HARTOWNOŚĆ

Podatność stali na hartowanie, zwana hartownością, jest wyrażana zależnością przyrostu twardości w wyniku hartowania od warunków austenityzowania i szybkości chłodzenia.
O hartowności stali współdecydują: utwardzalność, przehartowalność.

UTWARDZALNOŚĆ

Utwardzalność to podatność stali na hartowanie, miarą której jest zależność największej możliwej do uzyskania po hartowaniu twardości od warunków austenityzowania. Utwardzalność jest uzależniona od warunków austenityzowania oraz stężenia węgla austenicie.

PRZEHARTOWALNOŚĆ

Przez przehartowalność rozumie się podatność stali na hartowanie jako zależność przyrostu twardości w wyniku hartowania od szybkości chłodzenia.

METODY WYZNACZANIA HARTOWNOŚCI STALI

• metoda krzywych U,

• metoda PV,

• metoda Grossmana (obliczeniowa),

• metoda Jominy'ego (doświadczalna).

MIERNIKI HARTOWNOŚCI

• idealna średnica krytyczna D_i ,

• średnica krytyczna D_k .

ŚREDNICA KRYTYCZNA

Miarą przehartowalności stali jest krytyczna szybkość hartowania lub średnica krytyczna Dn, tj. średnica pręta, w którym po zahartowaniu w ośrodku o określonej intensywności chłodzenia w osi przekroju poprzecznego obrabianego elementu uzyskuje się strukturę złożoną z co najmniej n% martenzytu (indeks n odpowiada udziałowi martenzytu
w strukturze podanemu w%, np. D80 lub D50.

WSPÓŁCZYNNIK INTESYWNOŚCI

Zdolność odbierania ciepła przez ośrodek chłodzący, funkcji 0→∞ .

CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA HARTOWNOŚĆ STALI:

• skład chemiczny

• wielkość ziarna austenitu

• ujednorodnienie austenitu

Wyżarzanie - polega na nagrzaniu wsadu do określonej temp. wygrzaniu w tej temp i zazwyczaj powolnym chłodzeniu z szybkością pozwalającą na otrzymanie struktury w stanie równowagi lub zbliżonej do tego stanu. Temp. jest najważniejszym parametrem wyżarzania.

Główne cele operacji wyżarzania:

• Zmniejszenie twardości i tym samym ułatwienie obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej na zimno.

• Uzyskanie struktury właściwej z punktu widzenia dalszych operacji obróbki cieplnej lub innych operacji technologicznych.

• Zmniejszenie naprężeń własnych.

1 Z Przemianą Alotropową

Wyżarzanie zupełne - przeprowadzane w temperaturze 30÷50°C powyżej linii GSE wykresu żelazo-węgiel temperatury przemiany austenitycznej. Polega na wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie powolnym schłodzeniu, zwykle wraz z piecem. Stosuje się je w celu uzyskania drobnoziarnistej struktury, zwykle do staliwnych odlewów.

Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie) - przeprowadzane w temperaturze 30÷50°C powyżej linii GSE wykresu żelazo-węgiel temperatury przemiany austenitycznej, kiedy tworzy się już czysty austenit bez udziału ledeburytu. Po ostudzeniu w powietrzu otrzymuje się w ten sposób jednolitą strukturę i usuwa naprężenia, powstałe w czasie poprzedniej obróbki. Normalizowaniu poddaje się wyższej jakości wyroby hutnicze oraz przedmioty przeznaczone do dalszej obróbki cieplnej, np. połączeniu hartowania. Odmianą normalizowania jest wyżarzanie niezupełne, gdy w strukturze stali dopuszcza się obok austenitu także i ledeburyt. Nagrzewa się wtedy stal do temperatury powyżej linii GSK wykresu żelazo-węgiel.

