Mateusz Franckowiak	Katedra Inżynierii Stopów i Kompozytów Odlewanych	Data ćwiczenia: 26.03.2013
Rok: I magisterski Odlewnictwo 1	Metaloznawstwo i obróbka cieplna Temat: Obróbka cieplna żeliwa	Ocena:

1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z wybranymi rodzajami obróbki cieplnej stosowanych dla żeliwa.

1. Część teoretyczna

Hartowanie izotermiczne (rys.1) polega na austenityzowaniu w temperaturze 820÷950^O C, a następnie na hartowaniu w ośrodku chłodzącym o temperaturze 240÷400^O C i wygrzewaniu w tej temperaturze do czasu uzyskania osnowy ausferrytycznej, składającej się z zwykle z rozgałęzionych płytek ferrytu i wysokowęglowego austenitu. Dzięki temu żeliwo ausferrytyczne wykazuje wyjątkowo wysokie właściwości wytrzymałościowe i plastyczne. Dzięki obecności grafitu, otrzymuje się dobrą zdolność do tłumienia drgań.

Czas austenityzowania odlewów żeliwnych zależy od stosunku perlitu do ferrytu w strukturze ( im większy udział ferrytu tym czas się wydłuża). Do żeliwa wprowadza się Mo, Ni i Cu w celu zwiększenia jego hartowności, oraz Cr i V w celu zwiększenia odporności na zużycie ścierne. Proces zachodzi w temperaturze na poziomie 900^o C (T_γ) i czasie (τ_γ), a dochodzi do hartowania z przemianą izotermiczną, tj. umieszczeniu odlewów w odpowiednim otoczeniu (kąpiele solne, złoża fluidyzacyjne, kąpiele olejowe czy atmosfery kontrolowane) o temperaturze (T_pi) z zakresu 250-400^o C i wytrzymaniu w niej przez pewien okres czasu (τ_pi). Optymalizacja parametrów technologicznych zabiegu; T_γ , τ_γ , T_pi , τ_pi pozwala na uzyskanie pożądanej struktury żeliwa ausferrytycznego, tj:

• Ausferrytu górnego (T_pi = 350 – 400^o C) zawierającego około 40% austenitu γ i 60% ferrytu α,

• Ausferrytu dolnego (T_pi = 250 – 300^o C) zawierającego około 10% austenitu γ i 90% ferrytu α.

Rys.1. Schemat procesu hartowania żeliwa z przemianą izotermiczną

W początkowym okresie czasu hartowania, na powierzchni kulek grafitu zarodkują i wzrastają płytki ferrytu. Następnie zachodzi dalsze zarodkowanie i wzrost płytek ferrytu oraz rozgałęzienie na boczne części tych płytek. W pierwszym etapie zwiększa się stężenie węgla w austenicie do wartości 1,2 – 1,6% (od punktu 1 do 2 oznaczonego na rys.1). W tym czasie austenit jest niestabilny podczas chłodzenia i wywierania nacisków mechanicznych. Przy zwiększaniu czasu τ_pi następuje dalszy wzrost ferrytu i wzbogacanie austenitu w węgiel do zawartości 1,8 – 2,2%. W zakresie czasu, odpowiadającemu obszarowi w pobliżu punktu 3 otrzymujemy stabilny austenit i maksymalną ilość wydzieleń ferrytu, czyli ausferryt. W tym czasie obserwuje się zarówno zmniejszenie prędkości wzrostu bocznej części płytek ferrytu, jak i ich rozgałęzienie.

1. Przebieg ćwiczenia

Podczas zajęć laboratoryjnych przeprowadzono badania metalograficzne mikrostruktury żeliwa poddanego różnym zabiegom cieplnym, oraz przeprowadzono badania dylatometryczne żeliwa szarego. Badania dylatometryczne wykonano za pomącą dylatometru bezwzględnego, z pojemnościowym czujnikiem przemieszczenia firmy Mitutoyo, w atmosferze ochronnej helu. Do badań wykorzystano próbkę w kształcie walca o średnicy 4 mm i długości l = 39,26 mm. Zmiany wymiarowe badanej próbki rejestrowano w czasie izotermicznego wygrzewania w temperaturze 900^O C. Wyniki badań dylatometrycznych przedstawiające zmianę wydłużenia względnego w funkcji czasu zestawiono na rysunku 2.

Rys.2. Względna zmiana wymiarowa badanej próbki dla temperatury austenityzacji T_A = 900^O C

1. Wnioski

Wyżarzanie normalizujące polega na nagrzaniu danego odlewu do temperatury 850÷1000^O C, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu razem z piecem lub na powietrzu. Przy normalizowaniu z chłodzeniem na powietrzu, otrzymuje się ujednorodnioną strukturę, utwardzenie i zwiększenie wytrzymałości związane z otrzymanym drobnodyspersyjnym perlitem. Czas nagrzewania nie powinien przekraczać czasu koniecznego do wyrównania temperatury w całym odlewie, czyli należy nagrzewać do temperatury przy której mamy do czynienia z dużą dyfuzją, przy której otrzymamy austenit o jednorodnym składzie. Szybkość chłodzenia jest dobierana ze względu na stopień skomplikowania odlewu. Jeżeli przy chłodzeniu do temperatury 430÷480^O C występują naprężenia, należy poddać odlew wyżarzaniu odprężającemu.

W przeciwieństwie do normalizowania staliwa, ten rodzaj obróbki cieplnej różni się mechanizmem jaki zachodzi podczas austenityzacji. Podczas austenityzowania żeliwa dochodzi do rozpuszczania węgla z grafitu, dzięki temu możliwe jest nasycenie nim powstałego austenitu w przedziale 1,0÷1,2 %, natomiast w jeżeli staliwo ma zawartość węgla np. 0,6% to podczas austenityzacji zawartość węgla w powstałym austenicie będzie wynosiła również 0,6%.