Temat: Rodzaje, charakterystyka oraz zastosowanie obróbki cieplnej.

1. Obróbką cieplną nazywa się celowe zabiegi cieplne, w wyniku których zmienia się własności mechaniczne

(wytrzymałość, sprężystość, twardość), technologiczne (skrawalność), fizyczne lub chemiczne metali
i stopów w stanie stałym. Wywołane zmiany są uzależnione od temperatury, czasu trwania zabiegu
(szybkości nagrzewania i szybkości chłodzenia) i działania aktywnego środowiska. Obróbce cieplnej
poddajemy stale, żeliwa i stopy metali nieżelaznych.

2. Pojęcia podstawowe z zakresu obróbki cieplnej.

a) Operacja – część procesu technologicznego np. hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie,
b) Zabieg – cześć operacji np. nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie. Do zabiegów obróbki zalicza się:

• grzanie – podwyższanie i następnie utrzymywanie temperatury przedmiotu,
• nagrzewanie – ciągłe lub stopniowe podwyższanie temperatury przedmiotu,

• podgrzewanie – podwyższanie temperatury przedmiotu do wartości pośredniej,

• dogrzewanie – podwyższanie temperatury przedmiotu od wartości pośredniej do docelowej,
• wygrzewanie – wytrzymywanie przedmiotu w temperaturze pośredniej lub docelowej,

• chłodzenie – obniżanie temperatury przedmiotu do temperatury otoczenia lub innej,

• podchładzanie – obniżanie temperatury przedmiotu do wartości wyższej niż zamierzona końcowa

temperatura chłodzenia,

• dochładzanie – obniżanie temperatury przedmiotu od wartości pośredniej do docelowej,

• wychładzanie – wytrzymywanie przedmiotu w temperaturze ochładzania lub w temperaturze końca

chłodzenia ciągłego,

3. Operacje obróbki cieplnej

1) hartowanie

ƒ powierzchniowe
ƒ na wskoś
ƒ zwykłe
ƒ stopniowe
ƒ izotermiczne

2) odpuszczanie

ƒ niskie
ƒ średnie
ƒ wysokie

3) wyżarzanie

ƒ ujednorodniające
ƒ normalizujące
ƒ zupełne
ƒ odprężające

4) stabilizowanie

ƒ naturalne
ƒ sztuczne

5) przesycanie

4. Hartowanie – polega na nagrzaniu stali do odpowiedniej

temperatury, zalężnie od rodzaju materiału, zwykle do około
30

o

C wyższej od temperatury przemiany G-S-K, jej wygrzaniu

w tej temperaturze w celu uzyskania jednakowej temperatury
w całym materiale i szybkim chłodzeniu. Celem hartowania
jest uzyskanie struktury o większej twardości, wytrzymałości i
granicy plastyczności stali.
1) Hartowanie powierzchniowe – polega na bardzo szybkim

ogrzaniu warstwy powierzchniowej przedmiotu do
temperatury wyższej od temperatury krytycznej i oziębieniu.
Celem jest uzyskanie twardej powierzchni, odpornej na
ścieranie z zachowaniem plastycznego rdzenia. W zależności
od sposobu nagrzewania rozróżniamy hartowanie
powierzchniowe:

o

płomieniowe – polega na nagrzaniu przedmiotu palnikiem gazowym,

o

kąpielowe – polega na nagrzaniu przez krótkie zanurzenie przedmiotu w kąpieli solnej lub
ołowiowej, o temperaturze dużo wyższej niż temperatura hartowania stali,

o

indukcyjne – polega na nagrzaniu przedmiotu prądami wirowymi wzbudzonymi w warstwie
powierzchniowej przedmiotu oraz prądami szybkozmiennymi w induktorze (wzbudniku),

2) Hartowanie na wskroś – zalicza się w zależności od sposobu chłodzenia hartowanie: zwykłe, stopniowe,

izotermiczne. Hartowanie zwykłe polega na nagrzaniu stali do temperatury powyżej linii GSK,
wygrzaniu w tej temperaturze i szybkim chłodzeniu. Po hartowaniu zwykłym stosuje się odpuszczanie,
aby pozbyć się naprężeń
hartowniczych.

3) Urządzenia do hartowania –

dzieli się na urządzenia do
nagrzewania (piece gazowe,
elektryczne i z kąpielą) i
chłodzenia (wanny
hartownicze). Wanny
napełnione są cieczami
chłodzącymi, wykonane ze
stali wyposażone w
urządzenia do dopływu
wody lub oleju. Sposób
zanurzenia przedmiotów w
kąpieli i

poruszania nimi

podczas hartowania
przedstawia rysunek.

