Wyżarzanie normalizujące – polega na nagrzaniu do stanu austentycznego i następnie studzeniu w powietrzu. Celem jest uzyskanie jednorodnej struktury drobnoziarnistej

Po ostudzeniu w powietrzu otrzymuje się w ten sposób jednolitą strukturę i usuwa naprężenia, powstałe w czasie poprzedniej obróbki. Normalizowaniu poddaje się wyższej jakości wyroby hutnicze.

Jest stosowane do niestopowych stali konstrukcyjnych i staliwa - często przed dalszą obróbką cieplną w celu ujednorodnienia struktury.

Krytyczna szybkość chłodzenia - najmniej sza szybkość chłodzenia, przy której uzyskamy jeszcze strukturę całkowicie martenzytyczną. Im mniejsza jest szybkość krytyczna tym większa jest hartowność stali.

Każda większa od krytycznej dająca też martenzyt nazywa się nadkrytyczną, a każda mniejsza podkrytyczną. Średnica krytyczna to taka średnica materiału, przy której w rdzeniu otrzymujemy strukturę 50% martenzytyczną. Im materiał ma mniejszą szybkość krytyczną, tym średnica materiału jest większa.

Na szybkość krytyczna chłodzenia(średnice krytyczna) wpłvwaia dwa czynniki:
- zawartość węgla i składników stopowych w austenicie(węgiel i dodatki stopowe, z wyjątkiem kobaltu, zwiększają hartowność)
- wielkość ziarna austenitu przed rozpoczęciem chłodzenia(im większe ziarno, tym mniejsza hartowność i większa szybkość chłodzenia)

Obróbka cieplna zwykła – rodzaj obróbki cieplnej w wyniku której uzyskuje się zmiany własności metalu i stopów będące głownie funkcją temperatury i czasu. Podział :

 wyżarzanie:
- z przekrystalizowaniem (ujednorodniające, normalizujące, zupełne, niezupełne, izotermiczne, sferoidyzujące, perlityzujące, grafityzujące)
- bez przekrystalizowania (rekrystalizujące, odprężające, przeciwpłatkowe, stabilizujące, sferoidyzujące)

 hartowanie:
- na wskroś (martenzytyczne, stopniowe, izotermiczne (bainityczne), patentowanie, z wymrażaniem)
- powierzchniowe (martenzytyczne, z wymrażaniem)

 odpuszczanie:
- wysokie
- średnie
- niskie

hartowanie martenzytyczne objętościowe

Hartowanie objętościowe to rodzaj hartowania gdy hartowanie obejmuje calą objętość przedmiotu, a grubość warstwy zahartowanej zależy od właściwości materiału. Wyróżnia się hartowanie martenzytyczne (zwykłe i stopniowe) i bainityczne.

Hartowanie martenzytyczne zwykle

Warunki:

oziębienie w sposób ciągły

szybkość chłodzenia  większa od krytycznej

chłodzenie do temperatury niższej od Ms

wiele stali konstrukcyjnych nisko- i średniowęglowych chłodzi się do niższej nawet od Mf (szybkość krytyczna jest dla nich bardzo duża)

W praktyce stale węglowe chłodzi się w wodzie, nato­miast stopowe są chłodzone wolniej – w oleju lub w powietrzu.

Struktura po hartowaniu:

martenzyt

austenit szczątkowy (zawartość proporcjonalna do zawartości węgla)

inne składnikami, które nie ulegają przemianom w czasie chłodzenia, np. z węgliki i wtrącenia niemetaliczne

Właściwości:

dużą twardość ( 40 – 65 HRC w zależności od stężenia węgla)

duża wytrzymałość

duża granica plastyczności

małe wartości właściwości plastycznych

mała udarność

Hartowanie martenzytyczne stopniowe

Hartowanie z przystankiem izotermicznym – oziębiamy do temp 30 – 50°C powyżej temperatury Ms, czekamy aż temperaturę te przyjmie cała objętość materiału (mając na uwadze stabilność przechłodzonego austenitu – miernikiem tej stabilności jest prędkość krytyczna)

Hartowanie martenzytyczne stopniowe zapewnia uzyskanie takiej samej struktury i twardości jak po hartowaniu zwykłym przy znacznie mniejszych naprężeniach i odkształceniach.

Zastosowanie:

drobne elementy ze stali węglowych oraz przedmioty o złożonych kształtach i zmiennych przekrojach

Odpuszczanie – rodzaj obróbki cieplnej, której poddawana jest stal wcześniej zahartowana. Celem odpuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych oraz zmiana własności fizycznych zahartowanej stali, a przede wszystkim zmniejszenie twardości, a podniesienie udarności zahartowanej stali.

Odpuszczanie polega na rozgrzaniu zahartowanego wcześniej przedmiotu do temperatury w granicach 150° do 650 °C, przetrzymywaniu w tej temperaturze przez pewien czas, a następnie schłodzeniu. W czasie odpuszczania całość lub część martenzytu zawartego w zahartowanej stali rozpada się, wydzielając bardzo drobne ziarna cementytu, tworząc fazę zwaną sorbitem lub troostytem.

Rodzaje odpuszczania ze względu na temperaturę:

Odpuszczanie niskie

Przeprowadza się je w temperaturach w granicach 150–250 °C. Celem jego jest usuniecie naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu w strukturze wysokiego udziału martenzytu, a przez to zachowanie wysokiej twardości. Stosuje się przy narzędziach.

