Materiały Konstrukcyjne

Kolokwium Nr2

1) W jakim celu przeprowadza się obróbkę cieplną?

Obróbka cieplna jest zabiegiem lub połączeniem kilku zabiegów cieplnych mających

na celu wprowadzenie zmian strukturalnych skutkujących nadaniem pożądanych właściwości
mechanicznych, fizycznych czy chemicznych obrabianemu materiałowi.
2) Na czym polega wyżarzanie ujednoradniające?
Celem wyżarzania ujednoradniającego jest równomierne rozproszenie dodatków, domieszek
oraz zanieczyszczeń na całą stal poprzez dyfuzje, czyli uzyskanie większej jednorodności
stali. Przed tym procesem największa koncentracja domieszek jest w kryształach wolnych
znajdujących się w „środku” stali. Wyżarzanie ujednoradniające (homogenizujące) polega na
nagrzaniu do temperatury zbliżonej do linii solidus (zwykle 1000-1250

0

C), długotrwałym

wygrzewaniu w tej temp., aż do zajścia dyfuzyjnego i wyrównania składu chemicznego, oraz
chłodzenie.
3) W jakich przypadkach przeprowadza się rekrystalizację metali?
Rekrystalizacja jest wykorzystywana do usuwania skutków odkształcenia-zgniotów (po
obróbce plastycznej) oraz do wytwarzania ziarna o żądanej wielkości. Struktura
drobnoziarnista jest zwykle korzystna. Materiał drobnoziarnisty jest bardziej wytrzymały, a
drobnoziarniste stale mają niższą temperaturę przejścia w stan kruchy.
4) Jakie zjawiska zachodzą podczas procesu rekrystalizacji?

Podczas rekrystalizacji następuje zmiana struktury którą możemy podzielić na;

**zdrowienie – zjawisko zachodzące bezpośrednio po nagrzaniu zanik naprężeń
szczątkowych) ** rekrystalizacja pierwotna – proces odbudowy struktury krystalograficznej
tworzą się nowe kryształy pozbawione odkształceń(drobnoziarnisty) ** rozrost ziaren –
zanikają granicę krzywoliniowe, zjawisko szkodliwe- rozrost ziaren ** rekrystalizacja wtórna
– rozrost tylko niektórych ziaren i powstanie struktury gruboziarnistej.
5) Na podstawie jakiego eksperymentu wyznacza się temperaturę rekrystalizacji?

Temperatura rekrystalizacji nie może być jednoznacznie określona, gdyż zależy od

wielu czynników: temp. topnienia, czystości metalu itp. Dlatego do celów praktycznych
wprowadzono pojęcie temp. progowej rekrystalizacji T

r

, która jest najniższą temp. procesu

przy dużych odkształceniach (>60-70%) i czasie wyżarzania 1-2 h.
Eksperymentem tym jest badanie twardości metodą Brinella w zależności od temperatury
wyżarzania. Wykres tej zależności zawsze będzie miał punkt przegięcia, który jest temp.
rekrystalizacji.
6) Co to jest zgniot krytyczny i jaki ma wpływ na właściwości materiału po rekrystalizacji?

Zgniot krytyczny jest to niewielki stopień odkształceń powodujący maksymalny

rozrost ziarna. Z reguły w zakresie 2-8% odkształcenia. Zgniot krytyczny jest zjawiskiem nie
pożądanym na przykład dla łusek.
Zgniot – stan strukturalny spowodowany odkształceniem plastycznym na zimno.
Zgniot krytyczny to mały zgniot (poniżej 10%), który powoduje rozrost dużych ziaren.

%

100

o

o

d

d

d

Z





Zgniot powoduje w materiale pasmowe ułożenia kryształów.
Maksymalny rozrost ziarna powoduje duże komplikacje. Pojawiają się miejsca w dużym
stopniu narażone na pęknięcia.
7) W jakich przypadkach przeprowadza się normalizację stali?

Dla odlewów, które nie będą przerabiane plastycznie należy, celem rozdrobnienia

ziarna, zastosować odpowiednią obróbkę cieplną np. wyżarzanie normalizujące. Normalizacja
ma za zadanie także przygotowanie struktury do ostatecznej obróbki cieplnej.
Wyżarzanie normalizujące przeprowadza się tez w celu:

- usunięcia naprężeń w odlewach o skomplikowanym kształcie;
- usunięcia skutków wcześniej przeprowadzonej obróbki cieplnej np. hartowania
- ujednorodnienia właściwości mechanicznych spoin spawalniczych
- zmiękczenia materiału.
8) Na czym polega skłonność stali do drobnoziarnistości podczas normalizowania?
Struktura perlityczna stali po podgrzaniu stali od 30 do 50

0

C powyżej temperatury

austenityzacji zmienia się w austenit charakteryzujący się dużym stopniem rozdrobnienia.
Rozdrobnienie to jest małe w powyższym przedziale temperatur. Następnie ochłodzenie
poniżej temperatury austenityzacji powoduje zamianę austenitu drobnoziarnistego w perlit
drobnoziarnisty.
9) Na czym polega i jaką strukturę uzyskuje się podczas sferoidyzacji stali?

Wyżarzanie sferoidyzujące, zwane także zmiękczaniem, polega na nagrzaniu stali do

temperatury zbliżonej do A

C1

, wygrzewaniu w tej temperaturze, bardzo wolnym chłodzeniu

do temperatury ok. 600

0

C i następnie dowolnym chłodzeniu do temperatury otoczenia. W

wyniku sferoidyzacji powstaje sferoidyt, czyli perlit, w którym cementyt występuje w postaci
kulek. Struktura taka zapewnia niewielką twardość, dobrą skrawalność oraz dobrą podatność
na odkształcenie plastyczne w czasie obróbki plastycznej na zimno.
10) Jakie parametry obróbki cieplnej można odczytać z wykresu CTPc?

