1.

Ogólne pojęcia związane z procesami spawalniczymi.

a.

monolityczność połączenia – połączenia spajane należą do grupy nierozłącznych
połączeń monolitycznych. Monolityczność połączeń spajanych uzyskuje się w wyniku
powstania wiązań atomowo-molekularnych pomiędzy łączonymi elementami
(wiązania kowalencyjne; jonowe; metaliczne; siły van der waalsa).

b. spawanie

– trwałe połączenie części przedmiotów przez miejscowe roztopienie

powierzchni stykowych z dodawaniem lub bez dodawania spoiwa

c. spoiwo

– w spawaniu i lutowaniu materiał dodatkowy przeznaczony do wytworzenia

spoiny

d. spoina

– w spawalnictwie miejsce spojenia dwóch przedmiotów, część złącza

spawanego powstała z metalu rodzimego, który w procesie spawania uległ stopnieniu

e. procesy spajania

– procesy technologiczne, których wspólną cechą jest miejscowe

wprowadzenie energii cieplnej, cieplno mechanicznej czy mechanicznej w celu
uzyskania nierozerwalnego połączenia (spawanie,

zgrzewanie, lutowanie,

lutospawanie, cięcie termiczne itp.)

2. Spawanie palnikiem acetylenowo-tlenowym.

Spawanie gazowe

– polega na stapianiu brzegów metali łączonych przez nagrzewanie

płomieniem powstającym ze spalania się gazu palnego w atmosferze dostarczanego tlenu.

Do spawania i cięcia tlenem używa się najczęściej acetylenu. Inne gazy palne, jak np. wodór,
gaz świetlny, pary benzyny i benzolu, metan, butan i propan, mają bardzo małe zastosowanie
ze względu na niskie temperatury spalania. Gazy te można ewentualnie stosować do
podgrzewania i cięcia. Aby doszło do spawania, należy wytworzyć płomień acetylenowo-
tlenowy. W celu jego otrzymania doprowadza się do palnika odpowiednią ilość acetylenu u
tlenu. Objętościowy stosunek tych gazów wynosi około litra acetylenu na 1,2 litra tlenu.

Płomień acetylenowo-tlenowy tworzy trzy strefy, z których każda ma inny skład chemiczny.
Dwie strefy są widoczne, mianowicie jądro i kita płomienia, natomiast strefa odtleniająca jest
niewidoczna.

Strefy: strefa jądra wewnątrz, którego panuje temperatura około 600°C; strefa

odtleniająca gdzie w odległości 2-5 mm od jądra występuje temperatura maksymalna
dochodząca do 3100°C; strefa kity płomienia, w której temperatura maleje wraz z
oddalaniem się od strefy odtleniającej. Rodzaje płomienia: redukujący- cylindryczne jądro;
niewyodrębniony stożek; długa kita; nawęglający – wyraźnie widoczny stożek; wydłużone
jądro; przy nadmiarze acetylenu; utleniający – przy nadmiarze tlenu; jądro skrócone i
zaostrzone; brak stożka.

Przy spawaniu płomieniem acetylenowo-tlenowym wyróżnia się trzy metody:



spawanie w lewo

– spawanie blach o grubości do 4 mm. Spawanie to polega na

prowadzeniu palnika od strony prawej do lewej; kąt nachylenia palnika powinien
wynosić od 30 do 60 stopni, zależnie od grubości spawanego materiału; kąt
pochylenia drutu

– 45 stopni. Palnik należy prowadzić wolno wzdłuż linii spawania,

bez jakichkolwiek ruchów poprzecznych. Drut prowadzony jest skokowo, wyjmowanie
końca drutu z kąpieli ma na celu regulowanie ilości dodawanego spoiwa.



spawanie w prawo

– spawanie blach o grubości powyżej 4 mm. Kąt pochylenia

palnika powinien wynosić około 50 stopni, a kąt pochylenia drutu 45 stopni.



spawanie w górę – do materiałów wszystkich grubości; prowadzenie palnika od dołu
do góry. Palnik prowadzi się pod kątem 30 stopni do osi, a drut powinien być
pochylony pod

kątem 20 stopni.

Osłona jeziorka: produkty spalania; topnik w przypadku innych metali niż stal.

Zastosowanie

: wyroby lekkie, takie jak przewody wentylacyjne; rurociągi o małych

średnicach.

Parametry:

a)

wydajność nasadki palnika

b)

średnica dodawanego drutu

c)

prędkość spawania

3.

Cięcie termiczne:

a) tlenowe

– (gazowe) - polega na spalaniu metalu w atmosferze tlenu w wyniku osiągnięcia

przez metal temperatury zapłonu. Strumień tlenu (strumień tlenu tnącego) wypala szczelinę w
materiale, usuwając z niej produkt spalania, w związku z czym czystość tlenu tnącego wpływa
na prędkość cięcia tzn. im wyższa czystość (w granicach 99,5%), tym wyższa prędkość cięcia.

Parametry cięcia tlenowego:

-

rodzaj materiału

-

grubość ciętego materiału [mm]

-

średnica dyszy tnącej [mm]

-

natężenie przepływu tlenu tnącego [l/min]

-

ciśnienie tlenu tnącego w palniku [kPa]

-

prędkość cięcia [m/min]

-

cena urządzenia i koszty procesu

-

wymagana jakość i dokładność cięcia

Warunki cięcia tlenowego:

-

temperatura inicjacji zapłonu materiału w tlenie musi być niższa niż jego temperatura

topnienia

-

temperatura topnienia stałych produktów spalania (tlenków) powinna być niższa niż

temperatura topnienia ciętego materiału, a po stopieniu powinny one mieć charakter
rzadkopłynnego żużla, łatwego do wydmuchania ze szczeliny cięcia

-

ilość lotnych produktów reakcji, pochodzących ze spalania składników stopowych i

zanieczyszczeń materiału ciętego, powinna być na tyle niewielka, aby nie powodowała
nadmiernego pogorszenia czystości strumienia tlenu

-

ilość ciepła wydzielonego w procesie spalania oraz w płomieniu podgrzewającym powinna

na tyle przewyższać straty ciepła do otoczenia i do materiału ciętego, aby było możliwe ciągłe
utrzymywanie w szczelinie cięcia temperatury wyższej niż temperatura inicjacji zapłonu

b) plazmowe

– odbywa się przy pomocy silnie skoncentrowanego łuku elektrycznego. Łuk

jarzący się między elektrodą, a materiałem topi materiał i wyrzuca go ze szczeliny cięcia.
Część materiału wyparowuje. Jako źródła prądu używa się agregatów plazmowych. Przy

pomocy łuku plazmowego można ciąć praktycznie wszystkie metale od aluminium po stal
nierdzewną. Jako gaz osłonowy i plazmotwórczy stosuje się powietrze, ale w ceku uzyskania
doskonalszej powierzchni używa się azotu lub argonu.