Wyżarzanie zmiękczające (sferoidyzacja) - przeprowadzane w temperaturze zbliżonej do temperatury przemiany austenitycznej. Zwykle najpierw wygrzewa się w temperaturze około 15°C powyżej linii PSK wykresu żelazo-węgiel, następnie 15°C C poniżej tej temperatury, po czym następuje powolne schładzanie. Taki zabieg powoduje przemianę cementytu płytkowego w postać kulkową, sferoidalną, co podwyższa obrabialność skrawaniem stopu. Takiemu wyżarzaniu poddaje się stale, staliwa i żeliwa.

Wyżarzanie ujednoradniające - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 1000÷1200°C w celu ujednorodnienia składu chemicznego stali w całym przekroju, jeśli wskutek błędów w poprzednich operacjach nie uzyskano takiej jednolitości.

Wyżarzanie grafityzujące (grafityzacja) - stosuje się w stosunku do żeliwa białego w celu uzyskania żeliwa ciągłego. W czasie tego typu wyżarzania cementyt rozkłada się na ferryt i grafit.

2 Bez Przemiany Alotropowej

Wyżarzanie rekrystalizujące (rekrystalizacja) - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 550÷650°C. Poddaje się mu wyroby wcześniej obrabiane plastycznie na zimno w celu usunięcia niekorzystnego wpływu zgniotu.

Cel: Zmniejszeniw trwardości , zwiększenie plastyczności, uzyskanie końowej wielkości ziarna bez przemiany fazowej.

Wyżarzanie odprężające - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 400÷500°C. W tych temperaturach stop zyskuje znaczną plastyczność, co umożliwia usunięcie wewnętrznych naprężeń (powstałych podczas krzepnięcia odlewu lub spoiny) poprzez zamienienie ich na odkształcenia plastyczne.

Cel: zmniejszenie naprężęń wł bez wyrażnych zmian strukt i własności uzyskanych w wyniku wcześniejszej obróbki.

Zastosowanie: odwley staliwa, elem spawanych lub utrwardzonych przez odkszt plastyczne.

Wyżarzanie stabilizujące (stabilizowanie) - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 100÷150°C i trwa od kilku do kilkudziesięciu minut, w stosunku do wyrobów odlewniczych w celu usunięcia naprężeń odlewniczych. Stabilizowanie jest przyspieszoną metodą sezonowania.

Odpuszczanie - jest to zabieg cieplny stosowany do przedmiotów uprzednio zahartowanych, polegający na nagrzaniu ich do temperatury niższej od przemian fazowych, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem powolnym lub przyspieszonym. Jest ono stosowane w celu polepszenia właściwości elementów przy jednoczesnym usunięciu naprężeń własnych, które mogłyby doprowadzić do ich pękania. Przemiany zachodzące w martenzycie podczas nagrzewania można podzielić na cztery etapy.

1 martenzyt wydzieliniowey

2 martenzyt odpuszczony

3 bainitycznym

4 sorbitem

Wyróżniamy odpuszczanie:

• niskie 150°C - 250°C

Cel:Uzyskanie naprężęń hartowniczych z zachowwaniem dużej twardości wytrzymałościowej i odpornośći na ścieranie.

Zastosowanie: narzędzia obrabiane, sprężyny, cześci maszyn nawęglane, hartowanie powierzch.

• średnie 250°C - 500°

Cel:uzyskanie wysokiej wytrzymałości i granicy sprężystości przy nieznacznym obciążęniu trwardości.

Zastosowanie:soprężyny, resory, matryce kuznicze, młoty pneumtyczne.

• wysokie 500°C - Ac1

Cel:uzyskanie najwyższej udarności przy wystarczajacej wytrzmałości na rozciąganie.

Zastosowanie: części maszyn, koła zębate, wały korbowe, wały okrętowe.

Hartowanie -operacja obróki cieplnej prowadzaca do uzyskania struktury o dużej trwardości wytrzymałościowej i odporności na ścieranie.

