερμικών κατεργασιών στις μηχανικές ιδιότητες και τη μικροδομή χάλυβα χαμηλής κραμάτωσης για αντιτριβικές εφαρμογές. Σκαρτσιούνη Ρωξάνη ΑΕΜ: 4117 Επιβλέπων: Καθηγητής Στέφανος Σκολιανός ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2012 1

ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΠΙΝΑΚΩΝ Πίνακας 1: Tυποποίηση διαστάσεων κυλινδρικών δοκιμίων εφελκυσμού Πίνακας 2: Αποτελέσματα σκληρομέτρησης Πίνακας 3: Αποτελέσματα εφελκυσμού Πίνακας 4:Αποτελέσματα δοκιμής σε κρούση Πίνακας 5: Συγκεντρωτικά αποτελέσματα (μέσες τιμές) ΚΑΤΑΛΟΓΟΣ ΕΙΚΟΝΩΝ Εικόνα 1: Mικρογραφικά συστατικά του μετασταθούς διαγράμματος Fe-C Εικόνα 2: Περιοχή του διαγράμματος που αφορά τους χάλυβες Εικόνα 3: Eπίδραση ταχύτητας απόψυξης στους μετασχηματισμούς χάλυβα σε στερεά κατάσταση Εικόνα 4: Σιγμοειδής καμπύλη χάλυβα (επιτάχυνση, ταχεία κινητική εξέλιξη και επιβράδυνση) Εικόνα 5: Φύτρωση και ανάπτυξη περλίτη Εικόνα 6: Στάδια περλιτικού μετασχηματισμού Εικόνα 7: Στάδια σχηματισμού ανώτερου μπαινίτη Εικόνα 8: Στάδια σχηματισμού κατώτερου μπαινίτη Εικόνα 9: Ωστενιτικό και μαρτενσιτικό οκτάεδρο Εικόνα 10: Διάγραμμα CCT (1030 steel) Εικόνα 11: Καμπύλες απόψυξης Εικόνα 12: Διάγραμμα ΤΤΤ κοινού χάλυβα με 0,5%C κ.β. Εικόνα 13: (α) Διάγραμμα ΤΤΤ, (β) Διάγραμμα CCT για ευτηκτοειδή χάλυβα Εικόνα 14: Χαρακτηριστικές μικροδομές μαρτενσίτη Εικόνα 15: Τυπικό διάγραμμα εφελκυσμού όλκιμου υλικού Εικόνα 16: Διάταξη Charpy για δοκιμή κρούσης Εικόνα 17:Τύπος εκσκαφικού δοντιού που χυτεύθηκε Εικόνα 18: Aυτοματοποιημένη διαδικασία τύπωσης Εικόνα 19: Φλογοβαφή πριν το κλείσιμο του καλουπιού Εικόνα 20: Αφαίρεση σκουριάς κατά τη χύτευση Εικόνα 21: Χύτευση υγρού μετάλλου Εικόνα 22: Σχηματική απεικόνιση χύτευσης-τύπωσης 2

Εικόνα 23: Εργαστηριακός φούρνος LENTON Εικόνα 24: Δεξαμενή βαφής με πολυμερές Εικόνα 25:Συσκευή εγκιβωτισμού δοκιμίων Εικόνα 26: Συσκευή λείανσης δοκιμίων Εικόνα 27: Συσκευή ευθυγράμμισης δοκιμίων Εικόνα 28: Οπτικό μικροσκόπιο Εικόνα 29: Δοκίμιο εφελκυσμού Εικόνα 30: Μηχανή εφελκυσμού Εικόνα 31: Φορητό σκληρόμετρο Εικόνα 32: Δοκίμιο Δ4. Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά (μεγένθυση Χ100) Εικόνα 33: Δοκίμιο Δ4, Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά και παρουσία πόρων (μεγένθυση Χ200) Εικόνα 34: Δοκίμιο Δ4, Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά και παρουσία πόρων (μεγένθυση Χ400) Εικόνα 35: Δοκίμιο Δ4, Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά και παρουσία πόρων (μεγένθυση Χ600) Εικόνα 36: Δοκίμιο Δ4, Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά μικτής μορφής, σανιδοειδής και πλακεοειδής (μεγένθυση Χ1000) Εικόνα 37: Δοκίμιο Δ6, Παρατηρείται μήτρα μαρτενσίτη με μικρά αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά (μεγένθυση Χ100) Εικόνα 38: Δοκίμιο Δ6, Παρατηρείται μήτρα μαρτενσίτη με μικρά αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά (μεγένθυση Χ200) Εικόνα 39: Δοκίμιο Δ7, Παρατηρείται μικτή μορφή μαρτενσίτη, σανιδοειδής και πλακεοειδής (μεγένθυση Χ400) Εικόνα 40: Δοκίμιο Δ7, Παρατηρείται μικτή μορφή μαρτενσίτη, σανιδοειδής και πλακεοειδής (μεγένθυση Χ600) Εικόνα 41: Δοκίμιο Δ6, Παρατηρείται μικτή μορφή μαρτενσίτη, σανιδοειδής και πλακεοειδής (μεγένθυση Χ1000) Εικόνα 42: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ100) Εικόνα 43: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ200) Εικόνα 44: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ400) Εικόνα 45: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ600) Εικόνα 46: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ1000) Εικόνα 47: Δοκίμιο Β3,Παρατηρείται μαρτενσίτης με υπολοιπόμενο ωστενίτη. Οι οπές που προέκυψαν έχουν διάμετρο 23 και 25,4 μm (μεγένθυση Χ100) 3

Εικόνα 48: Δοκίμιο Β3, Παρατηρείται μαρτενσίτης με υπολοιπόμενο ωστενίτη και αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά (μεγένθυση Χ400) Εικόνα 49: Δοκίμιο Β3, Παρατηρείται μαρτενσίτης με υπολοιπόμενο ωστενίτη και αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά. Έχει μετρηθεί το πάχος των σανιδών του μαρτενσίτη σε διάφορες περιοχές και διάμετρος κάποιων καρβιδίων (μεγένθυση Χ600) Εικόνα 50: Δοκίμιο Β3, Παρατηρείται μαρτενσίτης με υπολοιπόμενο ωστενίτη και αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά. (μεγένθυση Χ1000) 4

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Περίληψη Σελ.6 2. Εισαγωγή Σελ.7 3. Διμερές διάγραμμα σιδήρου άνθρακα. Σελ.8 4. Θερμικές κατεργασίες σκλήρυνσης Σελ.10 4.1 Βαφή Σελ. 10 4.2 Μετασχηματισμοί φάσεων κατά τη βαφή Σελ. 12 4.3 Εμβαπτότητα. Σελ. 12 5. Μετασχηματισμοί φάσεων με διάχυση στους χάλυβες Σελ.13 5.1 Περλιτικός μετασχηματισμός. Σελ. 14 5.2 Μπαινιτικός μετασχηματισμός Σελ. 16 6. Μετασχηματισμοί φάσεων χωρίς διάχυση Μαρτενσιτικός μετασχηματισμός 6.1 Μηχανισμός μετασχηματισμού.. Σελ.18 6.2 Μικροδομή μαρτενσίτη.. Σελ.19 6.3 Διαγράμματα CCT-ΤΤΤ.. Σελ.20 7. Επαναφορά μαρτενσίτη. Σελ.23 7.1 Μηχανισμός επαναφοράς Σελ.23 7.2 Μηχανικές ιδιότητες μαρτενσίτη από επαναφορά.σελ.24 8. Καταστρεπτικές δοκιμασίες. Σελ.25 8.1 Δοκιμασία εφελκυσμού. Σελ.25 8.2 Δοκιμασία κρούσης Σελ.26 8.3 Προσδιορισμός σκληρότητας Σελ. 27 8.4 Μεταλλογραφικός έλεγχος Σελ. 29 9. Πειραματική Διαδικασία Σελ. 29 9.1 Χύτευση δοκιμίων. Σελ. 30 9.2 Διεξαγωγή θερμικών κατεργασιών..σελ.33 9.3 Προετοιμασία δοκιμίων και διεξαγωγή μηχανικών δοκιμών Σελ. 38 10. Αποτελέσματα Συζήτηση...Σελ.43 10.1 Σκληρομέτρηση Σελ. 43 10.2 Εφελκυσμός Σελ.44 10.3 Κρούση Σελ.45 10.4 Μεταλλογραφία Σελ.46 10.5 Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο SEM Σελ. 56 10.6 Διεισδυτικά Υγρά Εμφάνιση ρωγμών Σελ. 67 11. Συμπεράσματα. Σελ. 68 12. Βιβλιογραφία Σελ. 69 13. Παράρτημα Σελ. 70 5

1. ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στα πλαίσια της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας μελετήθηκε εμπορικό κράμα για αντιτριβικές εφαρμογές και πώς συγκεκριμένες παράμετροι της θερμικής κατεργασίας επιδρούν στη δομή και στις μηχανικές του ιδιότητες. Κατά τη διεξαγωγή των πειραμάτων, χυτεύθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν εκσκαφικά δόντια με συγκεκριμένη χημική σύσταση, και στη συνέχεια έγινε μια σειρά θερμικών κατεργασιών, προκειμένου να πάρουμε σαφή εικόνα των παραμέτρων που επηρεάζουν τα αποτελέσματά μας. Σκοπός ήταν να επιτευχθεί όσο το δυνατό μεγαλύτερη ομογενοποίηση στο χυτό και επίσης ένας βέλτιστος συνδυασμός σκληρότητας και αντοχής σε κρούση, τόσο στη μύτη όσο και στη βάση του δοντιού, έτσι ώστε να αποφευχθεί η αστοχία του στις καταπονήσεις και τα ισχυρά κρουστικά φορτία που υφίσταται σε τέτοιου είδους εφαρμογές. Το κράμα που χρησιμοποιήθηκε ήταν χάλυβας χαμηλής κραμάτωσης με αυξημένη εμβαπτότητα, η σύσταση του οποίου ήταν η παρακάτω: C % Si % Mn % Cr % Mo % Ni % Al % P % S % Cu % Fe % 0,26 1,33 0,64 1,9 0,44 0,17 0,033 0,006 0,039 0,126 95,06 Ο σκοπός των δοκιμών ήταν να καταλήξουμε σε ένα συνδυασμό θερμοκρασίας - χρόνου από τον οποίο θα παίρναμε, αφενός ομοιόμορφη σκληρότητα μέσα στο εύρος 350 450 HB, αφετέρου αποτελέσματα δοκιμής σε κρούση άνω των 16 joule, τιμές που εμπειρικά ενδείκνυνται για τις συγκεκριμένες εφαρμογές. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκαν κατεργασίες τριών φάσεων, σε δύο στάδια πειραμάτων: Στο 1ο στάδιο η ψύξη στη φάση της ωστενιτοποίησης έγινε με βαφή σε πολυμερές ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ (C) ΤΡΟΠΟΣ ΨΥΞΗΣ 1η φάση 1020 Πολυμερές 2η φάση 880 Πολυμερές 3η φάση 550 Αέρας Στο 2ο στάδιο η ψύξη στη φάση της ωστενιτοποίησης έγινε σε σταθερό αέρα ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ (C) ΤΡΟΠΟΣ ΨΥΞΗΣ 1η φάση 1020 Αέρας / Φύσημα 2η φάση 880 Πολυμερές 3η φάση 550 Αέρας 6

Στη συνέχεια έγινε αξιολόγηση των δειγμάτων, που περιελάμβανε παρατήρηση της μικροδομής που προέκυψε μετά το πέρας των θερμικών κατεργασιών, μηχανικές δοκιμές κρούσης και εφελκυσμού μετά την ανόπτηση, σκληρομέτρηση των δοκιμίων, έλεγχος μικρορωγμών με διεισδυτικά υγρά και παρατήρηση σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο της σύστασης των φάσεων που ταυτοποιήθηκαν. Από την αξιολόγηση των δοκιμίων προέκυψε η ζητούμενη μαρτενσιτική δομή, με ικανοποιητικά υψηλές τιμές κρούσης και σκληρότητας. Με την εισαγωγή της τρίτης φάσης, επιτεύχθηκε μεγαλύτερη ομοιογένεια τόσο στη μικροδομή όσο και στη σύσταση των φάσεων, ενώ τα δοκίμια που μετά την ωστενιτοποίηση ψύχθηκαν σε πολυμερές εμφάνισαν ρωγμές. 2. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας ήταν να επιτευχθεί ο βέλτιστος δυνατός συνδυασμός σκληρότητας και δυσθραυστότητας για κράμα που προορίζεται για αντιτριβικές εφαρμογές. Τα κράματα αυτά έχουν ευρεία χρησιμότητα και σπουδαία βιομηχανική αξία. Καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως δόντια για κάδους φορτωτών και εκσκαφέων, ανταλλακτικά μηχανημάτων κεραμοποιείας και ασβεστοποιείας, αναλώσιμα σε λατομεία, ορυχεία, κλπ. Η αναγκαιότητα μελέτης και βελτιστοποίησης των κραμάτων αυτών έγκειται στις ακραίες καταπονήσεις που υφίστανται κατά τη λειτουργία τους. Τα ισχυρά κρουστικά φορτία σε συνδυασμό με τις υψηλές θερμοκρασίες και την τριβή με σκληρά πετρώματα, μπορούν να προκαλέσουν ταχύτατη φθορά ή θραύση, οδηγώντας ακόμα και στην καταστροφή ολόκληρης της κατασκευής. Στόχος των πειραμάτων ήταν να εντοπισθεί μια διαδικασία θερμικών κατεργασιών που να αποφέρει στο υλικό την προσδοκώμενη αντοχή σε φθορά και κρούση, αυξάνοντας τη διάρκεια ζωής του εξαρτήματος και καθιστώντας το ικανό να ανταποκριθεί σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας. Βασικό κριτήριο στην αξιολόγηση των αποτελεσμάτων θεωρήθηκε η κατανομή των τιμών αυτών στην επιφάνεια του δοντιού, καθότι τόσο η βάση του όσο και το εμπρόσθιο τμήμα του, αποτελούν κρίσιμα σημεία. Αρχικά θα γίνει μια γενική αναφορά στα είδη των μετασχηματισμών σε στερεή κατάσταση, ενώ στη συνέχεια θα εξεταστεί λεπτομερώς ο μαρτενσιτικός μετασχηματισμός (αφού ήταν ο ζητούμενος στις δοκιμές που έγιναν) και ο μηχανισμός επαναφοράς του μαρτενσίτη. Τέλος, παρατίθεται η πειραματική διαδικασία και η διεξαγωγή των αποτελεσμάτων. 7

3. ΔΙΜΕΡΕΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΣΙΔΗΡΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ [1] Η ανάπτυξη μικροδομών κατά τη βραδεία απόψυξη ενός μεταλλικού συστήματος μπορεί να αναλυθεί με τη χρήση διαγραμμάτων ισορροπίας φάσεων. Από τα διαγράμματα φάσεων προκύπτουν οι φάσεις, οι συστάσεις των φάσεων, τα ποσοστά των φάσεων μέσα στο κράμα σε συγκεκριμένη θερμοκρασία, όχι όμως η χρονική εξέλιξη των διεργασιών που συμβαίνουν κατά την απόψυξη. Στο παρακάτω διάγραμμα, Εικόνα 1, αναγράφονται τα διάφορα μικρογραφικά συστατικά που εμφανίζονται ανάλογα με την θερμοκρασία και την σύσταση του κράματος. Τα προϊόντα που σχηματίζονται προβλέπονται από τον κανόνα του Gibbs, με αποτέλεσμα να θεωρούνται και ως προϊόντα ισορροπίας (με εξαίρεση τον σεμεντίτη). Εικόνα 1: Mικρογραφικά συστατικά του μετασταθούς διαγράμματος Fe-C [1] 8

Ανάλογα με την περιεκτικότητα σε άνθρακα τα κράματα σιδήρου-άνθρακα χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: Σίδηροι (irons) οι οποίοι έχουν περιεκτικότητα σε άνθρακα μέχρι 0.025% Χάλυβες (steels) οι οποίο έχουν περιεκτικότητα σε άνθρακα από 0.025% - 2.1% Λευκοί χυτοσίδηροι (white cast irons) οι οποίοι έχουν περιεκτικότητα σε άνθρακα άνω του 2.1%. Θα γίνει αναφορά μόνο στην κατηγορία των χαλύβων και θα εξεταστούν μόνο τα μικρογραφικά συστατικά και οι περιοχές του διαγράμματος οι οποίες ανήκουν στο συγκεκριμένο εύρος περιεκτικοτήτων. Εικόνα 2: Περιοχή του διαγράμματος που αφορά τους χάλυβες [1] Oι διάφορες περιοχές (ή βρόγχοι) που συναντάμε στο μετασταθές διάγραμμα σιδήρου άνθρακα όσον αφορά το πεδίο σχηματισμού των χαλύβων, χωρίζονται ανάλογα με τον αριθμό των φάσεων που ισορροπούν σε αυτές. I) Μονοφασικές περιοχές: Ωστενίτης (φάση γ): Στερεό διάλυμα παρεμβολής του άνθρακα στον σίδηρο γ Φερρίτης-δ (φάση δ): Στερεό διάλυμα παρεμβολής του άνθρακα στον σίδηρο δ Τήγμα l II) Διφασικές περιοχές: Στις διφασικές περιοχές συνυπάρχουν δύο φάσεις σε ισορροπία. Ανάλογα με την φύση της κάθε φάσης που βρίσκεται σε ισορροπία διακρίνονται δύο κατηγορίες διφασικών περιοχών. 9

Α) Περιοχές με δύο στερεές φάσεις σε ισορροπία: α + Fe 3 C, γ + Fe 3 C, α+γ, γ +δ Β) Περιοχές με μία στερεά και μια υγρή φάση σε ισορροπία. γ + l, δ + l Ιδιαίτερη έμφαση δίδεται στα σημεία του διαγράμματος στα οποία παρατηρείται συνύπαρξη τριών φάσεων. Στην θερμοκρασία των 1492 ο C (Α 4 ) και για 0.18%C κ.β. παρατηρείται η ισορροπία μεταξύ ωστενίτη, φερρίτη-δ και τήγματος. Συγκεκριμένα τήγμα με 0.55% C κ.β. και φερρίτης δ με 0.10% C κ.β. μετασχηματίζονται ισοθερμοκρασιακά σε ωστενίτη με 0.18% C κ.β. Το σημείο αυτό χαίρει άκρας σημασίας για μια ειδική κατηγόρια χαλύβων, τους λεγόμενους ανοξείδωτους χάλυβες και ονομάζεται περιτηκτικό σημείο. Στην θερμοκρασία των 723 ο C και για 0.8%C κ.β. παρατηρείται η συνύπαρξη τριών στερεών. Συγκεκριμένα, μετά από την ισοθερμοκρασιακή διάσπαση του ωστενίτη στην συγκεκριμένη θερμοκρασία σχηματίζεται φερρίτης-α και σεμεντίτης. Το σημείο αυτό ονομάζεται ευτηκτοειδές και ο ωστενίτης με περιεκτικότητα 0.8% κ.β. σε C μετασχηματίζεται σε φερρίτη με περιεκτικότητα 0.025% κ.β. σε C και στον σεμεντίτη 6.67%C κ.β. Ο μετασχηματισμός που λαμβάνει χώρα στο ευτηκτοειδές σημείο ονομάζεται ευτηκτοειδής μετασχηματισμός και η χαρακτηριστική αυτή θερμοκρασία συμβολίζεται με Α 1. στερεό γ στερεό α + στερεό β Σύμφωνα με τον κανόνα του Gibbs κατά την διάρκεια του ευτηκτοειδούς μετασχηματισμού η θερμοκρασία παραμένει σταθερή, ενώ όταν ο μετασχηματισμός πραγματοποιηθεί, η θερμοκρασία μπορεί και πάλι να συνεχίσει την κάθοδο της. Η θερμοκρασία των 723 ο C αποτελεί χαρακτηριστικής σημασίας θερμοκρασία για τα κράματα του σιδήρου με τον άνθρακα τα οποία είναι απαλλαγμένα πλήρως από άλλες κραματικές προσθήκες ή ακαθαρσίες. Η καμπύλη με την οποία χωρίζεται η μονοφασική περιοχή του ωστενίτη από την περιοχή συνύπαρξης του ωστενίτη με τον προευτηκτοειδή φερρίτη ονομάζεται καμπύλη solvus. Τα σημεία της καμπύλης solvus αποτελούν την χαρακτηριστική θερμοκρασία, για την οποία ένας χάλυβας, από διφασικό υλικό, μετασχηματίζεται σε μονοφασικό υλικό και αντίστροφα. Ο γεωμετρικός τόπος των σημείων που προσδιορίζουν την μετάβαση από μονοφασικό σε διφασικό υλικό για χάλυβες με περιεκτικότητα λιγότερη από 0,8% σε C κ.β. συμβολίζεται ως Α 3. Αντίστοιχα για περιεκτικότητες μεγαλύτερες από 0,8% σε C κ.β. συμβολίζονται με Α cm. 10

4. Θερμικές κατεργασίες σκλήρυνσης [5] 4.1 Βαφή Απλή βαφή ή βαφή είναι η θερμική κατεργασία σκλήρυνσης, που περιλαμβάνει ένα στάδιο θέρμανσης και παραμονής του χάλυβα (ωστενιτοποίηση) σε θερμοκρασία ίδια με αυτή της πλήρους ανοπτήσεως, και ένα ακόλουθο στάδιο απότομης ψύξεως, με εμβάπτιση του χάλυβα σε κάποιο μέσο ψύξεως (αλατόνερο, νερό, λάδι, αέρας). Στόχος της βαφής είναι η βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων του χάλυβα (σκληρότητα, αντοχή), που απαιτούνται για τη λειτουργία του (π.χ. εργαλεία κοπής, καλούπια διαμόρφωσης, κ.λπ). H θερμοκρασία ωστενιτοποίησης κυμαίνεται μεταξύ 830 και 900C για τους υποευτηκτοειδείς χάλυβες. Οι υπερευτηκτοειδείς χάλυβες υφίστανται θέρμανση στους 750-780C, ενώ σε χάλυβες, που περιέχουν μεγάλα ποσοστά άλλων στοιχείων κραματοποίησης (π.χ. Cr, Mo, Ni), η θέρμανσή ενδέχεται να υπερβεί τους 1000-1050C. Ο απαιτούμενος χρόνος παραμονής του υλικού στη θερμοκρασία ωστενιτοποίησης κυμαίνεται από μερικά λεπτά έως και μερικές ώρες, πράγμα που εξαρτάται από τη χημική σύσταση του χάλυβα, αλλά και από το μέγεθος του κατεργαζόμενου τεμαχίου. Η ταχύτητα απόψυξης είναι καθοριστική τόσο για βαθμό σκλήρυνσης, όσο και για τις αστοχίες (ρωγματώσεις), που μπορούν να εμφανισθούν λόγω ανάπτυξης εσωτερικών τάσεων. Όσο πιο απότομη είναι η ταχύτητα απόψυξης, τόσο αυξάνεται και η σκληρότητα του υλικού, με άμεσο όμως επακόλουθο τη δραματική μείωση της δυσθραυστότητας και με κίνδυνο την εμφάνιση ρωγμών. Η ταχύτητα απόψυξης εξαρτάται από τη δραστικότητα του μέσου απόψυξης και αυξάνεται σύμφωνα με την ακόλουθη σειρά: αέρας < λάδι < νερό < αλατόνερο Η παραπάνω σειρά δραστικότητας του μέσου απόψυξης είναι σύμφωνη με την αύξηση του ρυθμού απαγωγής της θερμότητας. Έτσι, π.χ. η εμβάπτιση του διάπυρου μετάλλου στο νερό οδηγεί σε πιο βίαιη απαγωγή θερμότητας (και άρα σε πιο έντονη ψύξη) από ότι η εμβάπτισή του στο λάδι. Η ανάδευση του μέσου απόψυξης αυξάνει επιπλέον την ταχύτητα απόψυξης. Σε ορισμένες περιπτώσεις ισχυρά κραματωμένων χαλύβων (π.χ. χαλύβων με μεγάλα ποσοστά Cr, Mo, W, όπως είναι οι εργαλειοχάλυβες ή οι ταχυχάλυβες), για να συντελεσθεί σκλήρυνση (βαφή) πρέπει το υλικό να αποψυχθεί σε θερμοκρασίες χαμηλότερες του μηδενός με τη βοήθεια μέσου απόψυξης υγρού αζώτου (κρυογενική βαφή). Σύγχρονα ψυκτικά μέσα, όπως διαλύματα συνθετικών πολυμερών, τείνουν να αντικαταστήσουν το λάδι και προσδίδουν ελεγχόμενη ταχύτητα απόψυξης και προστασία από την οξείδωση. 11

4.2 Μετασχηματισμοί φάσεων κατά τη βαφή Ωστενιτοποίηση Υποευτηκτοειδείς ή ευτηκτοειδείς χάλυβες: Στο στάδιο αυτό παρατηρείται η αλλαγή της αρχικής δομής (φερρίτης-περλίτης ή περλίτης αντίστοιχα) σε ωστενίτη Υπερευτηκτοειδείς χάλυβες: Παρατηρείται μόνο ο ευτηκτοειδής μετασχηματισμός του περλίτη προς ωστενίτη, ενώ ο σεμεντίτης στα όρια των κόκκων παραμένει. Απόψυξη Σε αυτό το στάδιο η μετατροπή που επιτυγχάνεται είναι αυτή του ωστενίτη. Σε περίπτωση γρήγορης απόψυξης (βαφής) ο ωστενίτης μετατρέπεται σε μία σκληρή και εύθραυστη φάση που είναι γνωστή ως μαρτενσίτης, η οποία κρυσταλλώνεται στο τετραγωνικό χωροκεντρωμένο κρυσταλλικό πλέγμα. Ο εν λόγω μετασχηματισμός ονομάζεται μαρτενσιτικός και περιγράφεται σε επόμενο κεφάλαιο. Η σκληρότητα του μαρτενσίτη είναι πολύ μεγάλη (500-1000 ΗV) λόγω αφενός της ανάπτυξης εντόνων εσωτερικών τάσεων και αταξιών κατά την απότομη ψύξη και, αφετέρου, του κορεσμού της κρυσταλλικής δομής του σε άνθρακα. Γι αυτό πρακτικά δεν επιτυγχάνεται σκλήρυνση μέσω βαφής σε χάλυβες με ποσοστό σε άνθρακα μικρότερο από 0,2%. 4.3 Εμβαπτότητα Με τον όρο εμβαπτότητα καλείται η ικανότητα σκλήρυνσης του υλικού μετά από τη βαφή. Αυτή εξαρτάται από διάφορες παραμέτρους, όπως η χημική σύσταση και το μέγεθος των κόκκων του χάλυβα, το μέγεθος του τεμαχίου και το μέσο απόψυξης. Η εμβαπτότητα εκφράζεται με τη βοήθεια των παρακάτω παραμέτρων : (α) Κρίσιμο βάθος βαφής : είναι η απόσταση μετρούμενη, από το ψυχόμενο άκρο του υλικού, στην οποία έχει μετατραπεί ο ωστενίτης κατά 50% σε μαρτενσίτη. Το κρίσιμο βάθος βαφής εξαρτάται από το υλικό και από το μέσο απόψυξης. (β) Κρίσιμη ταχύτητα βαφής : είναι η ελάχιστη ταχύτητα που πρέπει να αποψυχθεί ο χάλυβας έτσι ώστε να σχηματισθεί στην επιφάνειά του 100% μαρτενσίτης. Η κρίσιμη ταχύτητα βαφής εξαρτάται μόνο από το υλικό. Με βάση τα παραπάνω μπορούμε να πούμε ότι η εμβαπτότητα ενός χάλυβα αυξάνεται με την αύξηση του κρίσιμου βάθους βαφής ή/και με τη μείωση της κρίσιμης ταχύτητας βαφής. Οι προσθήκες κραματικών στοιχείων (π.χ. Cr, Mo), η αύξηση του μεγέθους των κόκκων του ωστενίτη και η χρήση δραστικών μέσων απόψυξης αυξάνουν την εμβαπτότητα του χάλυβα. 12

5. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΦΑΣΕΩΝ ΜΕ ΔΙΑΧΥΣΗ ΣΤΟΥΣ ΧΑΛΥΒΕΣ Οι µετασχηµατισµοί που λαµβάνουν χώρα σε στερεά κατάσταση χαρακτηρίζονται από: Την παρουσία του φαινοµένου της διάχυσης (περλιτικός µετασχηµατισµός). Την πλήρη απουσία διάχυσης (µαρτενσιτικός µετασχηµατισµός). Ενδιάµεση κατάσταση µεταξύ των δύο προηγούµενων µετασχηµατισµών (µπαινιτικός µετασχηµατισµός). Σηµαντική επίδραση στην ανάπτυξη και εξέλιξη ενός µετασχηµατισµού σε στερεά κατάσταση έχει ο ρυθµός απόψυξης του κράµατος, όπως παρουσιάζεται στο παρακάτω σχήμα, Εικόνα 3.. Εικόνα 3: Eπίδραση της ταχύτητας απόψυξης στους μετασχηματισμούς χάλυβα σε στερεά κατάσταση [2] Σε ένα διαχυτικό µετασχηµατισµό υφίστανται δύο στάδια εξέλιξης: Η πυρηνοποίηση: Σχηµατισµός υποµικροσκοπικών σωµατιδίων (πυρήνες) νέας φάσης σε θέσεις συγκέντρωσης διαταραχών ή στα όρια κόκκων. Η ανάπτυξη: Βαθµιαία ανάπτυξη των πυρήνων σε µέγεθος εις βάρος του όγκου της µητρικής φάσης. Επειδή η ολοκλήρωση ενός διαχυτικού µετασχηµατισµού στερεάς κατάστασης απαιτεί πάρα πολύ χρόνο (κυρίως στις χαµηλές θερµοκρασίες) για να ολοκληρωθεί, το σύστηµα θεωρείται ότι πρακτικά παραµένει σε κατάσταση εκτός ισορροπίας (δηλ. απαιτείται άπειρος χρόνος ολοκλήρωσης µετασχηµατισµού). Η µελέτη του µετασχηµατισµού ενός κράµατος σε σταθερή θερµοκρασία (ισοθερµοκρασιακός µετασχηµατισµός) οδηγεί στην κατασκευή µιας καµπύλης που συνδέει το ποσοστό 13

µετασχηµατισµού µε τον χρόνο. Η καµπύλη αυτή, λόγω της µορφής της, ονοµάζεται σιγµοειδής καµπύλη ή διάγραµµα-s, Εικόνα 4. Εικόνα 4: Σιγμοειδής καμπύλη χάλυβα (επιτάχυνση, ταχεία κινητική εξέλιξη και επιβράδυνση) [2] Η πρόοδος του µετασχηµατισµού παρακολουθείται είτε µε παρατήρηση των συστατικών στο µικροσκόπιο, είτε µε µέτρηση της τιµής κάποιας χαρακτηριστικής φυσικής ιδιότητας της νέας φάσης, π.χ. ηλεκτρική αγωγιµότητα. 5.1 Περλιτικός μετασχηματισμός [2],[3] Σύμφωνα με το διάγραμμα φάσεων Fe-C στο ευτηκτοειδές σημείο γίνεται ο μετασχηματισμός του ωστενίτη προς φερρίτη και σεμεντίτη. Η θερμοκρασία παραμένει σταθερή έως ότου όλοι οι κρύσταλλοι του ωστενίτη μετασχηματιστούν σε φερρίτη και σεμεντίτη. Έπειτα η θερμοκρασία συνεχίζει την κάθοδο της και η μόνη διαφοροποίηση που παρατηρείται είναι ο σχηματισμός μιας μικρής ποσότητας σεμεντίτη, λόγω της μείωσης της διαλυτότητας του άνθρακα στον Fe α. Τόσο ο παραγόμενος φερρίτης όσο και ο σεμεντίτης, εμφανίζονται με την μορφή πλακιδίων τα οποία εναλλάσσονται συνεχώς. Το παραγόμενο μικρογραφικό συστατικό ονομάζεται περλίτης και δεν αποτελεί μια ανεξάρτητη φάση. Επομένως μπορούμε να πούμε ότι η μικροδομή ενός ευτηκτοειδούς χάλυβα κατά την διάσπαση του στην ευτηκτοειδή θερμοκρασία αποτελείται από κόκκους περλίτη οι οποίοι αποτελούνται από εναλλασσόμενα πλακίδια φερρίτη και σεμεντίτη. Ο περλίτης εφόσον δεν αποτελεί ανεξάρτητη φάση απαιτεί την φύτρωση και των δύο φάσεων που τον συνιστούν ώστε στην συνέχεια να αναπτυχθεί. Η φύτρωση του περλίτη γίνεται πάντα στα όρια των κρυστάλλων του ωστενίτη και ξεκινάει με την φύτρωση του σεμεντίτη (α). O σχηματισμός ενός φύτρου σεμεντίτη καταναλώνει πολύ άνθρακα από τον κρύσταλλο του ωστενίτη (γ 2 ) με αποτέλεσμα τον σχηματισμό ενός φύτρου φερρίτη (β) σε επαφή με το φύτρο του σεμεντίτη. 14

Εικόνα 5: Φύτρωση και ανάπτυξη περλίτη [3] Τα σχηματιζόμενα φύτρα αναπτύσσονται υπό την μορφή πλακιδίων και πάντα σε επαφή μεταξύ τους στο εσωτερικό του ωστενιτικού κόκκου. Κάθε πλακίδιο του σεμεντίτη και του φερρίτη καταναλώνει ή αποβάλλει αντίστοιχα άνθρακα από και προς τον κόκκο του ωστενίτη με αποτέλεσμα αυτά να αναπτύσσονται σε συνεργασία. Κάθε αναπτυσσόμενο πλακίδιο βρίσκεται σε επαφή από την μία του παρειά με ένα πλακίδιο της δεύτερης φάσης και από την άλλη παρειά με τον κρύσταλλο του ωστενίτη. Οι παρειές που είναι σε επαφή με τον ωστενίτη αποτελούν ιδανικά σημεία για τον σχηματισμό νέων φύτρων της δεύτερης φάσης λόγο της μικρής ή μεγάλης περιεκτικότητας σε άνθρακα που δημιουργείται τοπικά στον κόκκο του ωστενίτη. Στην συνέχεια ακολουθεί η ανάπτυξη τους με τον μηχανισμό που μόλις αναφέρθηκε κ.ο.κ., Εικόνα 6. Εικόνα 6: Στάδια περλιτικού μετασχηματισμού [2] Παράγοντες που επηρεάζουν την περλιτική µικροδοµή Η υπέρψυξη ( Τ) Το µήκος κύµατος (λ) (αντιστρόφως ανάλογο της υπέρψυξης) συνδέεται µε τη θερµοκρασία µετασχηµατισµού (Τ) µε τη σχέση logλ=a-(b/t), όπου Α και Β 15

σταθερές. Ο περλίτης έχει λαµελοειδή δοµή που χαρακτηρίζεται από επάλληλες εναλλασσόµενες λωρίδες ή στρώσεις φερρίτη και σεµεντίτη. Η δοµή αυτή παρουσιάζει περιοδικότητα, µε κύριο χαρακτηριστικό το µήκος κύµατός της, λ. Ο ρυθµός πυρήνωσης. Το µέγεθος του ωστενιτικού κόκκου. Επίδραση στις µηχανικές ιδιότητες του χάλυβα Αύξηση του ποσοστού περλίτη στον χάλυβα οδηγεί σε: Aύξηση του ορίου διαρροής (σ y ) και της αντοχής (UTS) του χάλυβα (µεγαλύτερη δυνατότητα περλίτη έναντι φερρίτη προς εργοσκλήρυνση). Μείωση της ολκιµότητας και της δυσθραυστότητας (οι διεπιφάνειες φερρίτη/σεµεντίτη λειτουργούν ως θέσεις πυρήνωσης ρηγµάτων που περιορίζουν την πλαστικότητα του χάλυβα). 5.2 Μπαινιτικός μετασχηματισμός [2],[3] Κάτω από ορισμένη θερμοκρασία, η οποία συχνά σημειώνεται στα διαγράμματα ΤΤΤ ως Β S, η κινητική του μετασχηματισμού αλλάζει ολοσχερώς και δεν παίρνουμε πια την ευτηκτοειδή αντίδραση. Στη θερμοκρασιακή αυτή περιοχή, η οποία ονομάζεται μπαινιτική περιοχή, σχηματίζεται ένα νέο μικρογραφικό συστατικό γνωστό με το όνομα μπαινίτης (bainite). O μπαινίτης αποτελείται από στενόμακρα πλακίδια φερρίτη με διάσπαρτα καρβίδια στο εσωτερικό τους ή στα όρια τους. Τα καρβίδια είναι τόσο λεπτά που δεν παρατηρούνται στο οπτικό μικροσκόπιο αλλά μόνο στο ηλεκτρονικό. Η κινητική του μπαινιτικού μετασχηματισμού δεν έχει εξακριβωθεί πλήρως. Η επικρατέστερη άποψη είναι ότι ο μπαινιτικός φερρίτης σχηματίζεται πρώτος από τον ωστενίτη με διάτμηση του πλέγματος, λόγω της μειωμένης διάχυσης των ατόμων του σιδήρου. Ο άνθρακας όμως λόγο του μικρού μεγέθους του ατόμου εξακολουθεί να έχει αρκετή κινητικότητα και διαχέεται σε σχετικά μικρές αποστάσεις, σχηματίζοντας διάσπαρτα λεπτά καρβίδια μέσα στο μπαινιτικό φερρίτη. Από μικρογραφικής πλευράς ο μπαινίτης χωρίζεται σε ανώτερο και κατώτερο μπαινίτη, όταν η ισοθερμοκρασιακή αντίδραση λαμβάνει χώρα, αντίστοιχα, στην ανώτερη και κατώτερη θερμοκρασιακή περιοχή της μπανιτικής περιοχής. Ο ανώτερος μπαινίτης αποτελείται από γειτονικούς στενόμακρους κόκκους φερρίτη με ανώμαλα περατωτικά όρια τα οποία δίνουν την μορφή φτερού (feathery structure). O άνθρακας σχηματίζει πολύ λεπτά καρβίδια στα όρια των κόκκων του φερρίτη. Στον κατώτερο μπαινίτη οι κόκκοι του φερρίτη είναι στενόμακροι και βελονοειδής (needle-like), διατεταγμένοι πολλοί μαζί σε πακέτα. Είναι πολύ λεπτοί και τα καρβίδια 16

βρίσκονται στο εσωτερικό τους λόγω της πολύ χαμηλής διαχυσημότητας που εμφανίζει το σύστημα.. Όπως στον περλίτη έτσι και στον μπαινίτη η δομή γίνεται συνεχώς λεπτότερη όσο η θερμοκρασία μετασχηματισμού είναι μικρότερη. Αυτό είναι ένα γενικό χαρακτηριστικό στους μετασχηματισμούς στη στερεά κατάσταση όπου η χαμηλή θερμοκρασία περιορίζει τη διάχυση. Το σύστημα τότε αντιδρά ακολουθώντας μικρότερους δρόμους διάχυσης, δηλαδή πυκνότερη φύτρωση (λόγω χαμηλότερου ενεργειακού φράγματος προς φύτρωση) και ανάπτυξη σε μικρότερες αποστάσεις (λόγω μειωμένης διάχυσης). Η παρουσία του µπαινίτη στους χάλυβες είναι επιθυµητή, διότι εξασφαλίζεται πολύ καλή µηχανική αντοχή και καλή ολκιµότητα. Ο ανώτερος και κατώτερος µπαινίτης σχηµατίζονται σε στάδια, όπως περιγράφεται στις Εικόνες 7 και 8. Εικόνα 7: Στάδια σχηματισμού ανώτερου μπαινίτη [2] 17

Εικόνα 8: Στάδια σχηματισμού κατώτερου μπαινίτη [2] 6. ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΦΑΣΕΩΝ ΧΩΡΙΣ ΔΙΑΧΥΣΗ ΜΑΡΤΕΝΣΙΤΙΚΟΣ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ 6.1 Μηχανισμός μετασχηματισμού [4] Η μαρτενσιτική δομή στους χάλυβες χαρακτηρίζεται σαν ένα υπέρκορο στερεό διάλυμα του άνθρακα στο φερρίτη. Τα άτομα του άνθρακα που καταλαμβάνουν τις οκταεδρικές θέσεις στο πλέγμα του ωστενίτη παραμένουν στο πλέγμα του μαρτενσίτη με αποτέλεσμα η χημική σύσταση να μη μεταβάλλεται. Επειδή οι τετραεδρικές θέσεις του φερρίτη είναι λιγότερο ευρύχωρες από τις οκταεδρικές θέσεις του ωστενίτη, το κυβικό πλέγμα του φερρίτη επιμηκύνεται αναγκαστικά κατά τον άξονα c και συμπιέζεται κατά τον άξονα α έτσι ώστε οι οκταεδρικές θέσεις του να γίνουν ανάλογες με αυτές του ωστενίτη. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα να είναι πλέον δυνατό να διατηρηθεί όλος ο άνθρακας στο πλέγμα του φερρίτη. Συμπερασματικά μπορούμε να πούμε ότι ο μαρτενσίτης έχει σχεδόν την ίδια δομή με τον φερρίτη (σχεδόν κυβικό πλέγμα) αλλά τις οκταεδρικές θέσεις παρεμβολής του ωστενίτη. Η μετάβαση από την κυψελίδα του ωστενίτη σε αυτήν του μαρτενσίτη γίνεται με την συμπίεση του ύψους του ωστενιτικού οκταέδρου και με την επιμήκυνση του κατά τον άξονα που είναι κάθετο σε αυτό. Κατά αυτό τον τρόπο η 18