Z wykresu tego można twardość jaką osiąga się przy określonym przebiegu

chłodzenia z położenia linii chłodzenia w stosunku do linii wykresu można wywnioskować
jakie przemiany będą zachodzić w czasie chłodzenia i jaką otrzymamy strukturę. Temperatury
początku i końca poszczególnych przemian i odpowiadające im czasy odczytuje się przez
rzutowanie odpowiednio na osie temperatury lub czasu punktów przecięcia krzywych
szybkości chłodzenia z krzywymi początku i końca przemiany.
Wykresy te umożliwiają także określenie szybkości krytycznej V

k

, czyli najmniejszej

szybkości chłodzenia z temperatury austenityzowania zapewniającej uzyskanie struktury
wyłącznie martenzytycznej. Na wykresie Ctpc szybkość krytyczna jest linią chłodzenia
przebiegającą stycznie do krzywej początku przemiany austenitu w punkcie najmniejszej
trwałości austenitu przechłodzonego.
11)Czym różni się przemiana austenitu w perlit od przemiany austenitu w martenzyt?

Różni się tym że pierwsza przemiana zachodzi pod wpływem przechłodzenia

nieznacznie poniżej temp A1 co powoduje że czasy rozpoczęcia i zakończenia przemiany są
stosunkowo długie, martenzyt powstaje z austenitu przy bardzo dużym przechłodzeniu
poniżej temp. Ms poniżej której zachodzi przebudowa sieci żelaza  w żelazo .

Przemiana austenitu w perlit

Przemiana austenitu w martenzyt

Przemiana dyfuzyjna

Przemiana bezdyfuzyjna

Atomy zmieniają swoje pozycje w węzłach
na duże odległości od 1 do 10

6

odstępów

międzyatomowych

Atomy mogą przemieszczać się na odległości
mniejsze niż odstępy międzyatomowe

Atomy przemieszczają się z miejsca na
miejsce w wyniku dyfuzji aktywowanej
cieplnie

Atomy przemieszczają się zrywając i
odnawiając wiązania międzyatomowe z
niewielką zmianą pozycji

Atomy przeskakują przypadkowo z miejsca
na miejsce

Atomy przemieszczają się jeden za drugim w
precyzyjnej kolejności

Szybkość zależy od temperatury i poniżej
0,3-0,4 temperatury mięknięcia przemiana nie
zachodzi

Szybkość przemiany ~ prędkość światła
nie zależy istotnie od temperatury

Stopień przemiany zależy zarówno od czasu i
temperatury

Stopień przemiany (objętość, która jej
ulegnie) zależy tylko od temperatury

W stopach jest możliwa zmiana składu

Nie zachodzi zmiana składu chemicznego

chemicznego poszczególnych faz

Zależności krystalograficzne pomiędzy
fazami występują tylko czasem

Zawsze występuje specyficzna zależność
krystalograficzna pomiędzy martenzytem a
fazą macierzystą

Zachodzi przy powolnym studzeniu.

Zachodzi przy szybkim studzeniu.

12) Co to jest krytyczna szybkość hartowania?

Najmniejsza szybkość przy której uzyskuje się strukturę jednorodnego martenzytu. Na

wykresie przemiany przechłodzonego austenitu CTPc jest to styczna do krzywej początku
przemiany.
13) Jaki jest wpływ węgla i dodatków stopowych na krytyczną szybkość hartowania?
[Wpływ węgla:
Najmniejszą szybkość mają stale o zaw. węgla 0,5-0,9% węgla. stale o pozostałych
zawartościach węgla krytyczną szybkość hartowania mają większą. Rysunek na ściądze
Wpływ dodatków stopowych:
Do pierwiastków stopowych najsilniej zwiększających hartowność zaliczamy Mo, Mn i Cr
(wg malejącej siły wpływu). Należy jednak zwrócić uwagę, że pierwiastki te tylko wtedy
zwiększają hartowność stali, gdy są rozpuszczone w austenicie. Występowanie nie
rozpuszczonych węglików tych pierwiastków, powoduje silne zmniejszenie hartowności.
Czasami jednak celowo nie doprowadza się do rozpuszczenia pewnych węglików podczas
austenityzowania (np. węglików wanadu w stalach narzędziowych) aby nie dopuścić do
rozrostu ziarna austenitu i uzyskać większą odporność na pękanie stali. W stalach
szybkotnących, wysoka zawartość pierwiastków stopowych tworzących trudno rozpuszczalne
węgliki powoduje, że stale te są hartowane z bardzo wysokich temperatur celem nasycenia
austenitu zarówno węglem jak i dodatkami stopowymi ]
Dodatek węgla w stopie powoduje obniżenie krytycznej szybkości hartowania zgodnie
z wykresem przez co wydłuża się czas studzenia.
Mangan, chrom, nikiel i wanad również zmniejszają wartość krytycznej szybkości
hartowania. Natomiast kobalt i wolfram ją podwyższa.
14) Jak wyznaczamy temperaturę hartowania stali?

Temperatura hartowania zależy do zawartości węgla w stali. Dla stali

podeutektycznych (do 0,77% C) temperatura hartowania wynosi od 30 do 50

0

C powyżej

temp. austenityzacji (przemiany austenitu w ferryt). Dla stali nadeutektycznych wynosi do
50

0

C powyżej temperatury 727

0

C.

15) W jakim celu przeprowadza się odpuszczanie stali?

Odpuszczanie polega na nagrzewaniu uprzednio zahartowanego przedmiotu do

temperatury leżącej poniżej A

C1

, co prowadzi do usunięcia naprężeń oraz przemian

wywołujących zmniejszenie twardości i wzrost plastyczności stali. Połączenie zabiegów
hartowania i wysokiego lub średniego odpuszczania nazywamy ulepszaniem cieplnym.
Stal odpuszczona, w porównaniu do stali niedopuszczonej o tej samej twardości, ma dużo
większą udarność. Przykładem zastosowania stali odpuszczonych są lufy karabinowe.
16) Jakie zjawiska zachodzą podczas odpuszczania stali?

