1 RAPORT STIINTIFIC Oteluri microaliate cu nanoprecipitate de tenacitate Inca de la aparitia primelor oteluri microaliate, in anii 70 cercetatorii au realizat posibilitatile de crestere a performantelor si de reducere a costurilor de productie pe care aceasta categorie de oteluri le ofera. Proiectul care isi propune ca obiectiv principal dezvoltarea unei categorii de oteluri microaliate cu tenacitate superioara utilizind efectele combinate ale controlului microstructurii prin microaliere si procedee termomecanice se incadreaza in aceste tendinte de cercetare din intreaga lume. Obiectivele primei etape a proiectului au fost: 1. Identificarea solutiilor teoretice de realizare a otelurilor microaliate cu tenacitate ; 2. Stabilirea domeniilor compozitionale, structura si morfologie asociate caracteristicilor mecanice urmarite, ca baza pentru experimentarile de laborator; 3. Experimentari preliminare de laborator pentru studierea unor domenii compozitionale selectate anterior. Activitatea 1 Cercetari fundamentale ipoteze privind evaluarea potentialului de dezvoltare al otelurilor microaliate Realizarea obiectivelor etapei a presupus efectuarea unui studiu bibliografic complex care sa ofere atit informatiile privitoare la stadiul de dezvoltare al otelurilor microaliate, tendintele si cerintele principalului beneficiar industria constructoare de autovehicule, nivelul tot mai ridicat al caracteristicilor de exploatare solicitate de utilizator cit si sa elucideze aspectele teoretice legate de obtinerea si procesarea acestora. Au fost studiate rezultatele cercetarilor recente si au fost stabilite directiile urmate de cercetatori din intreaga lume in scopul obtinerii unor oteluri microaliate cu tenacitate. Au fost de asemenea studiate metodele moderne de elaborare turnare, care sa permita si modelele teoretice cele mai adcvate pentru calculul incarcaturii de materii prime si pentru determinarea compozitiilor elaborate. Pentru a raspunde cererilor utilizatorilor pentru oteluri microaliate cu tenacitate au fost identificate doua cai de dezvoltare: Controlul structurii prin elementele de microaliere Procesele termomecanice
2 Activitatea 2 Procedee de obtinere si procesare termomecanica a otelurilor microaliate Pentru realizarea unor noi oteluri performante au fost studiate mecanismele prin care se produce durificarea in otelurile cu continut scazut de carbon, atit durificare structurala a matricii prin efectele de rafinare a grauntelui induse de catre anumite elemente de aliere (V,Nb,Ti,N,Zr,Al, etc) cit si durificarea prin precipitarea carburilor si carbonitrurilor complexe pe care aceste elemente le formeaza. Rezultatele cercetarilor recente care pun in evidenta noi aspecte ale durificarii prin precipitare, rolul morfologiei constituentilor structurali, si impactul regimului de deformare, al conditiilor de racire au fost sistematizate. De asemenea studiul a urmarit efectele pe care procesele termomecanice complexe le au asupra structurii otelurilor microaliate si au fost studiate metodele de deformare plastica severa si posibilitatile de aplicare la nivel industrial al acestor procedee. In cadrul proiectului, se va utiliza combinarea controlului compozitiei chimice cu diferite metode de tratament termomecanic dintre care deformarea indusa de transformarea feritica (DIFT) va fi o modalitate de a incerca obinerea unor nanoprecipitate de Fe 3 C si graunti ultrafini de ferita (1-3 µm). Activitatea 3. Modele teoretice pentru dezvoltarea unor oteluri cu tenacitate Datele furnizate de studiul teoretic au avut ca scop definirea unor modele teoretice compozitionale si structurale care sa ofere otelului caracteristici mecanice avansate. Luind in consideratie aspectele legate de caracteristicile mecanice ale constituentilor ferita, perlita, bainita, martensita, care se pot gasi in anumite proportii in structura unui otel microaliat in functiile de compozitia chimica si de conditiile de racire dupa austenitizare se poate stabili un model structural care sa fie realizat experimental. Datele adunate au condus catre doua concluzii: 1. Stabilirea continutului de elemente de aliere astfel incit temperatura de transformare γ α sa fie mai scazuta, favorizindu-se astfel formarea unei ferite fine cu morfologie aciculara (care ofera o mai mare tenacitate materialului) si a unei perlite cu spatii interlamelare mici (care mareste rezistenta). De asemenea este de dorit sa se obtina o granulatie cit mai fina pe care adaosurile de elemente ca niobiul o favorizeaza. 