1. Narysuj układ żelazo-węgiel, opisz go symbolami oraz wartościami węgla i temperatury.

2.Przedstaw, jakie przemiany zachodzą w układzie Fe-C.

Perytektyczna-  odwracalna przemiana fazowa, w wyniku której przy chłodzeniu z cieczy i fazy stałej o składzie perytektycznym wydziela się nowa faza stała (perytektyka).

Eutektyczna- odwracalna przemiana fazowa, w wyniku której przy chłodzeniu z cieczy o składzie eutektycznym wydziela się mieszanina dwóch faz stałych (eutektyka).

Eutektoidalna- odwracalna przemiana fazowa, w wyniku której przy chłodzeniu z fazy stałej o składzie eutektoidalnym wydziela się mieszanina dwóch faz stałych (eutektoid).

3.Wymień i krótko scharakteryzuj składniki układu żelazo-węgiel.

Ferryt(α)- międzywęzłowy roztwór stały węgla w żelazie α, krystalizujący w układzie regularnym przestrzennie centrowanym. Graniczna zawartość węgla w ferrycie w stanie równowagi wynosi w temp 20°C zaledwie 0,008% i wzrasta w temp. 723°C do 0,02%. Ferryt jest ferromagnetyczny do temp. 768°C.

Austenit (γ)- międzywęzłowy roztwór węgla w żelazie γ, krystalizujący w układzie regularnym płasko- centrowanym. Graniczna zawartość węgla w austenicie w temp. 1147°C wynosi 2,06%. W stopach żelaza z węglem, austenit występuje jedynie w temp. Wyższych od 723°C. Austenit jest paramagnetyczny

Cementyt (Fe₃ C)- węglik żelaza jest fazą międzymetaliczną o złożonej strukturze, krystalizujący w układzie rombowym. Zawartość węgla wynosi 6,67%. W temp do 210°C cementyt jest ferromagnetyczny, powyżej tej temperatury- paramagnetyczny. Cementyt jako oddzielny składnik układu Fe- Fe₃ C w postaci cementytu pierwotnego, drugorzędowego bądź trzeciorzędowego.

Cementyt Pierwszorzędowy- krystalizuje w stopach zawierających ponad 4,3%C, na skutek zmniejszającej się ze spadkiem temp. rozpuszczalności węgla w ciekłym żelazie.

Cementyt wtórny (Fe₃ C_II)- Wydziela się z austenitu na skutek zmniejszającej się ze spadkiem temperatury rozpuszczalności węgla w żelazie γ. Jako oddzielny składnik występuje w stalach o zawartości węgla przekraczającej 0,8%.

Cementyt trzeciorzędowy (Fe₃ C_III)-Wydziela się z ferrytu na skutek zmniejszającej się ze spadkiem temperatury rozpuszczalności węgla w żelazie α.

Perlit- Eutektoidalna mieszanina dwóch faz: ferrytu i cementytu, zawierającą 0,8%C i tworzącą się w temp. 723°C z rozkładu austenitu. Charakteryzuje się budową pasemkową.

Ledeburyt- Mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu, zawierająca 0,77%C, występująca poniżej 727°C

4.Zdefiniuj 3 materiały związane z układem żelazo-węgiel i podaj zasadnicze róznice miedzy nimi.

5.Przedstaw kompleksową klasyfikacje stali.

Stal dzielimy ze względu na:

• Skład chemiczny: węglowa, stopowa

• Zastosowanie: konstrukcyjna, narzędziowa

• Jakość: jakościowa, specjalna

• Sposób wytwarzania: martenowska, elektryczna, konwertorowa

• Sposób odtleniania: uspokojona, półuspokojona, nieuspokojona

• Rodzaj produktów: blachy, pręty, druty, rury, odkówki

• Postać: lana, kuta, ciągniona, walcowana na zimno, walcowana na gorąco

• Stan kwalifikacyjny: surowy, wyżarzony normalizująco, ulepszony cieplnie

6.Opisz jak zmieniają się właściwości mechaniczne stali węglowej(Rm,A5,HB) w miare zwiększania zawartości węgla i wyjaśnij dlaczego.

Podwyższając stężenie węgla w stali, zmniejsza się udział miękkiego i plastycznego ferrytu w strukturze stali, a zwiększeniu- udział twardego i kruchego cementytu. Przez to stale o większym stężeniu węgla wykazują większą twardość, wytrzymałość na rozciąganie Rm i granicę plastyczności Re. Zwiększenie stężenia węgla powoduje zmniejszenie ciągliwości stali a w szczególności wydłużenia A i przewężenia Z.

7.Przedstaw kompleksową klasyfikacje żeliwa.

Żeliwa dzielimy ze względu na:

• Rodzaj struktury

Białe(podeutektyczne, eutektyczne, nadeutektyczne)

Szare( ferrytyczne, ferrytyczno-perlityczne)

połowiczne

• Skład chemiczny

Węglowe

Stopowe

• Własności

Zwykłe

Wysokojakościowe

8.Przedstaw kompleksową klasyfikację zabiegów obróbki cieplnej.

9.Opisz sekwencję postępowania przy właściwie prowadzonym procesie hartowania(5 kroków)

Do najważniejszych zabiegów obróbki cieplnej należą:.

