Zad. 7.

Wymagania:

- duży zakres odkształcania sprężystego (wysokie R_sp oraz R_p0,2), wysoka wartość stosunku R_sp/R_p0,2 oraz R_sp/R_m

- duża wytrzymałość na zmęczenie (główna przyczyna zniszczenia)

- określone minimum ciągliwości (zadowalające przy danym przeciążeniu)

Realizacja:

• żywotność (wytrzymałość zmęczeniowa)

- ograniczenie do minimum odwęglenia powierzchni

- zwiększanie gładkości powierzchni przez szlifowanie

- wytwarzanie naprężeń ściskających na powierzchni

• wysoka granica sprężystości R_sp oraz wytrzymałości R_m :

- zależnie od sposobu umacniania:

- obróbka plastyczna na zimno taśm i drutów (które wcześniej poddawane są patentowaniu),

- obróbka cieplna (hartowanie + odpuszczanie średnie 380-520°C),

- w obu przypadkach musi być zachowana odpowiednio wysoka zawartość węgla (0,35-1,25%),

• ciągliwość:

- rośnie z obniżaniem % C (ale maleje wytrzymałość),

- rośnie z podwyższaniem temperatury odpuszczania,

- Cr, Mo, V opóźniają przemiany odpuszczania (pozytywne),

- drobnoziarnistość podwyższa ciągliwość,

- zdecydowanie ciągliwość podwyższa Ni ale jest drogi,

Rola dodatków stopowych:

C 0,35-1,25% (najczęściej 0,5-0,7%)

Si do 2% (podstawowy dodatek) - najsilniej umacnia ferryt, (ujemny wpływ na ciągliwość ferrytu kompensuje podwyższenie temperatury odpuszczania - Si silnie opóźnia przemiany w zakresie odpuszczania średniego)

Mn (0,3-1,1%) - podwyższa hartowność (silniej niż Si),

Cr (0,4-1,2%) - hartowność, opóźnia przemiany odpuszczania,

Mo (0,1-0,3%) - hartowność, drobnoziarnistość, efekty twardości wtórnej,

V (0,1-0,2%) - drobnoziarnistość, efekty twardości wtórnej,

Ni (0,6-2%) - ciągliwość (drogi), również umocnienie ferrytu i hartowność

Obróbka cieplna (patentowanie):

- nagrzanie tuż powyżej A_C3 w celu uzyskania drobnego ziarna austenitu,

- izotermiczna przemiana perlityczna w kąpieli ołowiu 500-550°C (obecnie regulowane walcowanie),

- bardzo drobnopłytkowy perlit (cienkie płytki cementytu zdolne do zginania się podczas ciągnienia),

Zad. 6.

Wymagania:

- wysoka wytrzymałość (R_m, R_e) oraz jednocześnie wysoka ciągliwość (A, Z, K)

(wymagania przerastają możliwości klasycznej struktury ferrytyczno-perlitycznej)

- odpowiednia hartowność (zwykle konieczne jest hartowanie i odpuszczanie),

- często również dobra skrawalność,

Realizacja wymagań:

- średnia zawartość węgla (zwykle 0,25-0,50% C) - ze względu na ciągliwość!,

- obróbka cieplna: hartowanie i wysokie odpuszczanie (optymalne skojarzenie wytrzymałości i ciągliwości),

- dodatki stopowe zapewniają głównie hartowność,

- niektóre polepszają również ciągliwość:

- Ni (ciągliwość, również wytrzymałość a przy okazji hartowność)

- V, Ti (hamowanie rozrostu ziaren - ciągliwość i wytrzymałość),

- Mo, słabiej Cr (opóźnianie przemian odpuszczania więc wyższa temperatura i wyższa ciągliwość),

- regulowana zawartość S (0,02-0,04%) dla odpowiedniej skrawalności.