W materiale po zahartowaniu występują naprężenia wewnętrzne. Naprężenia te

zanikają po osiągnięciu dostatecznej temperatury, ponieważ granica plastyczności ze
wzrostem temperatury maleje i materiał odkształcając się ulega odprężeniu. Przemiany
zachodzące podczas odpuszczania stali można podzielić na trzy zasadnicze etapy:
W zakresie 150-250 st. C mamy do czynienia z odpuszczaniem niskim=> częściowe
usuniecie naprężeń hartowniczych oraz rozkład austenitu szczątkowego, przy zachowaniu
wysokiej twardości

W zakresie 250-500 st. C ma miejsce obniżenie twardości i zwiększenie odporności na
uderzenie przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości i sprężystości (zastosowanie przy
obróbce cieplnej np. sprężyn).
W zakresie 500-650 st. C uzyskuje się najwyższą udarność, przy wystarczającej
wytrzymałości na rozciąganie. Uzyskuje się strukturę sorbityczną, właściwą dla stali
konstrukcyjnych.
17) Dlaczego w stalach o większej zawartości węgla obserwujemy wzrost twardości podczas
odpuszczania w niższych temperaturach?

Gdyż wyniku takiego odpuszczania następuje przemiana austenitu szczątkowego w

martenzyt, który jak wiemy jest twardszy od austenitu. Martenzyt odznacza się wysoką
twardością przy jednoczesnej dużej kruchości. Twardość martenzytu zwiększa się wraz ze
wzrostem zawartości węgla w stali, co jest związane ze zwiększającym się odkształceniem
sieci krystalicznej żelaza . Znaczny przyrost twardości obserwuje się zwłaszcza do
zawartości 0,7%?1,2? węgla, kiedy to martenzyt osiąga twardość około 64HRC. Dalszy
przyrost twardości jest już nieznaczny.
18) Jak zawartość austenitu szczątkowego zależy od zawartości węgla?

Im więcej węgla w stali tym więcej austenitu szczątkowego. Im więcej znajduje się w

austenicie węgla tym ilość austenitu szczątkowego w zahartowanej stali jest większa.
19) Jaka jest zależność początku i końca przemiany martenzytycznej od zawartości węgla w
stali?
Przemiana martenzytyczna w stalach zachodzi tylko w warunkach ciągłego chłodzenia w
zakresie pomiędzy temperaturą M

s

(martenzyt start) a temperaturą M

f

(martenzyt koniec od

ang. martensite finish). Temperatury M

s

i M

f

zależą od składu chemicznego austenitu i

obniżają się ze wzrostem zawartości węgla oraz większości pierwiastków stopowych, poza Al
i Co (rys.7.6). Jedna z zależności między składem stali a temp. M

s

:

M

s

(

0

C)=561 – 474*(%C) – 33*(%Mn) – 17*(%Ni) – 17*(%Cr) – 21*(%Mo)

Rys.7.6. Wpływ stężenia a) węgla na temperaturę M

s

i M

f

, wg S. Prowansa oraz

b) pierwiastków stopowych na temperaturę M

s

, wg V. I. Zjuzina i in.

20) Na czym polega obróbka podzerowa stali?

W przypadku gdy z uwagi na skład chemiczny austenitu hartowanej stali temperatura

M

f

jest niższa od temperatury 0

o

C, stosowana jest tzw. obróbka podzerowa, zwana również

wymrażaniem. Polega ona na chłodzeniu stali bezpośrednio po hartowaniu do temperatury
niższej od 0

o

C, wytrzymaniu przy tej temperaturze i następnie ogrzaniu do temperatury

otoczenia. Obróbka ta umożliwia zmniejszenie udziału austenitu szczątkowego w strukturze
stali.
Obróbka podzerowa, zwana również wymrażaniem ma na celu maksymalny rozkład austenitu
pozostałego po zahartowaniu. Osiąga się to w wyniku schłodzenia stali poniżej temp. M

f

,

która dla stali o zawartości węgla powyżej 0,6-0,7% znajduje się poniżej 0

0

C. Zmniejszenie

ilości nie przemienionego austenitu w zahartowanej stali prowadzi z jednej strony do
zwiększenia twardości, z drugiej do stabilności wymiarów. Do wymrażania stosuje się zwykle
stały CO

2

, który daje temperaturę -80

0

C.

21) Jakie środki chłodzące są stosowane podczas hartowania stali?

Do podstawowych środków chłodzących nalezą: *woda (o różnych temp.) 10% w

wodzie roztworów wodorotlenku soli kuchennej sody kwasu siarkowego, woda destylowana
emulsja oleju w wodzie woda z mydłem olej mineralny maszynowy stop 75%Sn 25%Cd rtęć
płyty miedziane płyty żelazne.
22) W jakim celu przeprowadza się wyżarzanie odprężające lub stabilizujące?

W celu zmniejszenia naprężeń własnych elementów stalowych powstałych w

procesach technologicznych jak przeróbka plastyczna na gorąco obróbka mechaniczna
spawanie prostowanie itp.: nie powodujące przy tym zmian struktury stali twardości i
wytrzymałości. Polega ono na nagrzewaniu przedmiotu do temperatury z reguły niższej od
A

c1

, natomiast wyższej od temperatury, w której metal traci znaczna część wytrzymałości i

staje się plastyczny, co umożliwia usunięcie naprężeń przez wewnętrzne odkształcenia
plastyczne.
23) Jaką własność stali określa krytyczna szybkość hartowania V

k

?