2. Parametrii de proces (deformare/racire) trebuie alesi de asa natura incit sa favorizeze o structura ferito-perlitica, cu o proportie controlata a perlitei, cu ferita cu morfologie aciculara si granulatie submicronica (ferita ultarfina) si cu carburi si carbonitruri de ordin nanometric precipitate in interiorul gauntilor de ferita. Acest model structural teoretic asigura un bun raport al caracteristicilor de rezistenta si tenacitate. In etapele experimentale din cadrul proiectului va fi urmarita realizarea unor oteluri corespunzatoare acestui model structural. Evaluarea teoretica a caracteristicilor mecanice in functie de compozitia chimica si structura ferito-perlitica a fost facuta utilizind modelul de calcul(ecuatia) lui Gladman. Analiza datelor privind mecanismele de durificare structurale si a compozitiilor care favorizeaza obtinerea unui raport optim intre proprietatile de rezistenta si de plasticitate a permis stabilirea domeniilor compozitionale pentru realizarea loturilor experimentale preliminare.
3 Conform datelor prezentate in tabelul 2.2 (cap.2.2) efectul carburilor si al carbonitrurilor formate de elementele de microaliere V, Nb, Ti, Zr, B asupra caracteristicilor mecanice ale materialului poate fi sintetizat astfel: -Vanadiul prin intermediul V(N,C), VN, VC asigura durificarea prin precipitare dupa deformare sau normalizare si finisarea granulatiei dupa racirea controlata (normalizare). -Niobiul in solituia solida si carbonitrurile Nb(C,N), au efecte similare asupra otelului si suplimentar influenteaza recristalizarea si transformarea γ α dupa deformarea la cald. - Titanul formeaza Ti(C,N), TiN si TiC care au efecte asupra granulatiei si durifica prin precipitare matricea ferito-perlitica. Rolul acestor elemente de microaliere este completat de alte componente ale otelului. Astfel continutul de carbon are influenta prin cresterea continutului de perlita marind rezistenta dar scazind tenacitatea. Mici adaosuri de crom, sulf, aluminiu, zirconiu, etc pot in combinatie cu elementele de microaliere sa potenteze sau sa scada efectul acestora. Activitatea 4 Alegerea variantelor tehnologice de elaborare ;stabilirea conditiilor si parametrilor procesului In cadrul experimentarilor din aceasta etapa au fost studiate mai multe domenii compozitionale stabilite pe baza studiilor si datelor teoretice prezentate anterior. A fost utilizata ca referinta o compozitie de otel de tipul C- 0,30-0,40%, Mn 1,2-1,6%, Si- 0,5-0,7%, P 0,025, S 0,025%, Cr -0,-0,2%. Pentru aceasta compozitie au fost realizate mai multe variante de microaliere: 1. Domeniul compozitional V- 0,12%, Ti 0%;Pentru acest domeniu au fost realizate patru sarje in care urmatoarele continuturi de niobiu: 0%, 0,12%, 0,17%, 0,20%; 2. Domeniul compozitional Nb- 0,08%, Ti-0%, ; au fost realizate patru sarje cu urmatoarele continuturi de vanadiu: 0%, 0,14%, 0,17%, 0,20%; 3. Domeniul compozitional Nb -0,14%, Ti-0%, si continut de vanadiu: 0,0016%, 0,0017%, 0,002% 4. Domeniul compozitional Nb-0,18%, Ti-0%, vanadiu 0,14%, 0,17%, 0,20% 5. Domeniul compozitional: Nb-0%, V-0% ; Ti:avind urmatoarele continuturi de titan: 0,14%, 0,17%, 0,20% In afara acestor domenii au mai fost studiate patru compozitii avind V-0,12%, si continuturi variabile de Nb (0,1%, 0,15%, 0,18%) si carbon (0,1%, 0,2%, 0,25% 0,28%). De asemenea au fost utilizate doua variante de elaborare: 1. in instalatie de retopire in vid RAV 2. in cuptor cu inductie in vid CIV Tehnologiile de turnare, calculul de incarcatura si asimilarile elementelor sint prezentate in detaliu in cap. 7. al studiului. Loturile turnate conform tehnologiilor prezentate in cap.7.2.1. si 7.2.2. au fost investigate din punctul de vedere al carcteristicilor mecanice, compozitiei chimice si al structurii.
