1. Cel ćwiczenia

• poznanie struktury żeliwa sferoidalnego poddanego różnym zabiegom obróbki cieplnej,

• zapoznanie z podstawowymi zabiegami cieplnymi mającymi na celu otrzymanie żądanych struktur.

2. Obróbka cieplna odlewów z żeliwa sferoidalnego

Przy produkcji odlewów bardzo pożądaną cechą odlewów jest uzyskanie ich wymaganych właściwości w postaci bezpośrednio po odlaniu, dzięki czemu unika się konieczności obróbki cieplnej odlewów. Jednak często ze względu na różnice w grubości ścianki odlewu nie zawsze jest to niemożliwe. Obróbka cieplna odlewów pozwala uniknąć węglików w cienkich ściankach, uzyskiwać spójną, równomierną strukturę i polepszać właściwości mechaniczne uzyskanej struktury, głównie przez wyżarzanie normalizujące struktury ziarnowej. Obróbka cieplna jest niezbędna w przypadku chęci uzyskania struktury martezytycznej.

1. Odprężanie (wyżarzanie odprężające)

Odprężanie polega na nagrzewaniu odlewu z prędkością około 50-100⁰C/h do temperatury 600⁰C (nie przekraczając temperatury 610⁰C) i przetrzymanie w tej temperaturze przez czas minimum 1 godziny, plus dodatkową godzinę na każde 25 mm grubości ścianki odlewu w przypadku odlewu o dużych grubościach ścianki, a następnym chłodzeniu odlewu z prędkością 50-100⁰C/h lub mniejszą. W czasie obróbki odlew musi być właściwie ustawiony wewnątrz pieca, ze zwróceniem uwagi na to, aby nie podlegał żadnym naprężeniom.

2.2. Usuwanie węglików

W przekroju odlewu surowego - po odlaniu mogą pojawić się węgliki. Można je wyeliminować przez przetrzymywanie odlewu przez czas 3-5 godzin w temperaturze 900-925⁰C.

2. 3. Wyżarzanie w celu uzyskania struktury ferrytyczne

Wyżarzanie polega na przetrzymywaniu odlewu w temperaturze 900-925⁰C przez czas 3-5 godzin, a następne chłodzenie z prędkością około 20-35⁰C/h w zakresie temperatury krytycznej (około 800-710⁰C), i kolejne szybsze chłodzenie około 50-100⁰C/h do temperatury 200⁰C.

2. 4. Normalizowanie w celu uzyskania struktury perlitycznej

W celu normalizowania, odlew wygrzewa się w temperaturze powyżej punktu krytycznego, a następnie chłodzi powietrzem. Zwykle stosuje się temperaturę wygrzewania około 900-925⁰C, co praktycznie powoduje usunięcie węglików. Szybkie chłodzenie w strumieniu powietrza jest stosowane w celu uzyskania struktury perlitycznej. Czas wygrzewania jest zależny od rodzaju zastosowanego pieca oraz wielkości odlewu. W celu uzyskania pełnej struktury perlitycznej niezbędny może okazać się dodatek do ciekłego metalu cyny lub miedzi.

2. 5. Hartowanie i odpuszczanie

Hartowanie polega na austenityzowaniu odlewów w temperaturze 900-925⁰C i następne chłodzeniu w oleju. Odpuszczanie prowadzone jest zwykle w temperaturze 600-650⁰C.

2.6. Żeliwo ADI (Austempered Ductile Iron - żeliwo sferoidalne hartowane z przemianą izotermiczną)

Hartowanie z przemianą izotermiczną jest izotermiczną obróbką cieplną pozwalającą uzyskać strukturę ausferrytyczną. Żeliwo to może wykazywać wytrzymałość dwukrotnie wyższą od żeliwa ciągliwego przy zachowaniu dobrej ciągliwości i twardości. Charakteryzuje się doskonałą odpornością na zniszczenie i zmęczenie, porównywalną do osiąganej w przypadku ulepszanego cieplnie staliwa.

Proces obróbki cieplej ADI jest procesem dwufazowym. Austenityzowanie odbywa się w temperaturze 815-930⁰C i powoduje powstanie pełnej struktury austenitycznej. Proces ten odbywa się w piecu w atmosferze nieutleniajacej lub w kąpieli solnej w wysokiej temperaturze. Temperatura oraz czas austenityzowania są uzależnione od składu chemicznego, wielkości odlewu oraz wymaganego gatunku żeliwa ADI. Zwykle stosuje się czasy 1-1,5 godziny. W celu uniknięcia pęknięć w odlewach o skomplikowanej geometrii wymagane jest powolne początkowe nagrzewanie odlewu. Następnie odlew jest chłodzony do temperatury przemiany izotermicznej, zwykle pomiędzy 210 a 400⁰C. Zwykle odbywa się to w kąpieli solnej. Odlew przetrzymywany jest w tej temperaturze przez czas 1-2 godzin, czyli czas niezbędny do przemiany austenitu w ausferryt. Przetrzymywanie odlewu w niższej temperaturze skutkuje otrzymaniem odlewu o wyższej twardości, wytrzymałości i odporności na ścieranie, natomiast przetrzymywanie odlewu w wyższej temperaturze skutkuje większą jego plastycznością. Po przemianie izotermicznej odlew jest chłodzony do temperatury otoczenia.

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy

im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich

w Bydgoszczy

Wydział Inżynierii Mechanicznej

Laboratorium

Nowoczesne Materiały Konstrukcyjne

Badanie struktury obrobionego cieplnie żeliwa sferoidalnego

Wykonał:

Tomasz Kowalczyk

Studia stacjonarne II stopnia

Grupa A semestr II

Bydgoszcz, 2010

---