disszertáció megtekintése ( - 39.5 mb)

MISKOLCI EGYETEM

GPSZMRNKI S INFORMATIKAI KAR

NEMESTETT NAGYSZILRDSG SZERKEZETI ACLOK

HEGESZTSTECHNOLGIJNAK FIZIKAI SZIMULCIRA

ALAPOZOTT FEJLESZTSE

PHD RTEKEZS

Ksztette:

Gspr Marcell Gyula okleveles gpszmrnk, okleveles kzgazdsz,

okleveles hegeszt szakmrnk, EWE/IWE

SLYI ISTVN GPSZETI TUDOMNYOK DOKTORI ISKOLA

GPSZETI ANYAGTUDOMNY, GYRTSI RENDSZEREK S FOLYAMATOK

GPSZETI ANYAGTUDOMNY S MECHANIKAI TECHNOLGIA

TMACSOPORT

Doktori Iskola vezet:

Dr. Tisza Mikls

a mszaki tudomny doktora, egyetemi tanr

Tmacsoport vezet:

Dr. Tisza Mikls

a mszaki tudomny doktora, egyetemi tanr

Tudomnyos vezet:

Dr. Balogh Andrs

PhD, egyetemi docens

Miskolc

2016

TARTALOM

I

TARTALOM

TARTALOM .................................................................................................................................................... I

TMAVEZET AJNLSA ...................................................................................................................... III

JELLSEK S RVIDTSEK JEGYZKE .......................................................................................... V

1. BEVEZETS, CLKITZSEK MEGFOGALMAZSA ................................................................ 1

1.1. Szerkezeti aclok fejldse, fejlesztsi tendencik ........................................................................... 1 1.2. A kutatmunka clkitzsei .............................................................................................................. 5

2. NEMESTETT NAGYSZILRDSG SZERKEZETI ACLOK S HEGESZTSK .............. 7

2.1. Szilrdsgnvelsi mdszerek a Q+T aclokban .............................................................................. 7 2.1.1. Szilrd oldatot alkot tvzk alkalmazsa .......................................................................... 7

2.1.2. Szemcsefinomts ................................................................................................................... 8

2.1.3. Allotrp talakuls kihasznlsa .......................................................................................... 9

2.1.4. Az tvzk szerepe a nemestett nagyszilrdsg aclokban .............................................. 15

2.2. Gyrtstechnolgia ......................................................................................................................... 18 2.3. Ridegedsi hajlam .......................................................................................................................... 19 2.4. Hegesztsi nehzsgek ................................................................................................................... 22

2.4.1. A hhatsvezet tulajdonsgai ............................................................................................ 23

2.4.2. Repedskpzdsi hajlam a varratban s a hhatsvezetben ............................................ 29

2.4.3. A hozaganyag-vlaszts krdskre: matching ................................................................... 31

2.5. A hegesztstechnolgia tervezsnek szempontjai ......................................................................... 34 2.5.1. Az elmelegtsi s a rtegkzi hmrsklet hatsa ............................................................ 35

2.5.2. Vonalenergia ....................................................................................................................... 38

2.5.3. A kritikus t8,5/5 hlsi id rtelmezse s szerepe a technolgia tervezsben ..................... 38

2.5.4. Hegesztsi munkatartomny ................................................................................................ 40

2.6. A szakirodalmi feldolgozsbl levonhat alapvet kvetkeztetsek .............................................. 41 3. A KUTATSOK SORN ALKALMAZOTT ANYAGVIZSGLATI MDSZEREK ................. 42

3.1. A kisciklus fraszt vizsglatok jellemzi .................................................................................... 42 3.2. A nagyciklus fraszt vizsglatok jellemzi ................................................................................ 44 3.3. Fradsos repedsterjeds ............................................................................................................... 48 3.4. Mszerezett tvizsglatok ............................................................................................................ 52

4. A HEGESZTSTECHNOLGIA FEJLESZTSE FIZIKAI SZIMULCIVAL ....................... 55

4.1. A Gleeble 3500 termomechanikus fizikai szimultor ..................................................................... 55 4.2. Hhatsvezeti szimulci ............................................................................................................. 57 4.3. A hegesztsi hciklus matematikai lersa ..................................................................................... 58

TARTALOM

II

5. UNDERMATCHING HOZAGANYAG HATSNAK KSRLETI VIZSGLATA STATIKUS S ISMTLD IGNYBEVTEL ESETN ............................................................ 61

5.1. Az alkalmazott alapanyag tulajdonsgai ......................................................................................... 61 5.2. Az alkalmazott hozaganyagok tulajdonsgai .................................................................................. 63 5.3. Hegesztsi paramterek s krlmnyek ........................................................................................ 64 5.4. Klasszikus anyagvizsglati eredmnyek ......................................................................................... 65 5.5. Szaktvizsglatok optikai alakvltozsmr rendszerrel............................................................... 66 5.6. Kisciklus frasztvizsglatok s eredmnyeik.............................................................................. 68 5.7. Nagyciklus fraszt vizsglatok s eredmnyeik ......................................................................... 71 5.8. Fradsos repedsterjedsi sebessg vizsglatok s eredmnyeik .................................................. 72 5.9. Kvetkeztetsek .............................................................................................................................. 77

6. HHATSVEZETI SZVSSGCSKKENST KOMPENZL HEGESZTS-TECHNOLGIA KIDOLGOZSA FIZIKAI SZIMULTORRAL ............................................... 80

6.1. Hciklus modell .............................................................................................................................. 80 6.2. Hhatsvezeti vizsglatok megtervezse ...................................................................................... 81

6.2.1. Cscshmrskletek meghatrozsa ................................................................................... 81

6.2.2. A t8,5/5 hlsi idk megvlasztsa ........................................................................................ 83

6.3. Vizsglati krlmnyek .................................................................................................................. 84 6.4. Szimulcis prbatest fejlesztse a kis t8,5/5 hlsi idkhz tartoz tmunka meghatrozshoz 86 6.5. Anyagvizsglati eredmnyek s azok rtkelse ............................................................................ 89

6.5.1. Mikroszkpos vizsglatok .................................................................................................... 89

6.5.2. Dilatomteres grbk rtkelse ......................................................................................... 91

6.5.3. Kemnysgvizsglat ............................................................................................................ 92

6.5.4. Mszerezett tvizsglatok .................................................................................................. 94

6.5.5. Kvetkeztetsek ................................................................................................................. 100

6.6. A hhatsvezet szvssgnak javtsa helyi uthkezelssel .................................................... 100 7. TZISEK - J TUDOMNYOS EREDMNYEK .......................................................................... 106

8. EREDMNYEK SSZEFOGLALSA ............................................................................................ 108

9. IPARI HASZNOSTSI LEHETSGEK ...................................................................................... 111

10. SUMMARY .......................................................................................................................................... 113

KSZNETNYILVNTS ...................................................................................................................... 115

IRODALOMJEGYZK .............................................................................................................................. 117

A DISSZERTCIHOZ KAPCSOLD JELENTSEBB PUBLIKCIK..................................... 125

MELLKLETEK ......................................................................................................................................... 128

TMAVEZET AJNLSA

III

TMAVEZET AJNLSA

Gspr Marcell Gyula egyetemi tanulmnyait 2005-ben kezdte el a Miskolci Egyetem

Gpszmrnki s Informatikai Karn, ahol 2009-ben gpszmrnki alapszakon,

anyagtechnolgiai szakirnyon kitntetses BSc oklevelet, 2011-ben gpszmrnki

mesterszakon, hegesztstechnolgiai szakirnyon kitntetses MSc diplomt szerzett.

Prhuzamos kpzs keretben 2012-ben kzgazdsz oklevelet, posztgradulis kpzs

keretben 2013-ban hegeszt szakmrnki, valamint eurpai hegesztmrnki (EWE) s

nemzetkzi hegesztmrnki (IWE) kpzettsget szerzett.

A kiemelkeden tehetsges s az intzet f szakterletei, ezen bell is a hegeszts, az

anyagtudomny s anyagvizsglat irnt nagyfok rdekldst mutat hallgatval 2007-ben

kerltem kapcsolatba, mint szaktrgyi elad, majd TDK konzulens s diplomaterv, illetve

szakmrnki diplomaterv tervezsvezet. A djnyertes TDK dolgozat s orszgosan

djazott diplomaterv egyenes folytatsaknt 2011-ben felvtelt nyert az ltalam kirt, a

nagyszilrdsg aclok hegesztsi krdseivel kapcsolatos doktori tmra.

Ismeretsgnk sorn bebizonyosodott, hogy a kiemelked tanulmnyi eredmnyeket

elr, a kzletben is tevkeny hallgat kivl szellemi adottsgokkal rendelkezik,

egyarnt otthonosan mozog a mrnki tudomnyok elmleti s gyakorlati terletein. Mr

hallgatknt bekapcsoldott a Mechanikai Technolgiai Tanszk Nagyszilrdsg aclok

hegesztse c. projektjbe, amely a jszbernyi telephely, finn tulajdon RUUKKI Tisza

Zrt.-vel egyttmkdsben folyt. Ez a munka mlytette el rdekldst a nagyszilrdsg

szerkezeti aclok tulajdonsgai s hegesztsi krdsei irnt, amelyet MSc diplomatervnek,

szakmrnki diplomatervnek s doktori tanulmnyainak tmjul vlasztott.

Doktori tanulmnyai sorn magasabb szintre emelte a tudomnyos kutatsban

nlklzhetetlen informatikai ismereteit (Sysweld). Kutatmunkjban elsknt hasznlta a

tanszknkn 2012-ben installlt Gleeble termomechanikus fizikai szimultort a 960 MPa

folyshatr nagyszilrdsg aclok hegesztse kzben a hhatsra instabilan viselked

acl alapanyagokban vgbemen fmtani folyamatok tanulmnyozsra.

A doktorjellt kutat kivl nyelvrzke s kiemelked nyelvismerete (angol s francia

nyelv) kpess teszi a szakirodalom hatkony tanulmnyozsra s a nemzetkzi

tudomnyos letben val aktv kommunikcira, amit hosszabb klfldi tanulmnytjai

(Belgium, Finnorszg) sorn is bizonytott. rskszsge s eladi kpessge magyar s

angol nyelven kiemelked, ezt a doktori iskolban rt tanulmnyaival s eladsaival

tbbszr bizonytotta.

TMAVEZET AJNLSA

IV

Az intzet egyik f kutatsi tmja a korszer nagyszilrdsg aclok autipari

alkalmazsa, a vkony s norml (kzpvastag s vastag) lemezek hegesztsi

alkalmassgnak s hegesztstechnolgija fejlesztsi lehetsginek vizsglata. Gspr

Marcell Gyula mr a doktori tanulmnyainak elejn bekapcsoldott az ezeket a terleteket

kutat projektekbe. Doktori disszertcija, amely a nemestssel gyrtott, nagyszilrdsg,

norml vastagsg aclok tbbrteg varratos hegesztett ktseiben vgbemen

anyagszerkezeti vltozsokkal s az ezekbl levonhat technolgiai kvetkeztetsekkel

foglalkozik ehhez a kutatsi terlethez kapcsoldik. Tanrsegdi vei alatt aktvan

bekapcsoldott az Anyagszerkezettani s Anyagtechnolgiai Intzet oktatsi s

oktatsszervez munkjba (jelenleg az intzet oktatsi felelse) s annak ma is

megbecslt s sokra hivatott rsztvevje.

Kzel tzves ismeretsgnk sorn Gspr Marcell Gyult kivl kpessg, vlasztott

hivatsa irnt mlyen elktelezett, lelkes, mvelt fiatalembernek ismertem meg, akinek

szertegaz tanulmnyai mellett magas szint kzssgi munkra is futotta az idejbl.

Eddigi kutati munkssgval bizonytotta, hogy birtokban van mindannak az elmleti s

ipari gyakorlati ismereteknek, amelyekkel az interdiszciplinris jelleg kutatsi terletn

elvgzett, tervezett kutatsi mdszerekkel megalapozott s helyes kvetkeztetsekre s

eredmnyekre kpes jutni. Doktori kutatmunkjt nagyfok nllsggal, kivteles

problmaelhrt s -megold kpessggel s precizitssal vgezte. Figyelmet rdemel

kivl szervezkszsge, amelyekkel a meglehetsen drga s munkaignyes ksrleteit az

ipari s egyetemi kapcsolataiban rejl lehetsgek kiaknzsval megszervezte s

vgrehajtotta. Kln kiemelend az a kutatmunkban nlklzhetetlen analizl s

szintetizl kpessge, amellyel az irodalmi httrismeretekbl s szertegaz

ksrleteinek eredmnyeibl helyes s tartalmas kvetkeztetseket kpes levonni.