V

kr

- jest to szybkość ochładzania austenitu która jest styczna do obszaru przemiany

bainitycznej na wykresie CTPc V

kr

- krytyczna prędkość hartowania - najwolniejsza prędkość

ochładzania przy której otrzymujemy martenzyt. Krytyczna szybkość hartowania określa
zdolność stali do hartowania.
24) Jaką własność określa średnica krytyczna D

0

i D

50?

Średnica krytyczna D

0

jest to średnica pręta zahartowanego na wskroś w ośrodku

chłodzącym o danej intensywności chłodzenia. Pręt zahartowany na wskroś najczęściej
oznacza pręt, w którego osi jest 50% martenzytu (D

50

), chociaż określa się średnice krytyczne

także dla innych udziałów objętościowych martenzytu w osi (np. D

80

,D

95

)

Inaczej: D

n

– 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). Średnica krytyczna jest miarą przehartowalności stali.
25) Na czym polega obróbka cieplno-plastyczna stali?

Obróbką cieplno-plastyczną nazywamy połączenie odkształcenia plastycznego z

obróbką cieplną w taki sposób, aby przemiana fazowa zachodziła w warunkach wzrostu
gęstości defektów sieci wywołanych odkształceniem. Badania wykazały, że tą drogą można
uzyskać wzrost wytrzymałości bez jednoczesnego spadku plastyczności.
Przykłady obróbek: metoda Stelmor, metoda Sumitomo
Wyróżnia się obróbkę cieplno-plastyczną (cieplno-mechaniczną):
- wysokotemperaturową
- niskotemperaturową
26) Jak definiujemy obróbkę cieplno-chemiczną?

Obróbka cieplno-chemiczna polega na dyfuzyjnym wprowadzeniu do

przypowierzchniowej warstwy przedmiotu obcego pierwiastka, celem spowodowania
odpowiednich zmian własności tej warstwy (w niektórych przypadkach właściwy efekt
uzyskuje się dopiero po dodatkowej obróbce cieplnej). Ogólnie dzieli się na:
- dyfuzyjne nasycanie niemetalami (nawęglanie, azotowanie, utlenianie, siarkowanie,
borowanie, krzemowanie),
-dyfuzyjne nasycanie metalami (aluminiowanie, chromowanie, cynkowanie, tytanowanie),
-dyfuzyjne nasycanie wieloskładnikowe (węgloazotowanie, węglotytanowanie,
siarkowęgloazotowanie itd.)

Obróbkę cieplno-chemiczną stosuje się dla uzyskania wysokiej twardości warstwy

powierzchniowej przedmiotu, przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Zapewnia to dużą
odporność na ścieranie i wysoką wytrzymałość na obciążenia dynamiczne, a w niektórych
przypadkach zabezpiecza stal przed korozją.
27) Z czego wytwarza się atmosfery do obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej?

Atmosferami bezgeneratorowymi są głównie jednoskładnikowe gazy, np. argon, azot
i wodór, po osuszeniu wprowadzane bezpośrednio do pieca. Atmosferami tymi są również
produkty rozkładu ciekłych związków organicznych (np. alkoholi i ciekłych węglowodorów),
następującego bezpośrednio w komorze grzejnej pieca. Wytwarzanie tych atmosfer nie
wymaga specjalnych urządzeń poza systemem doprowadzania gazów lub cieczy do komory
grzejnej pieca.
Atmosfery generatorowe są wytwarzane w specjalnych urządzeniach, zwanych generatorami,
i w gotowej postaci doprowadzane do komory grzejnej pieca, w którym odbywa się obróbka
cieplna.
28) Wymień zjawiska zachodzące etapami podczas obróbki cieplno-chemicznej?

Obróbkę cieplno-chemiczną przeprowadza się w środowisku bogatym w składnik

dyfundujący do stali. W większości przypadków stosuje się środowisko gazowe i wówczas w
czasie obróbki zachodzą trzy podstawowe procesy:
a)dysocjacja - polegająca na rozkładzie cząsteczek gazu i utworzeniu aktywnych atomów
pierwiastka dyfundującego, (najlepiej gdyby reakcja zachodziła tylko przy przedmiocie, np.
2CO -> CO

2

+C

NH

3

->3H+N

b)adsorpcja - polegająca na wchłanianiu (rozpuszczaniu) wolnych atomów przez
powierzchnię metalu (zachodzi tylko wtedy, gdy pierwiastek wprowadzany rozpuszcza się w
obrabianym metalu),
c)dyfuzja – polegająca na przemieszczaniu się obcych atomów w sieci przestrzennej
obrabianego metalu.

W wyniku tych trzech procesów powstaje warstwa dyfuzyjna, w której stężenie

dyfundującego pierwiastka osiąga maksimum na powierzchni maleje w miarę oddalania się
od niej.
29) Wymień reakcje chemiczne prowadzące do powstania aktywnych atomów węgla i azotu?
Dysocjacja amoniaku NH

3

->3H+N

2CO -> CO

2

+C

30) Na czym polega nawęglanie stali, określ parametry procesu?

Nawęglaniem nazywamy dyfuzyjne nasycanie powierzchniowej warstwy stali

węglem.

Atmosfery ochronne

bezgeneratoro

we

generatorowe

Z gazów

technicznych

Z ciekłych

związków

organicznych

Z gazów

opałowych

Z amoniaku

zdysocjowaneg

o

spaloneg

o

egzotermiczne

endotermiczne

surowe

oczyszczone

surowe

oczyszczone

surowe

oczyszczone

O grubości warstwy nawęglonej, która zwykle osiąga 0,5-2 mm, decyduje czas nawęglania.
Obróbka ta znacznie zwiększa twardość powierzchni nawęglonych elementów i ich
odporność na ścieranie przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Do nawęglania stosuje się stale
niskowęglowe (poniżej 0,25% C), zawierające takie pierwiastki stopowe, jak: chrom, nikiel,
mangan, molibden, w ogólnej ilości do kilku procent.
Proces nawęglania przeprowadza się powyżej temperatury A

C3

, zwykle w zakresie

900-950

0

C.