1) temp austynizowania

2) czas austenizowania

3) szybkośc chłodzenia

Rodzaje hartowania:

1) ze wzgl na uzyskanie struktury:

martenzytyczne,  banityczne  , perlityczne 

2) ze wzgl na sposób nagrzania:

indukcyjne, oporowe laserowe, płomieniowe.

3) ze wzgl na zasięg:

obj i powierzchniowe

4) ze wzgl na sposób chłodzenia:

ciągłe, stopniowe, izotermiczne

Hartowanie zwykłe 

Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle wodnej lub olejowej, poniżej temperatury początku przemiany martenzytycznej, aż do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia powinna być dobrana tak, by nie nastąpiły odkształcenia hartownicze. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne, niż w oleju.

Hartowanie stopniowe 

Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle ze stopionej saletry, do temperatury nieco powyżej temperatury przemiany martenzytycznej i przetrzymaniu w tej temperaturze, by nastąpiło wyrównanie temperatur w całym przekroju przedmiotu. W drugiej fazie, już w kąpieli wodnej lub olejowej, następuje dalsze schładzanie, w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaletą tej metody jest uniknięcie naprężeń hartowniczych. Wymaga jednak dużej wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej.

Hartowanie izotermiczne 

Jest hartowaniem, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna. Nagrzany przedmiot utrzymuje się w kąpieli z roztopionej saletry lub ołowiu, w temperaturze powyżej początku przemiany martenzytycznej. Nazwa metody pochodzi od faktu, iż kąpiel zachowuje stałą temperaturę. W hartowaniu tego typu nie powstaje martenzyt, lecz następuje rozpad austenitu na inne fazy, np. bainit, dając stali własności podobne jak po hartowaniu z odpuszczaniem. Zaletą metody jest brak naprężeń hartowniczych, lecz jest ona procesem długotrwałym, niekiedy przeciągającym się do kilku godzin.

Hartowanie powierzchniowe 

metoda, w której, nie nagrzewa się całego przedmiotu (hartowanie na wskroś) lecz tylko powierzchnie przedmiotu. W związku z tym tylko warstwa powierzchniowa podlega hartowaniu. Stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest utwardzenie tylko fragmentów powierzchni przedmiotu. Istnieje kilka metod hartowania powierzchniowego.

Zastosowanie: stal węglowa 04-05C, stal niskostopowa 03-06C, żeliwa szare i sferoidalne.

Zalety : ogranicznenie nagrzewania do cienkiej warstwy i tylko na okreslonych powierzchniach, - krótki czas próbki,, - mini utlenianie powierzchni, - zmniejszenie odkształceń hartowniczych na skutek ograniczenia nagrzewania do m ałej części obrobionego materiału.

Utwardzanie wydzieleniowe ( operacja przesycania i starzenia) - umocnienie wywołane wydzielającymi się cząstkami w roztworze przesyconym, składa się z dwóch zabiegów: przesycania i starzenia. Umocnienie wydzieleniowe jest efektem przemian zachodzących w stopach metali podczas zabiegów obróbki cieplnej przesycania i starzenia (utwardzania dyspersyjnego). Sposób umocnienia jest bardzo efektywny - w konkretnych przypadkach zapewnia prawie dwukrotny wzrost wytrzymałości, przy stosunkowo niezłej ciągliwości - ale praktycznie ograniczony do nielicznych stopów: Cu-Be, Al-Cu. Ni-Cr, Fe-Ni (niektóre wysokostopowe stale niklowe, tzw. martenzytyczne starzone).

Wg odkształcalnych wydzieleń:

1 dalekiego zasięgu

2 bliskiego zasięgu

Przesycanie - jest operacją obr c skł. Się z zabiegu:

- Nagrzewania - stopów do temp powyżej lini granicznej rozp w stanie stałym

- Wygzrewanie

- Chłodzenie do temp otoczenia i ... aż do krytyvcznej szybkości rozpadu przesyconego roztworu stałego.

Starzenie - jest operacją obr c nastep. po operacji przesycania:

- nagrzewanie poniżej lini przemiennej ropz

- długotrwałe wygrzewanie celu uzyskania drobnych wydzielin fazy wtórnej.

