Co to jest obróbka cieplna: Jest to zabieg lub połączenie zabiegów cieplnych, pod wpływem których zmienia się w stanie stałym strukturę stopów, a tym samym ich własności chem, fiz, i mech. w celu dostosowania ich do wymaganych warunków Co to jest zabieg lub operacja cieplna: Operacja obróbki cieplnej jest częścią proces technologicznego, wykonywaną w sposób ciągły. Częściami operacji obróbki cieplnej są zabiegi obróbki cieplnej (najważniejsze zabiegi to: nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie)Klasyfikacja rodzajów obróbki cieplnej: Obróbkę cieplną zwykłą można podzielić na: wyżarzanie, hartowanie i odpuszczanie oraz przesycanie i starzenieRodzaje wyżarzania stali: ujednoradniające, rekrystalizujące, odprężające, normalizujące, zupełne, izotermiczne, sferoidyzująceSposób przeprowadzania i cel odpuszczania stali: Odpuszczanie jest zabiegiem cieplnym stosowanym zasadniczo do stali hartowanych ; ma ono na celu usunięcie naprężeń hartowniczych i zmianę własności mechanicznych (obniżenie twardości i wytrzym. na rozciąganie, a zwiększenie wydłużenia i udarności.Odpuszczanie polega na tym, że przedmiot zahartowany nagrzewa się do temp. 180-6500C, przetrzymuje pewien czas w tej temp. a następnie chłodzi.Co to jest ulepszanie cieplne: Jest połączeniem zabiegów hartowania i wysokiego odpuszczania w celu otrzymywania optymalnych własności mechanicznych przy zachowaniu możliwości obr. skrawaniem.Miarą ulepszania cieplnego jest stosunek Re:RmSposób przeprowadzania i cel patentowania: Odmiana wyżarzania izotermicznego, polegająca na wygrzewaniu w temp. 900-1100 0C, chłodzeniu izotermicznym w 500-550 0C i następnie obróbce plastycznej na zimnoNa czym polega utwardzanie wydzieleniowe stopów: Cząstki dyspersyjnych faz wtórnych wydzielają się w osnowie (np. podczas starzenia) i pomiędzy nimi a osnową występuje koherentna granica międzyfazowa, a w otoczeniu tych cząstek występuje sprężyste odkształcenie sieci osnowy i pole naprężeń dalekiego zasięgu.Obróbka podzerowa - sposób przeprowadzania i cel: Obróbka podzerowa (inaczej wymrażanie) polega na chłodzeniu stali bezpośrednio po hartowaniu do temp. <0 0C, wychłodzeniu w tej temp. i następnie ogrzaniu do temp. pokojowej. Obróbka ta umożliwia zmniejszenie udziału austenitu szczątkowego w strukturze stali powodując zwiększenie udziału martenzytu.Co to jest dyfuzja: Względna zmiana położenia atomów w sieci, zachodząca w stanie stałym pod wpływem temp.Znaczenie procesów dyfuzji w obróbce cieplnej: Podstawa wielu procesów metalurgicznych:a) dyfuzyjne przemiany fazowe ; b) powstawanie roztworów stałych (homogenizacja) ; c) rekrystalizacja ; d) obróbka cieplno-chemicznaPrawa dyfuzji: I prawo Ficka: określa strumień dyfuzji J składnika nasycającegoJ=-D razy dc / dx ; gdzie D - współcz. dyfuzji ; dc / dx - gradient stężenia pierwiastka dyfundującegoII prawo Ficka: opisuje zależność rozkładu stężenia składnika od czasudc / d tał = d / dx (poza ułamkiem: D razy dc / dx) ; gdzie tał - czas procesuPodstawowe mechanizmy dyfuzji: Dyfuzja w roztworach różnowęzłowych przebiega głównie za pośrednictwem mechanizmu wakansowego, natomiast w roztworach międzywęzłowych - międzywęzłowego. W zależności od energii aktywacji dyfuzja może przebiegać: a) wzdłuż powierzchni metalu, b) wzdłuż granic ziarn, c) wewnątrz ziarn (najtrudniej)
Rodzaje przemian fazowych: dyfuzyjne i bezdyfuzyjnePodstawowe przemiany zachodzące w stalach (podczas chłodzenia): martenzytyczna, bainityczna, perlityczna