Odpuszczanie średnie

Przeprowadza się je w temperaturach w granicach 250°–500 °C. Stosowane w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości i sprężystości przy znacznym obniżeniu twardości. Stosowane przy obróbce sprężyn, resorów, części mechanizmów pracujących na uderzenie np. młoty, części broni maszynowej, części samochodowych itp.

Odpuszczanie wysokie

Przeprowadza się je w temperaturach powyżej 500 °C w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości przy niskiej twardości. Stal odpuszczana wysoko nadaje się do obróbki skrawaniem.

Podczas odpuszczania występuje kruchość odpuszczania, którą dzieli się na:

kruchość odpuszczania I rodzaju – kruchość nieodwracalna, występuje w zakresie temperatur 250-450 °C, powoduje zmniejszenie odporności na pękanie

kruchość odpuszczania II rodzaju – kruchość odwracalna, występuje powyżej 500 °C i powolnym chłodzeniu

Ulepszenie cieplne - jest to obrobka cieplna polegajaca na zahartowaniu i średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. Prowadzi do uzyskania najlepszej kombinacji właściwości wytrzymałościowych i plastycznych.

- obróbka cieplna będąca połączeniem procesów hartowania i wysokiego odpuszczania. Ulepszanie cieplne materiałów przeprowadza się w celu otrzymania optymalnych własności mechanicznych, przy jednoczesnym zachowaniu możliwości obróbki skrawaniem. Stosuje się m.in. do części: maszyn okrętowych (np. wałów), samochodów, broni.

Hartowność stali - jest podatnością stali na hartowanie. Na hartowność stali wpływa wiele czynników, a przede wszystkim jej skład stopowy. Temperatury początku i końca przemiany martenzytycznej w dużym stopniu zależą od udziału węgla. Im jest go więcej, tym te temperatury są niższe i trudniejsze do osiągnięcia. Powoduje to, że stal niskowęglowa jest bardziej hartowna od wysokowęglowej. Dodatki stopowe, takie jak mangan lub chrom, znacznie podwyższają hartowność stali poprzez zmniejszenie krytycznej prędkości chłodzenia, która przy stalach węglowych wynosi około 400 do 500 °C/s. Możliwość zmniejszenia tej prędkości wpływa na zmniejszenie naprężeń hartowniczych. Głębokość hartowania, jaką daje się uzyskać w stali węglowej, nie jest większa niż 3 mm do 10 mm, w zależności od jej składu. Dodatki stopowe pozwalają zwiększyć głębokość hartowania.

Utwardzanie cieplne

Proces technol. złożony z hartowania i niskiego odpuszczania (w temp. 150–300°C); stosowane gł. do stali narzędziowych w celu uzyskania ich dużej twardości i odporności na ścieranie.

Hartowanie izotermiczne (bainityczne) przebiega podobnie jak hartowanie stopniowe, tzn. po austenityzowaniu stal ochładza się w kąpieli o temperaturze wyższej od Ms, zwykle w zakresie 250-400°C, wytrzymuje w tej temperaturze do czasu zakończenia przemiany bainitycznej i chłodzi w powietrzu. Uzyskana struktura bainityczna posiada dużą twardość (40-50 HRC), a zarazem większą ciągliwość i udarność niż struktura martenzytyczna.

Ze względu na zasięg austenityzowania obrabianego cieplnie przedmiotu hartowanie dzielimy na: objętościowe i powierzchniowe.

Wykresy CTP – są rzeczywistym odbiciem przemian zachodzących w stanach przy chłodzeniu ciągłym lub izotermicznym. Na ich podstawie można przewidywać: skłonność austenitu do przemiany dyfuzyjnej, Konieczną szybkość do zahartowania, Strukturę jaka powstanie po określonej przemianie w danej temp;

CTP- zależność struktury i własności od szybkości chłodzenia materiału. Wykresy te otrzymuje się w wyniku chłodzenia próbek danej stali z różnymi szybkościami rejestrowania punktów początku i końca przemian(np. metodą dylatacyjną). W temp. otoczenia badane są własności próbek (najczęściej twardość). Wyniki te nanosi się na wykres. Tak skonstruowany wykres nosi nazwę CTPc( ciągłe).
Dość zbliżony wykres można otrzymać przez kontrolowane szybkie chłodzenie próbek do określonych tem_. i wytrzymywanie izotermiczne. Otrzymywany z badań izotermicznych zbiór punktów początków i końca przemian nanosi się na wykres, zwany CTPi. Po schłodzeniu do temp. otoczenia mierzona jest twardość nanoszona na wykres CTPi.

Wyżarzanie – jest operacją cieplną polegającą na nagrzaniu elementu stalowego (lub szkła) do odpowiedniej temperatury, przetrzymaniu w tej temperaturze jakiś czas, a następnie powolnym schłodzeniu. Ma głównie ono na celu doprowadzenie stali do równowagi termodynamicznej w stosunku do stanu wyjściowego, który jest znacznie odchylony od stanu równowagowego.

Dzielimy na:

Z przemianą alotropową:

- zupełne

- normalizujące

- izotermiczne

- perlityzujące

- zmiękczające

- ujednorodniające

- grafityzujące

Bez przemiany alotropowej:

- rekrystalizujące

- odprężające

- stabilizujące