4 Activitatea 5 Selectia si pregatirea materiilor prime si al materialelor auxiliare pentru obtinerea loturilor experimentale Necesitatea unei baii metalice curate, lipsite de prezenta unor componente care sa conduca la impurificarea cu elemente nemetalice sau infestarea baii metalice cu elemente chimice nedorite in compozitia chimica finala a otelului, impune o sortare si o pregatire adecvata a materiilor prime. In vederea elaborarii si turnarii loturilor experimentale au fost efectuate analizele chimice verificarile pentru toate elementele incarcaturii, si operatiile de pregatire a cuptorului stamparea materialului refractar, pregatirea creuzetelor si al ustensilelor necesare, operatii descrise in cap. VI al studiului. In acesta etapa au fost de asemenea proiectate si executate lingotierele necesare elaborarii de lingouri deformabile de dimensiuni diferite si pentru turnare de epruvete si probe pentru etapa a doua a proiectului. Activitatea 6 Elaborarea si caracterizarea lotului preliminar Au fost realizate loturi experimentale in patru domenii compozitionale (cap.3.2) obtinute prin turnarea unor probe cilindrice cu diametrul de 25 mm si inaltimea de 20 mm in instalatia de retopire cu arc in vid RAV. De asemenea au fost turnate in cuptorul cu inductie in vid patru sarje (lingouri pentru epruvete de incercari mecanice) in domeniul compozitional V=0,14%, constant si continutul de niobiu variind intre 0,1 si 0,2%. Sarjele RAV probele 0-16 Compozitia chimica a loturilor este prezentata in tab. 1 Tab. 1 Compozitia chimica a sarjelo RAV Pro Compoziţia chimică, % ba C Si Mn P S Cr N V Nb Ti 0 0,35 0,70 1,65 0,02 0,024 0,66 0,01 0,14 0 0 1 0,34 0,69 1,65 0,022 0,019 0,41 0,026 0,14 0,12 0 2 0,32 0,61 1,37 0,025 0,024 0,36 0,03 0,14 0,17 0 3 0,38 0,74 1,67 0,025 0,022 0,44 0,06 0,16 0,21 0 4 0,36 0,56 1,71 0,015 0,023 0,41 0,073 0,083 0,0018 0 5 0,32 0,69 1,61 0,028 0,024 0,23 0,019 0,080 0,14 0 6 0,31 0,57 1,61 0,028 0,022 0,23 0,021 0,095 0,155 0 7 0,30 0,66 1,53 0,031 0,025 0,21 0,037 0,087 0,200 0 8 0,30 0,67 1,64 0,029 0,035 0,24 0,04 0,146 0,0017 0 9 0,31 0,64 1.63 0,028 0,021 0,24 0,024 0,20 0,0020 0
5 Tab.1 continuare 10 0,31 0,69 1,64 0,029 0,022 0,24 0,018 0,227 0,0016 0 11 0,30 0,72 1,62 0,032 0,026 0,25 0,015 0,18 0,129 0 12 0,32 0,65 1,68 0,036 0,026 0,25 0,016 0,19 0,185 0 13 0,34 0,66 1,64 0,032 0,025 0,25 0,015 0,177 0,214 0 14 0,30 0,67 1,62 0,032 0,023 0,24 0,014 0 0 0,134 15 0,31 0,61 1,65 0,034 0,026 0,25 0,017 0 0 0,164 16 0,27 0,61 1,60 0,036 0,024 0,24 0,013 0 0 0,178 Dupa turnare, probele au fost supuse unui tratament de austenitizare la 950-970 o C/ 20min in cuptor electric de laborator cu vatra fixa, urmat de racire in aer. Probele au fost incalzite cu cuptorul de la 700 o C. Probele tratate au fost polizate, lustruite si atacate cu reactiv Nital 5% dupa care au fost examinate la microscopul optic Olympus GX 51 la mariri de 500x si 1000x. In urma examenului microscopic a fost pusa in evidenta structura si modul in care acesta a fost influentata de continuturile diferite in elemente de microaliere. Probele 0-3 V= ct (0,14%) Nb= 0%;0,12%;0,17%;0,21%. Probele prezentate in imaginile din fig.1 a-d, au o structura martensitica, relativ fina cu austenita reziduala. Se poate observa ca probele 1,2 si 3 au o granulatie mai fina. De asemenea este vizibila reteaua dendritica. a) proba 0 V=0,14%, Nb=0% b) proba 1 V=0,14%, Nb= 0,12%