Parametry

cięcia plazmowego:

-

natężenie prądu [A]

-

napięcie łuku plazmowego [V]

-

prędkość cięcia [m/min]

-

położenie palnika względem ciętego przedmiotu

-

rodzaj i ciśnienie [Mpa] oraz natężenie przepływu gazu plazmowego [l/min]

- rodzaj i konstrukcja elektrody

-

średnica dyszy zwężającej [mm]

-

grubość ciętego materiału [mm]

c) laserowe

– stanowi nowoczesną metodę obróbki o podobnych parametrach wymiarowych jak

klasyczna obróbka mechaniczna. Podstawowa różnica tkwi w stosowanym czynniku tnącym,
który w przypadku cięcia laserowego stanowi gorący promień lasera oraz gaz techniczny o
dużej czystości. W zależności od stosowanego urządzenia (przede wszystkim jego mocy)
cięcie przeprowadza się na trzy sposoby: metodą spalania, stapiania lub sublimacji.

4.

Spawanie łukiem elektrycznym elektrodą otuloną.

Spoinę złącza tworzą stopione ciepłem łuku: rdzeń metaliczny elektrody, składniki metaliczne
otuliny elektrody oraz nadtopione brzegi materiału spawanego. Udział materiału rodzimego w
spoinie, w zależności od rodzaju spawanego metalu i techniki spawania wynosi 10-40%. Łuk
spawalniczy może być zasilany prądem stałym z biegunowością dodatnią lub ujemną oraz
prądem przemiennym. Osłonę łuku stanowią gazy oraz ciekły żużel powstałe w wyniku
rozpadu otuliny elektr

ody pod wpływem ciepła łuku. Skład osłony gazowej, w zależności od

składu chemicznego otuliny, stanowią CO

2

, CO, H

2

O oraz produkty ich rozpadu. Proces

spawania rozpoczyna się po zajarzeniu łuku między rdzeniem metalowym elektrody a
spawanym przedmiotem, a

intensywne ciepło łuku, o temperaturze w środku łuku

dochodzącej do 6000K stapia elektrodę, której metal przenoszony jest do jeziorka spoiny.
Przenoszenie metalu rdzenia elektrody otulonej w łuku spawalniczym może odbywać się, w
zależności od rodzaju otuliny grubokroplowo, drobnokroplowo lub natryskowo. Ilość oraz skład
chemiczny tworzącego się gazu i żużla osłaniających łuk spawalniczy zależą od rodzaju
otuliny elektrody i jej grubości (rys.1). Stosuje się otuliny o różnych grubościach w stosunku do
średnicy rdzenia, a ich nazwy: rutylowe, kwaśne, zasadowe, fluorkowe, cyrkonowe, rutylowo-
zasadowe, celulozowe, itd. są zależne od właściwości chemicznych składników otuliny.

Podstawowe rodzaje otulin i ich funkcje:



celuloza

– osłona gazowa



węglan wapniowy – osłona gazowa + topnik



fluoryt

– osłona gazowa + topnik



dolomit

– osłona gazowa + topnik



rutyl

– tworzenie żużla + stabilizacja łuku



tytanian potasu

– stabilizacja łuku + tworzenie żużla



szpat polny

– tworzenie żużla + stabilizator



mika

– wyciskanie masy otuliny + stabilizator



glina

– wyciskanie masy otuliny + tworzenie żużla



krzemionka

– tworzenie żużla



tlenek manganu

– tworzenie żużla + składnik stopowy



tlenek żelaza – tworzenie żużla



sproszkowane żelazo – zwiększa współczynnik stapiania



żelazo-krzem – odtleniacz



żelazo-mangan – składnik stopowy + odtleniacz



krzemian sodowy

– lepiszcze + topnik



krzemian potasowy

– stabilizacja łuku + lepiszcze

Główne funkcje otuliny:



osłona łuku przed dostępem atmosfery



ułatwienie zainicjowania łuku i stabilizowanie łuku podczas spawania, co zmniejsza
rozpryski



wprowadzenie do obszaru spawania pierwiastków odtleniających, wiążących azot i
rafinujących ciekły metal spoiny



wytworzenie żużla wpływającego na:

o

wielkość przenoszonych kropel

o

zabezpieczenie kropli ciekłego metalu spoiwa i jeziorka spawalniczego przed
dos

tępem gazów z atmosfery

o

ochronę i formowanie krzepnącego ściegu spoiny i opóźnienie jego stygnięcia

o

regulację składu chemicznego spoiny

Elektrody zwykle są o produkowane o średnicach rdzenia od 1,6 do 6,0 mm i długości od 250
do 450 mm. Średnicę elektrody dobiera się w zależności od grubości spoiny i pozycji
spawania, dążąc do użycia możliwie najgrubszej elektrody. Siły działające w łuku
przezwyciężają siłę ciężkości, tak że metal (w postaci kropel) przepływa od elektrody do
spoiny niezależnie od położenia łuku w przestrzeni.

Rodzaj prądu spawania:

Im bardziej stroma jest charakterystyka statyczna źródła prądu, tym mniejsze są

zmiany natężenia prądu przy danej długości łuku. Tyrystorowe źródła prądu stałego mają
pionową charakterystykę statyczną, dlatego zapewniają stałość natężenia prądu nawet przy
dużych zmianach długości łuku.