Wady i zalety

- opracowane jako tańsze zamienniki stali ulepszanych cieplnie na części maszyn,

- obniżka kosztów była wymuszona konkurencją w przemyśle samochodowym,

- wyeliminowanie kosztownej konwencjonalnej obróbki cieplnej,

- zbędna jest hartowność (bez kosztownych pierwiastków stopowych),

- stale z mikrododatkami maja lepszą skrawalność niż ulepszane cieplnie,

- w wielu przypadkach konkurencyjne dla odlewów z żeliwa sferoidalnego lub staliwa,

Zastosowanie

Stosowane na części kute na gorąco (wały korbowe, ramiona zwrotnic, korbowody itp.)

Własności

wymagane własności (R_m = 800-1150 MPa) w wyniku kontrolowanego chłodzenia z temp. kucia,

Struktura

- struktura ferrytyczno-perlityczna,

- ferryt umocniony najczęściej drobnymi węglikoazotkami V,

- dużym problemem jest uzyskanie odpowiednio drobnoziarnistego austenitu,

- mikrododatek Ti (cząstki TiN) oraz odpowiednio szybkie chłodzenie podczas krzepnięcia,

- obniżenie temperatury kucia ale trudności w wypełnianiu matryc,

Zad. 4.

● przemiany w temperaturach < ok. 450°C

- możliwy jest istotny ruch dyfuzyjny tylko atomów C,

- atomy pierwiastków stopowych (M) powodują tylko opóźnienie i spowolnienie przemian

(wydzielanie węglików przejściowych, rozpad austenitu szczątkowego, zarodkowanie cementytu),

- szczególnie duży jest wpływ na rozpad austenitu szczątkowego (często dopiero > 450°C),

- powstaje cementyt stopowy (Fe, M)₃C wbudowując w siebie atomy M zawarte w osnowie,

- Si najsilniej podnosi temperaturę przemiany węglika e w cementyt (nawet > 450°C),

● przemiany w temperaturach > 450°C przebiegają inaczej (z udziałem ruchu dyfuzyjnego M)

- cementyt pozbywa się atomów „niechcianych” (Si, Ni, Co) oraz wciąga węglikotwórcze (Mn, Cr itd.),

- proces ten utrudnia i opóźnia koagulację cementytu stopowego,

- pierwiastki silniej węglikotwórcze niż Fe oraz Mn tworzą węgliki stopowe:

- przez przemianę „in situ” zastępując cząstki cementytu (zarodkowanie „w miejscu”), np. Cr,

- przez zarodkowanie niezależne - nowy węglik powstaje niezależnie od istniejącego cementytu,

- na dyslokacjach, często koherentne, duża dyspersja - twardość wtórna (Mo, W, V),

- cementyt ulega rozpuszczeniu na rzecz bardziej trwałych węglików,

- austenit szczątkowy (mimo zmniejszenia zawartości C oraz M) przemienia się często dopiero w trakcie chłodzenia -> w martenzyt, który wymaga kolejnego odpuszczania,

Zad. 1 Wyżarzanie zupełne oraz normalizujące: - identyczne temperatury nagrzewania, różna szybkość chłodzenia, ● wyżarzanie zupełne: - chłodzenie: bardzo wolne Zmiany struktury: * uzyskanie struktury równowagowej, ujednolicenie struktury na przekroju przedmiotu, * zwykle pewne rozdrobnienie ziarna ferrytu <- dwukrotne przekrystalizowanie, * zmniejszenie dyspersji perlitu (większa odległość między płytkami), Zmiany właściwości: * obniżenie twardości oraz wytrzymałości (Rm , Re ), zmniejszenie naprężeń własnych, * polepszenie ciągliwości (K, Z, A), * podwyższenie obrabialności, ● wyżarzanie normalizujące: - chłodzenie: stosunkowo szybkie Zmiany struktury: * uzyskanie struktury nierównowagi (ale w zakresie przemian dyfuzyjnych), * silne rozdrobnienie ziarna ferrytu - zwiększenie dyspersji perlitu (rośnie twardość), * zwiększenie ilości perlitu oraz zmniejszenie ilości ferrytu Zmiany właściwości: - podwyższenie twardości oraz wytrzymałości (Rm , Re ) - główny cel, - zwykle tylko niewielkie obniżenie ciągliwości (K, Z, A) <- przeciwdziała drobne ziarno ferrytu, -pogorszenie obrabialności