6 b) proba 2 V=0,14%, Nb=0,17% b) proba 3 V=0,14%, Nb= 0,21% Fig. 1. Aspectul probelor 0-3 Structura martensitica cu bainita si retea dendritica (500x, atac Nital 5%) Cresterea continutului de niobiu in probele 1,2 si 3 a avut efecte notabile asupra structurii, in primul rind asupra granulatiei care este mult mai fina. Se remarca aparitia carburilor (vanadiu si niobiu proba 2) si modificarea vitezei de racire pe masura cresterii continutului de niobiu apar graunti de ferita alungiti, foarte fini (proba 3) Probele 4-7 V=ct (0,80-0,95), Nb= 0,0018%; 0,14%, 0,155%; 0,20% Structura probelor este prezentata in fig. 2, a-d.. a) proba 4 V=0,083%, Nb=0,0018% Structura ferito-perlitica, martensita separata interdendritic, bainita si carburi precipitate in interiorul grauntilor de ferita b) proba 5 V=0,080%, Nb= 0,14% Martensita interdendritica,ferita, bainita
7 b) proba 6 V=0,095%, Nb=0,15% b) proba 7 V=0,087%, Nb= 0,20% Martensita si bainita Structura ferito-perlitica, retea dendritica Fig. 2. Aspectul probelor 4-7 (500x, atac Nital 5%) Probele din acesta grupa sint caracterizate prin viteze diferite de racire. Proba 6 este singura care are o structura martensitica. Pentru celelalte structura este ferita cu graunti alungiti si carburi precipitate in numar mare intragranular (proba 4), sau ferita cu graunti echiacsi si martensita separata interdendritic Proportia carburilor precipitate este mai mica la probele 6 si 7 explicabil si prin continutul mai redus de carbon al acestor probe (0,30 comparat cu 0,36-proba 4). In imaginea din figura 3 a este prezentat un detaliu al probei 4 la marire superioara (1000x) in care se pot observa carburile fine, precipitate intragranular, comparativ cu proba 7 (fig.3 b) cu proportie mai scazuta de perlita si de carburi. Fig.3a.Proba 4 V= 0,0018%, Nb=0,83%; C=0,35% Carburi fine precipitate in interiorul grauntilor de ferita alungiti(x1000) Fig.3b.Proba 7 V=0,2%; Nb=0,087%, C=0,30% Structura ferito-perlitica, cu proportie mai mica a perlitei si carburi foarte rare(x1000)
8 Probele 8-10 Nb=0%; V=0,146%; 0,2%; 0,23% Pentru aceste probe continutul de niobiu a fost considerat neglijabil (intre 0,0016-0,002%) in timp ce continutul de vanadiu a fost variat de la valori de 0,14%(proba 8 pina la 0,23%(proba 9). Aspectul structurii acestor probe poate fi observat in figura 4 a-c. a) Proba 8 V=0,146%;Nb=0,0017% Ferita, perlita, bainita si martensita in retea interdendritica b)proba 9 V=0,200%; Nb=0,0020% Structura foarte fina, martensita si bainita; structura dendritica Fig. 4 Aspectul structurii pentru probele 8-10 (x500, atac Nital2%) c)proba 10 V=0,230%;Nb=0,0016% Graunti foarte fini de ferita, perlita, martensita si bainita Cresterea continutului de vanadiu la probele 9 si 10 a avut ca rezultat precipitarea carburilor intragranulare in cantitate mare comparativ cu proba 8.In imaginea din fig. 5 se poate observa structura probelor 8 si 9 la un ordin de marire superior (x1000).
