Vplyv balotinovania na štruktúrne charakteristiky ovplyvňujúce mechanické vlastnosti valcovanej duplexnej ocele

Abstract

Reálna štruktúra vplýva na výsledné vlastnosti materiálov. Medzi jej základné parametre patria mikroštruktúrne charakteristiky kryštalitov materiálu, zvyškové napätia, prednostná orientácia či fázové zloženie. Pomocou röntgenových difrakčných techník bol študovaný hĺbkový priebeh týchto parametrov v duplexnej oceli. Ide o triedu ocelí pozostávajúcu z dvoch základných fáz, feritu a austenitu. Práve vďaka svojej štruktúre má v mnohých ohľadoch duplexná oceľ lepšie vlastnosti oproti jednofázovým oceliam. Uplatnenie nachádza vo viacerých odvetviach priemyslu, akými sú automobilový, letecký, stavebný či potravinársky. Jej reálna štruktúra a s ňou spojené vlastnosti sú v jednotlivých krokoch výrobného procesu pozmenené. Práca sa zameriava na kombináciu valcovania s balotinovaním. Zatiaľ čo valcovanie predstavuje bežný proces, balotinovanie je špeciálnou metódou opracovania povrchu. Počas balotinovania je povrch bombardovaný malými oceľovými guľôčkami. Plastická deformácia, ktorú spôsobujú pri náraze, mení reálnu štruktúru materiálu. Pre túto prácu bolo vybraných celkovo sedem vzoriek, predstavujúcich rôzne kombinácie valcovania s balotinovaním. Obe fázy duplexnej ocele boli charakterizované zvlášť pomocou röntgenovej difrakcie. Balotinovanie spôsobilo zmenu veľkosti ich kryštalitov, nárast mikrodeformácií a hustoty dislokácií. Zvýšenie tlakových makroskopických zvyškových napätí je taktiež pozorovaným javom po balotinovaní. To pozmenilo aj prednostnú orientáciu kryštalitov. Miera do ktorej boli tieto parametre ovplyvnené vzhľadom na parametre výrobného procesu je diskutovaná porovnávaním jednotlivých vzoriek. Valcovanie ovplyvnilo vzorky až do ich bulkových oblastí, zatiaľ čo efekty balotinovania boli pozorované len do určitých hĺbok. Okrem spomínaných parametrov bol študovaný aj povrch vzoriek SEM zobrazovaním a určením zmeny drsnosti. Závery analýz boli konfrontované s únavovými skúškami na vybraných vzorkách.

Real structure affects the final properties of materials. Basic real structure parameters are microstructural characteristics of crystallites, residual stresses, preferred orientation and phase composition. X-ray diffraction techniques were employed to study the depth profile of these parameters in duplex stainless steel. Duplex steel is a class of steels that consists primarily of two phases, ferrite and austenite. Many aspects of duplex steel properties are better when compared to single phase steels due to its structure. It is used in many industries, such as automotive, aerospace, construction or food storage. Real structure and properties of duplex steel are influenced in every step of its manufacturing. This thesis is focused on combination of rolling with shot peening. While rolling is a common process, shot peening is a specialized method of surface treatment. Surface of the material is bombarded with small steel beads during peening. Plastic deformation, caused by impact, then influences the real structure. Seven samples, made by various rolling and shot peening combinations, were used for this thesis. Both phases, ferrite and austenite, were studied separately. Shot peening caused a change in size of the crystallites, increase in microstrain and dislocation density. Increase in compressive residual stresses is also an observed phenomenon after peening. Shot peening also altered preferred orientation of the crystallites. By comparing the individual samples, the extent to which real structure parameters have been altered in relation to the manufacturing process parameters is discussed. Rolling affects the samples up to bulk region, whereas shot peening effects were observed only to certain depths. Besides mention parameters, surface of the samples was also studied by SEM imagining and roughness measurements. For selected samples, conclusions of the analysis were confronted with real deformation characteristics by fatigue testing.