1) Zgrzewanie oporowe

a) zgrzewanie oporowe punktowe:

wykorzystuje przepływ prądu (opór prąd, temp) Prawo Lentza.

Ciepło jest prost proporcjonalne do kwadratu natężenia prądu oporu i czasu przepływu prądu.

Parametry:

- natężenie prądu 3kA-20kA, -

- napięcie bardzo niskie 1-3V

- siła docisku 1-9kN

- czas przepływu prądu 0,001-1s

b) zgrzewanie liniowe oporowe punktowe: koła chł wodą i koła pod prądem.

c) zgrzewanie oporowe garbowe:

zgrzewanie z kołnierzem

d) zgrzewanie liniowe oporowe doczołowa:

pręty rury to co wyciśnie wypływka

e) zgrzewanie oporowe doczołowe iskrowe

f) zgrzewanie oporowe dł. Mocowania np. miedź i stal

2) Zgrzewanie inne metody:

a) zgrzewanie tarciowe

np. tokarka wkręc 1 mat w 2

Parametry:

Siła docisku, - prędkośc obrotowa, - siła spęczania

Co łączymy: 2 wałki, - różnego rodz elem, - dla wszystkich materiałów

b) m wybuchowa ładunek wybuch

c) kondensatorowa

d) dyfuzyjna

e) pródami wirowymi.

Zastosowanie wszędzuie - cienkie elelm tak aby się zgrzało - wielkoiść urządzenia,

3) Technologie lutowania

4) Technologia cięcia

laser do 20mm

plazma 20- 40

tlen powyżej 40mm

wodą

Metody spawania

Łuk kryty w osłonie rutylu i MgO

Tylko w pozycji podolnej, do długich prostych, grubych elementów ze zwykłej stali węglowej. Do spawania poszycia statków, koła pociągów, elementy suwnic, zbiorniki ciśnieniowe, rurociągi pow. Ø250mm.

Parametry:

Natężenie 200-1000A

Napięcie 25-45V

Prędkość do 1,5m/min

Wydajność 40kg/h

Elektroda otulona

Metalowy rdzeń otulony otuliną. Spawanie w miejscach trudno dostępnych, w każdej pozycji, niska cena spawarek, wszystkie materiały, dużo odpadów, wysokie koszty, brak automatyzacji. Typowa metoda montażowa.

Parametry:

Elektroda Ø1,5-6mm

Natężenie 60-100A

Napięcie 18-24V

Prędkość 20-30cm/min

Wydajność mała

W osłonach gazowych

TIG Spawanie elektrodą wolframową w osłonie gazu Argon.

Bardzo wolna, ale precyzyjna, do materiałów wysoko gatunkowych, duża cena urządzeń, duże umiejętności spawacza.

MAG

W osłonie argon+CO₂ duża wydajność, można spawać w miejscach trudno dostępnych, średnie umiejętności spawacza, duża skłonność do przyklejenia, wrażliwa na wiatr, do zwykłych stali.

Natężenie 10-750A

Ręcznie do 35A

MIG

To samo ci MAG tylko w osłonie Argonu i do stali jakościowych, oraz innych metali

Natężenie 100-750A

Zgrzewanie

Zalety

Dobra jakość połączenia, zautomatyzowana, elementy o złożonych kształtach, wysoka czystość połączeń, duża prędkość i wydajność.

Wady

ograniczona grubość łączonych elementów, konieczność kontrolowania wymiarów części roboczej elektrod.

Lutowanie:

Metoda łaczenia (spajania), w której na skutek nagrzewania, roztopione spoiwo wypełnia przestrzen

miedzy scisle dopasowanymi powierzchniami elementów

łaczonych w wyniku oddziaływania sił kapilarnych.

Spoiwa zawsze maja temperature ni_sza od temperatury

solidus materiałów podstawowych oraz odmienny skład

chemiczny.