Az elzk sszefoglalsaknt tudomnyos vezeti minsgemben (emellett korbbi

oktatjaknt s jelenlegi munkatrsaknt) meggyzdssel vallom, hogy Gspr Marcell

Gyula tanrsegd a PhD rtekezsnek elksztsvel az nll, alkot tudomnyos munka

vgzsre val alkalmassgt messzemenkig bizonytotta. Kivl elmleti s gyakorlati

felkszltsge rvn az intzet sokra hivatott oktatja, valamint a hazai s nemzetkzi

hegesztstudomnyi szakterlet kivl mvelje lehet.

Miskolc, 2016. mrcius 16.

Dr. Balogh Andrs

tudomnyos vezet

JELLSJEGYZK

V

JELLSEK S RVIDTSEK JEGYZKE

GRG BETS JELLSEK

Ferrit (a vas sztk rcs szilrd oldata)

A Manson-Coffin sszefggsben szerepl anyagi mrszm [-]

Austenit (a vas szfk rcs szilrd oldata)

p Kplkeny alakvltozsi tartomny [-]

D lland amplitdj kifradsi hatr (N = 5 106 ciklus) [MPa]

1E07 Az 1 107 ciklusszmhoz tartoz feszltsg [MPa]

Mrnki alakvltozs [mm/mm]

a Teljes nyls amplitd [-]

ae Rugalmas nyls amplitd [-]

ap Kplkeny nyls amplitd [-]

f' A Manson-Coffin sszefggsben szerepl anyagi mrszm [-]

t Termikus hatsfok [-]

Hram [W]

Valdi (logaritmikus) alakvltozs [mm/mm]

Hvezetsi tnyez [W/(mmC)]

Poisson-tnyez [-]

Srsg [g/mm3]

' Valdi feszltsg [MPa]

a Feszltsg amplitd [MPa]

cr Hasadsos trshez vezet kritikus feszltsg [MPa]

'

f A kisciklus frasztvizsglatnl meghatrozott anyagi mrszm [MPa]

LATIN BETS JELLSEK

a Repedsmret [mm]

a Varrat vastagsgi mret [mm]

cra Kritikus repedsmret [mm]

b A kisciklus frasztvizsglatnl meghatrozott anyagi mrszm [-]

1A talakulsi hmrsklet egyenslyi viszonyok esetn [C]

3A talakulsi hmrsklet egyenslyi viszonyok esetn [C]

c3A talakulsi hmrsklet (-) kezdete a hlsi fzisban [C]

r3A talakulsi hmrsklet (- ) vge a hevtsi fzisban [C]

JELLSJEGYZK

VI

80A 80 mm mrhosszon mrt teljes szzalkos szakadsi nyls [mm]

5A Arnyos rvid prbatesten mrt szzalkos szakadsi nyls [%]

LA Szzalkos szakadsi nyls L vizsglati hosszon [%]

tA Trsig elviselt nyls [%]

B A prbatest vastagsga fradsos repedsterjedsnl [mm]

BA Kivlssal kemnytett

S, TTTB Bainites talakuls kezdeti hmrsklete [C]

1C A Manson-Coffin sszefggsben szerepl anyagi mrszm [-]

m

n p

C, C ,

C , C

A fradsos repedsterjeds lersra szolgl sszefggsekben szerepl

konstansok [-]

CCD Analg jelek tovbbtsra szolgl elektronikai alkatrszlnc (Charge-

Coupled Device)

CCT Folyamatos htsre rvnyes talakulsi diagram (Continuous Cooling

Transformation)

CCT W Folyamatos htsre rvnyes talakulsi diagram hegesztsnl

CEV EN 1011-2 A mdszerben alkalmazott karbonegyenrtk [%]

CET EN 1011-2 B mdszerben alkalmazott karbonegyenrtk [%]

GrCEV Graville-fle karbonegyenrtk [%]

COD Repedskinyls (Crack tip Opening Displacement) [mm]

c A Manson-Coffin sszefggsben szerepl anyagi mrszm [-]

pc lland nyomsra rvnyes fajh [J/(gC)]

d Szemcsemret [m]

da / dN Fradsos repedsterjedsi sebessg [mm/cikl.]

dQ Az elemi kockban elnyelt hmennyisg [J]

D Diffzivits (hmrskletvezetsi tnyez) [m2/s]

DBTT Szvs-rideg viselkeds tmeneti hmrsklete (Ductile-Brittle Transition

Temperature) [C]

DQ Direkt edzett (Direct Quenched)

DSZ Durvaszemcss hhatsvezeti sv

E Hz rugalmassgi (Young) modulus [MPa]

0E A hz rugalmassgi (Young) modulus kiindul rtke [MPa]

vE Vonalenergia [J/mm]

f Vizsglati frekvencia [f]

F(t) tvizsglat sorn mrt er vltozsa az id fggvnyben [N]

F A terhel er tartomnya a K szmtsakor [N]

gyF A kplkeny alakvltozs kezdethez tartoz er tvizsglatnl [N]

mF Az tvizsglat sorn mrt maximlis er [N]

HV Vickers kemnysg [-]

M 100%HV 100% martensit becslt kemnysge vegyi sszettelbl [%]

B 100%HV 100% bainit becslt kemnysge vegyi sszettelbl [%]

dH Diffzikpes hidrogntartalom [ml/100g

fm]

HTT Nagy hmrsklet megereszts (High Temperature Tempering)

JELLSJEGYZK

VII

I ramerssg [A]

IIW Nemzetkzi Hegesztsi Intzet (International Institute of Welding)

IK Interkritikus (A1 s A3 kztti) hhatsvezeti sv

IK DSZ Interkritikusan megeresztett durvaszemcss hhatsvezeti sv

K Feszltsgintenzitsi tnyez tartomnya [MPa m1/2]

thK Feszltsgintenzitsi tnyez tartomnynak kszbrtke [MPa m1/2]

fcK Ciklikus trsi szvssg [MPa m1/2]

cK Trsi szvssg [MPa m1/2]

k A szemcsehatr ellenllst jellemz anyaglland [MPa m1/2]

fk Alaktsi szilrdsg [MPa]

mk Anyagkonstans [MPa%]

KV Charpy V-bemetszs prbatesten mrt tmunka [J]

LBZ Helyi trkeny zna (Local Brittle Zone)

LRTM Linerisan rugalmas trsmechanika

LTT Kis hmrsklet megereszts (Low Temperature Tempering)

m tgp kalapcsnak tmege [kg]

m,n,p A fradsos repedsterjeds lersra szolgl sszefggsekben szerepl

kitevk [-]

M A Martensit austenit sziget

fM Martensites talakuls befejez hmrsklete [C]

sM Martensites talakuls kezd hmrsklete [C]

NST Zrus szilrdsghoz tartoz hmrsklet (Nil-Strength Temperature) [C]

kN A Whler grbe trspontjhoz tartoz ignybevteli szm [ciklus]

tN Tnkremeneteli kritriumhoz tartoz ignybevteli szm [ciklus]

Q Edzett (Quenched)

Q T Nemestett: edzett + kzvetlenl A1 alatt megeresztett

R Helyvektor [m]

R Terhels aszimmetria tnyez [-]

RD Hengerlsi irny (Rolling Direction)

0R Egykristly folyshatra [MPa]

pR Polikrisztallin fm folyshatra [MPa]

diszlR A diszlokcik szilrdsgnvel hatsa [MPa]

karbidR A diszperz karbidkivlsok szilrdsgnvel hatsa [MPa]

umr Relatv undermatching [%]

mR Szaktszilrdsg [MPa]

p0,2R Egyezmnyes folyshatr [MPa]

p0,2hR Hozaganyag egyezmnyes folyshatra [MPa]

p0,2aR Alapanyag egyezmnyes folyshatra [MPa]

s Lemezvastagsg [mm]

s(t) tprbatest behajlsa [m]

SWI Semleges vdgzas volframelektrdos vhegeszts (Gas Tungsten Arc

Welding (GTAW)

szfk Szablyos felleten kzppontos kbs rcs

JELLSJEGYZK

VIII

sztk Szablyos trben kzppontos kbs rcs

t Id [s]

TM Termomechanikusan kezelt

TPB Hrom ponton terhelt hajlt (Three-Point Bending)

TTT Izoterms talakulsi diagram (Time-Temperature-Transformation)

ht Hegesztsi id [s]

8,5 / 5t 850 C-rl 500 C-ra trtn lehls ideje [s]

T Hmrsklet [C]

eT Elmelegtsi hmrsklet [C]

eT A trgy kezdeti hmrsklete [C]

liqT Likvidus hmrsklet [C]

solT Solidus hmrsklet [C]

rtegT Rtegkzi hmrsklet [C]

U Hegesztsi feszltsg [V]

0v Az tgp kalapcsnak sebessge az ts pillanatban [m/s]

ev Huzaleltolsi sebessg [m/min]

hv Hegesztsi sebessg [cm/min]

V / V% Trfogatszzalk [%]

VHT Charpy-fle V-bemetszs, hhatsvezetben bemetszett prbatest, a

bemetszs vastagsgirnyban vgigmen

VFI Vdgzas fogyelektrds vhegeszts (Gas Metal Arc Welding (GMAW))

VWT Charpy-fle V-bemetszs, varratban bemetszett prbatest, a bemetszs

vastagsgirnyban vgigmen

W A prbatest jellemz mrete fradsos repedsterjedsnl [mm]

iW A repedsindulsra fordtott energia tvizsglatnl [J]

tW A repedsterjedsre fordtott energia tvizsglatnl [J]

BEVEZETS, CLKITZSEK MEGFOGALMAZSA

1

1. BEVEZETS, CLKITZSEK MEGFOGALMAZSA

A hozzfrhetsg, a komplex tulajdonsgok s nem utolssorban az rviszonyok

alapjn a 21. szzad elejn az ipari felhasznlsban a fmcsoporton bell a vastvzetek

tovbbra is megriztk vezet szerepket. A vastvzetek, azon bell is az aclok

szleskr felhasznlst tbb tnyez is indokolja. Egyrszt a vas a fldkregben jelents

mennyisgben fordul el, ellltsi technolgija a tbbi fmhez kpest egyszerbben,

energiatakarkosabban s kisebb CO2 kibocstssal vgezhet el, tovbb egyszeren

jrahasznosthat. Msrszt mechanikai, fizikai s kmiai ellenllsa viszonylag tg

hatrok kztt vltoztathat, ebbl addan a felhasznli tulajdonsg figyelembevtelvel

az adott clra s feladatra megfelel tulajdonsg aclt lehet ellltani. Egy adott fm

felhasznlst az ellltsi ra jelentsen befolysolja. Statisztikai adatok igazoljk, hogy

j kzeltssel a felhasznlni kvnt fm egysgrnak tzszeres nvekedse, szzszoros

cskkenst eredmnyez a felhasznlsban [1]. A felsorolt indokok miatt az

anyagmrnkk egy jelents rsznek figyelme napjainkban is arra irnyul, hogy az

aclokban rejl lehetsgeket minl jobban ki lehessen aknzni.

1.1. Szerkezeti aclok fejldse, fejlesztsi tendencik

Az elmlt vtizedekben a hegesztett szerkezetek acljai jelents fejldsen mentek

keresztl. A fejlds irnyt elssorban a szilrdsg, azon bell is elssorban a folyshatr

nvelse szabta meg [2]. A nagyszilrdsg szerkezeti aclok alkalmazsa elssorban

mozg szerkezetek esetn elnys, ahol a krnyezetvdelmi szempontok miatt klnsen

fontos, hogy a szerkezet minl kisebb tmeg legyen. A nagyszilrdsg aclok

felhasznlsval elrhet kisebb szelvnymreteknek ksznheten a jrm fogyasztsa

cskken, ezltal kevesebb zemanyagra van szksg, ami kisebb krosanyag-kibocstst s

kedvezbb zemeltetsi kltsgeket eredmnyez. Tovbbi elnyknt jelentkezik, hogy a

kisebb szelvnymreteknek ksznheten kevesebb alapanyagra, hegesztsi szempontbl

pedig kevesebb hozaganyagra van szksg [3], amely tovbb cskkenti egy adott termk

ellltsnak CO2 lbnyomt [1]. A jrmiparban a fogyasztscskkens mellett a

nagyszilrdsg aclok alkalmazsa elnyt jelenthet mobil autdaruk esetn a nagyobb

emelsi magassg elrsben, illetve mezgazdasgi gpek esetn a kisebb sajttmegnek

ksznhet cskkent talajterhels (roncsolds) esetn is [4] [5]. Radsul a

nagyszilrdsg aclok alkalmazsa nemcsak a jrmipar terletn nyjt vonz megoldst


2

a tervezmrnkk szmra, hanem olyan gyrtmnyok esetn is, amelyeknl fontos, hogy

a kisebb szelvnymreteknek ksznheten a szerkezet minl karcsbb megjelenssel

rendelkezzen (pldul pletek, hidak) [6]. A hadi iparban a nagyszilrdsg aclokat

elszeretettel alkalmazzk olyan esetekben, ahol fontos, hogy az adott szerkezet knnyen

szllthat legyen (pldul mobil katonai hidak [7]).