9 a) Proba 8 V=0,146%;Nb=0,0017% b)proba 9 V=0,200%; Nb=0,0020% Fig. 5. Structura mult mai fina si cu numeroase carburi precipitate a probei 9 (x1000, atac Nital 5%) Probele 11-13, Nb=0,18%; V= 0,13%; 0,185%; 0,214 Pentru aceste probe a fost inregistrata si o variatie a continutului de carbon dupa cum urmeaza C= 0,32% (11); 0,34% (12); 0,30%(13). Structura obtinuta pentrunivelul constant al niobiului si un continut crescator de vanadiu este caracterizata printr-o combinatie de martensita dispusa in retea interdendritic, bainita, austenita reziduala. (fig. 6 a-c). Raportul martensita bainita este variabil, mai multa martensita a fost pusa in evidenta in proba 11. a) Proba 11 V=0,13%;Nb=0,18% Bainita si martensita in retea interdendritica a) Proba 12 V=0,185%; Nb=0,18% Structura foarte fina, martensita in proportie mai mica decit la proba 11; Fig. 6 Aspectul probelor 11-13 Structura martensitica cu bainita, austenita reziduala (x500, atac Nital 5%)
10 Fig. 6 Aspectul probelor 11-13 Structura martensitica cu bainita, austenita reziduala (x500, atac Nital 5%) c) Proba 13 V=0,23%;Nb=0,0,18% Probele 14-16, V=0%; Nb=0%; Ti=0,134%; 0,164%; 0,178; Acest ultim set de probe a urmarit studierea efectului microalierii cu titan asupra structurii turnate si normalizate. Structura probelor este ferito-perlitica cu precipitate fine probabil carburi si carbonitruri de titan (fig. 7) Fig.7a) Proba 14 V=0%, Nb=0%, Ti=0,134% Fig.7b) Proba 15 V=0%,Nb=0%, Ti=0,164% Fig. 7. Aspectul probelor 14-16 Ferita proeutectoida pe limita grauntilor austenitici, perlita, bainita si martensita (x500, atac Nital 5%) c) Proba 16 V=0%, Nb=0%, Ti=0,178%
11 Comparind structura probelor 14-16 se poate observa ca ferita, perlita si bainita au morfologii asemanatoare. Cresterea continutului de titan a contribuit la modificarea transformarilor la racire astfel incit proportia de martensita este mai mare in probele cu continut de titan mai mic. Prezenta precipitatelor intragranulare si a carburilor grosolane este evidentiata la proba cu continutul maxim de titan (fig. 8) Fig.8 Proba 16 V=0%;Nb=0%;Ti=0,178% Structura ferito-perlitica cu zone de martensita si bainita. Precipitate fine intragranulare si carburi/carbonitrutri de Ti (x1000, atac Nital5%) Sarjele CIV S0-S4 La turnarea sarjelor CIV a fost urmarita varierea continutului de niobiu pentru un nivel al vanadiului constant. Continutul de carbon a variat de asemenea. Compozitia acestor sarje este prezentata in tab 2 Tab. 2 Compozitia chimica a probelor CIV Şarja Compoziţia chimică, % C Si Mn P S Cr Mo V Nb Fe ŞARJA S0/1 0,1 0,61 1,55 0,032 0,021 0,19 0,03 0,16 0 rest ŞARJA S0/2 0,1 0,54 1,45 0,031 0,019 0,20 0,04 0,16 0 rest ŞARJA S1/1 0,3 0,44 1,17 0,024 0,017 0,19 0,03 0,16 0,13 rest ŞARJA S1/2 0,28 0,38 1,08 0,026 0,018 0,19 0,03 0,16 0,13 rest ŞARJA S2/1 0,30 0,46 1,38 0,025 0,019 0,23 0,05 0,15 0,17 rest ŞARJA S2/2 0,27 0,47 1,36 0,027 0,021 0,23 0,05 0,15 0,17 rest ŞARJA S3/1 0,26 0,43 1,51 0,027 0,021 0,24 0,05 0,16 0,22 rest ŞARJA S3/2 0,26 0,40 1,48 0,028 0,022 0,24 0,05 0,15 0,22 rest