Rozróznia się dwa rodzaje nawęglania: w proszkach i gazowe.

Nawęglanie w proszkach przeprowadza się w szczelnych skrzynkach wykonanych ze

stali żaroodpornych lub stopów niklowo-chromowych, wypełniony najczęściej mieszaniną
węgla drzewnego (w postaci granulek o średnicy kilku mm) i tzw. Intensyfikatorów, czyli
srodków przyspieszających nawęglanie. Mieszaninę tę nazywa się proszkiem do nawęglania
lub karburyzatorem.

W temperaturze nawęglania (900÷950ºC) tlen zawarty w powietrzy znajdującym się

między granulkami łączy się z węglem, tworząc z powodu małej ilości tlenek węgla CO.
Tlenek ten w zetknięciu z żelazem rozkłada się wg reakcji:
2CO->CO

2

+C

Tworząc węgiel atomowy, wchłaniany przez powierzchnę przedmiotu. Jednocześnie
zachodzą reakcje:
BaCO

3

+C->BaO+2CO

i
2CO->Co

2

+C

Które uaktywniają proces nawęglania.
Proces nawęglania w proszkach jest długotrwały (czasem trwa do kilkudziesięciu godzin) i
nie można go kontrolować, dlatego stosuje się go jedynie w produkcji jednostkowej i
małoseryjnej.

Nawęglanie gazowe polega na wygrzewaniu obrabianych przedmiotów w komorze

pieca, przez którą z określoną szybkością przepływa gaz nawęglający.
31) Jaką strukturą charakteryzuje się stal po nawęgleniu?

W warstwie nawęglonej można wyróżnić kilka stref:



nadeutektoidalną – o strukturze perlitu z cementytem, w niektórych przypadkach
występującego w postaci szkodliwej siatki na granicach ziaren perlitu,



eutektoidalną – o strukturze perlitycznej



podeutektoidalną – o strukturze perlityczno – ferrytycznej.

W stalach stopowych w warstwie nawęglonej występują ponadto węgliki stopowe.
32) Na czym polega azotowanie stali?

Azotowaniem nazywa się dyfuzyjne nasycanie azotem przypowierzchniowych stref

przedmiotu. Zależnie od celu azotowania i sposobu jego przeprowadzania rozróżnia się:
a) azotowanie utwardzające
b) azotowanie przeciwkorozyjne

W przeciwieństwie do nawęglania, azotowanie powoduje utwardzenie stref

przypoierzchniowcyh bez dodatkowej obróbki cieplnej. Dltego azotowaniu poddaje się stale
uprzednio ulepszone cieplnie (hartowane i wysokoodpuszczone), przy czym temperatura ich
oduszczania jest nieco wyższa od temperatury azotowania utwardzającego.

Azotowanie przeprowadza sie w szczelnie zamkniętej mufi lub komorze pieca, do

której z określoną szybkością dopływa amoniak. W temperaturze azotowania zachodzi
dysocjacja amoniaku zgodnie z rekacją:
NH

3

->3H+N,

Przy czym obecność żelaza działa na tę reakcje katalitycznie. Powstający azot atomowy jest
adsorbowany przez powierzchnię stali, a następnie dyfunduje w głąb. Stopień dysocjacji

amoniaku zależy od temperatury, ciśnienia, szybkości przepływu gazu przez komorę pieca i
wielkości wsadu (działającego na katalizator).

Azotowanie polega na nasycaniu powierzchniowej warstwy stalowych elementów

azotem podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu przez określony czas w ośrodku
zawierającym wolne atomy azotu. Operacja ta jest wykonywana w temp. niższej od A

c1

.

Powoduje to że uzyskuje ona bardzo dużą twardość, a tym samym odporność na ścieranie i
zmęczenie. Warstwa azotowana cechuje się również zwiększoną odpornością korozyjną.
Azotowanie może być:
- krótkookresowe,
- długookresowe.
33) Przedstaw najważniejsze etapy procesu wytwarzania stali?

Przygotowanie materiałów wschadowych, wlanie surówki; świeżenie powietrzem

ciekłej surówki(wypalenie krzemu manganu, węgla i częściowo żelaza, osiągnięcie
wymaganego stężenia węgla, zalanie kadzi stalą, wlanie stali do wlewnic lub do form .
34) Na czym polega kowertowanie stali?

Polega na redukcji dodatków i zanieczyszczeń surówki przez wprowadzenie tlenu

35) Na czym polega i jakie zabiegi obejmuje pozapiecowa obróbka stali?

Procesy pozapiecowe to: usuwanie żużla, homogenizacja, wprowadzenie dodatków

stopowych, obróbka próżniowa, nagrzewanie, atmosfery ochronne.
36) Jakie są korzyści z wprowadzenia ciągłego odlewania stali?

Przy ciągłym odlewaniu stali uzyskuje się wzrost ekonomiki uzysku metalu od 10%

większy niż przy innych sposobach zmniejszenie odpadów i wzrost jakości stali przy ciągłym
odlewaniu stali wynika z tego iż cała ciekła stal krzepnie jako jeden nieprzerwany wlewek.
Dodatki stopowe są równo rozłożone
37) Które z dodatków stopowych stosowanych w stalach stabilizują austenit?
?Co?, Mn, Ni
38) Które z dodatków stopowych stosowanych w stalach stabilizują ferryt?

Cr, V, Al., Si, ?Ti?, Mo
39)Jaka jest skłonność dodatków stopowych do wytwarzania węglików?