A korszer kohszati technolgiknak ksznheten napjainkban mr a szerkezeti

aclok szles, 235-1300 MPa folyshatr tartomnyban llnak rendelkezsre [1]. Az 1.1.

brn lthat, hogy a metallurgia s a gyrtstechnolgia fejldsnek ksznheten az

elmlt szz v sorn a szerkezeti aclok folyshatra mintegy megtszrzdtt, s a

fejlds rendletlenl halad elre.

St37

S235

St52

S355N

StE420N

S420NC

StE500

S500NC

StE690V

S690QL

S1300QL

StE890V

S890QL

StE960V

S960QL

S1100QL

QStE380TM

S380MC

QStE420TM

S420MC

QStE550TM

S550MC QStE620TM

S620MC

QStE690TM

S700MC QStE740TM

S740MC

S930MCS890MC

S960M

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1910 1915 1920 1925 1930 1935 1940 1945 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 1996 1998 2000 2008

vek

Fo

lysh

at

r,M

Pa v

Melegen hengerelt

Normalizlt

Lgedzs

Vzedzs

TM-hengerelt

TM-hengerelt + BA

1.1. bra. A szerkezeti aclok fejldsi trendje az elmlt 100 vben [8]

A szakirodalom nem egysges abban, hogy milyen szilrdsg felett nevezhetnk egy

szerkezeti aclt nagyszilrdsgnak. Egyes irodalmak mr az S355 szilrdsgi kategrinl

nagyobb folyshatr aclokat nvelt folyshatrnak, vagy nagyszilrdsgnak nevezik.

A nagyszilrdsg aclok egyre szlesebb kr ipari felhasznlst figyelembe vve, a

600 MPa szaktszilrdsg (Rp0,2 = 5001000 MPa) feletti aclokat nagyszilrdsgnak,

az 1200 MPa (Rp0,2 > 1000 MPa) felettieket pedig ultra-nagyszilrdsgnak nevezhetjk

(lsd az 5.1. brt is) (30).

A kutatk a szilrdsg nvelst a drga tvzs helyett gyrtstechnolgiai

fejlesztsekkel prbltk elrni. A normalizlsi technolgiban rejl lehetsgek

kimertst kveten megjelentek a nemestett s a termomechanikus kezelssel gyrtott

nagyszilrdsg aclok. Az 1.1. brn lthat, hogy a kt technolgia fejldsvel egyre

nagyobb szilrdsg aclokat lltottak el. Elszr egy adott szilrdsgi kategrij aclt

jellemzen edzsbl s nagy hmrsklet megeresztsbl ll nemestsi technolgival


3

lltottak el, amelyet az eddigi tapasztalatok szerint 10-20 v ksssel a

termomechanikus kezelssel is sikerlt ltrehozni.

A nagyszilrdsg aclok fejldsvel s felhasznlsval kapcsolatban tovbbra is sok

kihvs ll a fejlesztmrnkk s kutatk eltt. Ezek a kihvsok az albbi terletekre

terjednek ki:

- egyre nagyobb folyshatrral s egyre jobb felhasznli (mindenekeltt

alakthatsgi s hegeszthetsgi) tulajdonsgokkal rendelkez nagyszilrdsg

aclok fejlesztse [1];

- hegesztstechnolgia fejlesztse (hegesztsi paramterablak kiterjesztse, j

eljrsok s eljrsvltozatok alkalmazsa, hozaganyagok fejlesztse) [9][10];

- alakthatsg, illetve alaktstechnolgia fejlesztse [2] [11],

- fradsi tulajdonsgok ismerete, javtsa [12];

- szemlletvlts a tervezsben, j mretezsi mdszerek alkalmazsa [13];

- szabvnyok (pldul Eurocode 3) s ms elrsrendszerek kiterjesztse [7].

Az aclgyrt vllalatok a felhasznli tulajdonsgok javtsa rdekben arra

trekednek, hogy a gyrtstechnolgia fejlesztsvel, az aclban lv szennyez tartalom

(mindenekeltt P, S) minimalizlsval, valamint megfelel makro- s mikrotvzk

kombincijval olyan mikroszerkezetet lltsanak el, amely a kimagasl szilrdsg

mellett lehetsg szerint kedvez szakadsi nylst s kis hmrskleten is megfelel

szvssgot eredmnyez.

A nagyszilrdsg aclbl kszlt szerkezetekben leggyakrabban alkalmazott

ktstechnolgia a hegeszts, azon bell is az mleszt hegeszts. Az alapvet problma

abbl addik, hogy az aclgyrtk ltal gondosan ellltott mikroszerkezetet a hegeszts

hciklusa irreverzibilisen megvltoztatja, amelyet a hegesztst kveten egyltaln nem,

vagy csak korltozottan lehet visszalltani. Ennek eredmnyeknt a varratban s a

hhatsvezetben repedsek jelenhetnek meg, valamint a hegesztsbl szrmaz hbevitel

kvetkezmnyekn a hegesztett ktsben az alapanyag mechanikai tulajdonsgaihoz kpest

jelents mrtk szvssg- s szilrdsgcskkens alakulhat ki. Ezrt a korszer

nagyszilrdsg aclok hegesztshez olyan hegesztstechnolgit kell kidolgozni, amely

a mikroszerkezetben a lehet legkisebb mrtk kedveztlen vltozst okozza.

A hegesztett szerkezetekben alkalmazott aclok fradsi tulajdonsgainak ismerete

napjainkban is a fejlesztk figyelmnek kzppontjban ll. Ezt indokoljk azok a

statisztikai elemzsek, amelyekbl az derlt ki, hogy a trsek legnagyobb szmban

hegesztett szerkezetekben kvetkeznek be. Egy tvol keleti kutatk ltal elvgzett, tbb

szz kreset statisztikai elemzsn alapul felmrsben a trst okoz ignybevtel az

esetek 79%-ban a frads valamilyen formjhoz kapcsoldott s csak 21 %-t okozta

statikus vagy kvzistatikus ignybevtel (1.2. bra). Mindez a fradsra, mint a hegesztett

szerkezetek tnkremenetelrt felels krosodsi folyamatra irnytja a figyelmet [14].


4

1.2. bra. Trssel jr kresetek statisztikja [14]

Az ipari gyakorlatban egyre szlesebb krben alkalmazott nagyszilrdsg aclok

fradsi tulajdonsgairl jelenleg mg hinyosak az ismereteink. A nagy szilrdsgbl

szrmaz elnyk statikus hzterhels esetn lnyegben maximlisan kihasznlhatk,

azonban a helyzet mr nem ennyire egyrtelm stabilitsveszts (kihajls, horpads vagy

kiforduls), illetve ismtld ignybevtel esetn. Az elmlt vekben szmos projekt

foglalkozott a nagyszilrdsg szerkezeti aclok fradsval, amelyek eredmnyei tovbbi

kutat munkra adnak okot, mivel sok esetben a fradsi szilrdsg rtke jval a

Eurocode 3-ban [15] szerepl megengedett hatrrtk felettinek bizonyult [17][18].

Hegesztett ktsek esetn a nagyszilrdsg aclok elnye mg inkbb korltozott, ezrt

napjainkban a figyelem a hegesztst kvet termikus s mechanikus utkezelsek (pldul

SWI/plazmaves kezels, tkalapls) fel irnyul, amelyekkel a hegesztett ktsek

fradsi szilrdsgt hatkonyan lehet nvelni [12].

A nagyszilrdsg aclokban lv lehetsgek teljes mrtk kiaknzshoz, a

technolgia fejlesztse mellett, a tervezsben is szemlletvltsra van szksg. A

hagyomnyos tervezsi megkzeltsek nem alkalmasak arra, hogy egy stabilitsi

problma esetn a nagyszilrdsg aclok alkalmazsval, kisebb szelvnymrettel,

sajttmeg cskkentst lehessen elrni. ppen ezrt fokozott figyelmet kell szentelni a

megfelel geometriai alak meghatrozsra (alakoptimalizls), amellyel a szilrdsg

nyjtotta elnyk mg jobban kihasznlhatk [1][13].

A nagyszilrdsg aclok szleskr felhasznlst ma mg a klnbz mretezsi

kdok s szabvnyok is akadlyozzk. Az aclfejlesztk rszrl fokozd igny

mutatkozik a szabvnyalkotk fel, hogy az egyes aclkategrikra vonatkoz elrsok

csak az elvrt teljestmny szintekre (mechanikai jellemzk, felhasznli tulajdonsgok)

terjedjenek ki, s hagyjk meg a lehetsgt annak, hogy egy-egy j acltpus, illetve

szilrdsgi kategria kifejlesztshez az aclgyrtk a gyrtsi folyamat paramtereinek s

a kmiai sszettelnek a legmegfelelbb kombincijt megtalljk [1]. Rgebben

elssorban a metallurgia hatrozta meg az aclok tulajdonsgait, napjainkban azonban a

hengerlsi s htsi lehetsgek fejldsvel szmos technolgiai megolds nylt meg az


5

aclfejlesztk eltt [2]. Rendszerint az aclgyrak fejlesztseit az elrsok csak lassan

kvetik. Pldaknt lehet emlteni a nemestett nagyszilrdsg aclokra vonatkoz

MSZ EN 10025-6 [16] szabvnyt, amelyben a 960 MPa folyshatr kategria a

legnagyobb szilrdsgi szint, mikzben napjainkban egyes aclgyrtknl mr 1100 MPa

s 1300 MPa folyshatr nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclok is elrhetk [9]. A

nagyszilrdsg aclok alkalmazst jelentsen korltozta, hogy sokig a Eurocode 3-ban

[15] szerepl mretezsi elrsokat nem lehetett alkalmazni a nagyszilrdsg aclokra.

Az emltett szabvny 2006-ban megjelent 12. fejezete azonban mr az Rp/Rm 0,95,

A5 > 10% s At 15 Rp/E felttelek bevezetsvel 700 MPa folyshatrig lehetv tette

az elrsban szerepl sszefggsek alkalmazst. Ugyanakkor a megengedhet

feszltsg maximuma tovbbra is 160 MPa maradt, amely eredetileg a 240-es folyshatr

(37 kp/mm2 szaktszilrdsg) aclok legnagyobb (lktet) kifradsi hatra volt [7]. A

Nemzetkzi Hegesztsi Intzet (IIW) elrsai valamelyest elbbre mutatak, mivel

ezekben a dokumentumokban a nagyszilrdsg aclokra vonatkoz ajnlsok mr 960

MPa folyshatrig rvnyesek [19].

Az elbbiekben bemutatott rvid ttekintsbl lthat, hogy a nagyszilrdsg

aclokban lv lehetsgek kiaknzsban a felhasznli ignyek ellenre is mg szmos

kihvs ll a fejlesztk eltt. Jelen kutatmunka az emltett tmakrkn bell a

nagyszilrdsg szerkezeti aclok hegeszthetsgre s a hegesztstechnolgia

fejlesztsre sszpontost.

1.2. A kutatmunka clkitzsei

Mr a kutatmunka elejn vilgoss vlt szmomra, hogy a doktori rtekezs keretben

nincs arra lehetsg, hogy minden relevns acltpus hegesztsi tulajdonsgait elemezzem,

ezrt a vlasztsom a Magyarorszgon jelenleg a hegesztett szerkezetekben alkalmazott

legnagyobb szilrdsgi kategrit jelent, nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclokra,

azon bell is az MSZ EN 10025-6 [16] szabvny szerinti S960QL szilrdsgi kategrira

esett. A hegesztstechnolgia fejlesztsekor kt terletre: a hozaganyag-vlaszts

szerepnek krdskrre s a hegesztsi paramterablak biztonsgos meghatrozsra

kvntam sszpontostani.

mleszt hegeszts esetn a hegesztstechnolgia tervezsnek egyik fontos eleme a

clnak megfelel hozaganyag kivlasztsa. A nagyszilrdsg aclok esetn a hozaganyag-

vlaszts krdskre a rendelkezsre ll viszonylag szks hozaganyag-vlasztk,

tovbb a szerkezet kimagasl tehervisel-kpessge miatt fokozottan felrtkeldik.

- Ebbl addan a kutatmunka elejn clknt fogalmaztam meg hegesztsi ksrletek

s a hozzjuk kapcsold anyagvizsglatok elvgzsvel a hozaganyag-vlaszts

krdskrnek rszletes elemzst, klns tekintettel a varrat-alapanyag


6

mechanikai jellemzinek (szilrdsg, nyls, tmunka) sszehangolsi krdseire

(matching).