Sposób przeprowadzania i cel wyżarzania UJEDNORODNIAJĄCEGO (homogenizujące): Polega na nagrzaniu stali do temp. 1050-1200 0C o ok. 100-2000 0C niższej od temp. solidusu, wygrzaniu długotrwałym w tym zakresie temp. i następnym studzeniu. Celem tej operacji jest ograniczenie niejednorodności składu chemicznego ; NORMALIZUJĄCE: Polega na nagrzaniu stali do temp. o 30-50 0C wyższej od linii powstawania austenitu, wygrzaniu w tej temp. i następnie studzeniu w spokojnym powietrzu. Operacja ta ma na celu uzyskanie jednorodnej struktury drobnoziarnistej, a przez to polepszenie własności mech. stali. ZUPEŁNE: Stosowane do stali stopowych, polega na nagrzaniu stali do temp. o 30-50 0C wyższej od linii powstawania austenitu, wygrzaniu w tej temp. i następnie bardzo wolnym chłodzeniu. IZOTERMICZNE (perlityzujące): Jest odmianą wyżarzania zupełnego, polega na nagrzaniu stali do temp. o 30-50 0C wyższej od linii powstawania austenitu, wygrzaniu w tej temp. szybkim chłodzeniu do temp. nieco niższej, wytrzymaniu izotermicznym aż do zakończenia przemiany perlitycznej i następnym chłodzeniu w powietrzu. Jest stosowane w przypadku obróbki cieplnej stali stopowych , które po wyżarzaniu zupełnym wykazują zbyt dużą twardość. REKRYSTALIZUJĄCE: Polega na nagrzaniu metalu uprzednio odkształconego plastycznie na zimno do temp. wyższej od temp. rekrystalizacji, wygrzaniu w tej temp. i chłodzeniu z dowolną szybkością. Usuwa umocnienie zgniotowe, powodując zmniejszenie twardości i wytrzymałości oraz zwiększenie ciągliwości metalu, co umożliwia dalszą obróbkę plastyczną na zimno. ODPRĘŻAJĄCE: Polega na nagrzaniu stali do temp. niższej od linii powstawania austenitu, wygrzewaniu w tej temp. i następnym powolnym studzeniu. Celem tej operacji jest usunięcie naprężeń odlewniczych, spawalniczych, cieplnych oraz spowodowanych obróbką plastyczną. SFEROIDYZUJĄCE (zmiękczenie): Polega na nagrzaniu stali do temp. linii powstawania austenitu, wygrzaniu w tej temp., bardzo wolnym chłodzeniu do temp. ok. 600 0C i następnie dowolnym chłodzeniu do temp. otoczenia. Strukturę stali stanowi cementyt kulkowy (sferoidyt) w osnowie ferrytu. Zapewnia to niewielką twardość, dobrą skrawalność oraz dobrą podatność na odkształcenie plastyczne w czasie obróbki plastycznej na zimno.
Sposób przeprowadzania i cel hartowania ZWYKŁEGO: Polega na nagrzaniu przedmiotu do temp. powyżej linii powstawania austenitu i następnie szybkim chłodzeniu w kąpieli chłodzącej do temp. poniżej temp. przemiany martenzytycznej (zazwyczaj do temp. otoczenia). Takie hartowanie umożliwia uzyskanie największej twardości dzięki zachodzącej przemianie martenzytycznej. STOPNIOWE: Polega na nagrzaniu (jak przy hartowaniu zwykłym), szybkim chłodzeniu w kąpieli nagrzanej do temp. pośredniej powyżej początku przemiany martenzytycznej (np. 300-350 0C), przetrzymaniu przez krótki czas w tej temp. i dalszym chłodzeniu w oleju lub na powietrzu. W tej metodzie znacznie zmniejszają się naprężenia i odkszatcenia. BAINITYCZNE: Charakteryzuje się chłodzeniem ciągłym z szybkością mniejszą od krytycznej. Celem operacji jest uzyskanie struktury bainitu, ewentualnie z martenzytem oraz austenitu szczątkowego. W ten sposób uzyskuje się większe własności plastyczne i większą udarność stali niż po hartowaniu martenzytycznym i wysokim odpuszczaniu. Większa jest również odporność stali na zmęczenie, niższa jednak granica sprężystości i plastyczności. PRZERYWANE (bainityczne z przemianą izotermiczną): Chłodzenie jest wielozabiegowe i polega na oziębianiu austenitu przechłodzonego do temp. niższej od temp. przemiany perlitycznej, wytrzymaniu izotermicznym w kąpieli chłodzącej lub innym ośrodku, o temp. wyższej od temp. 250-400 0C, w czasie zapewniającym zakończenie przemiany bainitycznej, następnie chłodzeniu do temp. pokojowej z dowolną szybkością (w spokojnym powietrzu). Takie hartowanie zapewnia uzyskanie struktury bainitycznej, przy znacznym ograniczeniu naprężeń cieplnych i strukturalnych oraz zmniejszeniu możliwości powstania pęknięć i odkształceń. Jaki jest cel przegrzania stali o 30-50 0C ponad linię początku aust. przy austenityzowaniu: Ma to na celu pogorszenie własności martenzytu oraz wystąpienie siatki cementytu wtórnego na granicach ziarn austenitu pierwotnego, co ze względu na bardzo dużą kruchość dyskwalifikuje przedmiot tak obrobiony cieplnie. Przekroczenie tej temp. powoduje objawy przegrzania (gruboziarnistość, duże naprężenia, a nawet pęknięcia hartownicze)W jakich warunkach następuje rozdrobnienie ziarna stali: Im wyższy stopień gniotu, tym drobniejsze ziarno