Zad. 2. CTPi Idea przemiany: - przemiana austenit w ferryt (sieci A1 ->A2); - zachowana niezmienna koncentracja węgla ( ferryt przesycony węglem - martenzyt) - warunek: chłodzenie z szybkością większą niż krytyczna; - siłą napędową przemiany jest duża różnica F austenitu i martenzytu w temperaturze Ms, Przebieg: - przebudowa sieci RSC w RPC w wyniku niewielkich skoordynowanych przesunięć całych płaszczyzn atomowych w stosunku do pewnych płaszczyzn niezmiennych nazywanych habitus, -na powierzchni próbki pojawia się relief o kształcie iglastym (są nachylone względem siebie pod kątem 60) - przemiana jest atermiczna - wymaga ciągłego obniżania temperatury (większa objętość M niż γ, - granica między płytkami martenzytu oraz austenitem jest koherentna - w jednym ziarnie austenitu powstaje ogromna ilość płytkowych lub listwowych ziaren martenzytu Martenzyt hartowania - przesycony ferryt tetragonalny + austenit szczątkowy

3. Sorbit Powstaje podczas 4stadium odpuszczania w temp. ok. 400C kiedy cementyt koaguluje(staja się widoczne pod mikroskopem) i następuje rekrystalizacja zgniotu fazowego. Powstaje do ok. 650C nazywany tez martenzytem odpuszczania- mieszanina iglastego, pomartenzytycznego ferrytu i skoagulowanych ziarenek cementytu. Wykazuje się duża wytrzymałością i ciągliwością. Właściwości: *parametry wytrzymałościowe wyższe niż dla stadium przed hartowaniem, *ciągliwość najczęściej wyższa niż dla stanu przed hartowaniem, *twardość(30HRC)umożliwia łatwe skrawanie. Najczęściej stosowana struktura w częściach maszyn. Struktura troostytu odpuszczania powstaje w 3stadium odpuszczania(martenzyt średnio odpuszczony, mieszanina iglastego, pomartenzytycznego ferrytu i ziarenek cementytu. Struktura trawi się silnie i szybko ciemnieje, cementyt ziarnisty. Właściwości wytrzymałościowe dość wysokie ale szybko maleją *ciągliwość wolno rośnie, ale wartości niskie.

4. przemiany odpuszczania ● przemiany w temperaturach < ok. 450°C * możliwy jest istotny ruch dyfuzyjny tylko atomów C, * atomy pierwiastków stopowych (M) powodują tylko opóźnienie i spowolnienie przemian (wydzielanie węglików przejściowych, rozpad austenitu szczątkowego, zarodkowanie cementytu), - szczególnie duży jest wpływ na rozpad austenitu szczątkowego (często dopiero > 450°C), - powstaje cementyt stopowy (Fe, M)₃C wbudowując w siebie atomy M zawarte w osnowie, - Si najsilniej podnosi temperaturę przemiany węglika e w cementyt (nawet > 450°C), ● przemiany w temperaturach > 450°C przebiegają inaczej (z udziałem ruchu dyfuzyjnego M) - cementyt pozbywa się atomów (Si, Ni, Co) oraz wciąga węglikotwórcze (Mn, Cr itd.),

