Analiza ilościowa błędów ułożenia i mikrobliźniaków w wybuchowo umacnianym staliwie Hadfielda

W artykule przedstawiono założenia metodyczne oraz wyniki wybranych elementów substruktury związanych z wybuchowym umacnianiem staliwa Hadfielda. Wstępne umacnianie staliwa Hadfielda energią detonacji jest alternatywną technologią zwiększania własności użytkowych elementów wykonywanych tradycyjnie z tego materiału, w których poziom nacisków roboczych nie gwarantuje wystarczająco silnego umocnienia w czasie eksploatacji. Materiał badań stanowiły płyty staliwne o grubości 30 mm, umacniane energią wybuchu cienkowarstwowych ładunków plastycznego materiału wybuchowego HARDEX-70, o prędkości detonacji 7200 m/s. Umacnianie przeprowadzono falą skośną przez zdetonowanie bezpośrednio na powierzchni płyt (jedno-, dwu- lub trzykrotnie) materiału wybuchowego o grubości 2 mm, 3 mm i 4 mm. Korzystając z techniki cienkich folii stwierdzono znaczny, w stosunku do wyjściowego stanu przesyconego, wzrost gęstości dyslokacji, obecność licznych błędów ułożenia oraz mikrobliźniaków. Wiąże się to z niską, określoną na około 13 mJ/metr kwadratowy, energią błędu ułożenia, prowadzącą do tworzenia równomiernej struktury dyslokacyjnej, oraz sprzyjającą dysocjacji dyslokacji całkowitych i tworzeniu licznych błędów ułożenia. Równomierny rozkład BU i ich niewielka grubość, związana z impulsowym, mikrosekundowym czasem eksplozji, nie upoważnia do traktowania ich jako heksagonalnej fazy epsilon. W wybuchowym umacnianiu staliwa Hadfielda mechanizm bliźniakowania ze względu na bardzo niewielki ich udział jest jedynie dopełniający. W badaniach ilościowych błędów ułożenia oraz mikrobliźniaków zastosowano mało znane metody oparte na badaniach rentgenowskich, wyzyskujące charakterystyczne zmiany kątowych położeń odbić dyfrakcyjnych oraz asymetrię pików dyfrakcyjnych. W przypadku metody "nakładania pików" wykazano bardzo silny wpływ czynników metodycznych na uzyskane wyniki.

---

The paper presents methodical assumptions and experimental results for selected crystal substructure elements occuring in Hadfield cast steel strengthened by the explosion method. Initial strengthening of Hadfield cast steel by means of explosion energy constitutes an alternative technology of increasing the functional properties of elements traditionally made of this material, for which the level of working pressures is not satisfactory for self-strengthening of the material during its exploitation. Cast steel plates 30 mm thick served as the investigated material, strengthened by detonation of flat charges of HARDEX-70 plastic explosive at a rate of 7200 m/s. The strengthening effect was produced by the angle shock caused by single, double, or triple detonation of the 2 mm, 3 mm, and 4 mm thick charges of explosive directly on the material surface. The thin foil technique made it possible to find a significant increase in the dislocation density, in comparison with the initial superaturated state and also confirmed the presence of numerous stacking faults and microtwins. This can be attributed to a very low (about 13 mJ/square metre) stacking fault energy, which leads to the creation of the uniform dislocation structure. It also promotes dissociation of perfect dislocations and creation of multiple stacking faults. The uniform distribution of SF and their rather small thickness caused by a very short time of explosion (impulse of microsecond order) does not allow us to treat them as the hexagonal epsilon-phase. In the explosion-strengthening of Hadfield cast steel the mechanism of twinning is only the additional one, due to a rather small quantity of twins. For quantitative analyses of stacking faults and microtwins less known X-ray methods were used, based on measuring characteristic changes of angle position of diffraction reflections and asymmetry of peaks in diffraction lines. In the case of the "peak superimposing" method, a strong influence of methodic factors on the obtained results was observed.