- A hozaganyag-vlaszts terlett, tekintettel a hegesztett szerkezetek krosodsi

okai kztt szerepl fradsra, klnbz szilrdsg s alakvltoz kpessg

hozaganyagok felhasznlsval elvgzett hegesztsi ksrletek s a hozzjuk

kapcsold fraszt vizsglatokon keresztl kvnom elemezni.

A disszertciban ismertetett kutatmunknak a hegesztsi paramterablak vizsglatra

szolgl alapvet eszkze az Anyagszerkezettani s Anyagtechnolgiai Intzetben

rendelkezsre ll Gleeble 3500 tpus fizikai szimultor. A berendezs segtsgvel a

hhatsvezet kritikus svjai meghatrozhatk, s a ksbbi anyagvizsglatok szmra

elegenden nagy trfogatban, homognen elllthatk. A fizikai szimulci a

hagyomnyos mdszerekhez kpest lehetv teszi a hegesztsi paramterablaknak a

hhatsvezet tulajdonsgain alapul, a helyi szint szvssgcskkenst kompenzl

tudatos tervezst. A mdszer tovbbi elnye, hogy a kltsg- s idignyes hegesztsi

ksrletekhez kpest viszonylag sok technolgiai vltozat is relis idn bell s jl

reproduklhat mdon megvalsthat.

- Ebbl kvetkezen a kutatmunka clja, a vizsglat trgyt kpez acl mleszt

hegesztsi paramterablaknak vizsglata, a hhatsvezetben bekvetkez

mikroszerkezeti vltozsok s a mg elfogadhat mechanikai tulajdonsgromls

(elssorban szvssgcskkens) alapjn.

- Az rtekezsem egyik fontos feladataknt fogalmaztam meg a

hegesztstechnolgira irnyul olyan elvek s irnymutatsok kidolgozst,

amelyekkel a hhatsvezetben bekvetkez helyi szint szvssgcskkens hatsa

mrskelhet, szksg esetn kompenzlhat.

- Tekintettel arra, hogy a vizsglati prbatesten a berendezssel elrhet htsi

sebessg nagyban fgg a prbatest geometrijtl, ezrt a kutatmunka clja olyan

fizikai szimulcis prbatest kifejlesztse, amellyel a teljes mleszt hegesztsi

paramtertartomnyban, gy az extrm rvid hlsi idk esetn (pldul gyksor

vhegesztse elmelegts nlkl, lzersugaras hegeszts) ltrejv hhatsvezet

szvssga is vizsglhat.

UNDERMATCHING HOZAGANYAG HATSNAK KSRLETI VIZSGLATA

7

2. NEMESTETT NAGYSZILRDSG SZERKEZETI ACLOK S HEGESZTSK

Az rtekezsem clkitzseit szem eltt tartva ebben a fejezetben a szerkezeti aclok

legnagyobb szilrdsgi kategrijt jelent nemestett (Q+T) nagyszilrdsg aclok

tulajdonsgaival foglalkozom. Bemutatom az aclok gyrtsa sorn alkalmazott

szilrdsgnvelsi mdszereket, elemzem ezen aclok hegeszthetsgt s ttekintem a

hegesztstechnolgia tervezsnek szempontjait.

2.1. Szilrdsgnvelsi mdszerek a Q+T aclokban

A tbbfzis rendszerek, gy az aclok szilrdsgnak nvelsre is tbbfle mdszer

ismert [1][20][21]:

- szilrd oldatot alkot tvzk adagolsa;

- szemcsefinomts;

- kplkenyalakts;

- hkezels:

o kivlsos kemnyts,

o allotrp talakulsok kihasznlsa;

- termomechanikus kezels.

Sok esetben egy nagyszilrdsg acltpus esetn az elzekben felsorolt mdszerek

kzl tbb szilrdsgnvel mechanizmust egyttesen alkalmaznak, a legnagyobb

szilrdsg aclokat pldul csak az emltett mdszerek valamilyen mrtk

kombincijval lehet ellltani. Ebben a fejezetben a terjedelmi korltok miatt csak a

nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclokban alkalmazott szilrdsgnvelsi

mdszereket mutatom be rszletesen.

2.1.1. Szilrd oldatot alkot tvzk alkalmazsa

A vassal szilrd oldatot kpez tvzk hatkonyan nvelik az acl szilrdsgt. Az

tvz atomok rcstorzulst eredmnyeznek, amely nehezti a diszlokcik mozgst,

ezltal pedig a szilrdsg nvekedshez vezetnek [1] [22].

Az atomok mrete eltr egymstl, gy a helyignyk is klnbz a kristlyrcsban,

ebbl kvetkezen pedig klnbz mrtk rcstorzulst okoznak. A szubsztitcisan

(helyettestsesen) oldd elemek a diszlokcik mozgsakor megnvelik a srldst, s


8

mennyisgk fggvnyben linerisan nvekszik a kritikus cssztatfeszltsg rtke.

Mretben jelentsen eltr elemek mr akr kis koncentrciban is hatkonyan

blokkolhatjk a diszlokcik mozgst. A szubsztitcisan oldott elemek csak az

ldiszlokcik mozgst akadlyozzk, mert az ltaluk okozott trfogatvltozs

gmbszimmetrikus. A csavardiszlokcik krl csak nyr alakvltozs van,

trfogatvltozs nincsen, ezrt esetkben nem rvnyesl a szubsztitcisan oldott atomok

trfogat-vltoztat hatsa [20].

Az interstcis (bekeldses) szilrd oldatot alkot elemek okozta szilrdsgnvekeds

lnyegesen nagyobb, mint a szubsztitcisan oldd elemek [22]. Mr kis atomtmrj

elemekkel is igen nagy rcstorzulst lehet elrni. Tekintettel arra, hogy az interstcisan

oldott atomok ltal okozott trfogatvltozs nem gmbszimmetrikus, torzt hatsuknak

nyrsszetevje is van, ezrt az ldiszlokcik mellett a csavardiszlokcikat is

akadlyozzk a mozgsban [20] [22].

2.1.2. Szemcsefinomts

A szemcsefinomts az egyik leggyakrabban alkalmazott szilrdsgnvelsi mdszer, a

szakirodalom ennek eredmnyt gyakran a finomszemcss acl jelzs szerkezettel rja le.

Polikristlyos fmek esetn a szemcsehatrok (elssorban a nagyszg szemcsehatrok)

igen hatsosan akadlyozzk a diszlokcik mozgst, ami a folyshatr nvekedst

eredmnyezi. A szemcsehatroknl a csszskok megszakadnak, gy a szemcsn bell

mozg diszlokcik nem tudnak tjutni az egyik szemcsbl a msikba, hanem a hatrok

eltt feltorldnak [20] [21]. Minl kisebb a szemcsemret, annl nagyobb lesz egy adott

trfogatban tallhat szemcsehatrok sszfellete, s ezzel egyre tbb lesz az akadly a

diszlokcik mozgsval szemben. A Hall-Petch sszefggs a folyshatr s a szemcsk

mrete kztti kapcsolatot rja le [1]:

0 pk

R Rd

(2.1)

A szemcsemret cskkentsnek elnye, hogy egyidejleg nveli az acl szilrdsgt s

szvssgt. A szemcseszm alapveten gy nvelhet, ha a kristlyosods egyidejleg

tbb csrn indul meg, ami a rendszer nagyobb mrtk tlhtsvel rhet el. Aclok

esetn hkezelssel (pldul normalizls) s termomechanikus kezelssel a szemcsemret

hatkonyan cskkenthet. A nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclokban az austenites

tartomny als hatrrl trtn edzst kveten nagyon finom, 10-15 m tlagos

szemcsemret mikroszerkezet alakul ki. rdemes megjegyezni, hogy termomechanikus

kezelssel ez a szemcsemret mg egy nagysgrenddel kisebbre, akr 1 m al is

cskkenthet [3].


9

2.1.3. Allotrp talakuls kihasznlsa

Az aclok szilrdsgt hkezelssel, kivlsos kemnyts s/vagy allotrp talakuls

tjn is hatkonyan lehet nvelni. A kvetkezkben a szilrdsgot leghatkonyabban

nvel allotrp talakulssal, a martensites szvetszerkezet kialakulsval foglalkozom

rszletesen. A martensites talakuls inkubcis, lappangsi id nlkli, rendkvl gyorsan

(800-1100 m/s) lejtszd folyamat az allotrp talakulssal rendelkez fmekben, amely

gy mehet vgbe a leggyorsabban, ha egyidejleg tbb atom vltoztatja meg a helyt. A

martensites talakuls tulajdonsgai az albbiak szerint foglalhatk ssze [20][23][24]

[25].

- A martensites talakuls kooperatv atommozgssal vgbemen, alapveten

diffzimentes folyamat.

- A martensit sszettele megegyezik a szlfzis, az austenit sszettelvel.

- A martensit s az austenit kztt szoros kristlytani kapcsolat van, az talakuls az

n. habitus sk mentn trtnik, amely a martensit/austenit hatrfellet is egyben.

- Az talakulst alakvltozs ksri, amely felleti relief kialakulst eredmnyezi.

- A martensit szksgszeren tartalmaz kristlyhibkat.

- A homogn, egyfzis austenitbl rcstbillenssel, karbonban tlteltett, egyfzis

martensites szvet keletkezik.

Az austenit s a martensit rcs kztt reproduklhat kapcsolat van. A legtbb esetben

az austenit s a martensit legsrbben kitlttt atomskjai kzel prhuzamosak egymssal,

s ezeken a skokon a kristlytani irnyok szintn kzel prhuzamosak maradnak. Az

austenit s a martensit egymssal prhuzamos skjain a legszorosabb a kristlytani

kapcsolat, ezrt az talakuls is ezen skok mentn megy vgbe. Az austenit/martensit

hatrfelletet habitus sknak nevezi a szakirodalom [22].

A martensites talakuls alapveten a Bain modellre vezethet vissza [22][23].

2.1. bra. Bain modell [22]

A modell szemllteti, hogy a felleten kzppontos kbs rccsal (szfk) rendelkez

austenit hogyan tud a lehet legkevesebb atommozgs s legkisebb alakvltozs mellett


10

trben kzppontosan kbs rccs (sztk) alakulni. A 2.1. brn lthat modellben x, y, z

az eredeti felleten kzppontos kbs rcs, x, y, z pedig a ltrejv trben

kzppontosan kbs rcs tengelyeit jelli.

Ahogy a modellben is lthat, az elnyjtott sztk cella berajzolhat kt szfk cellba. A

rcsparamterek figyelembevtelvel, a trben kzppontosan kbs rccs trtn

talakuls az eredeti cella z irnyban trtn 20%-os zsugorodsval, valamint az x s az y

tengelyek mentn trtn tgulsval megy vgbe [22].

Az talakuls ltal kivltott alakvltozs mechanikai feszltsget breszt mind a

szlfzisban, mind a martensit fzisban. A martensit kristly nvekedsvel a feszltsg

szintn nvekedne, ami egyre jobban akadlyozn az talakulst. A martensit csra

nvekedse teht csak akkor lehetsges, ha a mechanikai feszltsgek valamilyen

mechanizmussal leplnek. A feszltsgek leptse az alakvltozsi mechanizmusokkal

azonos mdon trtnik [22].

A kooperatv atommozgs diszlokcis elcsszssal (slip) s

ikerkpzdssel/elfordulssal (twinning) mehet vgbe (2.2. bra).

2.2. bra. A martensites talakuls vgbemenetele diszlokcis csszssal (c) s

ikerkpzdssel (d) [22]

A diszlokcis csszs mrtke rcsparamternyi lehet, hogy szerkezeti vltozst ne

okozzon a martensit kristlyban. Az ilyen csszst a rcsllandnyi nyrs (lattice

invariant shear) teszi lehetv. Az ikerkristlyok kpzdsvel szintn nem vltozik meg a

martensit rcsszerkezete, viszont a mechanikai feszltsgek leplnek. Mindkt

mechanizmus lehetv teszi, hogy habitus sk ne szenvedjen makroszkpikus alakvltozst

[22].

A martensit fzisban mkd alakvltozsi mechanizmusok miatt a martensit fzis

kristlyhibkat tartalmaz. Ha a feszltsg diszlokcis csszssal plt le, a martensit tk


11

szlein megnvekedett diszlokci-srsget tapasztalunk. Amennyiben a feszltsg

ikerkristlyok kialakulsval plt le, az ikerkristly-hatrok rtegzdsi hibkknt

jelentkeznek. A diszlokcik, illetve az ikerkristly-hatrok mellett a martensit fzis igen

nagyszm vakancit is tartalmaz [22].

