OBRÓBKA CIEPLNA

Definicja obróbki cieplnej

Dziedzina technologii obejmująca zespół zabiegów
cieplnych powodujących zmiany struktury w stanie
stałym, skutkujące poprawą właściwości metali i
stopów, w wyniku działania temperatury, czasu i
ośrodka

Rodzaje

•Obróbka cieplna zwykła
•Obróbka cieplno-chemiczna
•Obróbka cieplno-mechaniczna
•Obróbka cieplno-magnetyczna

Operacja obróbki cieplnej

Obróbka cieplna stali

Stal

– stop żelaza z węglem i innymi dodatkami

stopowymi, zawierający do ok. 2 % węgla,

otrzymany w procesach stalowniczych,

przeznaczony na półwyroby i wyroby

przerabiane plastycznie.

Przemiany w stali podczas nagrzewania i

powolnego chłodzenia

1. Tworzenie się austenitu podczas
nagrzewania

2. Ujednorodnienie austenitu podczas
nagrzewania

3. Zmiany wielkości ziarna stali podczas
nagrzewania

4. Zmiany wielkości ziarna stali podczas nagrzewania i
powolnego chłodzenia

Przemiany w stali podczas

chłodzenia

2. Chłodzenie stosowane w praktyce:
• Przemiana martenzytyczna
• Przemiana bainityczna
• Przemiana perlityczna

1. Chłodzenie powolne:

• przemiany zgodne z wykresem równowagi Fe-
Fe

3

C

Przemiana martenzytyczna

Martenzyt – produkt
przemiany
martenzytycznej,
przesycony roztwór
węgla w żelazie 

Przemiana bezdyfuzyjna, zachodzi przy dużym
przechłodzeniu austenitu do temperatury M

s

, przy

chłodzeniu z szybkością większą od krytycznej, przy
ciągłym obniżaniu temperatury od Ms do Mf. Wartości M

s

i M

f

zależą od składu chemicznego austenitu. (M

s

–

martensite start, M

f

– martensite finish)

Początek przemiany:

- utworzenie w austenicie embrionów (błędy ułożenia,

defekty sieciowe w austenicie np. pętle dyslokacji)

- przemiana w zarodki po przekroczeniu wielkości

krytycznej
- autokataliza, tj. przyspieszenie zarodkowania w wyniku

odkształceń osnowy przez tworzące się zarodki

Podczas przemiany następuje skoordynowane
przemieszczenie atomów bez zmiany sąsiadujących
atomów, wynikiem czego jest relief powierzchni
martenzytu. Granice ziaren martenzytu położone są
wzdłuż nieodkształconej płaszczyzny austenitu, tzw.
płaszczyzny habitus.

Przebieg przemiany

martenzytycznej

• Atermiczny, bez aktywacji cieplnej, w czasie 10-7 s (1),

wybuchowy, w kilku wybuchach poniżej 0

o

C (2),

izotermiczny – przy wysokiej Ms (3)

• Przemianę ułatwiają naprężenia rozciągające i

odkształcenie plastyczne

Morfologia martenzytu

Martenzyt listwowy
-prawie wszystkie stopy żelaza
- duża gęstość dyslokacji,
-szerokość listwy 0,1-3 um,
stosunek wymiarów 1:7:30
-listwy tworzą pakiety ułożone
w kierunku <111>; między
listwami granice niskokątowe,
między pakietami granice
szerokokątowe
Martenzyt płytkowy
-nieliczne stopy żelaza
- kształt podobny do soczewek

