Szkolenie 2010

Dr inż. Ryszard Gorockiewicz

marotii_goro@interia.pl

Procesy obróbki cieplnej -

nazewnictwo

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

Obróbka cieplna - proces
technologiczny złożony z jednej lub kilku
operacji, w wyniku których zmienia się
właściwości mechaniczne i
fizykochemiczne metali i stopów w
stanie stałym.

Zmiany właściwości wynikają ze zmian
strukturalnych, a te z przemian fazowych
wywołanych działaniem temperatury,
czasu
oraz środowiska.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

Operacja – cykl cieplny złożony z kilku

zabiegów (nagrzewanie, wygrzewanie i
chłodzenie), którego celem jest nagrzanie
(ochłodzenie) wsadu do określonej
temperatury, wygrzaniu (wychłodzeniu) w
tej temperaturze i ochłodzeniu (nagrzaniu)
do temperatury otoczenia.

Schemat operacji złożonej z:

Obróbka cieplna

Podział

Ze względu na obszar

zmian strukturalnych

Objętościowa

Powierzchniowa

Ze względu na czynniki

powodujące zmiany

strukturalne

Zwykła

Działanie temperatury

i czasu

Złożona

Cieplno-chemiczna

Cieplno-plastyczna

Cieplno-magnetyczna

Działanie temperatury,

czasu i środowiska

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

Grzanie

podnoszenie i ewentualnie

utrzymywanie temperatury

pośrednie

wsad uzyskuje ciepło od Źródła

ciepła, którym może być płomień

gazowy lub rozżarzony element grzejny

(wymiana ciepła pomiędzy dwoma

ośrodkami o różnych temperaturach)

bezpośrednie

wykorzystanie zjawiska zamiany energii,

np. elektrycznej w cieplną (nagrzewanie

indukcyjne, elektrostatyczne, katodowe)

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

Rodzaje grzania

Paliwowe Elektryczne

Płomieniowe Kąpielowe Elektrodowe

Elektronowe

Promiennikowe

Indukcyjne

Konwekcyjne Jarzeniowe

Laserowe

Kondukcyjne

Oporowe

Plazmowe

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

Płytami
metalowymi

RODZAJE CH£ODZENIA

Naturalne Wymuszone

Konwekcyjne

W powietrzu Nadmuchowe

Z piecem Pęcherzykowo-konwekcyjne Natryskowe

Masą wsadu Zanurzeniowe

Kondukcyjne

Ośrodki

fluidalne

Roztwory

związków

nieorganicznych

Oleje roślinne

Oleje mineralne

zwykłe

Oleje mineralne

z dodatkami uszla-

chetniającymi

Oleje mineralne
szybkochłodzące

Oleje mineralne
wysokotemperatu-

rowe

Techniczna próżnia

Powietrze

Gazy obojętne

Mieszaniny gazów

obojętnych i

redukujących

Atmosfery
ochronne

Płyty, matryce,

formy (mogą

być chłodzone
wodą

Zimne
Gorące

Olejowe

Rodzaje chłodziw

Ciekłe

Gazowe

Ciała stałe

Roztwory związków
organicznych

Emulsje wodno-

olejowe

Mgła wodna

Woda

Wodne

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

Sposoby wymiany ciepła

Przewodzenie

Unoszenie

Promieniowanie

Przejmowanie ciepła - łączne występowanie
przewodzenia i unoszenia ciepła ewentualnie
promieniowania , np. wymiana ciepła pomiędzy
powierzchnią ciała stałego i stykającym się z nim
płynem.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

PODSTAWOWE OPERACJE

OBRÓBKI CIEPLNEJ ZWYKŁEJ

Wyżarzanie

Hartowanie

Odpuszczanie

Przesycanie

Starzenie

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

WYŻARZANIE

Wyżarzanie to operacja zwykłej obróbki cieplnej

polegająca na nagrzaniu stali do określonej temperatury,

wynikającej z rodzaju wyżarzania, wygrzaniu w tej

temperaturze i wolnym chłodzeniu (studzeniu) w celu

uzyskania struktur zbliżonych do stanu równowagi.