A kialakul martensit kemnysgt az interstcis formban oldott karbon atomok

mennyisge jelentsen befolysolja (2.3. bra). A vastvzetek Heyn-Charpy fle

ikerdiagramjbl [1] kvetkezik, hogy a ferrit sokkal kevesebb karbont tud oldatban

tartani, mint az austenit. A trkzepes kbs rcs karbonold kpessge

szobahmrskleten mindsszesen a Q pontnak megfelel 0,006% [24], mikzben a

nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclok esetn a karbontartalom a 0,1-0,2% kztti

tartomnyban van. Ennl a karbontartalomnl tlagosan csak nagysgrendileg minden 50-

200-ik elemi cella tartalmaz egy interstcisan bekeldtt karbon atomot [22]. Felmerl a

krds, hogy a martensit kemnysghez s szilrdsghoz ez a viszonylag kevs karbon

mgis milyen mdon jrul hozz ilyen jelentsen.

A szablyosan kzppontosan kbs rcsban kt lehetsges interstcis helyzet van,

nevezetesen a ngy atommal krl vett tetraderes s a hat szomszdos atommal krlvett

oktaderes pozci. Amennyiben felttelezzk, hogy a kristlyrcsot alkot atomok

szorosan illeszkednek egymshoz, a lapkzepes rcsban a tetraderes interstcis

helyzetben mindsszesen 0,0568 nm, az oktaderes pozciban pedig 0,1044 nm ll

rendelkezsre, mikzben a karbon atomok tmrje 0,154 nm. Ez azt eredmnyezi, hogy

nhny karbon atom jelenlte esetn is mr jelents alakvltozst szenved a kristlyrcs,

mg a kedvezbbnek bizonyul oktaderes pozcik esetn is [22].

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6

C-tartalom (%)

0

100

300

500

700

900

0,1270

0,1274

0,1278

0,1282

0,1286

0,1290

0,1294

HV lgytott

V lgytott

V edzett

HV edzett

HV martensit

Vic

ker

s kem

nys

g,

HV

Faj

trf

ogat

, V

(cm

3/g

)

2.3. bra. A kemnysg vltozsa a karbontartalom fggvnyben [24]

A trkzepes rcsban hrom oktaderes s hat tetraderes interstcis hely van. A

trkzepes kbs rcs klnleges tulajdonsga, hogy a felleten kzppontos kbs

rcshoz kpest tbb interstcis hellyel rendelkezik, ugyanakkor ezen helyek mrete


12

jelentsen kisebb. Radsul mrsek igazoljk, hogy a vasban interstcis formban oldd

karbon s nitrogn elssorban a kisebb mret, a trkzepes rcs esetn a 0,0346 nm

mret oktaderes pozcikban helyezkedik el [22]. Ebbl kvetkezik, hogy viszonylag

kisszm interstcisan bekeldtt karbon atom is mr jelents rcstorzulst tud

eredmnyezni. Ennek ksznheten a martensites talakuls sorn egy ersen tlteltett

interstcis szilrd oldat jn ltre. A rcstorzuls mrtktl fggen megklnbz-

tethetnk tetragonlis s kbs martensitet. A tetragonlis martensit elssorban a nagyobb

(>0,2%) C-tartalm aclokban keletkezik. A kis C-tartalm aclokban ltrejv martensit,

a kisebb rcstorzuls miatt, inkbb kbs szerkezetnek tekinthet.

A martensites talakuls termodinamikai szempontbl viszonylag nagy hajtert,

tlhtst ignyel, amely abbl kvetkezik, hogy a martensit kpzdsnek hmrsklete

(Ms) jelentsen kisebb, mint az talakuls termodinamikai egyenslyi hmrsklete (T0).

Ennek oka, hogy a hajternek az talakulst ksr nem kmiai energiaszksgletet is

fedeznie kell (j hatrfellet keletkezse, mechanikai feszltsgek a martensitben s az

austenitben, hatrfellet mozgsbl szrmaz srldsi energia) [22].

A martensit morfolgijnak megismerse szempontjbl, a martensit keletkezsre

jellemz rendkvli talakulsi sebessg miatt a martensit tk, illetve lemezek

keletkezsnek krlmnyeit clszer rszletesebben is megvizsglni. A keletkezsi

krlmnyei alapveten meghatrozzk az talakuls sorn keletkez tk s lemezek

szmt, mrett s alakjt, amelyek hatssal vannak a martensit szilrdsgra s

szvssgra. A martensit csrk szmnak nvelsvel finomabb szerkezet martensit jn

ltre, amely kedvezen hat a martensit szilrdsgra s szvssgra. A martensites

talakuls nagyon gyors lefolysa miatt az talakulst ksrleti ton tanulmnyozni

rendkvl nehz. Villamos ellenllsmrssel sikerlt kimutatni, hogy az talakuls

kezdetn az austenittel koherens, nvekedsre kpes martensit csra jn ltre. A martensit

csrk szmt, amely a martensit morfolgijra is hatssal van, a diszlokci-srsg

alapveten befolysolja, s tbb elmlet is van a klnbz tpus diszlokcik

csrakpzdsben betlttt szerepre [22].

A csrakpzdst kveten a martensit lemez rendkvl gyors nvekedsnek indul,

amg nem tallkozik egy msik lemezzel, vagy pedig egy nagyszg szemcsehatrral. A

martensit lemezek nvekedsekor a diszlokcik szintn jelents szerephez jutnak. A

martensitet morfolgiai szempontbl megklnbztethetjk ts (lath), vagy lemezes

(plate) martensitre. Tekintettel a nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclok viszonylag

kis karbontartalmra, ezrt a kvetkezkben csak a ts (ms nven lces) martensittel

foglalkozom rszletesen. Transzmisszis elektronmikroszkppal megfigyeltk, hogy a kis

karbontartalm aclokban ts martensit jn ltre, amelyben a mhsejtszer blokkok, illetve

a szubszemcsk hatrain nagy diszlokci-srsg figyelhet meg. A fokozott diszlokci-

srsg is hozzjrul a martensites talakuls okozta szilrdsgnvekedshez [22]. A kis


13

karbontartalm aclokban elfordul tszer martensit megjelenst tekintve vkony

lencskhez is hasonlthat. A 2.4. brn jl megfigyelhet a ts s a lemezes martensit

mikroszerkezete kztti klnbsg. Az utbbi esetben az ikerkpzdssel ltrejtt

martensit lemezek kzepn n. midribek figyelhetk meg, ahonnan a lemezek nvekedse

elindult.

Eredeti austenit szemcsehatr

Blokk Kteg

(a) (b)

2.4. bra. Optikai mikroszkpos felvtel egy C = 0,005% karbontartalm ts (lath) s egy

C = 1,86% karbontartalm lemezes (plate) martensitrl [26]

Bels srldsos vizsglatokkal kimutattk, hogy a ts martensitben a cellk falban

rendszerit a karbontartalom nagyobb, mint a cellkban, ami korltozott karbon diffzira

utal [22].

MS hmrsklet

Ts

martensit

mennyisge

Maradk

austenit

T

s m

art

en

sit

me

nn

yis

g

e, V

/V%

H

m

rs

kle

t,

CA

us

ten

it, V

/V%

Karbontartalom, m/m%

2.5. bra. A ts martensit s a maradk austenit mennyisge a karbontartalom

fggvnyben [22]

A kis karbontartalm aclokban a nagy Ms hmrsklet esetn az talakuls sorn

felszabadul h szintn hatssal lehet a karbon diffzijra s a diszlokcik leplsre.

Ebbl is kvetkezik, hogy a kis karbontartalm aclokban szoros kapcsolat figyelhet meg

az als-bainit s a martensit kztt, s szakavatott szemekre van szksg a kt szvet

megklnbztetshez. Ts martensit esetn a maradk austenit mennyisge viszonylag

cseklynek mondhat (2.5. bra), amibl kvetkezen az oldalgi nvekeds s a keletkez


14

martensit tk kztti talakuls mindenfle nehzsg nlkl megy vgbe [22]. Mikzben a

szemcsemret a diszlokci-srsggel szemben a martensitcsrk szmt nem

befolysolja, meghatroz szerepet tlt be a martensit tk s lemezek vgs mretben.

Tekintettel arra, hogy a nemestett nagyszilrdsg aclokat az edzst kveten nagy

hmrskleten megeresztik, ezrt fontos a martensit megeresztsre is rszletesebben

kitrni. A megereszts sorn az edzs sorn keletkezett rcsfeszltsgek cskkennek s a

szvetszerkezet az egyenslyi llapot irnyba vltozik. E vltozsok alapveten a

hmrsklettl, illetve a hntarts idejtl fggnek [24]. A kis karbontartalm, gyengn

tvztt aclokban a martensites talakuls viszonylag nagy hmrskleten indul meg,

amely mellett mr a lehtsi (edzsi) szakasz sorn (teht nem a megeresztsi hciklus

sorn) a karbon szegregcijra, vagy akr -karbid s cementit kivlsra elegend id

llhat rendelkezsre. A hexagonlis szerkezet -karbid a 0,2%-nl kisebb karbon tartalm

aclokra nem jellemz, mivel ebben az esetben a viszonylag nagy Ms hmrsklet

elegendnek bizonyul a hlsi szakasz sorn a karbon thatrokra trtn diffzijhoz.

Ebbl addan a megeresztsi szakaszra az -karbid kivlshoz nem marad elegend

oldott karbon. A 250-700 C kztti megeresztsi tartomnyban ltrejv, kezdetben lces

szerkezet, nagyobb hmrskleten begmbsd cementit gyakran komplex (FeM)3C

karbidok formjban van jelen [22].

Amennyiben az acl elegend mennyisgben tartalmaz stabil karbidkpz tvzket,

akkor a karbidok az 500 C feletti hmrskleten alakulnak ki, amelyen mr a

szubsztitcis diffzi meghatrozv vlik. Ezek a karbidok helyettestik a kevsb stabil

cementitet, amely ezen a hmrskleten visszaolddik, ahogyan a finomabb karbidkivls

ltrejn. Az tvzk ltal ltrejtt karbidok hatsa egy msodlagos kemnyedsben valsul

meg. A karbidok szilrdsgnvel hatsa a finomsguktl s az eloszlsuktl fgg. A

nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclokban elfordul tvzk kztt tbb

karbidkpz is megtallhat. A molibdn a hexagonlis szerkezet Mo2C formjban, a

krm a hexagonlis szerkezet Cr7C3 s a kbs szerkezet Cr23C6 formjban kpez

karbidokat, mindegyik esetben 550 C krli hmrskleten. A legfinomabb

karbidkivlsok, amelyek a nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclokban is

megtallhatk s a szemcsedurvulst akadlyozzk: a VC, a NbC, s a TiC.

A nagy hmrsklet megereszts (HTT) alatt a hkezelsi gyakorlat a 350 C-A1

hmrsklet-intervallumot, kis hmrsklet megereszts (LTT) alatt pedig a 350 C alatti

hkezelst rti.

Egy 0,18% karbontartalm martensit megeresztsekor kialakul szvetszerkezett a 2.6.

bra szemllteti, amely jellegben megegyezik a disszertcim trgyt kpez nemestett

nagyszilrdsg szerkezeti aclok mikroszerkezetvel. A megereszts hatsra az eredeti

martensit tk hatra megmarad, ugyanakkor a tk belsejben lv cellafalak eltnnek s a

diszlokcik rendezdnek.


15

2.6. bra. Megeresztett ts martensit a megmaradt tk hatrfelleteivel (N=2000x,

C=0,18, Tmeg = 600 C, tmeg =10 min)[27]

A nagy Ms hmrskletnek ksznheten mr az edzsi szakasz sorn nhny karbon

atom a diszlokcikba vagy a thatrokra vndorol. Alapveten csak a 0,2%-nl nagyobb

karbontartalm aclokban marad a karbon teljes mrtkben oldatban. rdekes mdon

azonban ez a jelensg nem hat kedveztlenl a kemnysgvltozsra. Az elbbiekben

lertakbl addan ezeknl az acloknl a f szilrdsgnvel mechanizmus elssorban a

finom ts, illetve mhsejtszer szerkezetbl s a diszlokci-srsgbl addik, s kevsb

az oldott llapotban lv karbontl. Az elbbieket figyelembe vve ezen aclok

folyshatrt a Gladman ltal mdostott Hall-Petch sszefggssel lehet jellemezni [22]:

0 p diszl karbidk

R R R Rd

. (2.2)

A d ebben az esetben az tlagos szemcsemret helyett sokszor a kzepes cellamretet, vagy

tmretet jelenti. Ezen aclok tlagos tszlessge 2-3 m krl alakul [22].

2.1.4. Az tvzk szerepe a nemestett nagyszilrdsg aclokban

A karbon az acl alapvet alkotja, amely a szilrdsgnvelsben jtszik meghatroz

szerepet. A szilrdsgot oldott formban interstcis tvzknt, a fzistalakulsok (Fe3C

lemezek s korongok) s a megereszts sorn pedig karbidok (cementit, tvzk karbidjai)

formjban nveli. Austenitkpz tvzknt cskkenti az Ms hmrskletet [28].

