ARTUR JĘDRUSZCZUK	ROK 2 semestr 3	GRUPA b godz. 9^15	data: 29.XI.1996
		ćwiczenie nr 8	ocena:
MIKROSTRUKTURY STALI OBROBIONYCH CIEPLNIE

I. CEL ĆWICZENIA.

Celem ćwiczenia jest poznanie typowych mikrostruktur stali węglowych zahartowanych, zahartowanych i odpuszczonych w różnych temperaturach.

II. KLASYFIKACJA I RODZAJE OBRÓBKI CIEPLNEJ.

Pod pojęciem obróbki cieplnej rozumiemy odpowiednio dobrane zabiegi cieplne, które prowadzą do zmiany własności stali przez zmiany struktury wywołane przemianami fazowymi zachodzącymi w stanie stałym.

W zależności od temperatury zabiegu obróbki cieplnej, rodzaju zabiegów wchodzących w skład operacji, jak również czasu trwania tych zabiegów oraz od rodzaju stosowanego ośrodka chemicznego, sposobu i temperatury odkształcenia plastycznego itp., możemy mieć doczynienia z różnymi rodzajami obróbki cieplnej. Możemy ją podzielić na:

OPERACJE WYŻARZANIA - są to zabiegi cieplne, które w większym lub mniejszym stopniu prowadzą do stanu równowagi termodynamicznej w obrabianym stopie. Są to najczęściej: nagrzanie do określonej temperatury, wygrzewanie i chłodzenie. Rozróżniamy następujące rodzaje wyżarzania:

• wyżarzanie ujednorodniające - polega na nagrzaniu do temperatury zbliżonej do linii solidus (1000 - 1250°C), długotrwałym wygrzewaniu w tej temperaturze aż do zajścia dyfuzji i wyrównania składu chemicznego oraz chłodzeniu.

• wyżarzanie przegrzewające - którego celem jest spowodowanie rozrostu ziarn i ułatwienie skrawalności stali.

• wyżarzanie grafityzujące - jest to długotrwałe wygrzewanie powyżej Ac₃ celem rozkładu cementytu na grafit.

• wyżarzanie normalizujace - polega na nagrzaniu do stanu austenicznego, tzn. 30 - 50°C powyżej linii GSE/Ac₃ - Ac_cm i następnie studzeniu na wolnym powietrzu, w celu rozdrobnienia ziarn i ujednolicenia struktury.

• wyżarzanie zupełne - przeprowadza się w celu wytworzenia struktury zbliżonej do stanu równowagi.

• wyżarzanie niezupełne.

• wyżarzanie izotermiczne - polega na austenityzowaniu stali i następnie szybkim chłodzeniu.

• wyżarzanie perlityzujące.

• wyżarzanie sferoidyzujące.

• wyżarzanie rekrystalizujące.

• wyżarzanie odprężające.

HARTOWANIE - jest to operacja mająca na celu powstanie struktury martenzytycznej lub bainitycznej.

Rozróżniamy następujące metody hartowania:

Hartowanie objętościowe - polega na nagrzaniu elementu na wskroś i może być realizowane z różnymi prędkościami studzenia.

-1. Hartowanie powierzchniowe -polega na austenityzowaniu jedynie cienkiej warstwy powierzchniowej przedmiotu, w wyniku czego tylko w tej warstwie tworzy się struktura martenzytyczna i następuje utwardzenie powierzchni.

Mikrostruktury stali zahartowanej:

MARTENZYT - jest to przesycony roztwór stały węgla w żelazie α. Może mieć on budowę płytkową lub iglastą. Jego twardość zależy od zawartości węgla.

BAINIT - jest mieszaniną cementytu i przesyconego ferrytu, a budowa jego zależy od temperatury powstawania z austenitu oraz od zawartości węgla w stali zawsze jednak ma charakter iglasty, wynikający z bezdyfuzyjnego mechanizmu powstania ferrytu. Twardość bainitu jest większa od twardości perlitu, ale mniejsza od martenzytu i wynosi ok. 40 - 58 HRC. Bainit możemy podzielić na dolny i górny.