Chrom, molibden, wolfram, wanad podwyższają odporność na odpuszczanie, ścieranie,
zwiększają hartowność. Za tworzenie węglików odpowiadają: Cr, W, V, Mo; przeciwne: Si;
obojętne Ni, Mn
40) Przedstaw ogólną klasyfikację stali?
Stale konstrukcyjne dzielimy na: Węglowe i Stopowe
Stale węglowe dzielimy na: Ogólnego przeznaczenia, Do normalizowania i ulepszania
cieplnego, Narzędziowe.
Stale stopowe dzielimy na: Do nawęglania, Do azotowania, Do ulepszania cieplnego,
Sprężynowe, Niskostopowe spawalne, O specjalnych właściwościach (żaroodporne stale
nierdzewne, o specjalnych wł. magnetycznych).
Inne kryteria podziału:
a) podstawowe zastosowanie – stale: konstrukcyjne, narzędziowe, o szczególnych
własnościach
b) stopień czystości – zwykłej jakości, wyższej jakości, najwyższej jakości
c) sposób wytwarzania – martenowska, elektryczna, konwertorowa i inne
d) sposób odtleniania – uspokojona, półuspokojona, nieuspokojona
e) rodzaj wyrobów – blachy, pręty, druty, rury, odkuwki, itp.
f) postać – lana, kuta, walcowana na gorąco, walcowana na zimno, ciągniona
g) stan kwalifikacyjny – surowy, zmiękczony, normalizowany i inne.
41) Jakie są różnice znakowania stali wg nowych EN w stosunku do starych norm PN?

42) Jakie rodzaje struktur występują w stalach odpornych na korozję?

Stale odporne na korozję zwykle dzieli się na:

- stale ferrytyczne, zawierające 10,5-30% Cr, max 0,08% C i do 4,5% Mo
- stale austenityczne, o składzie 17-25% Cr, 8-30% Ni, max 0,15% C i do 7% Mo
- stale martenzytyczne, zawierające 11-18% Cr i 0,08-1,2%C
- stale ferrytyczno-austenityczne, o składzie 21-28% Cr, 3,5-8% Ni, max 0,05% C
i do 4,5% Mo
- stale utwardzane wydzieleniowo, zwykle wydzieleniami Cu, Ni

3

Al lub Ni

3

Ti

43) Jaki dodatek stopowy i w jakiej ilości zapewnia nierdzewność stali?

Odporność na korozję stali nierdzewnych związana jest przede wszystkim z

działaniem chromu, który powiększa zdolność tzw. Pasywacji stopów żelaza. Przejście w stan
pasywny, zaznacza się skokową zmianą potencjału elektrochemicznego metalu lub stopu na
bardziej dodatni.

Zjawisko pasywowania się metali polega na pokrywaniu się ich powierzchni bardzo

cienką, szczelnie przylegającą i odporną warstewką tlenków, która chroni metal przed
korozją.

Pasywacja jest zjawiskiem zależnym od składu chemicznego stopu i od zdolności

utleniana jaką mają różne środowiska. Żelazo i miękka stal pasywują się np. w stężonym
kwasie azotowym i w roztworach związków silnie utleniających. Pasywacja żelaza jest jednak
bardzo nietrwała. Natomiast niektóre metale o większym powinowactwie do tlenu pasywują
się łatwiej, a ich stan pasywny jest znacznie trwalszy. Do takich metali należy chrom, którego
odporność na korozję związana jest właśnie z łatwością pasywowania się.

Chrom ma tę własność, że przenosi skłonność do pasywacji również na stopy z innymi

metalami. Stopy żelaza z chromem przy zawartości powyżej 13÷14% Cr, pasywują się pod
wpływem tlenu zawartego w powietrzu, co zapewnia im odporność chemiczną w tych
warunkach.

Podstawowym składnikiem wszystkich stali nierdzewnych jest więc chrom, przy czym

jego zawartość winna wynosić co najmniej 12%. Oprócz chromu w skład stali odpornych na
korozję często wchodzi nikiel jako drugi składnik podstawowy. Wychodząc ze składu
chemicznego można najogólniej podzielić stale odporne na korozje na chromowe, i
chromowo-niklowe.
44) Czym różni się żaroodporność od żarowytrzymałości?

Żaroodporność jest to odporność na działanie gazów utleniających w temp. wyższych

od 500

0

C.

Żarowytrzymałość to odporność na odkształcenia w wysokich temperaturach (pełzanie)
(zdolność stali do przenoszenia naprężeń mechanicznych w wysokich temp).
45) Jakie dodatki stopowe podwyższają żaroodporność stali?

Stale przeznaczone do pracy w podwyższonych temperaturach winny się odznaczać

odpornością na korozyjne działanie gazów, zwłaszcza utleniających się, czyli winny być
żaroodporne. Od stali tych wymaga się również aby były żarowytrzymałe, tj. aby
wykazywały znacznie wyższe własności wytrzymałościowe w wysokich temperaturach w
porównaniu z innymi stalami.

Szybkość utleniania żelaza i stali niskostopowych wzrasta gwałtownie powyżej ok.

560 ْ C na skutek tworzenia się tlenku FeO (wustynu), który umożliwia szybką dyfuzję tlenu
do żelaza i dalsze jego utlenianie.

Podstawowymi pierwiastkami stopowymi, które chronią stal przed utlenianiem są: Cr,

Al. I Si. Pierwiastki te mają większe powinowactwo dla tlenu aniżeli żelaza i tworzą szczelne
warstewki tlenków Cr

2

O

3

Al

2

O

3

SiO

2

, które utrudniają dyfuzję tlenu w głąb metalu. Im wyższa

temperatura pracy danego elementu, tym większa jest potrzebna zawartość pierwiastka
stopowego dla zapewnienia żaroodporności.