Biegunowość prądu spawania decyduje o charakterze przenoszenia metalu, prędkości

stapiania elektrody i głębokości wtopienia. Poważną wadą spawania prądem stałym jest
zjawisko ugięcia łuku wynikające z oddziaływania wytwarzanego przez prąd spawania pola
magnetycznego w spawanym przedmiocie i pol

a magnetycznego wokół elektrody (rys.2).

Spawanie prądem przemiennym cechuje się mniejszą stabilnością jarzenia się łuku,

lecz stapianie pewnych gatunków elektrod jest utrudnione lub wręcz niemożliwe; zaletą jest
równomierne obciążenie sieci elektrycznej oraz minimalne ugięcie łuku. Spawanie prądem
przemiennym pozwala spawać przy większym natężeniu prądu i elektrodami o większej
średnicy w stosunku do spawania prądem stałym.

Do podstawo

wych parametrów spawania łukowego elektrodą otuloną należą:



rodzaj i natężenie prądu spawania [A] – natężenie decyduje o głębokości wtopienia i
prędkości stapiania – zbyt duże powoduje za głębokie wtopienie, zbyt niskie za płytkie
wtopienie lub całkowity brak wtopienia; natężenie dobiera się w zależności od rodzaju

elektrody i jej średnicy, rodzaju spawanego materiału, pozycji spawania, rodzaju
prądu i od techniki układania ściegów (30-40 A na 1 mm średnicy rdzenia elektrody
lub I = (20+6d)*d [A])



napięcie łuku [V]



długość łuku [mm]



rodzaj i biegunowość prądu (dodatnia, ujemna)



prędkość spawania [m/min]



średnica elektrody otulonej (nie mierzymy na otulinie tylko na rdzeniu) [mm]



rodzaj elektrody (skład chemiczny)



kąt pochylenia elektrody w stosunku do złącza



tor ruchu elektrody

5.

Spawanie łukiem krytym (pod topnikiem).

Spawanie łukiem krytym jest metodą spawania elektrycznego o półautomatycznym lub

automatycznym przebiegu procesu. Łuk elektryczny jarzący się między końcem elektrody a
spawanym materiałem jest niewidoczny, gdyż znajduje się pod warstwą sypkiego topnika
dostarczonego w miejsce spawania ze zbiornika. Spoina powstaje ze stopionego drutu
elektrodowego oraz z głęboko nadtopionego materiału rodzimego. Elektrodą jest goły drut o
średnicy powyżej 1,5 mm zwinięty w kręgu w odpowiedniej kasecie, skąd wyciągany jest
systemem krążków napędzanych silnikiem elektrycznym i podawany w kierunku spawanego
materiału. Mechanizm podawania drutu elektrodowego, kaseta z elektrodą, zbiornik topnika i
przyrządy pomiarowe umieszczone są w głowicy na wózku napędzanym silnikiem
elektrycznym, dającym mechaniczny przesuw urządzenia spawającego wzdłuż spoiny. Część
podawanego topnika stapia się tworząc na spoinie usuwalną warstwę żużla.

Parametry spawania elektrycznego łukiem krytym:

- natężenie prądu *A+
- napięcie łuku *V+
- rodzaj (stały, przemienny) i biegunowośd prądu (dodatnia, ujemna)
- prędkośd spawania *m/min+
- średnica drutu elektrodowego *mm+
- rodzaj drutu elektrodowego
- rodzaj topnika (ziarnistośd)
- kąt pochylenia elektrody w stosunku do złącza
- prędkośd podawania topnika
- szybkośd podawania drutu elektrodowego
- szerokośd i wysokośd warstwy topnika

Funkcje topnika:

- izoluje jeziorko od powietrza atmosferycznego
- stabilizuje łuk

- kształtuje powierzchnię ściegu
-steruje składem chemicznym stopiwa.

6.

Spawanie w osłonie gazów ochronnych: metoda MAG, metoda TIG, metoda
MIG.

Proces spawania elektrodą topliwą w osłonach gazowych – GMA (Gas Metal Arc) –

obejmuje MIG (Metal Inert Gas) oraz MAG (Metal Active Gas).

Proces spawania elektrodą nietopliwą w osłonach gazowych – GTA (Gas Tungsten

Arc)

– inna nazwa TIG (Tungsten Inert Gas).

MAG:

Spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie CO

2

(inaczej spawanie łukowe elektrodą

topliwą w osłonie gazu aktywnego) jest metodą spawania elektrycznego o półautomatycznym
lub automatycznym przebiegu procesu. Elektrodą topliwą jest cienki drut o średnicy 0,64-2,4
mm, zwinięty w szpuli i podawany do jeziorka metalu. Podstawowym gazem czynnym
wykorzystywanym

w metodzie MAG jest dwutlenek węgla, który stanowiąc osłonę gazową

przed atmosferą powietrza reaguje jednak z ciekłym metalem spoiny, wypalając niektóre
składniki stali. Z tego względu spoiwo stosowane przy spawaniu stali w atmosferze CO

2

musi

zawierać odpowiednią ilość odtleniaczy, tj. 1,1-1,6% Mn i 0,7-1,0% Si. Metoda spawania w
osłonie dwutlenku węgla stosowana jest do łączenia blach ze stali węglowej o małej i średniej
grubości. Dzięki dużej gęstości prądu jakim obciąża się elektrodę, spawanie w osłonie
dwutlenku węgla jest prawie cztery razy bardziej wydajne od ręcznego spawania łukowego,
pomimo, że do spawania w tej metodzie używa się tak cienkiego drutu.

MIG:

Spawanie łukowe elektrodą topliwą w osłonie gazów obojętnych jest metodą spawania

elektrycznego o półautomatycznym lub automatycznym przebiegu procesu. W metodzie tej
drut elektrodowy, zazwyczaj o takim samym składzie jak materiał, podawany jest
mechanicznie (podobnie jak w MAG) do uchwytu el

ektrodowego, z którego wychodzi wraz ze

strumieniem argonu/helu.

Spawanie metodą MIG jest stosowane przede wszystkim do

łączenia stali nierdzewnych, kwasoodpornych i żaroodpornych oraz aluminium, magnezu i
stopów tych metali.

W MIG i MAG palnik może być chłodzony wodą lub powietrzem.