Wyżarzanie – rodzaje

ujednoradnianie

norma

lizują

zupełn
e

niezupełne

odprężanie

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo

HARTOWANIE

Hartowaniem nazywamy operację prowadzącą do
powstania struktury martenzytycznej lub bainitycznej.

Hartowanie martenzytyczne polega na nagrzaniu

stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu

w tej temperaturze i chłodzeniu z szybkością

większą od krytycznej.

W czasie hartowania bainitycznego stosuje się
podczas chłodzenia wygrzewanie izotermiczne w
temperaturze wyższej od M

aż do zajścia

przemiany na bainit lub stosuje się chłodzenie z
szybkością mniejszą od krytycznej dla stali
wykazujących wyodrębniony obszar bainityczny.

Hartowanie – austenityzowanie

Temperatura
austenityzowania

HARTOWANIE

Objętościowe

Powierzchniowe

Martenzytyczne

Bainityczne

Zwykłe

Stopniowe

Przerywane

Natryskowe

Patentowanie
Z wymrażaniem

Płomieniowe

Indukcyjne

Laserowe

Plazmowe

Bez przetopienia
Z przetopieniem

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

HARTOWNOŚĆ

Hartowność stali - zdolność stali do
utwardzania się w głąb w wyniku
hartowania.

O hartowności stali współdecydują:

 utwardzalność,
 przehartowalność.

Utwardzalność - podatność stali na

hartowanie, miarą której jest największa
twardość możliwa do uzyskania.
Utwardzalność jest zależna od zawartości
węgla w austenicie i udziału martenzytu w
strukturze (a te zależą od zawartości węgla w
stali i parametrów austenityzowania).

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Przehartowalność - podatność stali na hartowanie,
miarą której jest grubość warstwy zahartowanej.
Na przehartowalność wpływają: stężenie węgla i
pierwiastków stopowych w austenicie; stopień
jednorodności austenitu oraz wielkość jego ziarn
(wielkości te zależą od parametrów
austenityzowania); obecność nie rozpuszczonych
wydzieleń węglików, tlenków i azotków (zależą od
procesów metalurgicznych i parametrów
austenityzowania stali).

O grubości warstwy zahartowanej przedmiotu

decyduje ponadto szybkość chłodzenia (zależy
od intensywności chłodzenia, wymiarów i
kształtu przedmiotu, stopnia upakowania
przedmiotów we wsadzie).

Szybkość chłodzenia musi być większa od tzw.

szybkości krytycznej, która z kolei jest zależna
od składu chemicznego stali.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Pojęcia związane z hartownością:

 średnica krytyczna D

- średnica pręta, w którym po

zahartowaniu w ośrodku o określonej intensywności
chłodzenia, w osi przekroju poprzecznego uzyskuje się
strukturę złożoną z co najmniej n % martenzytu,

 współczynnik intensywności chłodzenia H – wielkość

określająca zdolność chłodzącą ośrodka chłodzącego (dla
wody H=1, dla oleju H=0.25 – 0.45, dla chłodzenia gazowego
H<0.20,

 próba Jominie´go – znormalizowania próba hartowania

płaszczem wodnym powierzchni czołowej próbek określonego
kształtu. Dla stali węglowych , nisko- i średniostopowych
stosowana jest próbka walcowa Φ25x100 mm.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

ODPUSZCZANIE

Odpuszczanie polega na nagrzaniu stali zahartowanej do temperatury niższej

od Ac

, wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu do temperatury pokojowej.

ODPUSZCZANIE

Niskie

Średnie
Wysokie

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Odpuszczanie niskie - wykonywane jest w

temperaturze 150250

C i stosowane głównie dla

narzędzi, sprężyn, sprawdzianów, przedmiotów

hartowanych powierzchniowo. Celem tej operacji jest

usunięcie naprężeń hartowniczych z zachowaniem

dużej twardości, wytrzymałości i odporności na

ścieranie przy minimalnej ciągliwości.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Odpuszczanie średnie - odbywa się w temperaturze

z zakresu 250500

C i stosowane jest do sprężyn,

resorów, matryc i innych części maszyn od których
wymaga się znacznej twardości, wytrzymałości i
sprężystości przy dość dobrej ciągliwości.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Odpuszczanie wysokie - odbywa się w

temperaturze z zakresu 500Ac

C i ma

zastosowanie do elementów maszyn
podlegającym zmiennym obciążeniom, a
zwłaszcza narażonych na uderzenia, np.
koła zębate, wały korbowe, części silników
lotniczych i samochodowych, części
podwozi samochodowych itp., od których
wymaga się dużej ciągliwości i udarności
przy dobrej wytrzymałości i twardości.