5. Odpuszczanie – ma na celu

usunięcie naprężeń
wewnętrznych powstałych w
przedmiocie podczas
hartowania oraz polepsza ich
własności plastyczne. Polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanego przedmiotu poniżej temperatury 723

o

C, wygrzaniu w tej temperaturze a następnie chłodzeniu. Zależnie od temperatury nagrzewania rozróżnia

się odpuszczanie niskie, średnie i wysokie.
1) odpuszczanie niskie – (w temp. 150-250

o

C) usuwa naprężenia własne materiału z zachowaniem jego

dużej twardości. Odpuszczanie niskie stosuje się do narzędzi, sprawdzianów oraz części maszyn ze stali
niestopowych i niskostopowych,

2) odpuszczanie średnie - (w temp. 250-500

o

C) zwiększa wytrzymałość i sprężystość materiału przy

dostatecznie dużej ciągliwości. Stosuje się je do przedmiotów narażonych w czasie pracy na uderzenia,
jak np. matryce.

3) odpuszczanie wysokie - (w temp. 500-650

o

C) zwiększa wytrzymałość i sprężystość materiału z

jednoczesnym zachowaniem jego dużej twardości i odporności na uderzenia (uzyskanie dużej
plastyczności). Stosuje się je do materiałów przeznaczonych na części maszyn pracujących pod
znacznym obciążeniem i narażonych na uderzenia, jak np. wały, korbowody.

6. Wyżarzanie – jest operacją cieplną, polegającą na nagrzaniu materiału do żądanej temperatury, wygrzaniu

w tej temperaturze i następnie powolnym chłodzeniu do temperatury otoczenia. Zależnie od temperatury
wyżarzania, sposobu studzenia oraz celu zabiegu rozróżnia się:
- ujednorodniające,
- normalizujące,
- zupełne,
- niezupełne,
- zmiękczające,

- rekrystalizujące,
- odprężające,

1) wyżarzanie ujednorodniające – ma na celu zmniejszenie miejscowych niejednorodności składu

chemicznego, które powstają w czasie odlewania i krzepnięcia materiału np. wlewów stali stopowych.

Ujednorodnienie osiąga się przez wygrzanie w temperaturze 1000-1250

o

C w ciągu 12-15 godzin. Po

wyżarzaniu ujednorodniającym, wykonywanym w hucie, następuje obróbka plastyczna wlewka.

2) wyżarzanie normalizujące - nazywane jest inaczej

normalizowaniem i polega na nagrzaniu stali do
temperatury 30-50

o

C powyżej linii GSE, wygrzaniu i

po wyjęciu z pieca chłodzenia na wolnym powietrzu.
Normalizowanie przeprowadzamy w celu
otrzymania jednorodności i rozdrobnionej struktury,
co polepsza własności wytrzymałościowe stali oraz
jej przydatność do obróbki skrawaniem.
Przeprowadza się ją przed hartowaniem i
nawęglaniem.

3) wyżarzanie zupełne – polega na nagrzaniu stali do

temperatury 30-50

o

C powyżej linii GSE, wygrzaniu

w tej temperaturze i następnie studzeniu do
przekroczenia temperatury 723

o

C. Chłodzenie jest

powolniejsze i odbywa się w zakresie przemian w
piecu który stygnie bardzo wolno. Pozwala to na
całkowite przeprowadzenie przemian fazowych w
stali zgodnie ze stanem równowagi. Dzięki temu
uzyskuje się dobrą plastyczność stali, małą twardość
i dobrą obrabialność. Wyżarzanie zupełne stosuje się
głównie do stali stopowych, które przy większych
szybkościach chłodzenia wykazują skłonność do
powstawania struktur twardych, jak np. martenzyt.

4) wyżarzanie rekrystalizujące – polega na nagrzaniu

uprzednio zgniecionego stopu do temperatury 550-
650

o

C, wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie

wolnym studzeniu w powietrzu. Wyżarzanie to jest
stosowane w celu usunięcia zgniotu i przywrócenia
stali początkowej plastyczności.

5) wyżarzanie odprężające – polega na nagrzaniu stopu

(stal, stopy aluminium, stopy miedzi) do temperatury
poniżej przemian (450-650

o

C), wygrzaniu w tej

temperaturze i studzeniu. Jest stosowane w celu
zmniejszenia naprężeń własnych w materiale,
powstałych wskutek zgrubnej obróbki skrawaniem,
spawania, obróbki plastycznej na zimno.

bilizowanie

7. Sta

– (sezonowanie) jest to operacja mająca na celu zmniejszenie naprężeń własnych

zetrzymywanie wyrobu

2)

rzaniu stali do temperatury 160 C, wygrzaniu jej w tej

8. Prz

ne stopów oraz zwiększyć ich

i zapewnienie niezmienności wymiarów. Mamy stabilizowanie naturalne, sztuczne.
1) stabilizowanie naturalne – to długotrwałe (kilka do kilkunastu miesięcy) pr

w zmiennych warunkach atmosferycznych.
stabilizowanie sztuczne – polega na nag

o

temperaturze od kilku do kilkudziesięciu godzin a następnie chłodzeniu.
esycanie – to operacja, którą stosuje się żeby poprawić własności plastycz

odporność na korozję. Proces ten prowadzi się nagrzewając stal do temperatury stanu astenicznego,
wygrzewając w tej temperaturze, a następnie szybko ochładzając. Przesycaniu poddaje się stale
kwasoodporne.