Wady i zalety spawania GMA:

+ operatywność
+ możliwość obserwacji jeziorka i łuku spawalniczego
+ możliwość spawania szerokiego asortymentu materiałów
+ możliwość uzyskiwania wysokiej wydajności procesu
+ możliwość mechanizacji i robotyzacji procesu spawania
-

niebezpieczeństwo zakłóceń osłony gazowej przez podmuch powietrza

-

w przypadku spawania półautomatycznego uzależnienie jakości złączy od zdolności

spawacza
-

asortyment gatunków drutów elektrodowych mniejszy niż do ręcznego spawania elektrodami

otulonymi

Parametry procesu:



Rodzaj i biegunowośd prądu (stały, przemienny/dodatnia, ujemna)



Natężenie prądu (zależne od szybkości podawania drutu elektrodowego) *A+



prędkość podawania drutu [m/min]



napięcie łuku [V]



prędkość spawania [m/min]



rodzaj i natężenie przepływu gazu ochronnego [l/min]



rodzaj i

średnica drutu elektrodowego [mm]



długość wolnego wylotu elektrody [mm]



prędkość podawania drutu elektrodowego [m/min]



Pochylenie drutu elektrodowego względem złącza *°+

TIG:

Spawanie łukowe elektrodą wolframową w osłonie gazu obojętnego jest metodą

spawania łukowego elektrodą nietopliwą. Łuk elektryczny będący źródłem ciepła jarzy się
pomiędzy elektrodą wolframową a materiałem rodzimym, otoczony osłoną najczęściej z
argonu lub helu. Spoina powstaje ze stopionego w łuku dodatkowego pręta spoiwa i
nadtopionych brzegów spawanego materiału. W spawaniu tym nie jest konieczne stosowanie
materiału dodatkowego. Jeżeli jest jednak stosowany to musi być doprowadzany ręcznie

Zalety metody:
+

uniwersalna metoda, można spawać prawie wszystkie metale i stopy

+ wyrugowanie czynności usuwania skorupy żużla ze spoin jako rezultat zastąpienia gazem
ochronnym materiałów żużlotwórczych (duża czystość i jakość spoiny)
+ zmniejszenie odkształceń w przedmiocie spawanym jako rezultat znacznej koncentracji
źródła ciepła
+ ułatwienie obserwacji odkrytego łuku w czasie procesu
+ możliwość spawania w dowolnym położeniu
+ zmniejszenie kosztu procesu w przypadku stosowan

ia dwutlenku węgla

Spawanie w osłonie gazów obojętnych stosuje się głównie przy produkcji wyrobów ze stali
wysokostopowych i metali nieżelaznych. Przy spawaniu stali niskowęglowych stosowanie
gazów obojętnych jako osłony jest ekonomicznie nieopłacalne i z tego powodu stosuje się
osłonę gazową z tańszego dwutlenku węgla.

7.

Obróbka cieplna zwykła: wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie , przesycanie i
starzenie

– sposób podziału i realizacji poszczególnych procesów, uzyskiwane

właściwości po poszczególnych procesach obróbki cieplnej zwykłej.

Obróbka cieplna: w zależności od przekroju (objętościowa; powierzchniowa); w
zależności od użytych czynników (cieplna zwykła (temp. czas); cieplno
chemiczna

(temp. czas; środowisko) ; cieplno magnetyczna (temp. czas; pole

magnetyczne); cieplno plastyczna

(temp. czas; prędkość i wielkość odkształcenia)).

Obróbka cieplna – proces technologiczny mający na celu zmianę właściwości
mechanicznych i fizyko chemicznych metali i stopów w stanie stałym przede
wszystkim przez wywołanie zmian strukturalnych, zawsze w wyniku temperatury i
czasu, a ponad to bardzo często środowiska oraz rzadziej pola magnetycznego lub
odkształcenia plastycznego.

Części procesu produkcyjnego: proces technologiczny obróbki cieplnej
(podstawowa część procesu w której następuje zmiana wł. Chem, fiz i innych wsadu);
operacja obróbki cieplnej (część procesu wykonywana przez pracownika na jednym
stanowisku i na jednym wsadzie np. hartowanie, wyżarzanie, odpuszczanie); zabieg
obróbki cieplnej (cześć procesu realizowana za pomocą tych samych środków

technologicznych przy nie zmienionych parametrach obróbki cieplnej np.
nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie).

WYŻARZANIE (nagrzanie wsadu do określonej temp.; wygrzanie w tej temp,; powolne
chłodzenie z szybkością pozwalającą na utworzenie się struktury w stanie równowagi):



wyżarzanie ujednorodniające – polega na nagrzaniu stali do temperatury zbliżonej
do linii solidus, w

ygrzewaniu w tej temperaturze aż do zajścia dyfuzji i chłodzeniu w

celu zmniejszenia niejednorodności składu chemicznego



wyżarzanie normalizujące – nagrzanie wsadu do stanu austenitycznego, tzn. zwykle
do temperatury 30-

50*C powyżej Ac3, krótkotrwałe wygrzanie w tej temperaturze i

studzenie w spokojnym powietrzu, w atmosferze obojętnej (normalizowanie jasne) lub
nadmuchem powietrza do temperatury poniżej Ar1 w celu uzyskania drobnego ziarna,
równomiernego rozłożenia składników strukturalnych, zwiększenia wytrzymałości i
plastyczności, polepszenia obrabialności, zmniejszenia naprężeń własnych,
przygotowania do dalszej obróbki cieplnej



wyżarzanie zupełne – wyżarzanie wsadu w temperaturze wyższej od temperatury
przemiany alotropowej lub eutektoidalnej i następne chłodzenie z szybkością
mniejszą od krytycznej w celu zmniejszenia wielkości ziarna i usunięcia naprężeń
własnych



wyżarzanie rekrystalizujące zupełne – wyżarzanie wsadu z metalu lub stopu
utwardzonego na zimno przez zgniot w temperaturze wyższej (o 100-300*C) od
temperatury rekrystalizacji, w czasie zapewniającym całkowite zrekrystalizowanie z
następnie zwykle powolnym chłodzeniem w celu całkowitego usunięcia skutków
zgniotu lub uzyskanie ziarna i wymaganej wielkości



wyżarzanie rekrystalizujące niezupełne – wyżarzanie wsadu z metalu lub stopu
utwardzonego na zimno przez zgniot, w temperaturze wyższej od temperatury
rekrystalizacji, w czasie umożliwiającym niezupełne zrekrystalizowanie z następnie
zwykle powolnym chłodzeniem w celu częściowego usunięcia skutków zgniotu lub
uzyskania ziarna o wymaganej wielkości



wyżarzanie sferoidyzujące – nagrzanie wsadu do temperatury bliskiej Ac1,
długotrwałe wygrzanie w tej temperaturze i studzenie w celu zmiany postaci
cementytu