Wzrost żarowytrzymałości, która przede wszystkim związana jest z wysoką

odpornością na pełzanie, powodują dodatki stopowe podwyższające temperaturę topnienia i

rekrystalizacji stali, a więc: Mo, W, C, Co oraz Ti, Cr i Si. Również bardziej korzystna jest
struktura austenityczna stali, co wynika m. In. Z wyższej temperatury rekrystalizacji
austenitu. Ponadto na podwyższenie żarowytrzymałości znacznie wpływa wzrost wielkości
ziarna i wydzielanie faz o dużej dyspersji (utwardzanie dyspersyjne).
Żaroodporność wiąże się ściśle ze skłonnością stali do tworzenia zgorzeliny. Warstwa
zgorzeliny powinna być zwarta i ściśle przylegająca do podłoża, a szybkość dyfuzji jonów
metalu i tlenu w zgorzelinie powinna być mała. Warunki takie spełniają jednofazowe stale
austenityczne lub ferrytyczne o malej zawartości węgla, podwyższonych zawartościach
chromu i niklu oraz zawierające dodatkowo takie pierwiastki, jak Si, Al. i Mn.

46)Jakie stale nazywamy mikroskopowymi?

Ad.53. NSPW (ang. HSLA) są to stale po obróbce próżniowej (powinowactwo
niobu i niklu do tlenu).Jest to stal posiadająca wysoką wytrzymałość i
podwyższoną odporność na kruche pękanie, zawierająca wagowo max. 0,03%
fosforu, max. 0,02% siarki, max. 0,3% niklu, max. 0,3% chromu, max. 0,2%
miedzi, max. 0,10% molibdenu, max. 0,02% azotu, max. 0,02% glinu,
charakteryzuje się tym, że zawiera węgiel w ilości 0,22 - 0,30%, krzem w ilości
0,30 - 0,50%, mangan w ilości 0,7 - 1,2%, niob w ilości 0,01 - 0,04% i wanad w
ilości 0,02 - 0,05%.

47)Jaki jest zakres stosowania stali mikroskopowych?

Przeznaczona zwłaszcza na kształtowniki na obudowy górnicze, także na opakowania
spożywcze (puszki), blachy powlekane w budownictwie – blachodachówki, w elektrotechnice
np. obudowa zasilacza do komputera.
48) Jaka jest różnica między stalami a staliwami?

Stal jest stopem żelaza z węglem oraz ewentualnie z innymi pierwiastkami,

zawierającymi do ok. 2% węgla, obrabianym plastycznie, otrzymanym w procesie
stalowniczym w stanie ciekłym. Stopów żelaza z węglem i innymi pierwiastkami otrzymany
w stanie ciastowatym lub stałym nie zalicza się do stali.

Staliwem nazywa się stal w postaci lanej otrzymanej przez odlanie skrzepnięcie w

formach, bez dalszej przeróbki plastyczniej. zawartości zazwyczaj od 0,1 do 0,6% C
49) Jakie cechy odróżniają żeliwa od stali?

Żeliwo różni się od stali większą zawartością węgla (w zasadzie żeliwa zawierają

powyżej 2% węgla z wyjątkiem niektórych żeliw stopowych). Ponadto cechą
charakterystyczną żeliwa (z wyjątkiem żeliwa białego odróżniającą je od stali jest
występowanie w ich strukturze wtrąceń grafitu, a poszczególne gatunki żeliw różnią się
między sobą m.in. postacią tych wtrąceń.
50) Jak wygląda klasyfikacja żeliw?
-żeliwo szare
-żeliwo sferoidalne
-żeliwo białe
-żeliwo ciągliwe
51) Opisz jaki kształt przyjmują wydzielenia grafitu w różnych rodzajach żeliw?
-żeliwo szare- grafit w postaci płatków równomiernie rozłożony w osnowie
-żeliwo sferoidalne- grafit w postaci wydzieleń kulistych
-żeliwo białe- zgodnie z układem żelazo cementyt, a więc złożoną z ledeburytu
przemienionego, w stopie nadeutektycznym także cementytu pierwotnego.
-żeliwo ciągliwe- węgiel w postaci kłaczkowatych skupień
52) W jaki sposób wytwarza się żeliwa szare?
Powstaje w wyniku modyfikacji ciekłego stopu poprzez dodanie bezpośrednio przed
odlaniem, w temperaturze ok. 1400stC, sproszkowanego żelazo-krzemu, wapnio-krzemu, lub
aluminium. Działanie dodatków polega na odgazowaniu kąpieli i wymuszeniu krystalizacji
grafitu na heterogenicznych zarodkach.

53) W jaki sposób wytwarza się żeliwa sferoidalne?

Żeliwami sferoidalnymi nazywa się żeliwa, w których grafit wydziela się podczas

krzepnięcia w postaci kulkowej.

Otrzymuje się je w wyniku procesu modyfikacji, który polega na wprowadzeniu do

metalu – bezpośrednio przed jego odlewaniem – niewielkiego dodatku magnezu (w stopie z
niklem lub miedzią).

Struktura osnowy żeliw sferoidalnych, podobnie jak struktura osnowy zwykłych żeliw

szarych, może być ferrytyczna, ferrytyczno-perlityczna lub perlityczna.
54) W jaki sposób wytwarza się żeliwa ciągliwe?

