Ćwiczenie nr: 4

Data: 98.02.23 pn 16.00

Temat: OBRÓBKA CIEPLNA

Prowadzący ćwiczenia:

Marek Trybus gr. 14 IMiR

Tematyka:

1.) wyżarzanie,

2.) hartowaność i hartowanie stali,

3.) odpuszczanie

Pod pojęciem obróbki cieplnej rozumiemy odpowiednio dobrane zabiegi cieplne, które prowadzą do zmiany własności stali przez zmiany struktury, wywołane przemianami fazowymi zachodzącymi w stanie stałym. W obróbce cieplnej rozróżnia się operacje i zabiegi. Operacja to część procesu technologicznego (np. hartowanie, wyżarzanie), natomiast zabiegiem nazywamy część operacji (np. nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie).

Podstawowymi parametrami, które decydują o przemianach fazowych są: szybkość nagrzewania, temperatura zabiegu cieplnego, czas nagrzewania,(wygrzewania), chłodzenia, szybkość chłodzenia, w zależności od temperatury wygrzewania.

W zależności od temperatury zabiegu obróbki cieplnej, rodzaju zabiegów wchodzących w skład operacji, jak również czasu trwania tych zabiegów oraz od rodzaju stosowanego ośrodka chemicznego, sposobu i temperatury odkształcenia plastycznego, możemy mieć do czynienia z różnymi rodzajami obróbki cieplnej.

ad. 1.) Wyżarzanie.

Przez wyżarzanie rozumiemy zabiegi cieplne, które prowadzą do stanu równowagi termodynamicznej w obrabianym stopie. Są to najczęściej: nagrzanie do określonej temperatury, wygrzewanie i chłodzenie. Rodzaje:

-wyżarzanie ujednoradniające (homogenizujące) polega na nagrzaniu do temp.1250-1300 °C, długotrwałym wygrzewaniu w tej temp. aż do zajścia dyfuzji i wyrównania składu chemicznego oraz chłodzeniu. Jego celem jest ujednorodninie składu chemicznego w obrębie poszczególnych dendrytów.

-wyżarzanie przegrzewające przeprowadza się podobnie jak ujednoradniające, z tym że celem jego jest spowodowanie rozrostu ziarn i ułatwienie skrawalności stali.

-wyżarzanie grafityzujące (grafityzowanie) jest to długotrwałe wygrzewanie powyżej Ac3 celem rozkladu cementytu na grafit - przeprowadza się je przy produkcji żeliwa ciągliwego.

-wyżarzanie normalizujące (normalizowanie) polega na nagrzaniu do stanu austenitycznego, tzn. 30-50 °C powyżej temp. Ac3 i następnie chłodzeniu na wolnym powietrzu, w celu rozdrobnienia ziarna i ujednolicenia struktury. Stale wyskostopowe, a zwłaszcza samohartujące się po wyrzarzaniu często studzi się wraz z piecem.

-wyżarzanie zupełne prowadzi do wytworzenia struktury podobnej do stanu równowagi. (pozbycia się wszystkich naprężeń) .Polega na austenityzowaniu stali, jak przy normalizowaniu, i następnie studzeniu w piecu lub wolniej. Celem zabiegu jest zmniejszenie twardości i naprężen wewnętrznych oraz zwiękrzenie ciągliwości stali.

-wyżarzanie niezupełne przeprowadza się podobnie jak normalizujące, lecz chłodzenie następuje nieco szybciej niż w przypadku wyżarzania noramalizującego.Celem zabiegu jest częściowe pozbycie się naprężeń.

-wyżarzanie izotermiczne polega na austenityzowaniu stali jak przy wyżarzaniu zupełnym i następnie szybkim ochłodzeniu do temp. leżącej poniżej Ac1 i wytrzymaniu w tej temp. aż do zajścia przemiany perlitycznej. Celem zabiegu jest zmniejszenie twardości stali.

-wyżarzanie perlityczne (perlityzowanie) jest podobne do wyżarzania izotermicznego, z tym że nie jest konieczna szybka obniżka temp. do temp. perlityzowania. Zwykle po perlityzowaniu stal jest ponownie nagrzewana do temp. austenityzowania w celu zahartowania. W wyniku perlityzowania uzyskuje się rozdrobnienie ziarna austenitu, a tym samym zwiększenie dyspersji martenzytu.

-wyżarzanie sferoidyzujące (sferoidyzacja), zwane również zmiękczającym, polega na przemianie cementytu płytkowego w kulkowy (koagulację), co prowadzi do zmniejszania twardości i polepszenia obrabialności mechanicznej (skrawalności). Można je osiągnąć wyżarzając wahadłowo powyżej lub poniżej temp. Ac1.