– z płytkowego na kulkowy i uzyskania najbardziej miękkiej i plastycznej

struktury jaką dla danej stali można osiągnąć



wyżarzanie sferoidyzujące wahadłowe – polega na kilkukrotnie powtarzającym się
cyklu: nagrzewania w temperaturze około 20*C powyżej Ac1, wygrzewaniu w tej
temperaturze i chłodzeniu w temperaturze około 20*C poniżej Ar, stosowane dla stali
narzędziowych w celu przyspieszenia sferoidyzacji cementytu



wyżarzanie sferoidyzujące izotermiczne – polega na nagrzewaniu do temperatury
nieco powyżej Ac1 lub Ac1,3, studzeniu do temperatury nieco poniżej Ar2 i wygrzaniu
w tej temperaturze aż do zakończenia przemiany perlitycznej i sferoidyzacji węglików,
stosowane w celu skrócenia czasu wyżarzania w porównaniu z czasem wyżarzania
zupełnego



wyżarzanie odprężające – wyżarzanie wsadu w odpowiednio wysokiej dla relaksacji
naprężeń temperaturze i następnym powolnym studzeniu w celu usunięcia lub
zmniejszenia na

prężeń własnych bez wyraźnych zmian struktury i własności

uzyskanych w wyniku wcześniejszej obróbki



wyżarzanie zmiękczające – wyżarzanie wsadu w temperaturze niższej niż
temperatura granicznej rozpuszczalności w celu wydzielenia faz wtórnych i ich
koagulac

ji prowadzących do zmniejszenia twardości i poprawy plastyczności



wyżarzanie perlityzujące – wytrzymywanie wsadu w zakresie temperatur przemiany
perlitycznej podczas chłodzenia od temperatury powyżej Ac1, a następnie dowolne
chłodzenie w celu uzyskania struktury perlitycznej



wyżarzanie stabilizujące – pojedynczy lub wielokrotny cykl nagrzewania wsadu do
temperatury wyższej lub równej przewidywanej temperaturze użytkowania,
długotrwałemu wygrzaniu w tej temperaturze, studzeniu i ewentualnemu wymrażaniu
w celu zapewnienia niezmienności wymiarów i własności wsadu



wyżarzanie utwardzające poniżej t. rekrystalizacji – wyżarzanie wsadu z metalu
lub stopu jednofazowego utwardzonego przez zgniot, w temperaturze poniżej
temperatury rekrystalizacji, w celu obniżenia naprężeń własnych, z jednoczesnym
niewielkim s

padkiem umocnienia oraz, w niektórych materiałach wzrostem twardości

w wyniku zdrowienia przez wydzielenia faz dyspersyjnych



wyżarzanie zmiękczające poniżej t. rekrystalizacji – wyżarzanie wsadu z metalu
lub stopu utwardzonego przez zgniot, w temperaturze

niższej od temperatury

rekrystalizacji, wygrzanie w tej temperaturze dla koagulacji wydzielonych faz i
następnie studzenie, w celu częściowego usunięcia skutków zgniotu w wyniku
zdrowienia



wyżarzanie nawrotujące – wyżarzanie wsadu ze stopu poddanego uprzednio
starzeniu, polegającym na nagrzaniu do temperatury nieco wyższej od temperatury
starzenia, ale poniżej temp. rekrystalizacji, krótkotrwałym wygrzaniu i następnym
oziębieniu, zwykle w celu częściowego, a niekiedy całkowitego nawrotu do stanu
przesyconego



wyżarzanie izotermiczne – nagrzanie wsadu do temperatury 30-50*C powyżej Ac3
dla stali podeutektoidalnych i powyżej AcCM dla stali eutetoidalnych i
nadeutektoidalnych, wygrzanie w tej temperaturze, szybkie przechłodzenie do
temperatury zawartej między temp. Ar2 i temperaturą najmniejszej trwałości
przechłodzonego austenitu, izotermiczne wytrzymanie w tej temperaturze do
zakończenia przemiany austenitu w celu otrzymania charakteryzującej się obniżoną
twardością i polepszoną obrabialnością struktury: perlitycznej, ferrytyczno-perlitycznej
lub ferrytu z węglikami oraz skrócenia czasu wyżarzania



wyżarzanie przeciwpłatkowe – długotrwałe wygrzewanie wsadu zazwyczaj w
temperaturze poniżej Ac1 lub z cyklicznym przekraczaniem przedziału Ac1-Ac3.
połączone każdorazowo z izotermicznym wytrzymaniem w temperaturze poniżej Ac1,
studzenie z piecem do temperatury poniżej 200*C, przeprowadzane bezpośrednio po
obróbce plastycznej na gorąco (kucie, walcowanie), w celu usunięcia nadmiaru
wodoru przez dyfuzje i zapobieżenia powstawaniu płatków (wodorowych, śnieżnych)