διάτμηση της κυψελίδας του ωστενίτη δεν οδηγεί σε ανακατανομή των ατόμων του σιδήρου για τον σχηματισμό της κυψελίδας του μαρτενσίτη. Εικόνα 9: Ωστενιτικό και μαρτενσιτικό οκτάεδρο [4] Η σηµασία της ταχύτητας απόψυξης στον µαρτενσιτικό µηχανισµό είναι μεγάλη. Στους χάλυβες ο µαρτενσιτικός µετασχηµατισµός λαµβάνει χώρα κατά την απότοµη ψύξη (βαφή) του ωστενίτη. Η ταχύτητα απόψυξης (V) πρέπει να είναι μεγαλύτερη από µια κρίσιμη τιμή (Vc), ώστε να µην ενεργοποιούνται διαχυτικοί µετασχηµατισµοί. Η κρίσιµη ταχύτητα απόψυξης εξαρτάται από την π(c), την περιεκτικότητα σε κραµατικά στοιχεία και το µέγεθος του κόκκου ωστενίτη. Η θερµοκρασιακή περιοχή του µαρτενσιτικού µετασχηµατισµού λαµβάνει χώρα µεταξύ δύο χαρακτηριστικών θερµοκρασιών, της θερµοκρασίας έναρξης (Μ S ) και της θερµοκρασίας λήξης (Μ f ) του µαρτενσιτικού µετασχηµατισµού. Το ποσοστό µαρτενσίτη αυξάνεται µε µείωση της θερµοκρασίας, σύµφωνα µε την εµπειρική σχέση: ( ) ( ), όπου α σταθερά και Τ η θερµοκρασία (Μ s < Τ <Μ f ). Η θερµοκρασία έναρξης (Μ S ) εξαρτάται κυρίως από τη σύσταση του χάλυβα και κυµαίνεται από πολύ υψηλές τιµές (500 C), μέχρι πολύ μικρές τιμές (κάτω από τη θερµοκρασία δωµατίου), ενώ η θερµοκρασία λήξης (Μ f ) μπορεί να παίρνει και αρνητικές τιµές. Πειραµατικά προσδιορίζεται από την αλλαγή των µαγνητικών ιδιοτήτων του χάλυβα (ο ωστενίτης είναι αµαγνητικός ενώ ο µαρτενσίτης µαγνητικός). Η θερµοκρασία λήξης (Μ f ) δε συμπίπτει πάντοτε µε την ολοκλήρωση του µαρτενσιτικού µετασχηµατισµού. Το ποσοστό ωστενίτη που δεν µετασχηµατίζεται ονοµάζεται παραµένων ωστενίτης. 6.2 Μικροδομή μαρτενσίτη [4] Η μορφολογία του μαρτενσίτη στους κοινούς χάλυβες εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την περιεκτικότητα σε άνθρακα. Στους κοινούς χάλυβες που περιέχουν C < 0,6% ο μαρτενσίτης εμφανίζεται με την μορφή επιμηκών πλακιδίων τα οποία είναι παράλληλα διατεταγμένα σχηματίζοντας τα λεγόμενα πακέτα του μαρτενσίτη (lath martensite).τα πλακίδια του μαρτενσίτη που αποτελούν και ένα πακέτο του μαρτενσίτη εμφανίζουν ένα κοινό κρυσταλλογραφικό προσανατολισμό τόσο μεταξύ τους όσο και με τον κρύσταλλο του ωστενίτη στον οποίο αναπτύσσονται. Σε κάθε ωστενιτικό κρύσταλλο παρατηρούνται διαφορετικά πακέτα μαρτενσίτη τα οποία αναπτύσσονται προς ισοδύναμες 19

κρυσταλλογραφικές διευθύνσεις εντός του ωστενίτη. Για περιεκτικότητες σε άνθρακα μεγαλύτερες του 1% ο μαρτενσίτης εμφανίζεται με την μορφή βελόνων οι οποίες είναι πλατύτερες στο μέσον τους. Για περιεκτικότητες σε άνθρακα από 0.6% - 1% ο μαρτενσίτης εμφανίζεται και με τις δύο μορφολογίες. Ο χάλυβας στον οποίο έχει σηµειωθεί µαρτενσιτικός µετασχηµατισµός παρουσιάζει δραµατική αύξηση της σκληρότητας. Τούτο οφείλεται σε µεγάλο βαθµό στην παρουσία ατόµων C σε θέσεις παρεµβολής στο BCT κρυσταλλικό πλέγµα του µαρτενσίτη. Ο άνθρακας καταλαµβάνει τις ίδιες θέσεις παρεµβολής στον ωστενίτη και στον µαρτενσίτη. Όµως, ενώ στον ωστενίτη προκαλεί συµµετρικές παραµορφώσεις, στον µαρτενσίτη προκαλεί µη συµµετρικές παραµορφώσεις που είναι το κατ εξοχήν αίτιο για την ισχυροποίηση του στερεού διαλύµατος. 6.3 Διάγραμμα CCΤ-TTT [2] Διάγραμμα CCT Το διάγραμμα ισορροπίας των φάσεων για ένα κράμα ισχύει με την προϋπόθεση ότι η απόψυξη γίνεται με πολύ αργό ρυθμό. Στην περίπτωση αυτή μέσω του κανόνα του μοχλού είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η αναλογία μεταξύ των φάσεων που σχηματίζονται. Στην βιομηχανική πράξη ο ρυθμός απόψυξης μπορεί να είναι πολύ μεγαλύτερος με αποτέλεσμα να μην ισχύει το διάγραμμα ισορροπίας και κατ επέκταση ο κανόνας του μοχλού. Ένας τρόπος για να προσδιοριστούν τα ποσοστά των φάσεων και που σχηματίζονται σε ένα κράμα, ανεξάρτητα από εάν προβλέπονται ή όχι από το διάγραμμα ισορροπίας, είναι με την χρήση των διαγραμμάτων CCT. Τα διαγράμματα αυτά λαμβάνουν υπ όψη τους εκτός από την θερμοκρασία και την σύσταση του κράματος και τον χρόνο που απαιτείται για την απόψυξη του. Συνεπώς, η παράμετρος της σύστασης θεωρείται σταθερή, στον άξονα των x βρίσκεται η θερμοκρασία και στον άξονα των y ο χρόνος, Εικόνα 10 Εικόνα 10: Διάγραμμα CCT (1030 steel) [2] 20

Εικόνα 11: Καμπύλες απόψυξης ενός χάλυβα από την ωστενιτική περιοχή στην θερμοκρασία περιβάλλοντος για διάφορους χρόνους [2] Διάγραμμα ΤΤΤ Για την χάραξη ενός διαγράμματος ΤΤΤ εισάγεται η έννοια της ισοθερμοκρασιακής βαφής. Σε ένα πείραμα ισοθερμοκρασιακής βαφής ένα δοκίμιο ωστενιτοποιείται σε μια θερμοκρασία εντός του ωστενιτικού βρόγχου και στη συνέχεια αποψύχεται με πρακτικά άπειρη ταχύτητα μέχρι την θερμοκρασία θ ισοθερμοκρασιακής βαφής όπου και παραμένει με σκοπό την διάσπαση του ωστενίτη. Στην διάρκεια παραμονής στη θερμοκρασία θ παρακολουθείται η εξέλιξη της αντίδρασης του ωστενίτη με διάφορες φυσικές μεθόδους, όπως διασταλλομετρία μαγνητομετρία κτλ. Στο τέλος της αντίδρασης εξετάζονται τα προϊόντα διάσπασης του ωστενίτη στη θερμοκρασία περιβάλλοντος με τα μέσα της Μεταλλογραφίας. Έτσι σημειώνεται σε κάθε θερμοκρασιακή περιοχή του διαγράμματος η έναρξη και η λήξη των μετασχηματισμών καθώς και τα προϊόντα που λαμβάνονται από την διάσπαση του ωστενίτη. Το διάγραμμα ΤΤΤ από άποψη κινητικών μηχανισμών διάσπασης του ωστενίτη χωρίζεται σε τρεις περιοχές: Στην ανώτερη θερμοκρασιακή περιοχή έχουμε την περλιτική περιοχή, στην ενδιάμεση θερμοκρασιακή περιοχή έχουμε την μπαινιτική περιοχή και στην κατώτερη θερμοκρασιακή περιοχή έχουμε την μαρτενσιτική περιοχή. Στην Εικόνα 12 παρατηρείται το διάγραμμα ΤΤΤ ενός κοινού υποευτηκτοειδή χάλυβα. 21

Εικόνα 12: Διάγραμμα ΤΤΤ κοινού χάλυβα με 0,5%C κ.β. [2] Εικόνα 13: (α) Διάγραμμα ΤΤΤ, (β) Διάγραμμα CCT για ευτηκτοειδή χάλυβα [2] 22

7. ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ ΜΑΡΤΕΝΣΙΤΗ 7.1 Μηχανισμός επαναφοράς Η επαναφορά του μαρτενσίτη στους κοινούς χάλυβες γίνεται με τη διάσπασή του προς σχηματισμό των φάσεων ισορροπίας οι οποίες είναι ο φερρίτης και ο σεμεντίτης. Σε χαμηλές θερμοκρασίες επαναφορές, μέχρι τους 250 ο C, μόνο τα άτομα του άνθρακα είναι δυνατόν να κινηθούν λόγω της μειωμένης δυνατότητας διάχυσης. Για θερμοκρασίες άνω των 250 ο C τα άτομα του σιδήρου που παρουσιάζουν μικρότερο συντελεστή διάχυσης από τον άνθρακα μπορούν να μετακινηθούν. Ανάλογα με την θερμοκρασία στην οποία γίνεται η επαναφορά ενός κράματος μπορούμε να διακρίνουμε μια σειρά από διαδοχικούς μετασχηματισμούς φάσεων που συμβαίνουν. Το θερμοκρασιακό εύρος στο οποίο επιτυγχάνεται κάθ ένας από αυτούς τους μετασχηματισμούς αποτελεί ένα από τα στάδια της επαναφοράς: 1 ο Στάδιο Το πρώτο στάδιο της επαναφοράς περιλαμβάνει τον σχηματισμό και την ανάπτυξη του καρβιδίου ε και αντιστοιχεί στο θερμοκρασιακό εύρος των 150 ο C 230 ο C. Η φύτρωση του καρβιδίου ε ξεκινάει σε χαμηλότερες θερμοκρασίες με τον σχηματισμό συναθροίσεων του άνθρακα σε συγκεκριμένες θέσεις στο πλέγμα του μαρτενσίτη. Σε θερμοκρασίες ανώτερες των 150 ο C οι συναθροίσεις των ατόμων του άνθρακα μαζί με τα άτομα του σιδήρου που τα περιβάλλουν σχηματίζουν ανεξάρτητους κρυστάλλους οι οποίοι συνεχώς αναπτύσσονται. Η παρουσία τους όμως δεν είναι αντιληπτή με την χρήση οπτικής μικροσκοπίας. Το καρβίδιο ε έχει απλή εξαγωνική δομή και για να σχηματιστεί από το πλέγμα του μαρτενσίτη απαιτεί τόσο την διάχυση μικρής κλίμακας για τον σχηματισμό των πλούσιων σε άνθρακα συναθροίσεων όσο και μια μικρή μετακίνηση των ατόμων του σιδήρου με ελαφρά διάτμηση. 2 ο Στάδιο Το δεύτερο στάδιο της επαναφοράς περιλαμβάνει την διάσπαση του ωστενίτη που δεν μετασχηματίστηκε κατά τον μαρτενσιτικό μετασχηματισμό και εκτείνεται από τους 230 ο C 280 ο C. Οι φάσεις που σχηματίζονται μετά διάσπαση του ωστενίτη είναι ο φερρίτης και ο σεμεντίτης. Η παραγόμενη μικροδομή αποτελείται από φερριτικά πλακίδια. Η παραπάνω μικροδομή είναι ανάλογη με αυτήν που προκύπτει κατά τον μπαινιτικό μετασχηματισμό ενός χάλυβα σύμφωνα με τον οποίο ο ωστενίτης διασπάται σε θερμοκρασίες ανάμεσα σε αυτές του περλιτικού μετασχηματισμού και του μαρτενσιτικού μετασχηματισμού. Ο μπαινίτης δεν αποτελεί ανεξάρτητη φάση αλλά μικρογραφικό συστατικό, όπως και ο περλίτης. 23

3 ο Στάδιο Το τρίτο στάδιο της επαναφοράς περιλαμβάνει τον μετασχηματισμό του καρβιδίου ε σε σεμεντίτη και εκτείνεται από τους 260 ο C-360 ο C. Το καρβίδιο ε αποτελεί μια μετασταθή κατάσταση σε σχέση με το σεμεντίτη. Παρ όλα αυτά κατά την επαναφορά ενός χάλυβα σχηματίζεται πρώτο διότι απαιτεί μόνο τη δυνατότητα μετακίνησης των ατόμων του άνθρακα. Αντίθετα η δομή του σεμεντίτη απέχει πολύ από αυτήν του μαρτενσίτη με αποτέλεσμα να απαιτεί και τη διάχυση των ατόμων του σιδήρου κάτι που είναι δυνατό μόνο σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Επομένως μέχρι το κράμα να φτάσει σε μια θερμοκρασία ικανή για την μετακίνηση των ατόμων του σιδήρου ο μαρτενσίτης μετασχηματίζεται στο καρβίδιο ε. Στη συνέχεια και εφόσον τα άτομα του σιδήρου μπορούν να μετακινηθούν το καρβίδιο ε μετασχηματίζεται προς σεμεντίτη. 7.2 Μικροδομή μαρτενσίτη από επαναφορά Κατά το σχηματισμό του καρβιδίου ε ο μαρτενσίτης απαλλάσσεται από ένα μεγάλο μέρος του άνθρακα που βρισκόταν διαλυμένο στο πλέγμα του με αποτέλεσμα να χάνει σε μεγάλο βαθμό την τετραγωνικότητα που τον χαρακτηρίζει (c/a = 1.015). Tα παραπάνω γίνονται αντιληπτά στην οπτική μικροσκοπία μόνο μέσω της μεταβολής του χρώματος του μαρτενσίτη. Ο μαρτενσίτης που δεν έχει υποστεί την επαναφορά εμφανίζεται μεγάλη στιλπνότητα και έχει λευκή μεταλλική λάμψη. Αντίθετα μετά τον σχηματισμό και την ανάπτυξη του καρβιδίου ε ο μαρτενσίτης εμφανίζεται πιο σκουρόχρωμος. Η διάσπαση του υπολειπόμενου ωστενίτη και ο σχηματισμός του σεμεντίτη αλλοιώνουν την χαρακτηριστική βελονοειδή ή πλακοειδή μορφολογία του μαρτενσίτη. Το καρβίδιο του σεμεντίτη γίνεται αντιληπτό στο οπτικό μικροσκόπιο μόνο όταν αποκτήσει αξιόλογο μέγεθος. Αυτό επιτυγχάνεται μόνο όταν η παραμονή του κράματος στην θερμοκρασία επαναφοράς είναι εκτεταμένη έτσι ώστε να εκδηλωθούν τα φαινόμενα σφαιροποίησης και σύμφυσης του σεμεντίτη. Όταν η θερμοκρασία της επαναφοράς είναι αρκετά υψηλή ο μαρτενσίτης πλέον μετασχηματίζεται πλήρως, Εικόνα 14. Εικόνα 14: Χαρακτηριστικές μικροδομές μαρτενσίτη [2] 24

