Çeliku H13 shfaq fortësi të lartë, rezistencë të shkëlqyer ndaj konsumimit dhe nxehtësisë, duke ruajtur fortësi dhe rezistencë relativisht të lartë nën 600°C, së bashku me rezistencë superiore ndaj lodhjes së të ftohtit dhe të nxehtit dhe stabilitet të mirë të temperaturës. Përdoret gjerësisht në format e derdhjes me presion për alumin, bakër dhe lidhjet e tyre, duke dhënë përfitime të konsiderueshme ekonomike. Megjithatë, modulet H13 të prodhuara nga kompania shfaqën çarje sipërfaqësore, sferoidizim jo të plotë dhe mikrostrukturë të pabarabartë gjatë prodhimit provë. Ky punim prezanton një normalizim në temperaturë të lartë të ndjekur nga procesi i kalitjes sferoidizuese për të përmirësuar cilësinë e modulit dhe për të arritur mikrostrukturë uniforme.

1. Gjatë procesit të zhvillimit të prototipit u identifikuan probleme.

Moduli eksperimental u prodhua nga çeliku H13 me dimensione 400 mm × 1000 mm × 3000 mm, dhe temperatura përfundimtare e farkëtimit ishte afërsisht 950°C. Për shkak të mungesës së trajtimit termik pas farkëtimit në kohë, çarje sipërfaqësore ndodhi pas ftohjes me ajër në temperaturën e dhomës, duke u shtrirë në brendësi të modulit. Analiza zbuloi se çeliku H13 është një çelik i ngurtësueshëm, që do të thotë se struktura e tij martensitike formohet gjatë ftohjes me ajër. Stresi i gjerë mikrostrukturor i gjeneruar gjatë procesit të ftohjes me ajër pas farkëtimit çoi në çarje sipërfaqësore të modulit.

Për të parandaluar çarjen, modulet e çelikut H13 iu nënshtruan drejtpërdrejt ftohjes së ngadaltë në furrë pas farkëtimit, e ndjekur nga kalitja sferoidizuese. Pas kalitjes sferoidizuese, fortësia e modulit u mat duke përdorur një testues fortësie Brinell; u testuan tre mostra, me matje të fortësisë të marra në tetë pika secila (shih Tabelën 1). Siç tregohet në Tabelën 1, fortësia në përgjithësi i plotësoi kërkesat, por uniformiteti ishte i pakënaqshëm për shkak të ndryshimit të konsiderueshëm të fortësisë, me pika individuale që tejkalonin limitin e specifikuar (≤220 HB). Analiza metalografike e moduleve zbuloi mikrostrukturën siç ilustrohet në Figurën 1.

Figura 1 tregon mikrostrukturën pas kalitjes sferoidizuese izotermike, me procesin e sferoidizimit që përbëhet nga një fazë me temperaturë të lartë në 870°C për 8 orë dhe një fazë me temperaturë të ulët në 730°C për 14 orë. Në Figurën 1(a), është e dukshme ndarja e rëndë e rrjetit të karbit dhe përzierja e konsiderueshme e kokrrizave. Figura 1(b) zbulon grimca të bollshme të shpërndara të karbit, duke treguar se efekti sferoidizues përmbush objektivin e synuar; megjithatë, ndarja mbetet e theksuar, me disa karbide që formojnë një shpërndarje të ngjashme me rrjetin që zvogëlon efektivitetin e sferoidizimit në ato rajone. Karbidet e rrjetëzuara paraqesin rreziqe serioze për çelikun e derdhur, pasi ato shërbejnë lehtësisht si burime çarjesh gjatë shërbimit, duke çuar në dështimin e materialit. Prandaj, rrjete të tilla karbidesh duhet të kontrollohen brenda kufijve të pranueshëm. Ky studim i nënshtroi serisë së çelikut H13 që shfaqte ndarje të rëndë të karbit normalizimit në temperaturë të lartë të ndjekur nga kalitja sferoidizuese izotermike për të vlerësuar përmirësimin në mikrostrukturën e tij në këto kushte.

2 Materiale dhe Metoda Eksperimentale

Mostra të vogla u morën nga modulet që shfaqnin ndarje të rëndë për analizën spektrale; përbërjet e tyre kimike tregohen në Tabelën 2. Përbërja kimike e këtij çeliku H13 përputhet me standardin GB/T 1299–2000 "Çelik për Vegla Aliazh". Modulet u ndanë në tre grupe dhe iu nënshtruan normalizimit në temperaturë të lartë në 970 °C, me kohë mbajtjeje prej 5, 7 dhe 10 orësh, përkatësisht. Procesi i trajtimit termik përbëhej nga normalizimi në temperaturë të lartë (i ftohur me ajër) i ndjekur nga kalitja sferoidizuese izotermike. Parametrat e kalitjes sferoidizuese izotermike ishin: faza e temperaturës së lartë në 870 °C për 8 orë dhe faza e temperaturës së ulët në 730 °C për 14 orë. Bazuar në efektin e kohës së normalizimit në temperaturë të lartë në mikrostrukturën e moduleve, u zhvillua një proces i ri trajtimi termik.