ODPUSZCZANIE - polega na nagrzaniu zahartowanej uprzednio stali do temperatury niższej od A1 i wytrzymaniu w tj. temperaturze przez czas konieczny do zajścia przemiany. Główną i najistotniejszą przemianą, jaka zachodzi w zahartowanej stali, jest rozkład martenzytu, który pozostawał w stanie równowagi metastabilnej, w mieszaninę faz złożoną z ferrytu i węglików. Mieszanina taka ma mniejszą energię swobodną niż martenzyt, co jest siłą napędową przemiany. Rozkład mertenzytu jest nazywany czwartą przemianą podstawową.

OPERACJA ODPUSZCZANIA:

Podczas nagrzewania zahartowanej stali obserwuje się również inne zmiany, które mają istotny wpływ na własności stali, jak rozkład austenitu szczątkowego, przemianę węglika ε w cementyt i koagulację cementytu. Ponieważ intensywność tych zmian jest zależna od temperatury, można proces odpuszczania podzielić na pewne stadia, w których przeważa określony typ przemiany. Ze względu na to, że różnym zmianom strukturalnym mającym miejsce podczas odpuszczania towarzyszy określona zmiana objętości stali (martenzyt cechuje największa, a austenit najmniejsza objętość właściwa), można proces odpuszczania śledzić za pomocą dylatometru

Zmiany zachodzące podczas odpuszczania:.

1. W zakresie temperatur 80 - 200 °C obserwuje się skurcz próbki, co można zinterpretować rozkładem martenzytu - jest to pierwsze stadium odpuszczania. Badania rentgenograficzne potwierdzają, że w tym stadium zmniejsza się tetragonalność martenzytu, o czym świadczy wydzielanie się węgla z przesyconego roztworu stałego. Stwierdzono, że węgiel ten. wydziela się w postaci nadzwyczaj dyspersyjnego węglika ε.

2. Dalsze nagrzewanie próbki do temp. 170 °C powoduje jej rozszerzenie, które zachodzi aż do temp. 300 °C - jest to drugie stadium odpuszczania, w którym przeważa proces przemiany austenitu szczątkowego w martenzyt odpuszczony. Przy końcu drugiego stadium odpuszczania roztwór stały α jest jeszcze przesycony węglem, zawiera 0,15 - 0,20 % C. Struktura taka jest zbliżona do bainitu powstałego w tym samym zakresie temperatur.

3. W trzecim stadium odpuszczania (290 - 400 °C ) następuje silny skurcz próbki. Jest on wywołany całkowitym wydzieleniem się węgla z przesyconego roztworu α i przemianą węglika ε w Fe₃C. Uważa się że cząstki węglika ε rozpuszczają się, natomiast zarodkują cząstki cementytu, które stopniowo rozrastają się, przybierając kształt kulisty. Proces ten kończy się w zakresie temp. 350 - 400 °C.

4. Powyżej temperatury 400 °C rozpoczyna się czwarte stadium odpuszczania polegające na koagulacji cementytu. Istotą tego procesu jest stopniowe rozpuszczanie się mniejszych cząstek i wzrost większych, w wyniku czego zwiększa się przeciętny wymiar cząstek. W okresie tym następuje również sferoidyzacja - czyli dążenie cząstek do przyjęcia kształtu kulistego.

III. PRZYKŁADOWE MIKROSTRUKTURY OMAWIANE NA LABORATORIUM.

TRAWIONO nitalem

POWIĘKSZENIE 500x

rys. stal zaeutektoidalna, struktura gruboziarnista

między igłami martenzytu, mamy cementyt

w postaci siatki.

TRAWIONO nitalem

POWIĘKSZENIE 500x

rys. gruboziarnisty martenzyt i pęknięcie

hartownicze po granicy ziarn.

---