Austenit szczątkowy

Przemiana bainityczna

•Połączenie cech przemiany bezdyfuzyjnej i dyfuzyjnej,
związanej z dyfuzją C
•Zachodzi przy przechłodzeniu stali do 450-200ºC
•Produkt przemiany: bainit, tj. mieszanina ferrytu
przesyconego węglem i węglików o dużym stopniu
dyspersji
•Zarodkowanie rozpoczyna dyfuzja C w austenicie do
granic ziaren i dyslokacji, zarodkami są miejsca ubogie w
C
•Podczas okresu inkubacji powstają miejsca o małym i
dużym stężeniu C
•W obszarach o małym stężeniu C i wysokiej Ms ma
miejsce przemiana martenzytyczna, a w obszarach o
dużym stężeniu - wydzielanie drobnych cząstek węglików
•w czasie dalszego chłodzenia, w obszarach
martenzytycznych następuje wydzielanie węglików, a
osnowa staje się ferrytem przesyconym węglem
•Rozrost bainitu kontrolowany szybkością dyfuzji węgla
w austenicie, a nie szybkością przemiany
martenzytycznej

Morfologia bainitu

• Bainit górny: ziarna przesyconego węglem

ferrytu o nieregularnych kształtach z
nieregularnymi wydzieleniami węglików
oraz austenit szczątkowy

• Bainit dolny: przesycony węglem ferryt o

postaci listwowej, zbliżony do martenzytu,
płytkowe węgliki w równoległych rzędach
ściśle zorientowane względem ferrytu oraz
austenit szczątkowy

Przemiana perlityczna

• Zachodzi przy ochłodzeniu austenitu

nieznacznie poniżej temperatury Ar1

• Perlit: mieszanina eutektoidalna złożona z

płytek ferrytu oraz cementytu

• Przemiana dyfuzyjna związana z

przegrupowaniem atomów węgla, zachodząca
przez zarodkowanie i wzrost zarodków

• Zarodkowanie heterogeniczne na cząstkach

cementytu, płytkach ferrytu, a w jednorodnym
austenicie na granicach ziaren

• Kolejne dobudowywanie płytek cementytu i

ferrytu

Morfologia perlitu:

•kolonie perlitu mają

kształt kulisty, gdy

szybkość

dobudowywania

płytek i ich czołowego

wzrostu są równe
•grubość płytek

cementytu jest

siedmiokrotnie

mniejsza od grubości

płytek ferrytu,
•grubości płytek są

prawie stałe w stałej

temperaturze i nie

zależą od wielkości

ziarna,
•W niższej

temperaturze

odległości między

płytkami są mniejsze

Rodzaje wykresów czas-temperatura-

przemiana CTP w zależności od sposobu
chłodzenia:

• CTP

i

- przy chłodzeniu izotermicznym

• CTP

c

- przy chodzeniu ciągłym

Wykresy przemian

przechłodzonego austenitu

podczas chłodzenia

Przemiany w stali podczas

odpuszczania

Odpuszczanie – wygrzewanie uprzednio zahartowanej
stali w temperaturze niższej od A

1

i studzenie

Przemiany

•Rozkład martenzytu
•Przemiana austenitu szczątkowego w fazę 
•Wydzielanie węglików
•Koagulacja węglików

Przemiany podczas odpuszczania stali

węglowych

•80-200 C: rozkład martenzytu i wydzielanie węglika -

Fe

2

C, koherentnego z osnową, spadek stężenia węgla w

martenzycie, zmniejszenie tetragonalności martenzytu i
tworzenie martenzytu odpuszczonego o sieci regularnej
•200-300 C: przemiana austenitu szczątkowego w
martenzyt odpuszczony
•300-400 C: rozpuszczanie się węglika  w osnowie i

niezależne wydzielanie się cementytu Fe

3

C

•400-600 C: koagulacja cząstek cementytu (wzrost
niektórych cząstek i rozpuszczanie się małych cząstek),
sferoidyzacja. Drobne kuliste cząstki cementytu w
osnowie ferrytycznej noszą nazwę sorbitu lub martenzytu
wysokoodpuszczonego
•>600 C: koagulacja cementytu, zdrowienie i
rekrystalizacja osnowy. Powstaje sferoidyt, tj. cementyt
kulkowy w osnowie ferrytu