12 Probele au fost pregatite prin slefiure si atacate cu Nital 5% si examinate la micoscopul optic la mariri de 500 si 1000x. Examinarea probelor provenite din cele patru sarje a pus in evidenta o structura dendritica mai grosolana la proba S0, cu ace grosolane de ferita, perlita si bainita. Pentru proba S2 si S3, dimensiunile feritei aciculare sint diminuate, se observa austenita reziduala si aparitia in numar mic a unor carburi (fig.9, a-d). a)proba S0, Nb=0% structura dendritica cu ferita aciculara grosolana, perlita si bainita b) Proba S1, Nb=0,134%, structura dendritica cu ferita aciculara, perlita, bainita si carburi c)proba S2, Nb=0,164% structura dendritica d) ProbaS 3, Nb=0,0,178%, structura cu ferita aciculara, perlita si bainita dendritica cu ferita aciculara, perlita, bainita si carburi Fig.9 Aspectul probelors0-s4 (x500, AtacNital5%)
13 Cresterea continutului de niobiu a dus la finisarea structurii si la aparitia unor carburi precipitate inter si intragranular (fig. 10). De asemenea se poate observa si separarea feritei proeutectoide pe limita grauntilor de austenita. Fig.10 Detaliu al probei S3 Structura dendritica, ferita aciculara, perlita, ferita proeutectoida bainita si carburi fine precipitate inter si intragranular Examinarea probelor obtinute prin turnare utilizind procedeul RAV (probele 0-16) patru domenii compozitionale si a probelor CIV (probele S0-S3) din domeniul compozitional V=0,14/Nb = 0 0,18% a pus in evidenta modul in care variatia continutului principalelor elemente de aliere influenteaza morfologia structurii turnate a otelurilor. Se poate observa ca pentru toate probele efectul adaosurilor de niobiu duce la obtinerea unei granulatii foarte fine, si de asemenea la modificarea morfologiei feritei. Proportia precipitatelor (carburi si carbonitruri), cu efecte notabile creste atunci cind continutul total in elemente de microaliere creste. Asocierea vanadiului cu niobiul a avut efectul de a modifica calibilitatea otelului, cresterea procentului de V+Nb duce la obtinerea unei proportii mai mici de martensita si formarea bainitei in cantitati mai mari. Caracteristici mecanice Sarjele S0-S3 Au fost încercate la tracţiune 16 epruvete, câte două pentru fiecare dintre materialele notate cu următoarele coduri: S0_1, S0_2, S1_1, S1_2, S2_1, S2_2, S3_1, S3_2. La unele dintre epruvete, datorită calităţii semifabricatelor, nu a fost posibilă eliminarea tuturor defectelor după strunjirea la diametrul de 10 mm. Incercarea la tracţiune s-a realizat pe o maşină Instron 8810 la o viteză de deplasare a bacurilor hidraulice de 1 mm/min. Graficele curbelor caracteristice convenţionale sunt arătate în figurile de mai jos (Fig. 11 - Fig. 18), câte două pentru fiecare material în parte. După prezentarea curbelor sunt calculate alungirea la rupere [%], rezistenţa la rupere [MPa], modulul de elasticitate longitudinal calculat pe intervalul de tensiuni între 100-200 MPa şi limita de curgere convenţională [MPa] stabilită la o deformaţie remanentă de 0,2 %.