Nagrzewanie jest ciągłym lub stopniowym podwyższaniem temperatury elementu obrabianego cieplnie.

Wygrzewanie polega na wytrzymaniu elementu obrabianego cieplnie w docelowej lub pośredniej temperaturze. Chłodzenie to ciągłe lub stopniowe obniżanie temperatury elementu. Chłodzenie z małą szybkością jest nazywane studzeniem, natomiast z szybkością dużą – oziębianiem.

Wytrzymanie elementu obrabianego cieplnie w pośredniej lub docelowej temperaturze podczas chłodzenia jest nazywane wychładzaniem

10.zdefiniuj pojęcie tzw. krytyczna prędkość chłodzenia na podstawie wykresu CTP.

Na każdym wykresie CTPc (ciągły, inaczej anizotermiczny) jest jedna szczególna krzywa chłodzenia, zwana krytyczna szybkością chłodzenia -Vk. Jest to najmniejsza szybkość chłodzenia przy której austenit ulega przemianie w martenzyt. Szybkość krytyczna wyznaczana jest na podstawie wykresu CTPc przez krzywą chłodzenia przechodzącą przez punk najmniejszej trwałości austenitu(punkt na linii początku rozpadu austenitu najbliższy osi temperatur) Chłodzenie z szybkościami mniejszymi od krytycznej powoduje inne przemiany – perlityczna bądź bainityczną. Ms.Vk

11.Wymień i krótko scharakteryzuj podstawowe struktury otrzymywane w wyniku hartowania i odpuszczania(5 struktur)

Martenzyt to przesycony roztwór stały węgla w żelazie alfa. Pod mikroskopem uwidacznia się jako trudno trawiący się jasny składnik o charakterze iglastym, przy czym igly ułożone są pod kątem zbliżonym do 60 stopni.

Bainit– jest to mieszanina dwóch faz: przesyconego węglem ferrytu tworzącego

osnowę i bardzo drobnych wydzieleń węglików - cementytu lub węglika żelaza ε.

Bainit górny – powstaje w zakresie temperatur 550 – 400 °C (350°C). Składa się on z ziaren

przesyconego węglem ferrytu, między którymi oraz wewnątrz których znajdują się

nieregularne wydzielenia cementytu. Bainit górny ma charakter pierzasty, natomiast

stal o takiej strukturze wykazuje bardzo małą odporność na pękanie.

Bainit dolny – powstaje przy temperaturach poniżej 400 °C (350°C). Cechą odróżniającą go

od struktury bainitu górnego jest listwowy charakter przesyconego ferrytu oraz występowanie drobnodyspersyjnych wydzieleń węglików cementytu wewnątrz listew ferrytu. Wydzielenia te mają postać płytkową i są

rozmieszczone w równoległych rzędach.

Sorbit-mikrostruktura złożona z kulistych cząstek Fe₃C w osnowie ferrytu powstającej w wyniku odpuszczania w zakresie temperatury 500-600^oC(twardość 350-400hb). Cechuje się wysokimi parametrami wytrzymałościowymi i plastycznymi.

TROOSTYT - drobnoziarnista odmiana perlitu; mieszanina ferrytu i cementytu

powstająca z austenitu w wyniku przemiany eutektoidalnej. Najczęściej uzyskuje się go w

wyniku przemiany izotermicznej austenitu w okolicy temperatury 550 °C

12.Przedstaw jak dobiera się temperaturę wygrzewania w zależności od zawartości węgla w stali węglowej i uzasadnij metodykę.

Temperatura wygrzewania przy harto­waniu (austenityzowanie) powinna być ta­ka, aby stal przeszła w stan austenitycz­ny, praktycznie biorąc, ok, 3O÷5O°C po­nad linią GS( układ żelazo-cementyt), Znacz­ne przekroczenie tej temperatury powo­duje objawy przegrzania, tj. gruboziarnistość, duże naprężenia, a nawet pęknięcia hartownicze. Stale nadeutektoidalne (> 0,8% C) nagrzewa się tak jak i eutektoidalne (0,8% C); w roztwór stały prze­chodzi przy tym głównie cementyt za­warty w perlicie, natomiast wolne płytki czy też kuleczki cementytu rozpuszczają się tylko częściowo.

.

13. Scharakteryzuj proces odpuszczania stali.

Odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanej stali do temperatury niższej od temperatury przemiany eutektoidalnej i chłodzeniu do temperatury otoczenia.

Etapy:

1.Zmniejszanie objętości, zmniejszanie tetragalności martenzytu i powstawanie węglika (Epsylion).

2. Rozkład austenitu szczątkowego na martenzyt odpuszczony- wzrost objętości.

3. Etap wydzielanie węgla z przesyconego ferrytu i przemiana węglika (epsylion) w Fe3C.

4. Etap koagulacji i sferoidyzacji cementytu-powstawanie sorbitu.

Odpuszczanie:

Niskie 100-250^oC zmniejszenie naprężeń własnych materiału.

Średnie 250-450^oC duże R_e i R_sp. 450 HB.

Wysokie 450-600^oC duża udarność ciągliwość. 250-400HB