Pas 5 orësh normalizim në temperaturë të lartë, shkalla e ndarjes (shih Figurën 2(a)) tregoi përmirësim të ndjeshëm krahasuar me Figurën 1, megjithëse ndarja vazhdoi ende. Kur koha e mbajtjes së normalizimit u zgjat në 7 orë, ndarja praktikisht u eliminua; megjithatë, rrjeti i karabit mbeti relativisht i dallueshëm, me rrjete të imëta sekondare të karabit që treteshin plotësisht në matricë gjatë procesit të austenitizimit, ndërsa rrjetet e trasha të karabit mbetën të patretshme - duke rënë në kategorinë jo-konformuese sipas standardeve të Shoqatës së Derdhjes me Kapak të Amerikës së Veriut. Zgjatja e kohës së mbajtjes në 10 orë eliminoi shumicën e rrjeteve të karabit, duke lënë vetëm rrjetet fillimisht të trasha të karabit. Pjekja pasuese sferoidizuese rezultoi në një mikrostrukturë sferoidizuese më uniforme, duke i dhënë materialit gradën AS4 sipas standardeve të Shoqatës së Derdhjes me Kapak të Amerikës së Veriut dhe duke përmbushur kriteret e pranimit. Analiza tregon se normalizimi në temperaturë të lartë heq në mënyrë efektive ndarjen dhe përmirëson morfologjinë dhe shpërndarjen e rrjeteve të karabit. Ndërsa koha e mbajtjes rritet, grimcat e karabit treten gradualisht, duke çuar në eliminimin progresiv të ndarjes dhe rrjeteve të karabit, duke përmirësuar kështu ndjeshëm mikrostrukturën e materialit.

Pas farkëtimit, çeliku H13 është i prirur ndaj formimit të kokërrzave të trasha për shkak të temperaturës tepër të lartë përfundimtare të farkëtimit dhe shkallëve të ngadalta të ftohjes. Si një çelik hipereutektoid, H13 shfaq reshje karbidesh sekondare në formë rrjete gjatë ftohjes së ngadaltë, dhe përmbajtja e tij e lartë e aliazheve çon në mënyrë të pashmangshme në ndarjen e materialit. Për të përmirësuar mikrostrukturën pas farkëtimit të moduleve të çelikut H13, rekomandohet trajtimi normalizues në temperaturë të lartë për të arritur mikrostrukturë uniforme.

Për të eliminuar karbidet rrjetëzuese, pjesa e punës duhet të nxehet në një temperaturë të mjaftueshme për të tretur karbidet sekondare. Megjithatë, temperatura e kalitjes sferoidizuese (870 °C) është e pamjaftueshme për të arritur këtë tretje. Si pasojë, pa normalizim në temperaturë të lartë, rrjeti i karbit mbetet i vështirë për t'u hequr dhe ndarja nuk mund të përmirësohet, duke rezultuar në mospërmbushjen e standardeve nga moduli H13. Pas normalizimit në temperaturë të lartë, grimcat e imëta të karbit treten plotësisht në matricë, rrjeti i karbit rafinohet gradualisht derisa të thyhet dhe mikrostruktura bëhet më uniforme. Pas periudhës së mbajtjes së normalizimit, ftohja e shpejtë me ajër parandalon formimin e karbideve sekondare rrjetëzuese. Më pas, kalitja sferoidizuese nxit rritjen e karbideve të shpërndara në mënyrë uniforme nga matrica në struktura sferike, duke përmirësuar kështu mikrostrukturën e kalitur.

Si përmbledhje, ftohja e ngadaltë pas farkëtimit çon në mikrostruktura të trasha dhe formimin e karbideve të rrjetëzuara, ndërsa normalizimi në temperaturë të lartë përmirëson si karbidet e rrjetëzuara ashtu edhe ndarjen e materialit. Prandaj, mikrostruktura e kalitjes mund të optimizohet përmes dy qasjeve: ftohje e shpejtë e përshtatshme pas farkëtimit, e ndjekur nga normalizimi në temperaturë të lartë dhe kalitja përfundimtare sferoidizuese. Bazuar në analizën e këtyre shembujve, u përcaktua procesi optimal siç tregohet në Figurën 3. Pas farkëtimit, materiali ftohet me ajër dhe mbahet mbi pikën Ms për një periudhë për të parandaluar transformimin martensitik, e ndjekur nga normalizimi në temperaturë të lartë dhe kalitja sferoidizuese izotermike. Figura 4 ilustron mikrostrukturën e marrë sipas këtij procesi të ri, duke demonstruar sferoidizim shumë të rëndësishëm me një shkallë sferoidizimi që tejkalon 95% dhe një madhësi kokrrizash afërsisht të gradës 7. I klasifikuar si AS1 sipas standardeve të Shoqatës së Derdhjes me Kapak të Amerikës së Veriut, produkti ka marrë reagime pozitive nga klientët.

4 Përfundim

1) Ftohja e ngadaltë pas farkëtimit e çelikut H13 çon në formimin e një reshjeje karbidi të ngjashme me rrjetën. Sa më e ngadaltë të jetë shkalla e ftohjes, aq më i theksuar bëhet rrjeti i karbit. Edhe pse normalizimi i mëvonshëm mund ta përmirësojë këtë, disa mikrostruktura anormale vazhdojnë në matricë dhe janë të vështira për t'u eliminuar. Përveç kësaj, ftohja e ngadaltë rezulton në madhësi anormalisht të mëdha të kokrrizave, të cilat janë të trashëgueshme dhe sfiduese për t'u rafinuar më vonë.

2) Normalizimi në temperaturë të lartë përmirëson ndarjen dhe karbidet e rrjetëzuara të pranishme në mikrostrukturën pas farkëtimit të çelikut H13. Brenda një intervali të caktuar kohor, përmirësimi në mikrostrukturë bëhet më i theksuar ndërsa koha e mbajtjes së normalizimit rritet.

3) Pas farkëtimit, çeliku H13 ftohet me ajër mbi temperaturën Ms dhe më pas i nënshtrohet normalizimit në temperaturë të lartë, duke rezultuar në një strukturë sferoidizuese më uniforme dhe të shpërndarë me efekt superior sferoidizimi.