Mennyisgt a repedsveszly elkerlse rdekben a szerkezeti aclokban 0,2%-ban, a

nagyszilrdsg hozaganyagok esetben a varratban bekvetkez hidegrepedsek

megakadlyozsa cljbl mg szigorbban korltozzk.

A mangn kedvez ra miatt az acl alapvet szilrdsgnvel tvzje, amely egy

bizonyos hatrig (kb. 1,5%) a szvssg cskkentse nlkl, szubsztitcis tvzs

formjban nveli a szilrdsgot [28]. Tovbbi elnys tulajdonsgaknt lehet

megemlteni, hogy az oxignnel s a knnel knnyen reakciba lp, ami az acl

mechanikai tulajdonsgaira szintn kedvez hatssal van, tovbb a melegrepedsi


16

hajlamot cskkenti. Az edzdsi hajlamra gyakorolt hatsa miatt a karbonegyenrtkre

(CEV, CET [29]) vonatkoz sszefggsekben szerepel. A nemestett nagyszilrdsg

szerkezeti aclokra vonatkoz MSZ EN 10025-6 [16] szabvny a mangn mennyisgt

1,7%-ban korltozza.

A szilcium ers dezoxidl kpessge miatt az aclok alapvet tvzje [28]. A

gyengn tvztt aclokban szilrd oldatot alkot tvzknt a szilrdsgot nveli, a

szvssgot viszont jelentsen rontja. Szerepe a hidegrepedsek keletkezsben

ellentmondsos, ezrt egyes karbonegyenrtk sszefggsekben megtallhat (lsd a

2.19. brt is). Mennyisgt a nemestett nagyszilrdsg aclok esetn 0,8%-ban

korltozzk [16].

A krm ferrit-, karbid- (Cr23C6, Cr7C3, Cr3C2) s oxidkpz tvz [28]. Az talakulsi

grbk jobbra tolsval az edzdsi hajlamot, ebbl kvetkezen pedig a szilrdsgot

jelentsen nveli. A krm nem tekinthet hegesztsbart tvznek, ezrt a jl

hegeszthet aclokban egyltaln nem, vagy csak 0,5%-ban szerepel. Mennyisgt a

nemestett nagyszilrdsg aclokban 1,5%-ban korltozzk, azonban a repedskpzdsi

hajlam miatt az aclgyrtk a maximlis krmtartalmat rendszerint a hatrrtk tredkre

vlasztjk [16].

A molibdn a nemestett nagyszilrdsg aclok gyakran alkalmazott, ferrit- s

karbidkpz tvzje [28]. A megereszts sorn 550 C felett keletkez, msodlagos

kemnyedst okoz Mo2C formjban hatkonyan nveli a megeresztsllsgot [22].

Tbbrteg varratfelpts esetn fontos szerepet tlt be a szilrdsgi jellemzk

megrzsben. A nemestett nagyszilrdsg aclokban a repedskpzdsi hajlam

elkerlse miatt a mennyisgt 0,7%-ban korltozzk [16].

A hegesztsbart tvznek tartott nikkel szubsztitcis tvz formjban, az

alakvltozsi s szvssgi jellemzk jelents romlsa nlkl, hatkonyan nveli a

szilrdsgot. A repeds-megelzs s a biztonsgos zemi viselkeds szempontjbl

elsrenden fontos nylst, szvssgot s tmeneti hmrskletet csak elfogadhat

mrtkben rontja (2.7. bra).

2.7. bra. A nikkeltvzs mechanikai tulajdonsgokra gyakorolt hatsa (32)


17

A nikkel mennyisgt a nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclokban 2%-ban [16], a

hozzjuk tartoz hozaganyagokban pedig 2,8%-ban korltozzk [30]. Ennek az az oka,

hogy nagyobb mennyisgben a knnel eutektikumot kpezve nveli a melegrepedsi

hajlamot. A nikkel viszont a fldkregben elfordul ritka elemknt meglehetsen drga,

emiatt elssorban a nagyszilrdsg hozaganyagokban alkalmazzk, az alapanyagok

szilrdsgt pedig inkbb a gyrtstechnolgival prbljk javtani, illetve az aclgyrts

sorn a nikkel tvzse helyett ms, kevsb drga tvzket hasznlnak fel. A nikkellel

trtn tvzs mechanikai tulajdonsgokra gyakorolt hatst a 2.7. bra szemllteti.Az

alumnium ers dezoxidl s nitridkpz [28]. Az ltala kpzett viszonylag lgy oxidok s

nitridek kristlycsrkat alkotnak, emiatt az alumnium a szemcsefinomtsban is fontos

szerepet tlt be; szemcsefinomt hatsa azonban elmarad a titntl s a nibiumtl [31].

tvzni csupn annyit szabad az aclba, amennyi az oxign s a nitrogn megktshez

szksges, mivel a maradk, oldatban maradt alumnium az alakvltoz kpessget rontja.

Az alumniummal trtn tlzott mrtk tvzs elsegti a fels bainites talakulst, ami

cskkenti a szvssgot, tovbb az alumnium a karbonban dsult helyi trkeny znk

(M-A szigetek) kialakulsban is szerepet jtszik [32].

A nibium mikrotvzknt fontos szerepet tlt be a nagyszilrdsg aclokban. Nitrid-

s karbonitridkpz [28]. A ltrejv diszperz kivlsok az austenit szemcsk durvulst

hatkonyan akadlyozzk a hhatsvezetben. Mr 0,02% mennyisg nibium is

hatkonyan nveli egy kzepes karbontartalm acl folyshatrt, kedvezen hat a

szemcss (granulris) bainit s martensit kpzdsre [31]. A nemestett nagyszilrdsg

aclokban a nibium tartalmat 0,06%-ban korltozzk [16]. Ugyanakkor rdemes

megjegyezni, hogy a nibiummal trtn nagyobb mrtk (0,03% krli) tvzs az M-A

szigetek kialakulst mr elsegtheti [33].

A vandium nitrid- s karbonitridkpz [28]. Kivlsos kemnyeds formjban,

valamint szemcsefinomt hatsaknt nveli a szilrdsgot. A 0,13-0,15% krli karbon-

s 1% mangntartalom mellett mr szmtani kell a kivlsos kemnyedsre, klnsen

akkor, ha a nitrogn tartalom meghaladja a 0,01%-ot [31]. Kimutattk, hogy szoros

kapcsolat van a vandium tartalom s az M-A szigetek mrete kztt. A nemestett

nagyszilrdsg aclokban a maximlisan megengedett vandium tartalom 0,12% [16].

A titn nitrid- s karbonitridkpz, tovbb nagyon ers dezoxidens [28]. Jelents

szerepet tlt be a szemcsedurvuls mrtknek cskkentsben a hhatsvezetben. A

kivlsos kemnyeds mellett szerepet tlt be a szulfidok alakjnak kedvez irnyban

trtn formlsban is. Ers dezoxidl jellege miatt hatsa akkor rvnyesl igazn,

amennyiben az acl teljes mrtkben (alumniummal) csillaptott [31]. A nitrogn

megktsben jtszott szerepe miatt az acl regedsllsgt javtja. A titn folykony

llapotban is reakciba tud lpni a nitrognnel, ebben az esetben viszont nagymret

kivlsok keletkeznek, amelyek kevsb akadlyozzk a szemcsedurvulst s a repedsek


18

kiindul helyei lehetnek [35]. A titn megengedett maximlis mennyisge nemestett

nagyszilrdsg aclokban 0,05% [16].

A cirknium nitrid- s karbidkpz tvz, tovbb dezoxidl hats [28]. A kn

megktsvel cskkenti a melegrepedsi veszlyt, radsul a keletkez zrvnyok alakja

kedvezbb lesz, ami az acl alakvltoz kpessgben is megjelenik [31]. A cirknium

megengedett maximlis mennyisge nemestett nagyszilrdsg aclokban 0,15% [16].

A br a nemestett nagyszilrdsg aclok egyik elterjedt mikrotvzje. Ers nitrid-,

de klnsen ers karbidkpz. A br nagyon hatkonyan nveli az tedzhetsget azltal,

hogy az austenit szemcsehatrn dsulva akadlyozza a proeutektoidos ferrit kpzdst

[34]. Tovbbi kedvez tulajdonsga, hogy finom karbidkivlsok formjban jelentsen

nveli az acl tmunkjt, szvssgt [36]. A br oxid-, karbid- s nitridkpz hajlama

miatt csak nagyon pontosan szablyozott tvzssel rhet el, hogy az austenit

talakulsnak akadlyozshoz szksges 1030 tmeg ppm elemi szabad br

rendelkezsre lljon, de mennyisge ezt ne haladja meg. A nagyobb mennyisg br

ugyanis mr boro-karbid [Fe23(CB)6] formjban kivlik, ami az austenit szemcsvel

inkoherens hatrral rintkezik, s a ferritkpzdst segtve, rontja az tedzhetsget.

Mennyisgt a nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclokban 0,005%-ban korltozzk

[16]. Ennek a kis mennyisg brnak a mikrotvzse egyben a br alkalmazsnak

htrnya is, mivel az aclgyrts magas fok szablyozottsgt ignyli; a nagyon kis

koncentrci miatt a homogn adagsszettel csak kltsges technolgival rhet el.

2.2. Gyrtstechnolgia

A nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclok esetn a kimagasl szilrdsgot a

gondosan megvlasztott tvz tartalom s a hkezelstechnolgia egyttes hatsval rik

el. Az A3 hmrsklet feletti meleghengerlst kveten viszonylag lass htsi sebessg

alkalmazsval a hengerelt acllemezt szobahmrskletre htik vissza, majd ezt kveten

jra A3 fl hevtik, s rvid ideig hntartjk, amg a teljes keresztmetszet austenites

szerkezet lesz. Ilyenkor az aclgyrtk arra trekednek, hogy az Ac3 hmrskletet csak

minimlisan lpjk tl, garantlva a lehtst kveten megclzott finom (10 m)

szemcsemretet. A hntartst kveten egy edzsi folyamat kvetkezik, amely sorn

rendkvl intenzv htst (ltalban vzhtst) alkalmaznak. Ezrt ezt a csoportot a

szakirodalom gyakran vzedzs nagyszilrdsg aclnak nevezi, valamint a kis karbon-

tartalom miatt sokszor a vakedzett (helyesebben: vaknemestett) jelzvel ltja el [36]. Az

tedzhetsg nvelse miatt ezekhez az aclokhoz az talakulsi diagramokat jelentsen

jobbra tol tvzket, krmot s molibdnt, esetenknt nikkelt adagolnak, illetve az

aclgyrtk gyakran alkalmaznak mikrotvzket.


19

Egy ilyen nemestett nagyszilrdsg szerkezeti acl gyrtsnak folyamatt a 2.8. bra

szemllteti.

T [C]

t [min]

QHTT

Meleghengerls

A3

A1

2.8. bra. A nemestett (Q+HTT) szerkezeti aclok szoksos gyrtsi folyamata

Az edzst kveten a hkezels megeresztsi szakaszban A1 hmrsklet al hevtik az

aclt, ahol egy hntartst kvet lass lehts sorn nyeri el vgs szvetszerkezett,

amely a kimagasl szilrdsgi jellemzk mellett megfelel szvssgi tulajdonsgokkal s

alakvltozsi kpessggel rendelkezik. Ezeknek az acloknak a megeresztsekor nagy

megeresztsi hmrskletet, s viszonylag rvid hntartsi idt alkalmaznak. A

megeresztsi szakasz sorn a nagy megeresztsi hmrsklet miatt karbidkpzds

(pldul Mo2C, Cr23C6) mehet vgbe, ami kedvezen hat az acl szilrdsgi

tulajdonsgaira. Az elzekben ismertetett gyrtstechnolgival ellltott Weldox 960 E

klnbz lemezvastagsgok esetn alkalmazott vegyi sszettelt s mechanikai

tulajdonsgait statisztikus formban az M2 mellklet tartalmazza.

rdemes megjegyezni, hogy napjainkban mr a nagyobb vastagsg lemezek esetn is

ismert olyan aclgyrtsi technolgia, amellyel a meleghengerlst kveten a hkezels

sorn nem szksges kln egy edzsi hciklust alkalmazni, hanem kzvetlenl a

hengerls utn vzedzst alkalmaznak, ezltal a gyrts sokkal gazdasgosabb tehet.

Ezeket az aclokat a szakirodalomban direkt edzettknt (DQ) emltik [37] [38].