8. ΚΑΤΑΣΤΡΕΠΤΙΚΕΣ ΔΟΚΙΜΑΣΙΕΣ 8.1 Δοκιμή εφελκυσμού [7] Η δοκιμή του εφελκυσμού είναι η συνηθέστερη μηχανική δοκιμή. Συνίσταται στην υποβολή δοκιμίου, σε εφελκυστική καταπόνηση, κατά την διάρκεια της οποίας καταγράφεται η προκαλούμενη επιμήκυνση Δl. Ως εφελκυστική θραύση θεωρείται ο διαχωρισμός, κάτω από την επίδραση στατικής φόρτισης, ατομικών δεσμών και επιπέδων τα οποία ονομάζονται επίπεδα θραύσης. Σημειώνεται ότι η θερμοκρασία είναι τέτοια έτσι ώστε να μην υπάρχει η συνέργεια του φαινόμενου της διάχυσης που οδηγεί τελικά στην θραύση λόγω ερπυσμού. Καταπονώντας μέταλλα σε εφελκυσμό είναι δυνατόν να διαπιστωθεί διαφοροποίηση της συμπεριφοράς τους μεταξύ δύο ακραίων περιπτώσεων: της ψαθυρής και της όλκιμης συμπεριφοράς. Η διαφοροποίηση διαπιστώνεται στην πράξη από την παρουσία δεδομένων χαρακτηριστικών στις συζυγείς επιφάνειες θραύσης. Η όλκιμη θραύση αντιστοιχεί σε αυτήν την κατηγορία κατά την οποία πριν την θραύση προηγείται σημαντική πλαστική παραμόρφωση. Κατά την επιμήκυνση, η συνολική αντοχή του δοκιμίου επηρεάζεται από δύο ανταγωνιστικά φαινόμενα: Το πρώτο είναι η ενδοτράχυνση που προκύπτει από την πλαστική παραμόρφωση και η οποία αυξάνει την αντοχή. Το δεύτερο είναι η μείωση της διατομής (διατήρηση του όγκου) που ελαττώνει την αντοχή. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα αρχικά να απαιτείται συνεχώς αύξηση του φορτίου για να συνεχιστεί η πλαστική παραμόρφωση λόγο της ενδοτράχυνσης ενώ στην συνέχεια η μείωση της διατομής αποκτά ιδιαίτερη σημασία έτσι ώστε το φορτίο να παρουσιάζει ένα μέγιστο στην καμπύλη εφελκυσμού (ultimate tensile strength). Στο σημείο αυτό επέρχεται πλαστική αστάθεια δηλαδή η επιμήκυνση και η μείωση της διατομής που την συνοδεύει παύει να διαδίδεται ομοιόμορφα σε όλο το μήκος του δοκιμίου και σχηματίζεται λαιμός σε κάποιο σημείο. Σαν συνέπεια, το φορτίο μειώνεται αρκετά γρήγορα μέχρι τη θραύση (fracture point). 25

Εικόνα 15: Τυπικό διάγραμμα εφελκυσμού όλκιμου υλικού [7] Βασικότερο χαρακτηριστικό ενός υλικού που αστοχεί κατά ψαθυρό τρόπο είναι η απουσία μακροσκοπικής πλαστικής παραμόρφωσης (εάν υπάρχει είναι αμελητέα). Όλα σχεδόν τα μεταλλικά υλικά, με λιγότερο επιρρεπή εκείνα που κρυσταλλώνονται στην ffc δομή (όπως οι ανοξείδωτοι χάλυβες), παρουσιάζουν τον κίνδυνο της ψαθυρής θραύσης. 8.2 Δοκιμή κρούσης [8] Ένας βραχίονας εκκρεμές, εφοδιασμένος με κατάλληλη σφύρα στο άκρο του, προσπίπτει ελεύθερα από δεδομένο ύψος σε δοκίμιο μορφής ράβδου μικρών διαστάσεων με προυπάρχουσα εγκοπή στο μέσον του (Εικόνα 29). Η διαφορά της δυναμικής ενέργειας του (εκκρεμούς) πρόσπτωσης πριν την δοκιμή και μετά την θραύση του δοκιμίου αποδίδεται από κατάλληλο δείκτη του οργάνου και μετρά την συνολική ενέργεια που απορροφήθηκε για την θραύση του δοκιμίου. Από την δοκιμή μπορούν να μετρηθούν επιπλέον και άλλες παράμετροι, όπως η οπτική εικόνα της επιφάνειας θραύσης (%ινώδης περιοχή) και ο βαθμός της πλαστικής παραμόρφωσης (τοπική επιμήκυνση). Στην δοκιμή Charpy η εγκοπή έχει σχήμα U ή V. Το σχήμα U αναπαράγει ηπιότερες συνθήκες συγκέντρωσης τάσεων. Επομένως δοκίμια με εγκοπή σχήματος V δίνουν χαμηλότερες τιμές δυσθραυστότητας εγκοπής από εκείνες των δοκιμίων με εγκοπή U για δεδομένες συνθήκες μέτρησης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα η μετάβαση από την όλκιμη στην ψαθυρή θραύση να παρατηρείται σε υψηλότερη θερμοκρασία. 26

Εικόνα 16: Διάταξη Charpy για δοκιμή κρούσης [8] 8.3 Προσδιορισμός σκληρότητας Οι βασικές μέθοδοι σκληρομέτρησης είναι τρείς: Brinell, Vickers και Rockwell. Οι μέθοδοι αυτές διαφέρουν ως προς τον τύπο του διεισδυτή που χρησιμοποιούν και τα βάρη δυνάμεις με τα οποία πιέζεται κάθε φορά ο διεισδυτής κάθετα στην επιφάνεια του δοκιμίου. Στη συγκεκριμένη πειραματική διαδικασία χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Brinell. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στην κάθετη, αργή και σταθερή διείσδυση στο δοκίμιο, μίας πολύ σκληρής σφαίρας καρβιδίου του βολφραμίου (ή παλαιότερα χαλύβδινης), με διάμετρο D (σε mm), υπό την εφαρμογή ενός σταθερού φορτίου F (σε Ν) για ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Η σφαίρα έρχεται σε επαφή με το δοκίμιο χωρίς κρούση και στη συνέχεια επιβάλλεται βαθμιαία η δύναμη F, αρχίζοντας από μηδενική τιμή και φθάνοντας στην πλήρη F μετά από 5 sec. Η δύναμη διατηρείται για 15 ή 30 sec και στη συνέχεια ο διεισδυτής απομακρύνεται. Στην επιφάνεια του δοκιμίου απομένει αποτύπωμα σχήματος σφαιρικού τμήματος. Μετά την αποφόρτιση μετριέται με μεγεθυντικό φακό η διάμετρος του αποτυπώματος d (σε mm). Το εφαρμοζόμενο φορτίο προς την επιφάνεια του κυκλικού αποτυπώματος, δίνει το μέτρο της σκληρότητας του υλικού. Ανάλογα με το προς μέτρηση υλικό εφαρμόζεται και το ανάλογο φορτίο, συνήθως 4.90 kn (500 kgf), 14.7 kn (1500 kgf) ή 29.4 kn (3000 kgf). Το φορτίο των 500 kgf χρησιμοποιείται για πιο μαλακά υλικά όπως χαλκός, αλουμίνιο και άλλα μη σιδηρούχα. Το φορτίο των 1500 kgf για 27

κράματα αλουμινίου και υλικά μεσαίας σκληρότητας, ενώ των 3000 kgf για χάλυβα, χυτοσίδηρο και άλλα σκληρά υλικά. Οι βασικές προδιαγραφές για δοκιμές σε σταθερό σκληρόμετρο είναι οι παρακάτω: Η επιφάνεια του δοκιμίου πρέπει να έχει λειανθεί καλά (τυχόν ανωμαλίες επιφέρουν αλλοίωση στην εκτίμηση των διαστάσεων του αποτυπώματος). Το φορτίο πρέπει να επιβάλλεται κάθετα προς τη σκληρομετρούμενη επιφάνεια και με βραδύ ρυθμό (όχι κρουστικά). Η αποφόρτιση να γίνεται μετά από κάποιο χρόνο, απαραίτητο για να δημιουργηθεί η πλαστική παραμόρφωση στο αποτύπωμα. Η πρότυπη σφαίρα του διεισδυτή έχει διάμετρο 10.0 mm με απόκλιση που δεν υπερβαίνει τα 0.005 mm σε όλες τις διαμέτρους. Για τις μικρότερες σφαίρες ισχύουν αντίστοιχοι περιορισμοί (D=5 mm, Α=± 0.004 και για D=2.5 mm, 2 mm και 1 mm, A=±0.003). Η διάμετρος του αποτυπώματος δεν πρέπει να είναι ούτε πολύ μικρή ούτε πολύ μεγάλη σε σχέση με τη διάμετρο του διεισδυτή, γιατί τα όριά της θα είναι τότε είτε ασαφή είτε θα υπερχειλίζουν, με συνέπεια να μην επιτρέπεται η ακριβής εκτίμηση των διαστάσεών της. Συνίσταται η διάμετρος του αποτυπώματος να είναι μεταξύ του 24% και 60% της διαμέτρου του διεισδυτή (0,24D d 0,60D). Το πάχος s του σκληρομετρούμενου δοκιμίου πρέπει να είναι τέτοιο, ώστε να μην δημιουργούνται σημάδια στην αντίθετη πλευρά του δοκιμίου μετά τη σκληρομέτρηση. Ως γενικός κανόνας, το πάχος του δοκιμίου πρέπει να είναι τουλάχιστον δέκα φορές μεγαλύτερο από το βάθος της διείσδυσης. Για κάθε πάχος δοκιμίου και για κάθε φορτίο, το δοκίμιο πρέπει να έχει μια ελάχιστη σκληρότητα, έτσι ώστε να εκτελείται με ασφάλεια η δοκιμή Brinell. Η απόσταση του διεισδυτή από τις άκρες του δοκιμίου να είναι τουλάχιστον 2,5 φορές η διάμετρος του αποτυπώματος. Τα σημεία δοκιμής να απέχουν τουλάχιστον 5 διαμέτρους μεταξύ τους. Λόγω κινδύνου πλαστικής παραμόρφωσης του διεισδυτή, η μέθοδος περιορίζεται στη σκληρομέτρηση υλικών σκληρότητας μέχρι ΗΒ=650, όταν χρησιμοποιείται διεισδυτής από καρβίδιο βολφραμίου. Τέλος με χρήση του πρότυπου διεισδυτή 10 mm συνιστάται η χρήση φορτίου 3000 kgf για υλικά σκληροτήτων από 96 έως 600 HBW, φορτίου 1500 kgf για υλικά σκληροτήτων από 48 έως 300 HBW και φορτίου 500 kgf για υλικά σκληροτήτων από 16 έως 100 HBW. 8.4 Μεταλλογραφικός Έλεγχος Σκοπός του μεταλλογραφικού ελέγχου στο οπτικό μικροσκόπιο είναι ο προσδιορισμός της δομής, του μεγέθους των κόκκων και των σφαλμάτων κάτω από την επιφάνεια του υλικού. Κατά αυτόν τον τρόπο, ο μεταλλογραφικός έλεγχος σχετίζεται με τον εντοπισμό και την αναγνώριση των φάσεων που σχηματίστηκαν μετά από κάθε θερμική κατεργασία. 28

Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης χρησιμοποιείται ευρύτατα σε όλα τα πεδία που μας ενδιαφέρει η γεωμετρία και η σύσταση της μικροδομής. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μια μεγάλη ποικιλία δειγμάτων όπως, βιολογικά υλικά, φίλμ, μεμβράνες, φίλτρα, ίνες, ρητίνες, τέφρες, τσιμέντα, χώματα, μεταλλικές επιφάνειες, κλπ. Η μεγάλη δυνατότητα εστίασης και αλλαγής μεγέθυνσης σε ένα ευρύ πεδίο, η ελάχιστη προετοιμασία του δείγματος και τα τρισδιάστατα διαγράμματα που μας προσφέρει το SEM το έχουν κάνει ένα απαραίτητο όργανο έρευνας. Με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης παίρνουμε ποσοτικές αναλύσεις με γεωμετρικές λεπτομέρειες και έχουμε τη δυνατότητα να ξεχωρίζουμε φάσεις. Χρησιμοποιείται για την ποσοτική ανάλυση σε ελατές και εύθραυστες φάσεις, για το βάθος των ρηγμάτων, το μέγεθος της ζώνης στη σχισμή, και τον τρόπο δημιουργίας ρωγμών με σκοπό να καθοριστεί ένα ποσοτικό μοντέλο σκληρότητας της δομής. 9. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Η πειραματική διαδικασία διεξήχθη στο εργαστήριο του τμήματος Έρευνας & Ανάπτυξης Νέων Υλικών της εταιρείας ΕΓΝΑΤΙΑ ΧΥΤΗΡΙΟ Α.Ε. και οι μηχανικές δοκιμές στο τμήμα Ποιοτικού Ελέγχου της εταιρείας. Η παρατήρηση της μικροδομής στο οπτικό μικροσκόπιο, καθώς και η φωτογράφιση των δοκιμίων σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης μετά την ανόπτηση (σύσταση φάσεων), πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών, του ΑΠΘ. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων υπήρχαν σταθερές παράμετροι: 1. Σύσταση κράματος 2. Ρυθμός αύξησης θερμοκρασίας του φούρνου (10 C/min) 3. Περιεκτικότητα μπάνιου βαφής σε λάδι ~19% 4. Θερμοκρασία 1ης, 2ης και 3ης φάσης 5. Ανάδευση βαφής μεταβλητές παράμετροι: 1. Χρόνος παραμονής στη θερμοκρασία Ωστενιτοποίησης (1η φάση) 2. Τρόπος ψύξης μετά την πρώτη φάση 3. Χρόνος παραμονής στη θερμοκρασία Ωστενιτοποίησης (2η φάση) 4. Χρόνος που μεσολαβεί από το φούρνο στο μπάνιο βαφής μετά τη 2η φάση 5. Χρόνος παραμονής στη θερμοκρασία Ανόπτησης και τυχαίες παράμετροι: 1. Αρχική θερμοκρασία φούρνου 2. Θερμοκρασία του πολυμερούς πριν και μετά τη βαφή 29