Obróbka cieplna jest to zespół odpowiednio dobranych zabiegów cieplnych prowadzących do zmiany właściwości stali poprzez zmiany struktury w stanie stałym w wyniku zmian tem-peraturyi czasu.Ze względu na czynniki wpływające na kształtowanie struktury oraz właściwości metali i stopów można wyróżnić następujące rodzaje obróbki cieplnej: obróbkę cieplną zwykłą,• obróbkę cieplno-chemiczną,• obróbkę cieplno-mechaniczną (zwaną także obróbką cieplno- plastyczną), • obróbkę cieplno-magnetyczną. Wyżarzanie to zabiegi cieplne, których celem jest uzyskanie struktury w obrabianym materiale zbliżonej do stanu równowagi termodynamicznej. Polega na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu z odpowiednią szybkością. Ze względu na temperaturę, w której wyżarzanie przebiega, dzieli się je na wyżarzanie: z przekrystalizowaniem i bez przekrystalizowania. Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania, krótkim wygrzaniu w tej temperaturze i oziębieniu z szybkością umożliwiającą uzyskanie struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do temperatury powyżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i szybkim chłodzeniu w celu zatrzymania rozpuszczonego składnika w roztworze stałym (rys.17). W wyniku przesycania poprawiają się właściwości plastyczne natomiast zmniejsza się wytrzymałość i twardość. Starzenie polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Podczas procesu z roztworu przesyconego wydziela się składnik znajdujący się w nadmiarze w postaci drobnodyspersyjnych faz. Jeżeli proces starzenia zachodzi w temperaturze pokojowej to nosi nazwę starzenia samorzutnego lub naturalnego. Starzenie powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz pogorszenie plastyczności. Odpuszczanie polega na nagrzaniu stali zahartowanej do temperatury niższej od Ac1, wy-grzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu do temperatury pokojowej. W zależności od temperatury w której prowadzony jest proces, rozróżnia się odpuszczanie: niskie100- 250°C, średnie 250- 500°C , wysokie 500°C - Ac1.Przemiana perlityczna zachodzi po ochłodzeniu austenitu do zakresu temperatur pomiędzy temperaturą Ar1, a temperaturą minimalnej trwałości austenitu 500-550°C. W jej wyniku z austenitu powstaje mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu i cementytu zwana perlitem. Przemiana perlityczna jest przemiany dyfuzyjną, związaną z przegrupowaniem atomów węgla i zachodzi przez zarodkowanie oraz rozrost zarodków Przemiana bainityczna zachodzi w stalach pomiędzy temperaturą najmniejszej trwałości austenitu a temperaturą początku przemiany martenzytycznej. Podczas chłodzenia izotermicznego w zależności od temperatury przemiany rozróżnia się bainit górny, tworzący się w zakresie temperatury poniżej minimalnej trwałości austenitu a temperaturą 350-400°C oraz bainit dolny powstający w temperaturze pomiędzy 350-400°C a temperaturą początku przemiany martenzytycznej. Przemiana martenzytyczna (nazywana przemianą bezdyfuzyjną lub ścinającą) zachodzi w stalach po przechłodzeniu austenitu poniżej temperatury Ms z prędkością równą lub większą od prędkości krytycznej W wyniku powyższej przemiany , oαpowstaje martenzyt tj. przesycony roztwór węgla w żelazie strukturze tetragonalnej, powstającej przez zniekształcenie komórki sieci A2 (ferrytu) obecnością atomów węgla w lukach oktaedrycznych.