Żeliwami ciągliwymi nazywa się żeliwa białe, które wskutek długotrwałego (rzędu

kilkudziesięciu godzin) wyżarzania w wysokiej temperaturze (rzędu 1000ºC) ulegają
określonemu uplastycznieniu, dzięki odwęgleniu lub grafityzacji lub obu tym procesom
łącznie. W zależności od sposobu przeprowadzania tej obróbki otrzymuje się:
-żeliwa ciągliwe białe, przez wyżarzanie żeliw białych w środowisku utleniającym, np. w
rudzie żelaza. Podczas wyżarzania znaczna część węgla zawartego w żeliwie utlenia się, a w
warstwie powierzchniowej grubości 1,5 do 2 mm zachodzi zupełne odwęglenie. Przy
ochładzaniu zazwyczaj nie wygrzewa się żeliwa w temperaturach poniżej temperatury
przemiany, w wyniku czego w metalicznej osnowie rdzenia zachowuje się znaczna ilość
perlitu. Przy powierzchni odlewu żeliwo to wykazuje matowobiałą barwę przełomu(ferryt)
przechodzącą łagodnie w srebrzystą bliżej środka Ścianki odlewu (perlit).
- żeliwa Ciągliwe czarne, przez wyżarzanie żeliw białych w środowisku obojętnym. W czasie
tego wyżarzania cementyt zawarty w żeliwie rozpada się, a wydzielający się z niego węgiel w
postaci grafitu tworzy skupienia, zwanie węglem żarzenia. Struktura żeliwa w temp.
Wyżarzania składa się wiec z austenitu i węgla żarzenia. Kolejnym zabiegiem jest bardzo
wolne chłodzenie, warunkujące zachodzenie przemian fazowych zgodnie ze stabilnym
układem równowagi żelazo-grafit (z austenitu zamiast cementytu wydziela się grafit). W
efekcie, w temperaturze pokojowej otrzymuje się żeliwo, którego struktura składa się ze
skupień grafitu (węgla żarzenia), rozmieszczonych w ferrytycznej osnowie. Duża ilość
wydzieleń grafitu wywołuje ciemną barwę przełomu.
- żeliwa ciągliwe perlityczne, przez wyżarzanie żeliw białych w środowisku obojętnym, lecz
bez doprowadzania do końca procesu grafityzacji (szybsze chłodzenie poniżej temperatury
przemiany, dzięki czemu w strukturze zachowuje się cześć cementytu). W wyniku uzyskuje
się żeliwo o osnowie perlitycznej lub perlityczno-ferrytycznej i srebrzystej barwie przełomu.

55)W jaki sposób znakowane są różne gatunki żeliw?

Klasyfikacja żeliwa szarego jest oparta na wytrzymałości na rozciąganie. Polska norma PN-
92/H-83101 wyróżnia sześć gatunków żeliw, a mianowicie: 100, 150, 200, 250, 300, 350.
Liczby oznaczające gatunek żeliwa określają minimalną wytrzymałość na rozciąganie danego
gatunku.
Klasyfikacja żeliwa sferoidalnego (PN-92/H-83123) jest oparta na właściwościach
mechanicznych. Trzy cyfry na początku oznaczają minimalną wytrzymałość na rozciąganie,
natomiast dwie cyfry na końcu – minimalne wydłużenie. Na przykład 350-22 oznacza żeliwo
sferoidalne o minimalnej wytrzymałości na rozciąganie 350MPa i minimalnym wydłużeniu
22%.

Żeliwo ciągliwe jest oznaczane symbolami literowymi: W- białe; B- czarne; P-
perlityczne i liczbami (PN-92/H-83221). Liczba dwucyfrowa po literze oznacza
minimalną wytrzymałość na rozciąganie podzieloną przez dziesięć, a następne dwie
cyfry po kresce – wydłużenie. Na przykład: W35-04 oznacza żeliwo ciągliwe białe o
minimalnej wytrzymałości na rozciąganie 350MPa i wydłużeniu minimalnym 4%.

56) Jakie typowe części maszyn są wykonywane z żeliw?
Żeliwo sferoidalne: bardziej odpowiedzialne cześci maszyn niż żeliwo szare między innymi
koła zębate, wały korbowe

57) W jaki sposób są znakowane żeliwa sferoidalne?

Symbol żeliwa składa się z liter EN-GJS oraz liczby trzycyfrowej, która oznacza

minimalną wytrzymałość na rozciąganie w MPa, oraz oddzielonej od niej pauzą liczby
określającej minimalne wydłużenie A

5

w %.

58) W jaki sposób są znakowane staliwa węglowe?

{Znak staliwa węglowego wg PN-ISO składa się z dwóch liczb trzycyfrowych.

Pierwsza oznacza granicę plastyczności Re, druga - wytrzymałość na rozciąganie R

m

(w

MPa).
W przypadku ograniczonego składu chemicznego stawia się na końcu literę W. }

Oznaczenie gatunku składa się z litery L(co oznacza stop lany do formy

odlewniczej)Następnie podaje się grupę 1 lub 2 [zwykłej lub wyższej jakości] i liczby
określającej wytrzymałość na rozciąganie Rm w Mpa. Np.: L400, L450, L500, L600, L650.
59) W jaki sposób są znakowane staliwa stopowe?
Staliwa stopowe mogą być konstrukcyjne i o specjalnym przeznaczeniu, a także odporne na
korozję, ścieranie, narzędziowe (oznaczenie gatunków wg EN zaczyna się od G). Staliwa
konstrukcyjne stopowe oznacza się litera L. Dwucyfrowa liczba po literze oznacza zawartość
węgla w setnych częściach procentu, po czym literami określa się zawarte pierwiastki
stopowe, a liczbami ich zawartości procentowe. np.: L30HNM.
60) Jaki jest główny składnik stopowy i jaką rolę pełni w staliwie Hadfielda?

Staliwo (stal) Hadfielda to stal manganowa, a właściwie staliwo o składzie 1,0-1,4%

C, 12-14% Mn, 0,3-1,0% Si. Stosunek C/Mn powinien wynosić 1:10. Oznaczana jest
symbolem L120G13.
Zastosowanie stali: na elementy, które są narażone na ścieranie przy jednoczesnych dużych
naciskach powierzchniowych, np. rozjazdy kolejowe lub tramwajowe, szczęki łamaczy
kamienia, kasy pancerne.