3. Ρυθμός ψύξης στο πολυμερές/στον αέρα 9.1 Χύτευση δοκιμίων Το κράμα που χρησιμοποιήθηκε ήταν χάλυβας χαμηλής κραμάτωσης με αυξημένη εμβαπτότητα. Η σύσταση του εν λόγω κράματος κρατήθηκε σταθερή κατά τη διεξαγωγή των πειραμάτων και ήταν η ακόλουθη: C % Si % Mn % Cr % Mo % Ni % Al % P % S % Cu % Fe % 0,26 1,33 0,64 1,9 0,44 0,17 0,033 0,006 0,039 0,126 95,06 Για τη διεξαγωγή των πειραμάτων χυτεύθηκαν ανταλλακτικά για κάδους χωματουργικών μηχανημάτων (δόντια) με τη διαδικασία της αμμοχύτευσης. Τα δοκίμια προέκυψαν από την περιοχή που φαίνεται στην Εικόνα 16. Το τμήμα που αφαιρέθηκε έπρεπε να έχει ελάχιστες διαστάσεις 120mmx20mmx20mm, προκειμένου να μπορέσουν να προκύψουν από αυτό δοκίμια εφελκυσμού και κρούσης. Εικόνα 17: Τύπος εκσκαφικού δοντιού που χυτεύθηκε Η διαδικασία περιελάμβανε την κατασκευή πλαστικού διαιρούμενου μοδέλλου, το οποίο κατεργάστηκε σε CNC τόρνο και τοποθετήθηκε σε πλάκα. Κατά τη σχεδίαση του μοδέλλου λαμβάνονται υπόψη τρεις παράγοντες: α) η γεωμετρία του να επιτρέπει την αφαίρεσή του από το καλούπι, χωρίς να προκληθεί παραμόρφωση του τελευταίου, β) στη διαστασιολόγηση του να έχει προβλεφθεί η συρρίκνωση του μετάλλου κατά τη στερεοποίηση (περίπου 2% για τους χάλυβες), γ) να είναι δυνατή η τοποθέτηση πυρήνων, όπου είναι απαραίτητο. Στην προκειμένη περίπτωση τοποθετήθηκε ένας πυρήνας για τη δημιουργία της οπής στη βάση του δοντιού. Στο μοδέλλο προστέθηκε το σύστημα τροφοδοσίας, οι αεραγωγοί για τη διαφυγή των αερίων από το καλούπι στο περιβάλλον και 30

οι συμπληρωματικές οπές τροφοδοσίας. Ακολούθως, τυπώθηκε το καλούπι με τη χρήση μαύρης άμμου και προσθήκη μικρού ποσοστού ρητίνης. Αυτό που ουσιαστικά εξασφαλίζεται με τη ρητίνη είναι η συνοχή μεταξύ των κόκκων της άμμου, η καλύτερη διαπερατότητα, και η ικανότητα των κόκκων να αποκολλούνται ευκολότερα από το χυτό κατά την απομάκρυνσή του από το καλούπι. Εικόνα 18: Aυτοματοποιημένη διαδικασία τύπωσης Εικόνα 19: Φλογοβαφή πριν το κλείσιμο του καλουπιού Η χύτευση των δοντιών έγινε σε επαγωγικό φούρνο INDUCTOTHERM, χωρητικότητας 200 kg. Κατά την τήξη του μετάλλου, αφαιρέθηκαν σκουριές που είχαν συσσωρευτεί στην επιφάνεια του ρευστού, εξασφαλίζοντας έτσι τη μεγαλύτερη δυνατή καθαρότητα του κράματος από επιμέρους προσμίξεις, Εικόνα 20. 31

Εικόνα 20: Αφαίρεση σκουριάς κατά τη χύτευση Εικόνα 21: Χύτευση υγρού μετάλλου Παρακάτω περιγράφονται σχηματικά τα στάδια από την κατασκευή του μοδέλλου ως τη στερεοποίηση του χυτού: 32

Εικόνα 22: Σχηματική απεικόνιση χύτευσης-τύπωσης [6] 9.2 Διεξαγωγή θερμικών κατεργασιών Οι θερμικές κατεργασίες διεξήχθησαν στο εργαστήριο της εταιρείας Εγνατία Χυτήριο Α.Ε. Το εργαστήριο περιλαμβάνει φούρνο ηλεκτρικών αντιστάσεων LENTON με προγραμματιζόμενο controller για τη ρύθμιση της θερμοκρασίας και του χρόνου κατεργασίας. Το φούρνο συνοδεύει εργαστηριακή δεξαμενή βαφής (υδάτινο διάλυμα με 19% περιεκτικότητα λαδιού), στην οποία τοποθετήθηκε θερμόμετρο για την καταγραφή της θερμοκρασίας βαφής πριν και μετά την εμβάπτιση. 1 ο ΣΤΑΔΙΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ Στο πρώτο στάδιο πειραμάτων η ψύξη στη φάση της Ωστενιτοποίησης έγινε με βαφή σε πολυμερές. Αφού τοποθετήθηκε το δόντι στο φούρνο, υπέστη θερμική κατεργασία στους 1020 C για 30 λεπτά. Μετά το πέρας της 1ης φάσης έγινε εμβάπτιση του δοντιού στο πολυμερές με ταυτόχρονη ανάδευση, όπως σε κανονικές συνθήκες παραγωγής. Το δόντι παρέμεινε στη δεξαμενή 5 έως 10 λεπτά, έως ότου απέκτησε θερμοκρασία περιβάλλοντος και στη συνέχεια επανατοποθετήθηκε στο φούρνο. Η 2η φάση έγινε στους 880 C για 120 λεπτά, ενώ στη συνέχεια έγινε εμβάπτιση στο πολυμερές (έπειτα από 10 sec) και ανάδευση με τον ίδιο ακριβώς τρόπο. Η τρίτη φάση έγινε στους 550 C για 120 λεπτά. Μετά το πέρας αυτής, το δόντι τοποθετήθηκε σε σχάρα όπου η ψύξη έγινε σε σταθερή θερμοκρασία περιβάλλοντος (αέρας). Κατά τη διάρκεια της κατεργασίας χρησιμοποιήθηκε χρονόμετρο για να καταγράφονται οι χρόνοι που μεσολαβούν μέχρι τη βαφή, καθώς και το θερμόμετρο της δεξαμενής για την καταγραφή των θερμοκρασιών του πολυμερούς. Για κάθε κατεργασία αναφέρονται χαρακτηριστικά: H θερμοκρασία και ο χρόνος παραμονής στην πρώτη φάση. Ο χρόνος που μεσολάβησε από το τέλος της κατεργασίας έως ότου το δοκίμιο να εισαχθεί στη δεξαμενή βαφής. 33

Η αρχική θερμοκρασία του φούρνου όταν ξεκίνησε η θερμική (σε κάποιες περιπτώσεις ο φούρνος ήταν σε θερμοκρασία δωματίου, πράγμα που σημαίνει ότι το χυτό ξεκινούσε να θερμαίνεται με πιο αργό ρυθμό μέχρι να φτάσει στη ζητούμενη θερμοκρασία). Η θερμοκρασία του πολυμερούς λίγο πριν την εισαγωγή του χυτού. Η θερμοκρασία του πολυμερούς μετά την έξοδο του χυτού. H θερμοκρασία και ο χρόνος παραμονής στη δεύτερη φάση. H θερμοκρασία και ο χρόνος παραμονής στην τρίτη φάση Κατά την ίδια διαδικασία πραγματοποιήθηκαν όλες οι δοκιμές του πρώτου σταδίου, οι οποίες παρατίθενται αναλυτικά παρακάτω: 1 η ΔΟΚΙΜΗ-Δ1 ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη σε πολυμερές ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 60 21 19,1 50,5 2η φάση στους 880 C για 120 min Ψύξη σε πολυμερές 10 640 37,4 64,5 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα 2 η ΔΟΚΙΜΗ-Δ2 ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη σε πολυμερές ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 60 20 20,5 48 2η φάση στους 880 C για 120 min Ψύξη σε πολυμερές 60 740 35,2 58 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα 3 η ΔΟΚΙΜΗ-Δ3 ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη σε πολυμερές ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 60 20 21,7 50 2η φάση στους 880 C για 120 min Ψύξη σε πολυμερές 120 700 36,5 58,5 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα 34

4 η ΔΟΚΙΜΗ-Δ4 ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη σε πολυμερές ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 60 19 23 49,5 2η φάση στους 880 C για 60 min Ψύξη σε πολυμερές 60 666 41,6 62,5 5 η ΔΟΚΙΜΗ-Δ5 ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη σε πολυμερές ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 60 19 17,6 45 2η φάση στους 880 C για 180 min Ψύξη σε πολυμερές 60 750 28,9 53 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα 6 η ΔΟΚΙΜΗ-Δ6 ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη σε πολυμερές ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 60 19 19,5 44 2η φάση στους 880 C για 240 min Ψύξη σε πολυμερές 60 703 29,6 53 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα 7 η ΔΟΚΙΜΗ-Δ7 (Επανάληψη της δοκιμής Δ4 για να διακριβώσουμε την επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων) ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη σε πολυμερές ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 60 19 14,5 36,5 2η φάση στους 880 C για 60 min Ψύξη σε πολυμερές 60 542 29 51 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα 35

8 η ΔΟΚΙΜΗ-Δ8 (Επανάληψη της δοκιμής Δ1 για να διακριβώσουμε την επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων) ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη σε πολυμερές ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 60 30 18 48,3 2η φάση στους 880 C για 120 min Ψύξη σε πολυμερές 10 680 33 49,5 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα Εικόνα 23: Εργαστηριακός φούρνος LENTON 36

Εικόνα 24: Δεξαμενή βαφής με πολυμερές 2 ο ΣΤΑΔΙΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΩΝ Στο 2ο στάδιο, η ψύξη στη φάση της Ωστενιτοποίησης έγινε με φύσημα και σταθερό αέρα αντίστοιχα. 9 η ΔΟΚΙΜΗ-B1 Αφού τοποθετήθηκε το δόντι στο φούρνο, υπέστη θερμική κατεργασία στους 1020 C για 30 λεπτά. Μετά το πέρας της 1ης φάσης, έγινε ψύξη σε σταθερό αέρα (θερμοκρασία περιβάλλοντος) έως ότου η θερμοκρασία του δοντιού να φτάσει τους 250 C (μέτρηση με θερμοζεύγος). Η 2η φάση έγινε στους 880 C για 60 λεπτά, ενώ στη συνέχεια έγινε εμβάπτιση στο πολυμερές (έπειτα από 60 sec) και ταυτόχρονη ανάδευση. Η τρίτη φάση έγινε στους 550 C για 120 λεπτά. Μετά το πέρας αυτής, το δόντι τοποθετήθηκε σε σχάρα έξω από το φούρνο όπου η ψύξη έγινε σε σταθερή θερμοκρασία περιβάλλοντος (αέρας). ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη σε σταθερό αέρα έως Τδ=250 C 35 2η φάση στους 880 C για 60 min Ψύξη σε πολυμερές 60 427 19 46 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα 10 η ΔΟΚΙΜΗ-Β2 Αφού τοποθετήθηκε το δόντι στο φούρνο, υπέστη θερμική κατεργασία στους 1020 C για 30 λεπτά. Μετά το πέρας της 1ης φάσης, έγινε ψύξη με φύσημα αέρα (με τη βοήθεια ανεμιστήρα) έως ότου η θερμοκρασία του δοντιού να φτάσει τους 230 C (μέτρηση με θερμοζεύγος). Η 2η φάση έγινε στους 880 C για 60 λεπτά, ενώ στη συνέχεια έγινε εμβάπτιση στο πολυμερές (έπειτα από 60 sec) και ταυτόχρονη ανάδευση. Η τρίτη φάση έγινε στους 550 C για 120 λεπτά. Μετά το πέρας αυτής, το δόντι τοποθετήθηκε σε σχάρα έξω από το φούρνο όπου η ψύξη έγινε σε σταθερή θερμοκρασία περιβάλλοντος (αέρας). ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη με φύσημα αέρα έως Τδ=230 C 16 ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 37