Etapy lutowania

· Aktywowanie powierzchni łaczonych materiałów oraz

stopionego spoiwa

· Oddziaływanie na granicy faz: stopione spoiwo

materiał łaczony

· Krystalizacja lutowiny

Metody lutowania:

temperatura topnienia spoiw

· lutowanie miekkie < 450o C (luty cynowo-ołowiane)

· lutowanie twarde > 450o C (luty mosie_ne, miedziane,

niklowe, srebrne)

procesy metalurgiczne

· lutowanie reakcyjne

· lutowanie dyfuzyjne

_ niskotemperaturowe (200 -700oC)

_ wysokotemperaturowe (powy_ej 700 oC)

metody nagrzewania

· lutowanie lutownica

· lutowanie płomieniowe

· lutowanie piecowe

· lutowanie indukcyjne

· lutowanie kapielowe

· lutowanie oporowe

· lutowanie w fazie parowej

· lutowanie z użyciem źródeł skoncentrowanej energii

· lutospawanie

Obróbka ubytkowa to taki sposób nadawania kształtów i wymiarów przedmiotom, w wyniku którego zostaje zdjęty nadmiar materiału.
STRUGARKA

obrabiarka do obróbki skrawaniem metodą strugania.
Przedmiot zamocowany jest bezpośrednio na stole lub w imadle, i jest obrabiany za pomocą tzw. noża strugarskiego. Prostoliniowy ruch noża względem przedmiotu składa się z ruchu roboczego o mniejszej prędkości i ruchu jałowego (powrotnego) o większej prędkości. Przesuwanie w kierunku poprzecznym (określa parametry wióra) jest ruchem przerywanym i obywa się po zakończeniu ruchu jałowego narzędzia.
Budowa strugarki poprzecznej
Żeliwny kadłub strugarki łączy wszystkie jej zespoły w całość. Odchylny imak nożowy wraz z suportem jest zamocowany na czołowej płaszczyźnie suwaka. Do skośnego strugania powierzchni suport obraca się o odpowiedni kąt dookoła osi poziomej, przy czym wartość kąta nastawia się wg podziałki. Suwak można przestawić względem stołu za pomocą śruby, dzięki czemu można strugać bliżej lub dalej od kadłuba. Po ustaleniu położenia suwaka względem stołu blokuje się go za pomocą zacisku.
Stół strugarki, osadzony w prowadnicach, otrzymuje napęd w kierunku poprzecznym od śruby, sanie zaś - w kierunku pionowym po prowadnicach kadłuba od śruby. Stół strugarki może być również przesuwany w kierunku poprzecznym ręcznie za pomocą rękojeści obracającej śrubę.
Suwak wykonuje ruch postępowo-zwrotny za pomocą jarzma, wykonującego ruch wahadłowy dokoła osi.
Napęd strugarki jest przekazywany z silnika elektrycznego, umieszczonego w podstawie kadłuba przez sprzęgło i hamulec na koło zębate, a stąd na tarczę z czopem. Na czopie jest osadzony obrotowy kamień ślizgający się podczas pracy wzdłuż prowadnic jarzma. Nowoczesne strugarki poprzeczne są napędzane hydraulicznie.