2.3. Ridegedsi hajlam

A nemestett nagyszilrdsg aclok gyrtsakor s a hbevitellel jr felhasznlsi

technolgik sorn (pldul termikus vgs, hegeszts, melegegyengets) fokozott

krltekintssel kell eljrni. A hagyomnyos aclokhoz kpest a nemestett

nagyszilrdsg aclok fokozott ridegedsi hajlamt mr az egyhez kzeli Rp/Rm arny

jelzi. A 2.9. bra a klnbz szilrdsgi kategrij szerkezeti aclok Rp/Rm arnyt s

szzalkos szakadsi nylst szemllteti, a szaktszilrdsg fggvnyben. Ebbl

addan a nemestett nagyszilrdsg aclok szaktdiagramjn az egyenletes nyls


20

szakasza minimlis, aminek kvetkeztben ezek az aclok rendkvl kis kplkeny

tartalkkal rendelkeznek.

200 400 600 800 1000 1200

Szaktszilrdsg, MPa

0

10

20

30

40

Sza

kadsinyl

s,%

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Foly

shat

r/sza

ktszi

lrd

sg

Rp / Rm

A5

2.9. bra. Az aclok szilrdsgnak hatsa a ridegedsi hajlamra

Az elzekhez trsul, hogy a nagyszilrdsg aclokban a kismret rideg fzisok

karbidok, martensit szigetek vagy esetenknt zrvnyok hasadsos trshez vezethetnek,

amennyiben a mtrix kplkeny folysa nagy mechanikai feszltsget ad t a rugalmasan

feszlt rideg rszen (2.10. bra). Elegenden nagy feszltsg esetn a rideg zna s a

mtrix hatrfelletn repeds jelenhet meg. A rideg zna mrettl s a hatrfellet

repedsmegllt kpessgtl fggen a keletkez mikrorepeds hasadsos trshez

vezethet, amelynek terjedse egy nagyszg szemcsehatrnl megllhat, kedveztlen

esetben viszont tovbb terjedhet a szomszdos szemcsbe. Amennyiben a nagyszg

szemcsehatrok kztt viszonylag jelents tvolsg van (pldul a hegesztett kts

szemcsedurvult svja), akkor a hasadsos trs megakadlyozst elssorban a rideg fzis

mretnek korltozsval lehet megvalstani. Finomszemcss szerkezet esetn a

repedsterjeds szempontjbl elssorban a nagyszg szemcsehatrok repedsterjedst

megllt kpessge a dnt [1].

A 2.10. brn szemlltetett esemnyek az aclban statisztikai alapon kvetkeznek be. A

nagyszilrdsg acl mikroszerkezetben klnbz mret s eloszls rideg fzisok s a

szemcsemret inhomogenitsa figyelhet meg. Ebbl addan az esetleges hasadsos trs

megjelenst a leggyengbb lncszem elve alapjn az emltett rideg rszek s a nagyobb

mret szemcsk elhelyezkedse hatrozza meg [1]. A bemetszsek vagy a korbban

ltez makrorepedsek tvben, a hromtengely feszltsgllapot miatt, a kplkeny

folyskor jelenlv hzfeszltsg mrtke jelentsen megn. Pldul a Charpy V-

bemetszs tvben lv ffeszltsg mrtke akr 2,5-szerese is lehet az adott

anyagminsg egytengely folysi feszltsgnek [39].


21

Rideg

fzis

Nagyszg

szemcsehatr

Hasadsos trs

1 = cr

1

2.10. bra. A hasadsos trshez vezet kritikus esemnyek [1]

A 2.11. brn szerepl Yoffee diagram [40] alapjn lthat, hogy a szvs-rideg

viselkedshez tartoz tmeneti hmrsklet (DBTT) felett hasadsos trs nem jelenik

meg, mivel a ffeszltsg rtke elbb ri el a folysi feszltsget a bemetszs eltt, mint a

hasadsos trs terjedshez tartoz kritikus feszltsgszintet. Az tmeneti hmrsklet

alatt ppen az elzek ellenkezje zajlik le.

Kplkeny folys

Hmrsklet

2.11. bra. Yoffee diagram: a kplkeny folyshoz s hasadsos repedsterjedshez

szksges ffeszltsg a Charpy V-bemetszs alatt, a hmrsklet fggvnyben [40]

Nagyszilrdsg aclokban a kplkeny folyshoz tartoz feszltsgszint nagyobb, ami

az tmeneti hmrsklet nvekedst eredmnyezi. Ebbl kifolylag az aclgyrtk arra

trekednek, hogy a ridegtrshez tartoz kritikus feszltsgszintet nveljk, amelynek

legalapvetbb mdja a szemcseszerkezet finomtsa. A szilrdsg nvelse rendszerint

kisebb trsi szvssgot s kisebb kritikus repedsmretet eredmnyez [1].

A kisebb szilrdsg szerkezeti aclok esetn a szemcseszerkezet alapveten ferrites,

ahol a szemcsefinomts jelensge egyszeren magyarzhat. A nemestett

nagyszilrdsg aclokban, a szilrdsgi kategritl fggen, megeresztett llapotban ts


22

martensit s bainit figyelhet meg [41]. Ebben az esetben azonban az eredeti austenit

szemcsehatrokon bell sszetett szerkezet, ktegekbl, blokkokbl s martensit tkbl

ll szubszemcsehatrok alakulnak ki (2.4. bra). Ezek a thatrok kivtelvel mind

nagyszg szemcsehatroknak tekinthetk, amelyek az effektv szemcsemretre vannak

hatssal, ami alapveten befolysolja a hasadsos trs jelensgt. Az effektv

szemcsemret az eredeti szemcsemrettl, az alakts mrtktl, a vegyi sszetteltl s a

htsi krlmnyektl fgg. Az emltett tnyezk tudatos megvlasztsval akr

1000 MPa folyshatr feletti acl esetn is az effektv szemcsemret 1 m-re val

cskkentsvel, kis tmeneti hmrskletet (DBTT) lehet elrni.

Az elbbi gondolatmenethez visszatrve clszer felhvni a figyelmet arra, hogy a

hasadsos trshez szksges kritikus feszltsgszintet (cr) elssorban a

mikroszerkezetben megtallhat legnagyobb szemcsk, s nem pedig az tlagos

szemcsemret hatrozza meg [1]. Mg a napjainkban alkalmazott korszer kohszati

technolgik esetn is nehzsget jelent az aclgyrak szmra homogn, finom

szemcseszerkezetet ellltani, amit radsul a ksbbi hegesztsi hbevitellel jelents

mrtkben megvltoztatunk. A nagyszilrdsg aclokra jellemz fokozott ridegedsi

hajlam miatt a hegesztstechnolgia tervezsekor a hagyomnyos aclokhoz kpest

krltekintbben kell eljrni.

2.4. Hegesztsi nehzsgek

A nemestett nagyszilrdsg szerkezeti aclok hegesztsnek nehzsgei elssorban a

nem-egyenslyi szvetszerkezetbl addnak, amely az aclhoz adagolt tvzk s az

alapanyag ellltsakor alkalmazott nemests kvetkezmnye. mleszt hegeszts esetn

a nem-egyenslyi szvetszerkezetet a hegeszts hciklusa irreverzibilisen megvltoztatja,

amelyet ut(h)kezelssel mr nem lehet helyrelltani. Ebbl addan a hegesztett kts

hhatsvezete rendkvl inhomogn mikroszerkezettel, s az alapanyaghoz kpest eltr

mechanikai tulajdonsgokkal rendelkezik. Nehzsget jelent, hogy a hciklus

eredmnyeknt a hhatsvezetben loklis jelleggel kialakul rideg rszek, klnsen

elegend diffzikpes hidrogntartalommal prosulva, repedsek keletkezsnek helyei

lehetnek. Tovbb, a hegesztsbl add jrulkos bels feszltsgek s a nagyszilrdsg

aclokra jellemz kis alakvltoz kpessg egyttesen fokozottan nvelik a

repedskpzdsi hajlamot. A hozaganyag-vlaszts terlete is sokkal sszetettebb a

nagyszilrdsg aclok esetn, mivel az alapanyag ellltsakor alkalmazott

gyrtstechnolgit nem lehet a hegeszts sorn reproduklni, ezrt nehz olyan

hozaganyagot vlasztani, amely egyidejleg garantlja a varrat kell szilrdsgt, s a

repedskpzds elkerlshez szksges alakvltoz kpessget.


23

2.4.1. A hhatsvezet tulajdonsgai

A nemestett nagyszilrdsg aclok hhatsvezete elssorban a szvssgcskkens,

msodsorban pedig a kilgyuls miatt okozhat problmt. Egy nagyszilrdsg szerkezeti

aclbl kszlt hegesztett ktsben a ridegtrs a varrat mellett elssorban a

hhatsvezetben kvetkezhet be, ahol a hegesztsi hciklusok j, (dnten) kedveztlen

mikroszerkezetet hoznak ltre. Egy melegen hengerelt szerkezeti acl egyrteg varratnak

hhatsvezete ltalnos esetben az albbi svokbl pl fel [36] [42][43][44]:

- szilrd-folykony tmenet (TsolTliq),

- durvaszemcss sv (11001400 C),

- normalizlt (finomszemcss) sv (A31100 C) ,

- interkritikus (rszleges tkristlyosodsi) sv (A1A3),

- szubkritikus (kilgyulsi) sv (500 C A1),

- szegregcis sv (100 C500 C).

A 2.12. bra az egyrteg s a tbbrteg varratfelpts esetn kialakul (A1 feletti)

hhatsvezet szerkezett szemllteti.

varrat

alapanyag

els varratsor

msodik varratsor

alapanyag

cscshmrsklet

1100 1500 C (DSZ)

850 1100 C (N)

750 850 C (IK)

500 750 C (SZK)

(a) (b)

A. Vltozatlan durvaszemcss sv (VDSZ)

B. Szuperkritikusan megeresztett durvaszemcss sv (SZPK DSZ)

C. Interkritikusan megeresztett durvaszemcss sv (IK DSZ)

D. Szubkritikusan megeresztett durvaszemcss sv (SZK DSZ)

2.12. bra. A hhatsvezet szerkezete egyrteg s tbbrteg varratfelpts esetn [45]

2.4.1.1 A hhatsvezet inhomogenitsa

A nemestett nagyszilrdsg acloknl a hhatsvezet inhomogenitst a 2.13. brn

szerepl korona- s gykoldali kemnysgeloszlsok jl szemlltetik. A hegesztsi ksrlet

sorn 15 mm vastagsg S960QL acllemezeket hegesztettnk ssze PA pozciban, aktv

vdgzas fogyelektrds vhegesztssel (VFI [46], ISO kd: 135). A diagramon jl

megfigyelhetk a hhatsvezet egyes rszeire jellemz kemnysgcscsok s

kemnysgminimumok. A korona- s a gykoldali kemnysgeloszls sszevetsekor

lthat, hogy mindkt oldalon kilgyuls figyelhet meg, amelynek kvetkeztben a

kemnysg akr 300 HV10 al cskkenhet. Ezzel szemben a maximlis kemnysg

tekintetben a kt grbe szmottev eltrst mutat, ugyanis a koronaoldalra jellemz

kemnysgcscsok a gykoldalon egyltaln nem tapasztalhatk. Ezt a tbbrteg


24

hegeszts (jelen esetben 5 rteg s 9 sor az egyoldali V varratkialakts s a korltozott

vonalenergia miatt) megereszt hatsa okozza, amely sorn az jabb hegesztsi rtegek

megeresztik a korbban hegesztett varratrtegeket s azok hhatsvezeteit (13).

250

270

290

310

330

350

370

390

410

0 3 6 9 12 15 18

Kem

nys

g,

[HV

]

Lenyomat

Korona

Gyk

AA HH HH AAV

Ke

m

ny

s

g, H

V

Lenyomat szma

Korona

Gyk

2.13. bra. S960QL lemezek egyoldali tompaktsnek kemnysgeloszlsa (VFI: ISO 135,

PA pozci, tbbrteg V varrat, s = 15 mm)

2.4.1.2 A durvaszemcss sv jellemzi

Br a nagyobb vastagsg nagyszilrdsg acllemezek hegesztsekor viszonylag

gyors, az edzshez hasonl htsi krlmnyek jtszdnak le (10-100 C/s), mgis az

alapanyaghoz kpest eltr mikroszerkezet alakul ki [41]. Ennek a megereszts hinya

mellett, elsdleges oka a hciklus hatsra eldurvult szemcsemret, amely egyrteg varrat

esetn a durvaszemcss svra (DSZ), tbbrteg varrat esetn pedig az interkritikusan

megeresztett durvaszemcss svra (IK DSZ) jellemz. Ts martensites szvetszerkezet

alakul ki a htsi krlmnyek fggvnyben vltozatos als- s fels-bainites szerkezettel

egytt. A durvaszemcss sv esetn a cscshmrsklet kzvetlenl az sszeolvadsi vonal

mellett jval meghaladja az Ac3 hmrskletet, aminek kvetkeztben az austenit szemcsk

(1100 C felett) az tvz tartalom fggvnyben exponencilis temben kezdenek el

nvekedni [47]. Az gy megnvekv effektv szemcsemret kedveztlenl hat a hasadsos

trshez szksges kritikus feszltsgszintre, ami az alapanyaghoz kpest nagyobb

tmeneti hmrskletet eredmnyez [1]. Az aclhoz adagolt mikrotvzk (Ti, Nb)

segtsgvel a szemcsehatron lv diszperz kivlsok hatkonyan akadlyozzk a

szemcsedurvulst, ezltal a durvaszemcss sv kiterjedst [22][36][48]. Ez a sv abbl a

szempontbl is kritikusnak tekinthet, hogy a varratba kerl hidrogn diffzi tjn a a

durvaszemcss svba jutva hidegrepedseket okozhat [49]. Viszonylag hossz ideig tart

hciklus hatsra helyi rideg rszeket eredmnyez martensit-austenit (M-A) szigetek is

kialakulhatnak, amelyek tovbb cskkenthetik a szvssgot [48]. A szerkezeti aclok

esetn rendszerint a durvaszemcss svban mrhet a legnagyobb kemnysg, mivel ebben

a znban a nagy austenitsi hmrsklet is kedvez a martensites talakulsnak


25

(2.14. bra). Ebbl addan hidegrepeds szempontjbl a hhatsvezet ezen svja a

legveszlyesebb.