2η φάση στους 880 C για 60 min Ψύξη σε πολυμερές 60 518 14,9 36,2 11 η ΔΟΚΙΜΗ-Β3 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα Η διαδικασία ήταν όμοια με τη Β2. ΧΡΟΝΟΣ ΠΟΥ ΜΕΣΟΛΑΒΕΙ ΜΕΧΡΙ ΤΗ ΒΑΦΗ (sec) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΦΟΥΡΝΟΥ ( C) ΑΡΧΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 1η φάση στους 1020 C για 30 min - Ψύξη με φύσημα αέρα έως Τδ=250 C 388 2η φάση στους 880 C για 60 min Ψύξη σε πολυμερές ΤΕΛΙΚΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΠΟΛΥΜΕΡΟΥΣ ( C) 60 508 15,5 36,2 3η φάση στους 550 C για 120 min Ψύξη σε σταθερό αέρα 9.3 Προετοιμασία δοκιμίων και διεξαγωγή μηχανικών δοκιμών Μεταλλογραφία Η διαδικασία προετοιμασίας των δοκιμίων προς μεταλλογραφικό έλεγχο, απαιτεί την κοπή των δοκιμίων από το κύριο σώμα του υλικού με τέτοιο τρόπο, ώστε να αποφεύγεται η καταστροφή της δομής του δοκιμίου. Για παράδειγμα, η κοπή με τροχό θα οδηγούσε σε πολύ μεγάλες πλαστικές παραμορφώσεις, για το λόγο αυτό έγινε χρήση πριονοκορδέλας. Ο μεταλλογραφικός έλεγχος ενός δοκιμίου απαιτεί την ύπαρξη παραλληλότητας και καθετότητας μεταξύ της επιφάνειας έδρασης και της επιφάνειας ελέγχου. Επίσης, η επιφάνεια ελέγχου πρέπει να είναι γυαλισμένη, ελεύθερη από οξειδώσεις και ξένα σωματίδια. Για τους παραπάνω λόγους, τα δοκίμια εγκιβωτίστηκαν, πακτώθηκαν δηλαδή σε ρητίνη (βακελίτης), με τη βοήθεια συσκευής εγκιβωτισμού. Για τη λείανση και τη στίλβωση των δοκιμίων έγινε χρήση συσκευής λείανσης, με όλα τα λειαντικά χαρτιά, διαδοχικά από 120 έως 1200, και στην τελική φάση με διάλυμα σκόνης αλουμίνας (Al 2 O 3 ) με διάμετρο κόκκων 10μm. Μετά την διαμόρφωση των δοκιμίων για μεταλλογραφικό έλεγχο ακολούθησε η χημική προσβολή. Η χημική προσβολή γίνεται με σκοπό να αποκαλυφθεί η μικροδομή του υλικού και να καταστεί δυνατή η παρατήρηση της με το οπτικό μικροσκόπιο μέσω της οπτικής αντίθεσης που δημιουργείται μεταξύ των φάσεων και των ορίων των κρυστάλλων του κράματος. Επομένως η χημική προσβολή είναι μια διεργασία που συνίσταται στην εκλεκτική διάβρωση των διαφορετικών συστατικών μερών (φάσεις, όρια κρυστάλλων) τα οποία αντιδρώντας διαφορετικά δημιουργούν την επιθυμητή οπτική αντίθεση. Το διάλυμα που χρησιμοποιήθηκε για την προσβολή όλων των δοκιμίων ήταν το KELLERS (H 2 O 95%, HNO 3 2,5%, HCl 1,5 %, HF 1%). Μετά την χημική προσβολή τα δοκίμια καθαρίστηκαν, αρχικά με νερό ώστε να απομακρυνθεί η πλεονάζουσα ποσότητα του χημικού διαλύματος, και στη συνέχεια με αιθυλική αλκοόλη, ώστε να παρατηρηθούν 38

στο οπτικό μικροσκόπιο και στη συνέχεια σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο SEM. Για να πάρουμε αξιόπιστες πληροφορίες, θα πρέπει τα δοκίμια να έχουν καθαριστεί και απαλλαγεί από τα υπολείμματα των υλικών καθαρισμού. Εικόνα 25:Συσκευή εγκιβωτισμού δοκιμίων του Εργαστηρίου Μεταλλογνωσίας Μηχ/γων Μηχ/κων, ΑΠΘ Εικόνα 26: Συσκευή λείανσης δοκιμίων του Εργαστηρίου Μεταλλογνωσίας Μηχ/γων Μηχ/κων, ΑΠΘ 39

Εικόνα 27: Συσκευή ευθυγράμμισης δοκιμίων του Εργαστηρίου Μεταλλογνωσίας Μηχ/γων Μηχ/κων, ΑΠΘ Εικόνα 28: Οπτικό μικροσκόπιο του Εργαστηρίου Μεταλλογνωσίας Μηχ/γων Μηχ/κων, ΑΠΘ Εφελκυσμός 40

Τα δοκίμια εφελκυσμού είναι ράβδοι κυκλικής διατομής τυποποιημένων διαστάσεων. Η επιμήκυνση μετράται στο κεντρικό τμήμα του δοκιμίου που έχει σταθερή διατομή, ανάμεσα σε δύο χαραγές αναφοράς, που καθορίζουν το ωφέλιμο μήκος του δοκιμίου. Τα άκρα του δοκιμίου, με τα οποία θα συγκρατηθεί στις αρπαγές της μηχανής εφελκυσμού, έχουν ισχυρότερη διατομή. Τα τυποποιημένα χαρακτηριστικά των κυλινδρικών δοκιμίων εφελκυσμού φαίνονται στον πίνακα 1. ΕΥΡΩΠΗ ΗΠΑ ΑΓΓΛΙΑ lo=10 do ή lo=5 do lo=4 do με lo=2 in ή lo=1/2 in lo=3,54 do με lo=2 in ή lo=0,564 in Πίνακας 5: Tυποποίηση διαστάσεων κυλινδρικών δοκιμίων εφελκυσμού H κατασκευή των δοκιμίων εφελκυσμού έγινε κατά το Γερμανικό Πρότυπο DIN 50125. Όλα τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε μηχανουργική κατεργασία με φρέζα, ώστε να καταλήξουν στην τελική τους μορφή, Εικόνα 29. Εικόνα 29: Δοκίμιο εφελκυσμού Εικόνα 30: Μηχανή εφελκυσμού 41

Κρούση Από το σώμα του χυτού ελήφθησαν τεμάχια και διαμορφώθηκαν δοκίμια καταπόνησης σε κρούση κατά Charpy (διαστάσεις του δοκιμίων 10 x 10 x 55 mm με μία προεγκοπή στο κέντρο της μίας επιφάνειας του παραλληλεπιπέδου). Η δοκιμασίες έγιναν σε θερμοκρασία περιβάλλοντος. Από κάθε δόντι κατασκευάστηκαν από δύο έως τέσσερα δοκίμια, τόσο από τη μύτη του δοντιού όσο και από τη βάση του. Ο λόγος ήταν να εξασφαλίσουμε μία σαφή εικόνα για τη συμπεριφορά του δοκιμίου κάτω από κρουστικά φορτία και να εξάγουμε πιο αξιόπιστα αποτελέσματα. Διεισδυτικά Υγρα Ο έλεγχος με διεισδυτικά υγρά είναι μια παραδοσιακή μέθοδος μη καταστρεπτικού ελέγχου για την ανίχνευση ατελειών που φθάνουν στην ελεύθερη επιφάνεια του δοκιμίου, όπως ρωγμές ή πόροι. Η διαδικασία απαιτεί τον καθαρισμό της επιφάνειας, την εφαρμογή του διεισδυτικού υγρού και την απομάκρυνση του πλεονάζοντος διεισδυτή. Στη συνέχεια εφαρμόζεται μια λευκή φθορίζουσα σκόνη για την ενεργοποίηση του διεισδυτή και την εμφάνιση των ατελειών. Η τελική ενέργεια είναι ο καθαρισμός της επιφάνειας που εξετάσθηκε, από τις ουσίες που παρέμειναν. Σκληρομέτρηση Η διαδικασία προετοιμασίας των δοκιμίων πρέπει να είναι τέτοια, ώστε η επιφάνεια ελέγχου να μην καταπονηθεί θερμικά ή μηχανικά, με συνέπεια την αλλοίωση των μικρογραφικών χαρακτηριστικών του μεταλλικού υλικού και επομένως του μετρούμενου μεγέθους που είναι η επιφανειακή σκληρότητα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, η κοπή των δοκιμίων από το κύριο σώμα του υλικού να γίνεται με χρήση δισκοτόμου. Το δοκίμιο θα πρέπει να είναι γυαλισμένο, απαλλαγμένο από επιφανειακή οξείδωση και επίπεδο ώστε να εξασφαλίζεται η καθετότητα με το εκτυπωτικό εργαλείο. Όταν τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του δείγματος δεν επιτρέπουν κάτι τέτοιο απαιτείται ο εγκιβωτισμός και η λείανση του δοκιμίου ώστε να επιτευχθεί η επιφάνεια ελέγχου με τα επιθυμητά χαρακτηριστικά. Τα δοκίμια στα οποία διεξήχθη ο μεταλλογραφικός έλεγχος πληρούσαν τις απαιτήσεις όσον αφορά τα χαρακτηριστικά της επιφάνειας έλεγχου, ώστε να σκληρομετρηθούν. Ο προσδιορισμός της σκληρότητας έγινε με τη μέθοδο Brinell. Το φορτίο που ασκήθηκε στα δοκίμια ήταν της τάξης των 29,4 Kn και οι μετρήσεις που έγιναν σε κάθε δόντι ήταν κατά μέσο όρο τέσσερις στη μύτη και τέσσερις στη βάση του. Κατά τη σκληρομέτρηση κάποιων δοκιμίων, έγινε χρήση φορητού σκληρόμετρου (μέθοδος EQUOTIP). Η μέθοδος αυτή επιτρέπει επιτόπου μετρήσεις, εξίσου αξιόπιστες με τις σταθερές μεθόδους, σε περιπτώσεις που το προς μέτρηση σημείο, είναι δύσκολο να αποκολληθεί από το σώμα του χυτού, έτσι ώστε να κατασκευαστεί ειδικό δοκίμιο. Η λειτουργία της μεθόδου είναι απλή. Το σώμα πρόσκρουσης (το οποίο βρίσκεται εσωτερικά στον αισθητήρα), απελευθερώνεται από ένα ελατήριο και προσπίπτει πάνω στο 42

δοκίμιο. Η ταχύτητα πτώσης και αναπήδησής του, μετρώνται (εσωτερικά του αισθητήρα) σε απόσταση 1mm από το δοκίμιο. Από τη διαφορά στις ταχύτητες, πριν και μετά την αναπήδηση, προκύπτει η ζητούμενη τιμή της σκληρότητας. Τα κύρια χαρακτηριστικά της µεθόδου αυτής είναι: Άνετη µεταφορά. Ευκολία στην χρήση. Άµεση ανάγνωση του αποτελέσµατος. Υψηλή ακρίβεια των µετρήσεων. Υψηλή επαναληψιµότητα αποτελεσµάτων. υνατότητα αυτόµατης µετατροπής σε Εικόνα 31: Φορητό σκληρόμετρο άλλες γνωστές κλίµακες σκληροµέτρησης Μέτρηση προς κάθε κατεύθυνση Μέτρηση καµπύλων & κοίλων επιφανειών Χρήση για όλα τα µεταλλικά υλικά καθώς και τα σκληρά πλαστικά 10. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΖΗΤΗΣΗ Από την παραπάνω πειραματική διαδικασία προέκυψαν τα αποτελέσματα που παρατίθενται παρακάτω: 10.1 Σκληρομέτρηση Οι μετρήσεις έγιναν στο εμπρόσθιο τμήμα του δοντιού (μύτη), καθώς και στην περιοχή που συνδέεται με τη βάση του κάδου. Στον παραπάνω πίνακα παρατίθενται τα όρια των τιμών, από σύνολο οκτώ μετρήσεων για έκαστο δόντι. Στη βάση του δοντιού χρησιμοποιήθηκε επί το πλείστον το φορητό σκληρόμετρο. Σημειώνεται ότι στο συγκεκριμένο τμήμα του χυτού, οι τιμές που πήραμε ήταν σταθερά πιο χαμηλές από αυτές της μύτης, πράγμα εύλογο, λόγω του μικρότερου πάχους. Α/α Χρόνος βαφής 1ης φάσης (s) Χρόνος βαφής 2ης φάσης (s) Χρόνος παραμονής 2ης φάσης (min) Χρόνος παραμονής 3ης φάσης (min) 1η φάση στους 1020 C για 30 min Ψύξη σε πολυμερές Σκληρότητα (HB) Δ1 60 10 120 120 377-440 43

Δ2 60 60 120 120 383-418 Δ3 60 120 120 120 370-410 Δ4 60 60 60 120 380-418 Δ5 60 60 180 120 383-417 Δ6 60 60 240 120 375-411 Δ7 60 60 60 120 333-420 Δ8 60 10 120 120 346-415 1η φάση στους 1020 C για 30 min Ψύξη στον αέρα Β1 --- 60 60 120 394-424 Β2 --- 60 60 120 363-414 Β3 --- 60 60 180 196-314 Πίνακας 2: Αποτελέσματα σκληρομέτρησης 10.2 Δοκιμή εφελκυσμού Από το σύνολο των δειγμάτων, πέντε από αυτά υποβλήθηκαν σε εφελκυσμό. Τα δοκίμια προήλθαν από τη μύτη των δοντιών. Τα αποτελέσματα ήταν αναμενόμενα, αφού τα αυξημένα όρια αντοχής σε θραύση σχετίζονται άμεσα με την υψηλή σκληρότητα που προέκυψε στο υλικό, μετά τις θερμικές. Δυστυχώς δεν πάρθηκαν διαγράμματα από τις δοκιμές. Α/α Δοκιμίου Εφελκυστική αντοχή Rm (MPa) Δ1 412 Δ2 422 Δ4 428 Β1 418 Β2 390 Πίνακας 3: Όρια εφελκυστικής αντοχής 10.3 Δοκιμή κρούσης 44