Wpływ temperatury odpuszczania na

własności mechaniczne zahartowanej stali o

stężeniu 0,4%C

12,

R
m

H
B

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

ODPUSZCZALNOŚĆ STALI – skłonność stali
zahartowanej do utraty twardości w wyniku
odpuszczania w temperaturze 600

Kruchość odpuszczania - zmniejszenie się
udarności i/lub podwyższenie temperatury
progu kruchości stali odpuszczanej.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

•

Kruchość odpuszczania I rodzaju -
występuje w stalach odpuszczanych w
temperaturze z zakresu ok. 300

niezależnie od szybkości chłodzenia po
odpuszczaniu (wiązana jest z rozpadem
austenitu szczątkowego),

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

 Kruchość odpuszczaniu II rodzaju -

występuje w stalach wolno chłodzonych (z piecem

lub na powietrzu) z temperatury odpuszczania

wyższej od 450

(Do kruchości odpuszczania są skłonne stale nisko-

i średniowęglowe zawierające Mn, Cr lub Cr z Ni

albo Cr z Mn, zawierające powyżej 0,001 %P.

Również zanieczyszczenia Sb, As i Sn mogą

powodować tę kruchość. Stale skłonne do

kruchości odpuszczania należy po wysokim

odpuszczaniu chłodzić w oleju lub nawet w wodzie.

Skłonność stali do kruchości odpuszczania

ogranicza dodatek ok. 0,3 % Mo.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

OBRÓBKA PODZEROWA (wymrażanie)
- polega na chłodzeniu stali bezpośrednio
po hartowaniu do temperatury niższej od
0

C (nawet do temperatury ciekłego

azotu), wychłodzeniu w tej temperaturze i
następnie podgrzaniu do temperatury
pokojowej.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Szybkości chłodzenia i podgrzewania

powinny być powolne, aby zapobiec
mikropęknięciom detali.
Obróbka umożliwia zmniejszenie udziału
austenitu szczątkowego w strukturze
stali, a przez to wzrost twardości i
stabilizację wymiarów obrabianych
przedmiotów. Stosowana jest do stali o
temperaturze M

niższej od 0

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

PRZESYCANIE

Przesycanie - polega na nagrzaniu stali

austenitycznej lub ferrytycznej, a głównie stopów

metali nieżelaznych, charakteryzujących się

zmienną rozpuszczalnością jednego ze

składników w roztworze stałym, do temperatury

wyższej o ok. 3050

C od granicznej

rozpuszczalności wydzielanego składnika w

roztworze stałym, wygrzaniu w tej temperaturze i

następnie szybkim chłodzeniu do temperatury

pokojowej.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

Rys. Fragment układu równowagi z ograniczoną, zmienną rozpuszczalnością

składnika B w składniku A.

W wyniku przesycania
uzyskuje się roztwór
stały przesycony,
niezgodny fazowo ze
stanem równowagi.
Twardość i
wytrzymałość stanu
przesyconego są niższe,
lecz wykazuje on
zwiększenie własności
plastycznych.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

STARZENIE

Starzenie polega na nagrzaniu stopu
uprzednio przesyconego do temperatury
niższej od temperatury przesycenia,
wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu.

Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia

Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo

W czasie starzenia następuje

wydzielanie w przesyconym roztworze
stałym składnika znajdującego się w
nadmiarze, w postaci faz o wysokiej
dyspersji.
Starzenie powoduje umocnienie,
przejawiające się zwiększeniem
własności wytrzymałościowych i
zmniejszenie własności plastycznych.