HARTOWANIE:



hartowanie

– austenityzowanie i następnie oziębienie wsadu w celu uzyskania

struktury nierównowagowej martenzytycznej lub bainitycznej – odznaczającej się
wyższą niż w stanie wyjściowym twardością i wytrzymałością oraz mniejszą
plastycznością



hartowanie martenzytyczne

– hartowanie z zastosowaniem oziębienia z szybkością

wyższą od krytycznej w celu wytworzenia martenzytu jako przeważającego składnika



hartowanie martenzytyczne zwykłe – hartowanie z ciągłym oziębianiem w środowisku
o temperaturze niższej od temperatury początku przemiany martenzytycznej,
stosowane do sta

li węglowych i stopowych o zawartości 0,1-2% C

ODPUSZCZANIE:



odpuszczanie -

grzanie uprzednio zahartowanego wsadu (często również odlewów

staliwnych po normalizowaniu) do temperatury niższej od Ac1 i chłodzeniu w celu

obniżenia stopnia nietrwałości struktury, zmiany struktury i własności materiału
zahartowanego w kierunku zbliżenia struktury do stanu równowagi (poprawy
ciągliwości i zmniejszenia kruchości kosztem zmniejszenia twardości oraz usunięcia
występujących po hartowaniu naprężeń własnych)



odpuszczanie niskie

– odpuszczanie w zakresie temperatur do 250*C w czasie zwykle

1-

3 h przy chłodzeniu z dowolną szybkością, stosowane do stali narzędziowych i

konstrukcyjnych w celu zmniejszenia naprężeń własnych z zachowaniem wysokiej
twardości



odpuszczanie średnie – odpuszczanie w zakresie temperatur 250-500*C przy
chłodzeniu lub oziębianiu stosowane np. do stali sprężynowych w celu uzyskania
wysokiej granicy sprężystości przy dostatecznej plastyczności



odpuszczanie wysokie

– odpuszczanie w zakresie temperatur pomiędzy 500*C a Ac1

w czasie zwykle 2-

3 h przy chłodzeniu powolnym lub przyspieszonym (a nawet

szybkim), stosowane dla stali konstrukcyjnych w celu otrzymania najwyższej granicy
wytrzymałości i plastyczności przy dostatecznej ciągliwości, udarności i obrabialności
oraz w celu zmniejszenia naprężeń własnych



samoodpuszczanie

– odpuszczanie pod wpływem ciepła zawartego jeszcze we

wsadzie po hartowaniu

PRZESYCANIE:



przesycanie

– wygrzewanie wsadu w temperaturze wyższej od temperatury granicznej

rozpuszczalności i następne oziębienie z szybkością nie pozwalającą na ponowne
wydzielenie się rozpuszczonego składnika z roztworu, w celu otrzymania w
temperaturze otoczenia roztworu stałego w stanie metastabilnym, stosowane do stali
nierdzewnych i kwasoodpornych austenitycznych i ferrytycznych dla otrzymania
jednorodnej struktury

STARZENIE:



starzenie

– wytrzymanie uprzednio przesyconego wsadu w temperaturze niższej od

temperatury granicznej rozpuszczalności (zwykle 200-250*C) w celu wydzielenia w
odpowiednim stopniu dyspersji fazy lub faz będących związkiem chemicznym lub
międzymetalicznym składników tworzących osnowę w stanie przesyconym,
stosowane do przesyconych stali nierdzewnych i kwasoodpornych austenitycznych w
celu ich utwardz

enia i zwiększenia wytrzymałości

8.

Obróbka cieplna aluminium, siluminów i duraluminium oraz uzyskiwane po niej
własności.

OBRÓBKA CIEPLNA DURALUMINIUM:

Duraluminium nagrzewa się do temperatury 500-520*C, w której uzyskuje się

jednorodną strukturę roztworu stałego α (Ω – omega) dzięki całkowitemu rozpuszczeniu
miedzi w aluminium. Po wygrzaniu stop chłodzi się szybko w wodzie. Krótki czas chłodzenia
nie pozwala na wydzielenie się fazy międzymetalicznej CuAl2 i cała miedź pozostaje w
roztworze stałym α (Ω – omega). Roztwór taki nazywa się roztworem przesyconym, czyli
zawierającym więcej pierwiastka rozpuszczonego, niż jest to możliwe w warunkach
równowagi. Przesycony roztwór stały ma właściwości wytrzymałościowe gorsze niż roztwór
równowagowy z wydzieleniami fazy δ (CuAl2), tzn. jest miękki i plastyczny. Stąd duraluminium
zaraz po przesycaniu jest obrabialne plastycznie na zimno. Przesycony roztwór α (Ω –
omega) nie jest stabilny w temperaturze powyżej 20*C i dąży do stanu równowagi przez

wydzielenie nadmiaru miedzi

– ulega starzeniu. Stabilność roztworu przesyconego można

uzyskać przy mocno ograniczonej dyfuzji roztworu, która występu poniżej temperatury -50*C.

SILUMINY:

Siluminy

nie podlegają obróbce cieplnej, poddaje się je jedynie modyfikowaniu. Celem

modyfikacji jest rozdrobnienie i zmiana kształtu ziarn. Przykładowo, przy zawartości 11,6% Si
siluminy krzepną jako stopy eutektyczne, przy czym struktura składa się z grubych, iglastych
lub pierzastych kryształów roztworu stałego β na tle kryształów roztworu stałego α, co ujemnie
wpływa na właściwości mechaniczne stopu. Przez dodanie w stanie ciekłym pewnej ilości
sodu metalicznego lub soli sodu uzyskuje się dużą liczbę aktywnych zarodków krystalizacji
oraz wywołuje się przesunięcie punktu eutektycznego w kierunku wyższych zawartości
krzemu, dzięki czemu silumin o składzie eutektycznym krzepnie jako podeutektyczny, a jego
struktura składa się z dendrytycznych kryształów roztworu stałego α, oraz drobnoziarnistej
eutektyki, której kryształy β mają kształt zaokrąglony. Rozdrobnienie kryształów roztworu
stałego β polepsza właściwości mechaniczne stopu, a także umożliwia obróbkę skrawaniem.

9.

Obróbka cieplna miedzi, mosiądzów i brązów oraz uzyskiwane po niej
własności.