Για τις παρακάτω δοκιμές, έγινε χρήση δύο έως τεσσάρων δοκιμίων από κάθε δόντι και καταγράφηκε ο μέσος όρος των αποτελεσμάτων, σαν ενδεικτική τιμή αντοχής σε κρούση. Σε κάποιες περιπτώσεις, όπως στις δοκιμές Δ1, Δ5 και Δ6 παρατηρείται απόκλιση στις τιμές. Πιθανώς να οφείλεται στο ότι τα δοκίμια δεν εξάγονται από ένα συμπαγή, σταθερής διατομής χάλυβα, αλλά από ένα χυτό με διαμορφώσεις και μεταβαλλόμενο πάχος, πράγμα το οποίο ίσως επηρεάζει αμυδρά τις ιδιότητες του, ανάλογα με το τμήμα από όπου προέρχεται το δοκίμιο. Α/α Χρόνος βαφής 1ης φάσης (s) Χρόνος βαφής 2ης φάσης (s) Χρόνος παραμονής 2ης φάσης (min) Χρόνος παραμονής 3ης φάσης (min) Κρούση (Joule) 1η φάση στους 1020 C για 30 min Ψύξη σε πολυμερές M.O Κρούσης (Joule) Δ1 60 10 120 120 14/18/12/18 15,5 Δ2 60 60 120 120 22/27/20/19,5 22,1 Δ3 60 120 120 120 10/16/24,5/14 16,1 Δ4 60 60 60 120 24/24/25/25,5 24,63 Δ5 60 60 180 120 12/19/10/16 16,75 Δ6 60 60 240 120 15/20,5/12/23 17,63 Δ7 60 60 60 120 16/17 16,5 Δ8 60 10 120 120 12/15 13,5 1η φάση στους 1020 C για 30 min Ψύξη στον αέρα Β1 --- 60 60 120 20 / 24 22 Β2 --- 60 60 120 19 / 16 17,5 Β3 --- 60 60 180 17 / 22 19,8 Πίνακας 4: Αποτελέσματα δοκιμής σε κρούση 10.4 Μικροδομή Στην συνέχεια παρατίθενται οι τυπικές μικροδομές που προέκυψαν μετά από τις θερμικές κατεργασίες στα δοκίμια μεταλλογραφίας. Για το μεταλλογραφικό έλεγχο χρησιμοποιήθηκαν ενδεικτικά κάποια δοκίμια από το πρώτο και δεύτερο κύκλο πειραμάτων σε διαφορετικές μεγενθύσεις. 45

Αυτό που παρατηρείται στο σύνολο σχεδόν των δοκιμίων είναι μήτρα μαρτενσίτη. Η μαρτενσιτική δομή είναι το αποτέλεσμα της προσπάθειας του ωστενίτη (FCC) να μετασχηματιστεί σε φερρίτη (BCC). O άνθρακας του ωστενίτη, προσπαθεί να εγκαταλείψει τις παραπλεγματικές θέσεις του φερρίτη και να πάει στο σεμεντίτη, όμως εμποδίζεται από την απότομη ψύξη. Παράλληλα, η κίνηση των ατόμων σιδήρου περιορίζεται από τα παραπλεγματικά άτομα άνθρακα. Από την προσπάθεια μετατόπισης των ατόμων σιδήρου, με σκοπό την εξίσωση των πλεγματικών θέσεων του υπερκορεσμένου φερρίτη, προκύπτει ο μαρτενσίτης. Εικόνα 32: Δοκίμιο Δ4. Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά (μεγένθυση Χ100) 46

Εικόνα 33: Δοκίμιο Δ4, Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά και παρουσία πόρων (μεγένθυση Χ200) Εικόνα 34: Δοκίμιο Δ4, Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά και παρουσία πόρων (μεγένθυση Χ400) 47

Εικόνα 35: Δοκίμιο Δ4, Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά και παρουσία πόρων (μεγένθυση Χ600) Εικόνα 36: Δοκίμιο Δ4, Παρατηρείται μαρτενσίτης από επαναφορά μικτής μορφής, σανιδοειδής και πλακεοειδής (μεγένθυση Χ1000) 48

Εικόνα 37: Δοκίμιο Δ6, Παρατηρείται μήτρα μαρτενσίτη με μικρά αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά (μεγένθυση Χ100) Εικόνα 38: Δοκίμιο Δ6, Παρατηρείται μήτρα μαρτενσίτη με μικρά αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά (μεγένθυση Χ200) 49

Εικόνα 39: Δοκίμιο Δ7, Παρατηρείται μικτή μορφή μαρτενσίτη, σανιδοειδής και πλακεοειδής (μεγένθυση Χ400) Εικόνα 40: Δοκίμιο Δ7, Παρατηρείται μικτή μορφή μαρτενσίτη, σανιδοειδής και πλακεοειδής (μεγένθυση Χ600) 50

Εικόνα 41: Δοκίμιο Δ6, Παρατηρείται μικτή μορφή μαρτενσίτη, σανιδοειδής και πλακεοειδής (μεγένθυση Χ1000) Εικόνα 42: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ100) 51

Εικόνα 43: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ200) Εικόνα 44: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ400) 52

Εικόνα 45: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ600) Εικόνα 46: Δοκίμιο Β1, Παρατηρείται σανιδοειδής μαρτενσίτης (μεγένθυση Χ1000) Ο μαρτενσίτης αναπτύσσεται ακαριαία μέσα στους κόκκους του ωστενίτη με τη μορφή πλακών ή βελονών. Ο σχηματισμός του μαρτενσίτη ξεκινά με την ψύξη του υλικού κάτω από μία χαρακτηριστική θερμοκρασία που ονομάζεται θερμοκρασία έναρξης Ms. Για να μετατραπεί όμως κατά 100% ο ωστενίτης σε μαρτενσίτη, πρέπει η ψύξη να συνεχισθεί μέχρι τη θερμοκρασία τέλους Μf (Ms<Mf). Τα σημεία αυτά εξαρτώνται αποκλειστικά από τη χημική σύσταση του χάλυβα. Εάν η ψύξη σταματήσει σε θερμοκρασία ενδιάμεσα των 53

σημείων M, τότε η δομή του υλικού θα αποτελείται από μαρτενσίτη και υπολειπόμενο ωστενίτη. Εικόνα 47: Δοκίμιο Β3,Παρατηρείται μαρτενσίτης με υπολοιπόμενο ωστενίτη. Οι οπές που προέκυψαν έχουν διάμετρο 23 και 25,4 μm (μεγένθυση Χ100) Εικόνα 48: Δοκίμιο Β3, Παρατηρείται μαρτενσίτης με υπολοιπόμενο ωστενίτη και αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά (μεγένθυση Χ400) 54

Εικόνα 49: Δοκίμιο Β3, Παρατηρείται μαρτενσίτης με υπολοιπόμενο ωστενίτη και αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά. Έχει μετρηθεί το πάχος των σανιδών του μαρτενσίτη σε διάφορες περιοχές και διάμετρος κάποιων καρβιδίων (μεγένθυση Χ600) Εικόνα 50: Δοκίμιο Β3, Παρατηρείται μαρτενσίτης με υπολοιπόμενο ωστενίτη και αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά. (μεγένθυση Χ1000) 55

10.5 Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο SEM Μελετήθηκαν δοκίμια από όλα τα δόντια και εξετάστηκαν στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης SEM. Το µικροσκόπιο χρησιμοποιείται για την εξέταση μικροδομής στερεών δειγμάτων και δίνει εικόνες υψηλού βαθμού διείσδυσης, σε πολύ μεγαλύτερο εστιακό βάθος από το οπτικό μικροσκόπιο. Επίσης είναι εφοδιασμένο µε σύστημα ποσοτικής ανάλυσης (ΕDX) μιας περιορισμένης περιοχής του δοκιμίου, συνεπώς παρέχει τη δυνατότητα προσδιορισμού της ετερογένειας των δειγμάτων. Από τον έλεγχο προέκυψαν τα κάτωθι αποτελέσματα, που πράγματι επιβεβαιώνουν την ομοιογένεια των συστάσεων. Project D1 Spectrum processing : No peaks omitted Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 3 Standard : C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM Si SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Cr Cr 1-Jun-1999 12:00 AM Mn Mn 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Element Weight% Atomic% Si K 1.36 2.35 56

Cr K 1.92 1.80 Mn K 0.90 0.80 Project D2 Spectrum processing : No peaks omitted Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 3 Standard : C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM Si SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Cr Cr 1-Jun-1999 12:00 AM Mn Mn 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Element Weight% Atomic% Si K 1.30 2.21 Cr K 1.80 1.64 57

Mn K 0.77 0.66 Project D3 Spectrum processing : No peaks omitted Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 3 Standard : C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM O SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Si SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Cr Cr 1-Jun-1999 12:00 AM Mn Mn 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Element Weight% Atomic% Si K 1.16 1.79 Cr K 2.25 1.88 Mn K 0.97 0.76 58

Project D4 Spectrum processing : No peaks omitted Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 3 Standard : C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM Si SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Cr Cr 1-Jun-1999 12:00 AM Mn Mn 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Element Weight% Atomic% Si K 1.28 2.16 Cr K 1.95 1.79 Mn K 0.85 0.73 59

Project D5 Spectrum processing : Peak possibly omitted : 11.350 kev Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 3 Standard : C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM Si SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Cr Cr 1-Jun-1999 12:00 AM Mn Mn 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Element Weight% Atomic% Si K 1.22 2.12 Cr K 1.78 1.67 Mn K 0.83 0.73 60

Project B1 Spectrum processing : No peaks omitted Processing option : All elements analyzed (Normalised) Number of iterations = 3 Standard : C CaCO3 1-Jun-1999 12:00 AM Si SiO2 1-Jun-1999 12:00 AM Cr Cr 1-Jun-1999 12:00 AM Mn Mn 1-Jun-1999 12:00 AM Fe Fe 1-Jun-1999 12:00 AM Element Weight% Atomic% Si K 1.50 2.56 Cr K 1.84 1.69 Mn K 0.93 0.81 64

10.6 Διεισδυτικά υγρά Εμφάνιση ρωγμών Μετά την ολοκλήρωση των θερμικών κατεργασιών πραγματοποιήθηκε έλεγχος με διεισδυτικά υγρά για τον εντοπισμό σφαλμάτων, πλησίον της επιφάνειας του χυτού. Τα δόντια που παρουσίασαν ρωγμές, τις εμφάνισαν στην περιοχή κοντά στο προσεπιχώνευμα (αϊβάνι). Παρακάτω παρατίθεται συγκεντρωτικός πίνακας, που περιλαμβάνει μέσες τιμές σκληρότητας, κρούσης και αποτελέσματα ελέγχου διεισδυτικών υγρών. Α/α Σκληρότητα (H.B) M.O Κρούσης (Joule) Αποτελέσματα Διεισδυτικών υγρών Όριο Εφελκυσμού Rm (Mpa) Δ1 408,5 15,5 Ρωγμή 412 Δ2 400,5 22,1 Ρωγμή 422 Δ3 390 16,1 Ρωγμή - Δ4 399 24,63 Ρωγμή - Δ5 400 16,75 Ρωγμή 428 Δ6 393 17,63 Ρωγμή - Δ7 376,5 16,5 Χωρίς Ρωγμές - Δ8 380,5 13,5 Ρωγμή - Β1 409 22 Χωρίς Ρωγμές 418 Β2 388,5 17,5 Χωρίς Ρωγμές 390 Β3 255 19,8 Χωρίς Ρωγμές - Πίνακας 5: Συγκεντρωτικά αποτελέσματα (μέσες τιμές) 67

11. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 1. Τα δοκίμια στα οποία η 2η φάση διαρκεί 60 min, δίνουν σταθερά υψηλότερη κρούση, ανεξαρτήτως με το τρόπο ψύξης της πρώτης φάσης, με μέσο όρο 20 Joule. 2. Οι ρωγμές αποφεύγονται με ψύξη της πρώτης φάσης στον αέρα. 3. Ο χρόνος και ο τρόπος βαφής, καθώς και ο χρόνος της 2ης φάσης δεν επηρεάζουν τη σκληρότητα, παρά μόνο ο χρόνος της τρίτης φάσης, που δίνει εμφανώς χαμηλότερες τιμές (δοκιμή Β3). 4. Το δοκίμιο Δ7 παρουσιάζει σημαντική απόκλιση στην κρούση από το δοκίμιο Δ4, παρά το γεγονός ότι υποβλήθηκαν στην ίδια θερμική κατεργασία. Δεν είχαμε επαναληψιμότητα στο αποτέλεσμα. 5. Η μικροδομή που προκύπτει είναι κατά βάση μαρτενσιτική, με αδιάλυτα καρβίδια σε διασπορά. 6. Τα αποτελέσματα του εφελκυσμού δεν παρουσιάζουν μεγάλη διασπορά, κάτι το οποίο είναι εύλογο, αφού υπάρχει συσχέτιση της σκληρότητας με το όριο εφελκυσμού. 7. Κατά την παραμονή στην τρίτη φάση για 180 min (δοκίμιο Β3), παρατηρούνται πόροι στη μικροδομή, με μέγιστη διάμετρο 25 μm. 8. Οι δοκιμές, κατά τις οποίες η ψύξη μετά την πρώτη φάση γίνεται στον αέρα, δίνουν το βέλτιστο συνδυασμό αποτελεσμάτων κρούσης και σκληρότητας. 9. Κατά τη χημική ανάλυση με EDX, παρατηρείται στοιχειακή ομοιογένεια στα δοκίμια όλων των θερμικών κατεργασιών. 12. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 68

1. Μετασχηµατισµοί φάσεων στα κράµατα, Α. Λεκάτου 2. http://courseware.mech.ntua.gr/ml26012/mathimata/2006diaxisi.pdf 3. Επιστήμη και Τεχνολογία Μεταλλικών Υλικών, Παντελής & Χρυσουλάκης 4. Μετασχηματισμοί φάσεων ΕΜΠ, Γ. Φουρλαρης 5. http://www.m3.tuc.gr/anagnwsthrio/ylika/shmeiwseis/5%20thermikes %20KATERGASIESw.pdf 6. http://en.wikipedia.org/wiki/sand_casting 7. Mεταλλογνωσία II,Κράματα, Γεώργιος Παπαδημητρίου 1993 8. University of Virginia, Dept. of Materials Science and Engineering, Lecture about Failure 9. ASM Μetals Handbook Volume 12-Fratography 10. ASM Metals Handbook, Vol 09, Metallography and Microstructures 11. Σημειώσεις στα Μεταλλικά Υλικά, Γ.Κ.Τριανταφυλλίδης 12. http://www.scribd.com/doc/46588451/thermikes-katergasies-xalivon 13. Mεταλλογνωσία I, Γεώργιος Παπαδημητρίου, 1989 13. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 69

Εικόνα 51: Θερμικά κατεργασμένο δόντι, μετά το πέρας της τρίτης φάσης. Περιοχή εμφάνισης ρωγμής Εικόνα 52: θερμικά κατεργασμένο δόντι, μετά την τρίτη φάση. Περιοχή εμφάνισης ρωγμής 70

Εικόνα 53: θερμικά κατεργασμένο δόντι, μετά την τρίτη φάση. Περιοχή εμφάνισης ρωγμής Διαγράμματα CCT για διάφορα κράματα Α. Κράμα GS-30CrSiMo4 Β. Κράμα GS-CrSiMo4+V(0,15%) 71