14 Specimen 1 to 2 700 Tensile stress (MPa) 600 500 400 300 200 100 Specimen # 1 2 0 0 1 2 3 Tensile strain (%) Fig. 11. Curbele caracteristice şi principalele mărimi mecanice pentru materialul S0_1 Specimen 1 to 2 700 Tensile stress (MPa) 600 500 400 300 200 100 Specimen # 1 2 0 0 1 2 3 Tensile strain (%) Fig. 12. Curbele caracteristice şi principalele mărimi mecanice pentru materialul S0_2
15 Specimen 1 to 2 700 Tensile stress (MPa) 600 500 400 300 200 100 Specimen # 1 2 0 0 1 2 3 Tensile strain (%) Fig. 13. Curbele caracteristice şi principalele mărimi mecanice pentru materialul S1_1 Menţionăm că încercarea celei de-a doua epruvete a eşuat, deoarece în timpul testului extensomentrul a fost scos la o deformaţie specific de 0,3 %, astfel încât alura curbei caracteristice s-a modificat, iar valorile caracteristicilor mecanice obţinute nu au mai fost correct stabilite. Pentru celelalte încercări extensometrul a rămas ataşat epruvetei pe întreaga durată de desfăşurare a testului. Specimen 1 to 2 700 Tensile stress (MPa) 600 500 400 300 200 100 Specimen # 1 2 0 0 1 2 3 Tensile strain (%) Fig. 14. Curbele caracteristice şi principalele mărimi mecanice pentru materialul S1_2
16 Specimen 1 to 2 700 Tensile stress (MPa) 600 500 400 300 200 100 Specimen # 1 2 0 0 1 2 3 Tensile strain (%) Fig. 15. Curbele caracteristice şi principalele mărimi mecanice pentru materialul S2_1 Specimen 1 to 2 700 Tensile stress (MPa) 600 500 400 300 200 100 Specimen # 1 2 0 0 1 2 3 Tensile strain (%) Fig. 16. Curbele caracteristice şi principalele mărimi mecanice pentru materialul S2_2
17 Specimen 1 to 2 700 Tensile stress (MPa) 600 500 400 300 200 100 Specimen # 1 2 0 0 1 2 3 Tensile strain (%) Fig. 17. Curbele caracteristice şi principalele mărimi mecanice pentru materialul S3_1 Specimen 1 to 2 700 Tensile stress (MPa) 600 500 400 300 200 100 Specimen # 1 2 0 0 1 2 3 Tensile strain (%) Fig. 18. Curbele caracteristice şi principalele mărimi mecanice pentru materialul S3_1 Sintetizând principalele proprietăţi mecanice rezultate în urma încercărilor la tracţiune, obţinem următoarele rezultatele medii:
18 Material S0_1 S0_2 Alungirea la rupere [%] Rezistenţa la rupere [MPa] Modulul de elasticitate [GPa] Limita de curgere convenţională [MPa] 1,9 630,8 206,9 531,9 2,2 628,4 210,9 518,8 * S1_1 0,8 681,0 204,5 635,1 S1_2 S2_1 S2_2 S3_1 S3_2 1,3 686,3 214,1 610,7 0,5 660,5 217,4 645,9 0,5 625,0 209,6 620,8 0,4 572,1 203,5 535,4 0,4 609,4 218,1 598,6 * o singură încercare Pornind de la materialele de bază S0_1 şi S0_2, o comportare mai bună o au materialele S1_1 şi S1_2 pentru care limita de curgere convenţională creşte de la 520 MPa la 620 MPa, iar rezistenţa la rupere de la 630 MPa la peste 680 MPa; în schimb materialul se comport mai fragil, alungirea la rupere scăzând de la 2 % la 1 %. Limita de curgere creşte cu 20 %. Pentru materialele S2_1 şi S2_2 limita de curgere şi rezistenţa la rupere au practic aceleaşi valori: în jur de 650 MPa la S2_1 şi 620 MPa la S2_2, alungirea la rupere micşorându-se la 0,5 %. La materialele S3_1 şi S3_2, limita de curgere şi rezistenţa la rupere se micşorează şi mai mult scăzând în medie sub 600 MPa, alungirea la rupere fiind de numai 0,4 %. Considerăm că pentru aplicaţiile inginereşti, în care materialul i se cere o rezistenţă mărită dar şi o ductilitate ridicată, o mai bună comportare o au materialele S1_1 şi S1_2.