OBRÓBKA CIEPLNA MOSIĄDZÓW:

Mosiądze są stopami miedzi, w których głównym składnikiem stopowym jest cynk w

ilości powyżej 2%. Mosiądze dzielą się na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Mosiądze
poddaje się następującym zabiegom obróbki cieplnej: wyżarzaniu ujednorodniającemu,
rekrystalizującemu i odprężającemu. Najczęściej stosuje się wyżarzanie rekrystalizujące.
Poddaje się mu mosiądze o strukturze α obrabiane plastycznie na zimno. Celem tego
wyżarzania jest usunięcie umocnienia spowodowanego zgniotem i umożliwienie ewentualnej
dalszej obróbki plastycznej. Temperatura wyżarzania zależy od gatunku mosiądzu i stopnia
zgniotu i wynosi od 450 do 650*C. Czas i temperatura wyżarzania muszą być tak dobrane, by
nie nastąpił rozrost ziaren pogarszający podatność mosiądzu na dalszą obróbkę plastyczną.
Mosiądze poddane obróbce plastycznej na zimno i nierekrystalizowane powinno się wyżarzać
odprężająco. Celem tego wyżarzania jest zmniejszenie w materiale naprężeń wewnętrznych,
które mogą być przyczyną korozji naprężeniowej. Wyżarzanie prowadzi się w temperaturze
200-

300*C w czasie do kilkunastu godzin. Warunku wyżarzania muszą być tak dobrane, by

nie zaszła rekrystalizacja materiału, co prowadziłoby do niepożądanego zmniejszenia
umocnienia.

OBRÓBKA CIEPLNA BRĄZÓW:

Brązy cynowe poddaje się wyżarzaniu rekrystalizującemu i ujednorodniającemu.

Wyżarzanie rekrystalizujące stosuje się – podobnie jak w przypadku mosiądzów – do stopów
o strukturze α przerobionych plastycznie na zimno. Celem tego wyżarzania jest odzyskanie
pogorszonych wskutek zgniotu właściwości plastycznych, co umożliwi dalszą obróbkę
plastyczną. Wyżarzanie to prowadzi się w temperaturze 500 do 650*C w czasie około 1h.
Wyżarzaniu ujednorodniającemu poddaje się przede wszystkim brązy odlewnicze, a zabieg
ten prowadzi się w temperaturze 650-750*C w czasie od kilku do kilkunastu godzin.
Wyżarzanie to ma na celu wyrównanie składu chemicznego i struktury w całym przekroju
materiału, niejednorodnego z powodu silnej segregacji chemicznej odlewów. Niektóre z
brązów (np. brązy aluminiowe) można obrabiać cieplnie w sposób typowy dla stali, tzn. można
je hartować i odpuszczać. Temperatura hartowania waha się w pobliżu 700*C, odpuszczanie
prowadzi się w około 300*C. Po takiej obróbce cieplnej właściwości wytrzymałościowe
wyraźnie wzrastają.

10.

Obróbka cieplno-chemiczna: stale stosowane do nawęglania, azotonawęglania,
azotowania i węgloazotowania.



nawęglanie – stale węglowe i stopowe o zawartości węgla od 0,05 do 0,25%



azotowanie

– stale konstrukcyjne niskostopowe, stale o dodatkach stopowych

wykazujących dużą skłonność do tworzenia twardych azotków (Al, Cr, Ti, V)



węgloazotowanie – stale szybkotnące i wysokostopowe (cel: zwiększenie twardości i
odporności na ścieranie)



azotonawęglanie – stale niskostopowe nisko- i średniowęglowe

11.

Metody przeprowadzania procesów nawęglania, azotonawęglania, azotowania i
węgloazotowania (wady i zalety poszczególnych metod).

NAWĘGLANIE:



nawęglanie metodą Jedi – wprowadzanie węgla z baryłki wydobytej z kopalni za
pomocą miecza świetlnego, odbywa się w temperaturze około 10000*C



wcieranie

– wcieranie węgla w stal, temperatura pokojowa, mało efektywne (węgiel

szybko odpada

– jebany...)



wbijanie węgla młotkiem – wykonywane w temperaturze pokojowej, wbijanie młotkiem
drobno pokruszonego węgla w stal, podobnie jak w przypadku wcierania jest mało
efektywne, węgiel również szybko odpada, jednak charakteryzuje się podwyższoną
twardością rzędu 6,66 HRC



przyklejanie węgla żywicą – prowadzone w podwyższonej temperaturze i atmosferze
ochronnej (ze względu na skłonność żywicy do tworzenia żywicotlenków i
wodorożywiczków ze związków zawartych w atmosferze) – żywica topi się
przyklejając węgiel do rozgrzanej stali, niestety stal może nabrać lekko
kauczukowatego charakteru



nawęglanie gazowe – prowadzone w atmosferach zawierających CO, CO2, H2, H2O,
CH4 i N2, które wytwarza się przez częściowe spalanie gazów opałowych lub rozkład
termiczny różnych ciekłych związków organicznych dostarczanych bezpośrednio do
komory pieca do nawęglania. Do podstawowych zalet nawęglania gazowego należą:

o

możliwość precyzyjnej regulacji grubości warstwy nawęglonej i zawartości w
niej węgla

o

duża szybkość procesu

o

możliwość hartowania bezpośrednio po nawęglaniu



nawęglanie w ośrodkach stałych – rzadko stosowane. Odbywa się w proszku węgla
drzewnego nasyconego węglanami sodu, wapnia lub baru. Proces zachodzi w
skrzynkach, gdzie pod wpływem temperatury i przy niedoborze tlenu powstaje CO,
będący źródłem węgla atomowego. Metoda ta charakteryzuje się dużą czaso i
energochłonnością oraz trudnością regulowania grubości warstw i stężenia w nich
węgla



nawęglanie w złożu fluidalnym – tworzone przez cząstki ciała stałego (np. piasku)
utrzymywane w zawieszeniu prze

z gorący gaz nasycający przepływający przez złoże

od dołu ku górze. Obrabiane cieplno-chemicznie przedmioty zanurza się w złożu
fluidalnym podobnie jak w cieczy



nawęglanie próżniowe – przebiega przy obniżonym ciśnieniu w atmosferze metanu,
propanu i innych

gazów. W metodzie tej atomowy węgiel jest uzyskiwany w wyniku

reakcji rozpadu wymienionych gazów. Metoda ta charakteryzuje się lepszą adsorpcją
węgla i mniejszym zużyciem gazów



nawęglanie jonizacyjne – polega na wygrzewaniu stali w piecu próżniowym w
atmo

sferze węglowodorów o niskim ciśnieniu z jednoczesnym przyłożeniem

wysokiego napięcia stałego między obrabianym przedmiotem (katoda) a anodą. W
tych warunkach następuje wyładowanie jarzeniowe i wytwarza się plazma. W wyniku
tego powstają jony węgla, które przyspieszane w polu elektrycznym bombardują

obrabiany materiał, co znacznie ułatwia adsorpcję. Metoda ta zapewnia dużą
wydajność procesu, umożliwia regulację grubości i struktury warstwy dyfuzyjnej

WĘGLOAZOTOWANIE + AZOTONAWĘGLANIE:

Węgloazotowanie polega na jednoczesnym nasycaniu warstwy wierzchniej stali

węglem i azotem w ośrodkach gazowych lub ciekłych. W zależności od temperatury procesu
węgloazotowanie może być niskotemperaturowe (500-600*C) lub wysokotemperaturowe (800-
880*C), zwane również azotonawęglaniem.