- proces ten utrudnia i opóźnia koagulację cementytu stopowego, - pierwiastki silniej węglikotwórcze niż Fe oraz Mn tworzą węgliki stopowe: * przez przemianę „in situ” zastępując cząstki cementytu, np. Cr; * przez zarodkowanie niezależne - nowy węglik powstaje niezależnie od istniejącego cementytu, - na dyslokacjach, często koherentne, duża dyspersja - twardość wtórna (Mo, W, V), - cementyt ulega rozpuszczeniu na rzecz bardziej trwałych węglików, - austenit szczątkowy przemienia się często dopiero w trakcie chłodzenia -> w martenzyt, który wymaga kolejnego odpuszczania,

Zad. 5. stale konstrukcyjne Wymagania: -łatwa spawalność; -wysoka ciągliwość(odporność na kruche pękanie); -jak najwyższa wytrzymałość(mniejszy ciężar konstrukcji); -(podwyższenie wytrzymałości w inny sposób niż zwiększanie zawartości węgla); -jak najniższa cena!!! Realizacja: (najwyższa wytrzymałość bez zwiększania ilości C) -normalizowanie lub walcowanie normalizujące; -przesycanie+ starzenie; -kontrolowane chłodzenie; -hartowanie+ wysokie odpuszczanie Sposoby umocnienia:

-umocnienie roztworowe ferrytu(stosowane jako dodatkowe); -umocnienie ferrytu granicami ziaren(podwyższenie ciągliwości i wytrzymałości); -umocnienie quasi-perlitem; -umocnienie wydzielinowe związkami mikrododatków(powodują umocnienie wydzieleniowe ferrytu); -umocnienie czystą miedzią -umocnienie wynikające ze struktury banitycznej; -umocnienie wynikające z ulepszenie cieplnego Typowe zastosowanie: ramy nośne, części nadwozia, słupy trakcji energetycznej, pomosty, konstrukcje spawane

Zad. 6.stale maszynowe Wymagania: - wysoka wytrzymałość (R_m, R_e) oraz jednocześnie wysoka ciągliwość (A, Z, K) - odpowiednia hartowność (zwykle konieczne jest hartowanie i odpuszczanie),

- często również dobra skrawalność, Realizacja wymagań: - średnia zawartość węgla (zwykle 0,25-0,50% C) - ze względu na ciągliwość!, - obróbka cieplna: hartowanie i wysokie odpuszczanie (optymalne skojarzenie wytrzymałości i ciągliwości), - dodatki stopowe zapewniają głównie hartowność,

- niektóre polepszają również ciągliwość: - Ni (ciągliwość, również wytrzymałość a przy okazji hartowność) - V, Ti (hamowanie rozrostu ziaren - ciągliwość i wytrzymałość), - Mo, słabiej Cr (opóźnianie przemian odpuszczania więc wyższa temperatura i wyższa ciągliwość), - regulowana zawartość S (0,02-0,04%) dla odpowiedniej skrawalności. Wady i zalety - opracowane jako tańsze zamienniki stali ulepszanych cieplnie na części maszyn, - obniżka kosztów była wymuszona konkurencją w przemyśle samochodowym, - wyeliminowanie kosztownej obróbki cieplnej, - zbędna jest hartowność (bez kosztownych pierwiastków stopowych), - stale z mikrododatkami maja lepszą skrawalność niż ulepszane cieplnie, - w wielu przypadkach konkurencyjne dla odlewów z żeliwa sferoidalnego lub staliwa,

Zastosowanie Stosowane na części kute na gorąco (wały korbowe, ramiona zwrotnic, korbowody itp.)