19 Concluzii In prima etapa a proiectului Oteluri microaliate cu nanoprecipitate de tenacitate au fost efectuate studii teoretice si cercetari experimentale preliminare privind obtinerea, prelucrarea termomecanica si testarea unor oteluri microaliate cu tenacitate. Primul obiectiv al proiectului a fost realizarea unui studiu teoretic despre stadiul actual in fabricatia acestui tip de materiale cit si identificarea unor cai si metode noi de realizare a unor materiale cu caracteristici superioare. De asemenea, un alt obiectiv a fost stabilirea unor modele teoretice compozitionale si structurale care sa constituie baza experimentarilor de laborator. Au fost stabilite: - domeniile compozitionale pentru loturile experimentale - tipuri de structura si morfologie care asigura raportul optim al caracteristicilor de rezistenta si plasticitate; - metodele de obtinere a loturilor experimentale - au fost efectuate pregatirile tehnologice pentru turnarea unor lingouri deformabile plastic in etapa urmatoare a proiectului. de experimentari preliminare (obiectivul al treilea) a avut ca scop analizarea efectului pe care diferite combinatii de elemente de microaliere il au asupra structurii si morfologiei otelului. Analizele chimice efectuate pe probele RAV si CIV au aratat ca procesul de elaborare a fost bine condus iar calculele de incarcatura, asimilare si ardere pentru elementele de aliere au fost corecte. Analiza microstructurala efectuata a pus in evidenta modificari pozitive ale morfologiei fazelor pentru anumite combinatii de elemente (V+Nb), in primul rind o finisare avansata a marimii de graunte si in al doilea rind modificari ale calibilitatii care permit obtinerea unor combinatii de faze stabile (ferita, perlita) si metastabile (martensita, bainita, troostia) care pot asigura bune caracteristici mecanice. Incercarile mecanice au fost efectuate pe epruvete in stare turnata (sarjele S0-S3 CIV). Valorile rezistentei la rupere obtinute au fost in intervalul 570-690 MPa, valori relativ ridicate luind in consideratie faptul ca epruvetele nu au fost supuse nici unui tratament termic. Valorile cele mai bune ale rezistentei la tractiune (>680MPa) au fost obtinute pentru sarja S1 care are o structura fina, cu bainita si carburi ( continut de 0,13V+0,18 Nb). Partenerii implicati in proiect au participat la efectuarea activitatilor planificate in conformitate cu prevedrile Planului de realizare si ale Acordului de colaborare. Datele teoretice si rezultatele experimentale obtinute in acesta etapa vor fi publicate si vor fi utilizate in etapa urmatoare pentru definitivarea tehnologiei de laborator de turnare a lingourilor deformabile din mai multe domenii compozitionale. In etapa a doua a proiectului vor fi efectuate experimentari privind regimul de procesare termomecanica necesar pentru cresterea tenacitatii, a plasticitatii si deformabilitatii otelurilor. Cercetarile si studiile efectuate in etapa I au permis realizarea unei sinteze a datelor tehnice si stiintifice referitoare la otelurile microaliate si la metodele de dezvoltare a unor materiale noi, cu caracteristici superioare.