2.14. bra. Durvaszemcss ts martensites szvetszerkezet, S960QL (N = 200x, 2%HNO3)

A nagyobb szilrdsgi kategrij (S690Q) nemestett nagyszilrdsg aclok

hegesztsekor azonban elfordulhat, hogy a hhatsvezet legnagyobb kemnysg s

szilrdsg rsze a durvaszemcss sv helyett a finomszemcss svban figyelhet meg.

Ennek oka alapveten a durvaszemcss svban s a normalizlt svban a nagyobb

karbonegyenrtk esetn kialakul hasonl (alapveten martensites) szvetszerkezetben

keresend, amely kiegszl a finom szemcsemretbl kvetkez szilrdsg-, illetve

kemnysgnvekedssel. Fizikai szimulcis vizsglatok sorn 690 MPa szilrdsgi

kategrinak megfelel nemestett nagyszilrdsg acl esetn azt tapasztaltk, hogy a

beolvadsi vonalhoz kzeli, 1350 C-ra hevlt durvaszemcss sv kemnysge

megegyezett az 1100 C-ra hevlt finomszemcss rsz kemnysgvel [50]. Sajt fizikai

szimulcis ksrleteim sorn S960QL alapanyagon ellltott hhatsvezeti svok esetn

azt tapasztaltam, hogy a rvidebb hlsi idk esetn (t8,5/5 = 5 s) az 1350 C s a 950 C

cscshmrskletekhez tartoz durvaszemcss, illetve normalizlt svok tlagos

kemnysge azonos volt (417 HV10), mikzben nagyobb (t8,5/5 = 15 s) hlsi idk esetn a

finomszemcss svban 20-25 HV10 rtkkel kisebb kemnysget mrtem (27). Ez utbbi a

nagy szemcsemret austenitet stabilizl, ezltal pedig a martensites talakulsra gyakorolt

hatsbl kvetkezik [22]. Nevezetesen lassabb htsi viszonyok esetn a normalizlt

svban mr tbb bainit figyelhet meg, mint a durvaszemcss svban. A lertakbl

kvetkezen ezeknl az acloknl a durvaszemcss sv mellett hidegrepeds

szempontjbl a normalizlt svot is clszer megvizsglni.

2.4.1.3 Az interkritikus sv jellemzi

Az, hogy a szvssg szempontjbl a hhatsvezet melyik rsze mondhat

kritikusnak, az alapveten a vizsglt nagyszilrdsg acl tpustl fgg. ltalban a

szerkezeti aclok hhatsvezetben bekvetkez szvssgcskkensrl mindenkinek a

durvaszemcss sv jut eszbe, azonban nemestett nagyszilrdsg aclok hegesztsekor az


26

interkritikus sv (IK) vizsglata is rdekes lehet. A durvaszemcss mellett tallhat

normalizlt svtl az alapanyag fel tvolodva a hmrsklet cskkensvel a hegesztsi

hciklus hevtsi szakaszban csak rszben trtnik meg az austenites talakuls, ezrt itt

egy meglehetsen heterogn szvetszerkezet alakul ki (2.15. bra). Kedvez esetekben

(pldul alacsony tvztartalom mellett) az gy ltrejtt szvet j mechanikai

jellemzkkel rendelkezik, ezrt egyes nagyszilrdsg aclok esetn a szilrdsgi

jellemzk javtsra interkritikus izztst alkalmaznak [51]. A nemestett nagyszilrdsg

aclokra jellemz, esetenknt a 0,20% hatrrtket megkzelt karbontartalom, s az

edzdsi hajlamot segt tvzk miatt ebben a svban az alapanyaghoz kpest

szvssgcskkens alakulhat ki. Az eredeti szemcsk hatrn ltrejv, - talakulson

tment rszek jellemzen nagyobb karbontartalommal rendelkeznek, mivel ebben a

hmrsklet tartomnyban az austenit nagyobb karbonoldkpessggel rendelkezik, mint

az eredeti szvetszerkezet [47].

2.15. bra. Rszleges tkristlyosods az IK svban, S960QL, (N = 500x, 2%HNO3)

Amennyiben nagy vonalenergit alkalmazunk, s a hhatsvezetnek ez a svja sokig

tartzkodik az interkritikus tartomnyban, akkor diffzi rvn az austenitesedett rszek

karbonkoncentrcija tovbb n. Ezt kveten a htsi szakaszban ezek a karbonban

dsult, austenitt alakult rszek az alapszvethez kpest ridegebb szvetekk, vegyi

sszetteltl s hlsi sebessgtl fgg tulajdonsg martensitt alakulnak. Ekzben a

hevts sorn nem talakult rszek a hciklus eredmnyeknt megeresztdnek, radsul

karbontartalmuk is cskken, ezrt sok esetben kilgyulnak [47]. A keletkezett rideg

martensit szvetek mellett sok esetben maradk austenitet is ki lehet mutatni (M-A

szigetek) [47]. Az talakult, viszonylag lgy szvetszerkezet kztt elhelyezked rideg

rszek a hegesztett ktsben helyi trkeny znkat jelentenek [47][48].

A szerkezeti aclok folyshatrnak nvekedsvel fokozottan kell figyelni a

hhatsvezet kilgyulsi hajlamra, ami elssorban az interkritikus (IK) s szubkritikus

(SZK) svokban fordulhat el. A nemestett nagyszilrdsg aclok a megeresztsknek

ksznheten a megeresztsi hmrsklet alatti hciklus esetn kevsb hajlamosak

kemnysg-, illetve szilrdsgcskkensre, ezrt a szubkritikus sv csak nagyobb

vonalenergia esetn lesz hajlamos kilgyulsra [1].


27

2.4.1.4 A tbbrteg varratok hhatsvezete

A 2.13. bra arra is rvilgt, hogy az olyan szerkezeti aclok esetn, amelyek

hegesztsekor a hhatsvezetben jelents vltozsok mennek vgbe, clszer a tbbrteg

varratfelpts esetn kialakul, sokkal sszetettebb hhatsvezet felptsvel is

rszletesebben foglalkozni [42]. Tbbrteg varratfelpts esetn az egyrteg

varratfelptsre jellemz hhatsvezeti svok kombincija is elllhat. A 2.12. brn

szerepl komplex hhatsvezeti svok kzl rendszerint a durvaszemcss sv Ac1 s Ac3

hmrskletek kz hevlt, interkritikusan megeresztett rsze a hegesztett kts legkisebb

szvssg tartomnya, annak ellenre, hogy az els hciklus hatsra kialakul austenit

szemcsemret mind a ngy esetben azonos [42]. Ennek oka, hogy az IK DSZ loklis

svban a durvaszemcss s az interkritikus svokra jellemz kedveztlen tulajdonsgok

felerstik egymst.

Ennek a specilis svnak a szvssgt nemestett nagyszilrdsg aclok esetn a

megeresztett durvaszemcss mtrix szvssga s az austenites talakulson tment rideg

M-A rszek mennyisge, fajtja s eloszlsa hatrozza meg. Ezekre a rszekre az IK svnl

kifejtett okok miatt jellemz, hogy nagyobb karbontartalommal rendelkeznek. Az Ac1 s

Ac3 hmrsklet-tartomny kztti jrahevtskor az austenit a nagyobb karbontartalm

helyeken kpzdik, ami a lehts sorn martensitt alakul t, amelyek kztt sokszor

finom, maradk austenit figyelhet meg. Az M-A rszek tulajdonsgt az elz hegesztsi

sor cscshmrsklete s hlsi ideje erteljesen befolysolja. Rvid hlsi idk esetn a

szvssgi jellemzket elssorban az M-A rszek mennyisge hatrozza meg, lassabb

hlsi id esetn pedig az alapszvet s az M-A rszek kemnysge kztti klnbsg a

dnt [10]. Az interkritikusan megeresztett durvaszemcss svnak a teljes hegesztett kts

szvssgra gyakorolt kedveztlen hatst cskkenti, hogy ez a sv nincs jelen a teljes

lemezvastagsgban, csak loklisan fordul el, mikzben a durvaszemcss s az

interkritikus sv a teljes szelvnymretre jellemz. Ebbl kvetkezen tbbrteg

varratfelpts esetn az egyes sorok helyzetvel befolysolni tudjuk a loklis rideg rszek

(pldul IK DSZ) elhelyezkedst. A sorok egymshoz viszonytott helyzett preczen

lehet szablyozni pldul a vdgzas fogyelektrds vhegeszts hromhuzalos tandem

eljrsvltozatval. A hrom hforrs helyzetnek pontos belltsval, egyfajta utkezels

eredmnyeknt a loklis rideg rszek mrete cskkenthet, elhelyezkedsk pedig

optimalizlhat [42].

A nemestett nagyszilrdsg aclok hhatsvezetben a helyi trkeny znk (LBZ)

elssorban az interkritikus s az interkritikusan megeresztett durvaszemcss svokban

alakulnak ki, de bizonyos hegesztsi paramterek esetn a durvaszemcss svban is

problmt okozhatnak. Ezek a helyi trkeny rszek a 2.3. fejezetben ismertetett mdon

hasadsos trshez, ezzel a hegesztett szerkezet tnkremenetelhez vezethetnek.


28

Szerkezeti aclok esetn a nagy vonalenergival trtn hegeszts kedveztlen formj,

karbonban ds, nyjtott M-A rszek keletkezst eredmnyezheti. A loklisan rideg znk

klnsen abban az esetben veszlyesek, amennyiben az ket krlvev mtrix kis

szvssggal rendelkez (pldul fels-bainites) szvetszerkezete kptelen a keletkez

repedst meglltani [48]. A helyi trkeny znkat a szakirodalom tbbflekppen

definilja [48]. A trsmechanikai megkzelts szerint az ilyen znkra 0,1 mm alatti

COD rtkek jellemzk. Ez egy viszonylag egyszer azonostsi mdot jelent, ugyanakkor

nem veszi figyelembe a tnkremenetel valdi metallurgiai okt. Ebbl kvetkezen ezen

znk pontosabb definilsra van szksg, amelynek egyik lehetsges mdja a kvetkez:

a tbbrteg varratokban elfordul helyi trkeny zna egy olyan, loklisan rideg, a

krltte lv mtrix mikroszerkezettl eltr terletet jelent a hegesztett ktsben, amely

egy esetenknt elfordul, szokatlanul kis tmunkt eredmnyez egy viszonylag

nagyszm, kedvez tmunkval rendelkez vizsglati mintban [48].

A loklis rideg znk a hagyomnyos maratsi s mikroszkpi mdszerekkel

viszonylag nehezen azonosthatk. A LePera [52] ltal kifejlesztett, a DP-aclokban lv

martensit kiemelsre szolgl maratsi mdszer segtsgvel az M-A rszek a

krnyezetktl jl elklnthetk, megfelel keversi arnyok mellett a bennk lv

martensit s austenit is megklnbztethet.

2.16. bra. M-A szigetek kimutatsa LePera maratsi mdszerrel [53]

Az M-A rszek kimutatsra desztilllt vzben oldott 1% metabiszulftot clszer 4%

pikrinsavhoz keverni etilalkoholban; a maratst kveten az M-A rszek a krlttk lv

szvettl jl elklnl fehr sznben jelennek meg. Amennyiben ezen rszek tpust is

szeretnnk meghatrozni, akkor 1% ntrium-biszulftos maratsra van szksg, amely a

maradk austenit rszeket fehren, a martensitet pedig barna sznnel emeli ki. Ezek

alkalmazsval, illetve a fejlett kpalkotsi mdszereknek ksznheten az M-A rszek

disszertáció megtekintése ( - 39.5 mb)

Documents