Otpornost na pojavu i širenje prslina u navarenim slojevima termopostojanih čelika

Abstract

Uspešno projektovanje alata u savremenoj industriji zahteva detaljno poznavanje karakteristika materijala i procesa u kojima će dati alat (ili konstrukcija) biti eksploatisani. Kada je reč o alatima za kovanje u toplom stanju, s obzirom na njihove radne uslove i stalno prisutna udarna opterećenja i visoke temeprature, podrazumeva se da se oni izrađuju od čelika koje odlikuje visoka jačina i tvrdoća, koje su postojane i na povišenim temperaturama. Pored toga, veoma važna karakteristika jeste i otpornost materijala na pojavu i rast prslina koje dovode do otkaza alata. To dalje vodi ka zastoju u proizvodnji, povećanju troškova i vremena izrade proizvoda, padu produktivnosti i dr. Međutim, budući da se alati neminovno oštećuju, kada do toga dođe, postavlja se pitanje da li alat zameniti novim ili reparirati postojeći? Današnja težnja industrije je u velikoj meri zasnovana i na samoodrživosti što podrazumeva težnju ka sposobnosti kompanije da problemi koji nastanu budu rešeni u okviru postojećih kapaciteta. S obzirom na to, reparatura alata zavarivanjem ili navarivanjem se ističe kao jedan od najefikasnijih načina. Naravno, podrazumeva se da navarivanje nije idealan proces, jer se njegovom primenom umnogome utiče na svojstva pojedinih zona materijala koji se regeneriše, ali niz prednosti tog procesa ga nameće kao nezaobilaznog u ovoj grani industrije. Zbog toga je neophodno što bolje poznavati proces i ponašanje materijala pri navarivanju i biti u mogućnosti da se predvide karakteristike materijala u zoni navarivanja, tj. otpornost materijala u radnim uslovima alata i, ako je to moguće, predvideti radni vek regenerisanog alata.Cilj ove doktorske disertacije je da, na jedan sistematičan način, analizom niza karakteristika materijala dobijenih opsežnim eksperimentalnim ispitivanjem, ukaže na uspešnost primene navarivanja za reparaturu oštećenih alata izrađenih od termopostojanih čelika. U radu su analizirana dva čelika koja se najčešće koriste za izradu alata za toplo kovanje i shodno njima, dva dodatna materijala. Radom je obuhvaćeno i propisivanje tehnologije navarivanja ploča određene debljine iz kojih su pripremani uzorci za različita ispitivanja. Ona su obuhvatila ispitivanje na zatezanje na sobnim i povišenim temperaturama, ispitivanje tvrdoće i određivanje mikrostrukture različitih zona navara, ispitivanje udarne žilavosti i određivanje trajne dinamičke izdržljivosti za osnovne materijale. Kao najvažnija ispitivanja, čiji parametri se mogu koristiti u proceni radnog veka navarenog alata, izdvajaju se ispitivanja rasta zamorne prsline (da/dN) u različitim zonama navarenih ploča. Ta ispitivanja su praćena optičkom i SEM metalografijom koje su poslužile za potvrdu zaključaka donetih na osnovu eksperimentalno dobijenih rezultata. Na kraju je izvedena i numerička analiza odgovarajućih modela u softverskom paketu ANSYS a dobijeni rezultati su upoređivani sa eksperimentalnim. Predložena tehnologija navarivanja, kao i koraci sprovedeni pri ispitivanju i na kraju dobijeni rezultati, mogu veoma korisno da posluže firmama koje se bave kovanjem i u svojim pogonima imaju alate izrađene od ovih i sličnih čelika.