-wyżarzanie rekrystalizujące jest prowadzone po uprzenim zgniocie (odkształceniu plastycznym na zimno), przeprowadza się w temp. poniżej Ac1 ale powyżej temp. rekrystalizacji w celu usunięcia skutków zgniotu (wzrost plastyczności).

-wyżarzanie odprężające (odprężanie) polega na nagrzaniu wyrobów do temp. poniżej Ac1 (zwykle poniżej 650°C), wygrzaniu w tej temp. i następnie studzeniu. Celem obróbki jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych bez wywołania zmian strukturalnych. Stosuje się je głównie do odprężania odlewów staliwnych i przedmiotów spawanych. Odmianą wyżarzania odprężającego jest stabilizowanie, które prowadzi się w temp. poniżej 150°C w celu zmniejszenia naprężeń własnych. Przeprowadza się również stabilizowanie naturalne w temp. otoczenia przez długi okres czasu.

ad. 2.) Hartowność i hartowanie stali.

W przeciwieństwie do zabiegów wyżarzania hartowanie, zwłaszcza martenzytyczne, prowadzi do powstawania struktury nierównowagowej. Celem zabiegu jest znaczne zwiększenie twardości wyrobu. Rozróżniamy następujące metody hartowania: objętościowe i powierzchniowe.

Hartowanie objętościowe polega na nagrzaniu elementu na wskroś i może być realizowane z różnymi prędkościami studzenia. Hartowanie zwykłe (martenzytyczne) polega na austenityzowaniu z następującym szybkim oziębieniem w jednym ośrodku w celu uzyskania struktury maternzytycznej.

W zależności od sposobu chłodzenia rozróżniamy:

-hartowanie zwykłe polegające na oziębieniu stali z szybkością większą od prędkości krytycznej chłodzenia w jednym ośrodku chłodzącym w sposób ciągły,

- hartowanie przerywane, polegające na stosowaniu dwóch ośrodków chłodzących (np. wody, a następnie oleju),

- hartowanie stopniowe, polegające na wytrzymaniu przedmiotu w temp. wyższej od temp. początku przemiany martenzytycznej ( przystanek temp.), aż do wyrónania temp. w całym przekroju, po czym zanim rozpocznie się przemiana dyfuzyjna następuje dalsze chłodzenie przedmiotu,

- hartowanie izotermiczne (bainityczne) ma podobny przebieg jak stopniowe, z tym że czas wytrzymania w temp. pośredniej jest dostatecznie długi, aby zaszła przemiana bainityczna.

___ zwykłe

- - - przerywane

___ ___ stopniowe

Rys. 1.) Wykres zależności temp. od czasu dla hartowania: zwykłego, przerywanego i stopniowego.

Hartowanie powierzchniowe polega na austenityzowaniu jedynie cienkiej warstwy powierzchniowej przedmiotu, w wyniku czego tylko w tej warstwie tworzy się struktura martenzytyczna i następuje utwardzenie powierzchni. W zależności od sposobu nagrzewania hartowanie powierzchniowe może być płomieniowe, indukcyjne lub kąpielowe.

ad. 3.) Odpuszcznie.

Odpuszczanie polega na nagrzewaniu uprzednio zahartowanego przedmiotu do temperatury leżącej poniżej Ac1, co prowadzi do usunięcia naprężeń oraz przemian wywołujących zmniejszenie twardości i wzrost plastyczności stali. Głównym celem odpuszczania jest zwiększenie odporności na pękanie zahartowanej stali. Połączenie zabiegów hartowania i wysokiego lub średniego odpuszczania nazywamy ulepszaniem cieplnym.

Rodzaje odpuszczania: Struktury odpuszczania:(powstałe w jego wyniku)

- niskie (temp. 150 - 350 °C) /martenzyt niskoodpuszczony/

- średnie (temp. 350 - 500 °C) /martenzyt średnioodpuszczony/

- wysokie (temp. >500 °C) /sorbit (ferryt z b. drobnymi węglikami)/

W wyniku odpuszcznia zanika pozostały po hartowaniu austenit szczątkowy oraz powstają kruchości: I i II rodzaju. Pierwsza z nich występuje we wszystkich stalach po odpuszczeniu ich w temp. powyżej 300 °C i jest ona nieodwracalna. Natomiast kruchość drugiego rodzaju występuje przy odpuszczaniu powyżej 500 °C i powolnym studzeniu. Przyczyną kruchości drugiego rodzaju jest wstępująca dyfuzja fosforu w strefy granic ziarn.Ponieważ P bardzo silnie utwardza ferryt strefy granic ziarn stają się bardzo twarde i poprzez to bardzo kruche. Temu rodzajowi kruchości można zapobiegać stosując dodatki 0,2-0,4% Mo.

---