AZOTOWANIE:



azotowanie gazowe

– odbywa się w atmosferze częściowo zdysocjowanego

amoniaku (NH3). Współcześnie stosuje się nowoczesne metody regulowanego
azotowania gazowego, umożliwiające kontrolowanie składu strukturalnego warstwy
azotowanej.

Grubość warstwy i twardość powierzchni azotowanej zależą od

temperatury i czasu procesu, a także od składu chemicznego stali.



azotowanie jonizacyjne

– odbywa się w atmosferze zjonizowanego azotu. Przyłożone

napięcie wynosi 0,5-1,5 kV, a ciśnienie gazu jest obniżone do 10^-2 do 1 Pa. W
wyniku zderzeń jonów azotu z powierzchnią obrabianego przedmiotu wydziela się
ciepło, a obrabiany przedmiot nagrzewa się do temp. azotowania. Zjawiska
powierzchniowe, w wyniku których powstaje określona struktura warstwy, można
regulować przez zmianę napięcia, ciśnienia oraz składu chemicznego gazu. Warstwy
wierzchnie wytworzone w tym procesie odznaczają się – oprócz dużej odporności na
ścieranie i wytrzymałości zmęczeniowej – znacznie większą ciągliwością w
porównaniu z warstwami uzyskiwanymi podczas azotowania innymi metodami.

12.

Struktura

warstw

nawęglanych,

azotonawęglonych,

azotowanych

i

węgloazotowanych.



warstwa nawęglona – zawartość węgla zmniejsza się stopniowo od powierzchni w
kierunku rdzenia, w związku z czym zmienia się struktura. Najsilniej nawęglona strefa
zewnętrzna (nadeutektoidalna) powinna składać się z perlitu, ewentualnie z niewielką
ilością cementytu. Strefa perlityczna (eutektoidalna) powinna łagodnie przechodzić w
ferrytyczno-

perlityczną strukturę rdzenia. W stalach stopowych w warstwie

nawęglonej występują ponadto węgliki stopowe.



warstwa azotowana

– warstwy wytwarzane w procesie konwencjonalnego azotowania

gazowego składają się z dwóch stref:

o

strefy przypowierzchniowej nie ulegającej trawieniu, składającej się z
bogatych w azot węgloazotków i azotków; w strefie węgloazotków ε mogą
występować pory

o

strefy azotowania wewnętrznego, która w stalach węglowych jest roztworem
stałym azotu w żelazie z wydzieleniami lub bez wydzieleń azotków żelaza, w
przypadku stali stopowych strefa ta zawiera drobnodyspersyjne wydzielenia
azotków pierwiastków stopowych (cr, W, Mo, V, Ti) rozmieszczonych w
podłożu ferrytycznym; strefa ta trawi się ciemniej niż rdzeń



wars

twa węgloazotowana/azotonawęglana – prawidłowa struktura warstwy

azotonawęglanej i hartowanej powinna składać się z drobnoiglastego martenzytu z
małą ilością austenity szczątkowego bez wydzieleń węglików.

13.

Wpływ parametrów procesu na grubość warstwy dyfuzyjnej.

14.

Rodzaje

obróbki

cieplnej

stosowanej

z

procesami

nawęglania,

azotonawęglania, azotowania i węgloazotowania.



obróbka cieplna stosowana z nawęglaniem – twardość stali nawęglonej i wolno
chłodzonej wynosi 240-280 HV, a jej właściwości nie są najlepsze ze względu na
rozrost ziaren zachodzący podczas procesu. W związku z tym nawęglone przedmioty

poddaje się dalszej obróbce cieplnej polegającej na hartowaniu i niskim odpuszczaniu
w celu otrzymania w warstwie wierzchniej struktury drobnoiglastego martenzytu z
węglikami, co zwiększa twardość powierzchni do około 60 HRC oraz w celu
zapewnienia znacznej ciągliwości i wymaganych właściwości wytrzymałościowych
rdzenia; struktura rdzenia stali stopowych to najczęściej niskowęglowy martenzyt lub
bainit, w niektórych przypadkach z wydzieleniami ferrytu.



obróbka cieplna stosowana z azotowaniem –



obróbka cieplna stosowana z węgloazotowaniem/azotonawęglaniem -

15.

Zakres

zastosowań

nawęglania,

azotonawęglania

azotowania

i

węgloazotowania na elementy maszyn.



zastosowanie nawęglania – nawęglanie zapewnia dużą twardość powierzchni
obrobionych elementów, dużą odporność na ścieranie i naciski powierzchniowe,
znaczą wytrzymałość zmęczeniową. Rdzeń po takiej obróbce wykazuje dużą
ciągliwość, sprężystość i odporność na dynamiczne obciążenia. W związku z tym
nawęglanie jest stosowane w procesach wytwarzania silnie obciążonych,
odpowiedzialnych elementów, takich jak koła zębate, wałki zębate, wielowypusty,
wałki rozrządu, czy sworznie tłokowe.



zastosowanie azotowania

– azotowanie zapewnia dużą twardość powierzchniową,

zachowanie twardości i wytrzymałości w podwyższonej temperaturze (do 600*C),
zwiększoną odporność na ścieranie, zacieranie i zużycie adhezyjne, odporność na
korozję gazową i atmosferyczną, dużą wytrzymałość zmęczeniową, niewielkie
odkształcenia elementów w procesie azotowania.