FREZARKA
Maszyna do obróbki skrawaniem za pomacą narzędzia zwanego frezem.
Frez jest narzędziem skrawającym służącym do obróbki powierzchni płaskich i kształtowych.
Obrotowy ruch skrawania wykonuje zawsze frez, przedmiot frezowany mocowany jest bezpośrednio na stole lub w imadle i przesuwa się względem narzędzia.
Przy pomocy frezowania wykonać można różnego rodzaju płaszczyzny.
Rodzaje: czołowe (oś freza jest prostopadla do powierzchni materiału obrabianego): czołowe pełne, niepełne jednostronne, niepełne dwustronne; obwodowe(oś freza jest pozioma do osi pow obrabianej): obwodowe przeciwbieżne(kierunek posuwu obrabianego przed jest przeciwny do kierunku ruchu roboczego frezu), współbieżne(kierunek posuwu obrabianego przed jest zgodny z kierunkiem ruchu roboczego frezu)
Rodzaje frezarek: frezarki specjalne, specjalizowane, ogólnego przeznaczenia. Frezarki ogólnego przeznaczenia dzieli się na: stołowe, wspornikowe (poziome mają poziomo ustawioną oś wrzeciona, przedmiot może przesuwać się w 3 kierunkach wzajemnie prostopadłych, wspornik opuszcza się i podnosi przy pomocy śruby; pionowe wrzeciono jest ustawione pionowo),bezwspornikowe (duża sztywność, gdyż stół wspiera się na nieruchomym łożu, podnosi się lub opuszcza wrzeciennik), wzdłużne (przeznaczone do obróbki korpusu maszyn), karuzelowe i bębnowe(produkcja seryjna)
TOKARKA
Maszyna do obróbki skrawaniem za pomocą narzędzia zwanego nożem tokarskim.
przedmiot obrabiany jest mocowany w szczękach uchwytu i wykonuje ruch obrotowy. narzędzie mocowane jest w imaku nożowym i wykonuje ruchy w płaszczyźnie poziomej przechodzącej przez oś obrotu obrabianego materiału.
Toczenie stosuje się głównie w celu otrzymania powierzchni walcowatych, stożkowych i kulistych. Rodzaje : toczenie powierzchni zewnętrznych(obtaczanie), toczenie pow. wew.(wytaczanie), toczenie czuł (czołowanie).
Zależne od kierunku ruchu posuwowego noża względem osi obrotu przedmiotu rozróżnia się: toczenie wzdłużne(kierunek posuwu noża równoległy do osi obrabianego przedmiotu), toczenie poprzeczne (kierunek posuwu noża jest prostopadły do osi obrotu),
Rodzaje noży tokarskich:
noże imakowe: ździeraki(obróbka zgrubna, masywna budowa), i wykańczaki (obróbka dokładna i wykańczająca, zdejmują cienka warstwę materiału), prawe i lewe, proste i wygięte, osadzone , suportowe , do gwintów, jednolite.
Budowa tokarki: silnik elektryczny, wanna wiórów, wrzeciennik, suport, skrzynka posuwów, wałek pociągowy, wałek obrotowy, gitara, imak narzędziowy, konik tokarski
SZLIFIERKA
Maszyna do obróbka materiału za pomocą tarcz ściernych zwanych ściernicami. Szlifowanie ma na celu nadanie obrabianym powierzchniom żądanej gładkości. Obrabiarki przeznaczone do obróbki za pomocą ściernic nazywają się szlifierkami.
Ściernica jest to bryła obrotowa, na przykład w postaci tarczy, garnczka, talerza, pierścienia, lub krążka wykonana z drobnych ziarn ścierniwa, którym najczęściej jest karborund lub elektrokorund, połączonych spoiwem.
Skrawanie następuje wskutek tego, że wystające ostre krawędzie ziarn ściernych wirującej ściernicy zaczepiają o obrabianą powierzchnię i skrawają z niej cienką warstwę materiału. Zwykle warstwa ta wynosi 0,005-0,001 mm.
Podczas szlifowania wydziela się duża ilość ciepła. Nagrzewanie się powierzchni szlifowanych do wysokiej temperatury może mieć wpływ na powstawanie naprężeń w materiale lub nawet być przyczyną zmiany jego struktury. To szkodliwe zjawisko powoduje, że przedmioty szlifowane powinny być intensywnie chłodzone.
Rodzaje szlifierek:
Ze względu na dużą dokładność szlifowania stosuje się je jako obróbkę wykańczającą.
1.ogólnego przeznaczenia:szlifierki do wałków , otworów,płaszczyzn.
2.specjalizowane:(np.szlifierki do gwintów)
3.specjalne(branżowe) (np.szlifierki-ostrzarki)

---