Własności wymagane własności (R_m = 800-1150 MPa) w wyniku kontrolowanego chłodzenia z temp. kucia, Struktura - struktura ferrytyczno-perlityczna, - ferryt umocniony najczęściej drobnymi węglikoazotkami V, - dużym problemem jest uzyskanie odpowiednio drobnoziarnistego austenitu,

- mikrododatek Ti (cząstki TiN) oraz odpowiednio szybkie chłodzenie podczas krzepnięcia, - obniżenie temperatury kucia ale trudności w wypełnianiu matryc,

Zad. 7. stale sprężynowe Wymagania: - duży zakres odkształcania sprężystego (wysokie R_sp oraz R_p0,2), wysoka wartość stosunku R_sp/R_p0,2 oraz R_sp/R_m - duża wytrzymałość na zmęczenie (główna przyczyna zniszczenia) - określone minimum ciągliwości (zadowalające przy danym przeciążeniu)

Realizacja: *żywotność (wytrzymałość zmęczeniowa): - ograniczenie do minimum odwęglenia powierzchni - zwiększanie gładkości powierzchni przez szlifowanie - wytwarzanie naprężeń ściskających na powierzchni *wysoka granica sprężystości R_sp oraz wytrzymałości R_m: - zależnie od sposobu umacniania: - obróbka plastyczna na zimno taśm i drutów (które wcześniej poddawane są patentowaniu),

- obróbka cieplna (hartowanie + odpuszczanie średnie 380-520°C), - w obu przypadkach musi być zachowana odpowiednio wysoka zawartość węgla (0,35-1,25%), *ciągliwość: - rośnie z obniżaniem % C (ale maleje wytrzymałość), - rośnie z podwyższaniem temperatury odpuszczania,- Cr, Mo, V opóźniają przemiany odpuszczania (pozytywne), - drobnoziarnistość podwyższa ciągliwość, - zdecydowanie ciągliwość podwyższa Ni ale jest drogi, Rola dodatków stopowych: C 0,35-1,25% (najczęściej 0,5-0,7%)

Si do 2% (podstawowy dodatek) - najsilniej umacnia ferryt, (ujemny wpływ na ciągliwość ferrytu kompensuje podwyższenie temperatury odpuszczania - Si silnie opóźnia przemiany w zakresie odpuszczania średniego) Mn (0,3-1,1%) - podwyższa hartowność (silniej niż Si), Cr (0,4-1,2%) - hartowność, opóźnia przemiany odpuszczania, Mo (0,1-0,3%) - hartowność, drobnoziarnistość, efekty twardości wtórnej, V (0,1-0,2%) - drobnoziarnistość, efekty twardości wtórnej, Ni (0,6-2%) - ciągliwość (drogi), również umocnienie ferrytu i hartowność Obróbka cieplna (patentowanie):

- nagrzanie tuż powyżej A_C3 w celu uzyskania drobnego ziarna austenitu,

- izotermiczna przemiana perlityczna w kąpieli ołowiu 500-550°C (obecnie regulowane walcowanie),

- bardzo drobnopłytkowy perlit (cienkie płytki cementytu zdolne do zginania się podczas ciągnienia),

Zad. 5. stale konstrukcyjne

Wymagania: -łatwa spawalność; -wysoka ciągliwość(odporność na kruche pękanie);

-jak najwyższa wytrzymałość(mniejszy ciężar konstrukcji); -(podwyższenie wytrzymałości w inny sposób niż zwiększanie zawartości węgla); -jak najniższa cena!!!

Realizacja: (najwyższa wytrzymałość bez zwiększania ilości C) -normalizowanie lub walcowanie normalizujące; -przesycanie+ starzenie; -kontrolowane chłodzenie; -hartowanie+ wysokie odpuszczanie

sposoby umocnienia: -umocnienie roztworowe ferrytu(stosowane jako dodatkowe);

-umocnienie ferrytu granicami ziaren(podwyższenie ciągliwości i wytrzymałości);

-umocnienie quasi-perlitem; -umocnienie wydzielinowe związkami mikrododatków(powodują umocnienie wydzieleniowe ferrytu); -umocnienie czystą miedzią

-umocnienie wynikające ze struktury banitycznej; -umocnienie wynikające z ulepszenie cieplnego

Typowe zastosowanie:

ramy nośne, części nadwozia, słupy trakcji energetycznej, pomosty, konstrukcje spawane

---