Ferryty - niemetaliczny materiał ceramiczny o właściwościach ferromagnetycznych. Ze względu na właściwości magnetyczne wyróżnia się ferryty magnetycznie miękkie, łatwo ulegające rozmagnesowaniu, ferryty magnetycznie twarde (odporne na rozmagnesowanie) i ferryty o prostokątnej pętli histerezy. Ferryty wytwarza się zazwyczaj przez spiekanie sproszkowanych tlenków metali we właściwych proporcjach. Stosuje się je do wyrobu rdzeni ferrytowych (anten ferrytowych), magnesów trwałych, pamięci ferrytowych i innych elementów magnetycznych.

Austenit – roztwór stały węgla w żelazie gamma (γ–Fe, odmiana alotropowa żelaza), jedna z faz, występujących w strukturze stali i żeliw stopowych. Jest plastycznym paramagnetykiem

Ledeburyt – mieszanina eutektyczna austenitu γ z cementytem (lub perlitu z cementytem – ledeburyt przemieniony) , zawierająca dokładnie 4,3% węgla. Ledeburyt powstaje w krzepnącym ciekłym roztworze żelaza z węglem, gdy zawartość węgla jest w granicach 2,06% – 6,67%, w temperaturze 1147 °C. Dla zawartości węgla mniejszej niż 4,3% stop zawiera austenit i ledeburyt, przy równej – tylko ledeburyt i jest eutektykiem, a powyżej – ledeburyt i cementyt. Ledeburyt jest stabilny do temperatury 727 °C, poniżej której rozpada się austenit. Ledeburyt przechodzi wtedy w tzw. ledeburyt przemieniony. Staje się wtedy podwójną eutektyką. Pierwotnie występujący w niej cementyt, zachowuje swą formę, a austenit rozpada się na mieszaninę perlitu i cementytu. Strukturę tę można ujednolicić przez wyżarzanie.

Przemiana perytektyczna
zachodz w temp. 1495ºC, jest przemianą, podczas której, w czasie chłodzenia, dwie fazy (jedna z nich ciekła) przemieniają się w jedną fazę stałą. L + α → β

Przemiana eutektyczna
Przemianę Ciecz → α + β nazywamy przemianą eutektyczną. Zachodzi w temp. 1148ºC.Przemiana eutektyczna jest przemianą, w której udział biorą trzy fazy. Podczas przemiany, w czasie chłodzenia, ciecz przemienia się w dwie fazy stałe jednocześnie.

Przemiana eutektoidalna
Zachodzi w temp. 727ºC, jest przemianą, w której biorą udział trzy fazy. Podczas chłodzenia faza stała przemienia się w dwie inne fazy stałe jednocześnie. γ → α + β

Przemiana martenzytyczna zachodzi w warunkach szybkiego chłodzenia nagrzanego materiału, a polega na zmianie symetrii sieci krystalograficznej metalu, zachodzącej bez udziału dyfuzji. Jest to możliwe wskutek uporządkowanego przemieszczenia się grup atomów bez zmiany najbliższych sąsiadów. Martenzyt charakteryzujących się bardzo dużą twardością. Struktury te powstają w wyniku „przemiany martenzytycznej”. Jest to przesycony roztwór stały węgla w żelazie α, powstający podczas przemiany austenitu przechłodzonego do temperatury, w której nie zachodzi dyfuzja węgla. Objętość właściwa martenzytu jest większa niż austenitu. Jest strukturą stali o największej twardości, ale jest bardzo kruchy; Do zastosowań inżynierskich powinien być dalej obrabiany cieplnie przez „odpuszczanie”.

Przemiana bainityczna – przechłodzenie austenitu do temp. odpowiadających środkowemu obszarowi na wykresie CTPi (ok. 550 – 200 °C dla stali węglowej), przemiana ta zawiera w sobie elementy PM i PP, różniąc się jednak w swoisty sposób od obu tych przemian.

W tym zakresie temp. szybkość dyfuzji węgla jest bardzo mała. W warunkach tych z austenitu powstają płytki ferrytu przesycone węglem. Z powstałych płytek przesyconego ferrytu wydziela się cementyt. Bainit jest, więc mieszaniną ferrytu przesyconego węglem i węglikami. Im niższa jest temp. PB tym mniejsza jest szybkość dyfuzji węgla i wydzielenia cementytu są drobniejsze (właściwości i struktura zależą od temp. przemiany). Rozróżnia się bainit górny powstały z przemiany austenitu w temp. ok. 550 – 350 °C, oraz bainit dolny powstały w zakresie 350 – 250 °C.

Rodzaje obrobki cieplnejZe względu na czynniki wpływające na kształtowanie struktury i własności metali i stopów można wyróżnić następujące rodzaje obróbki cieplnej:

obróbkę cieplną zwykłą,

obróbkę cieplno–mechaniczną (zwaną także obróbką cieplno–plastyczną),

obróbkę cieplno–chemiczną,

obróbkę cieplno–magnetyczną.

W przypadku obróbki cieplnej zwykłej zmiany struktury i własności są spowodowane

głównie zmianami temperatury i czasu. W obróbce cieplno–mechanicznej (cieplno–plastycznej) na własności obrabianego materiału wpływa ponadto odkształcenie plastyczne. Podczas obróbki cieplno–chemicznej istotny wpływ na skład chemiczny, strukturę i własności warstwy wierzchniej wywiera także ośrodek, w którym odbywa obróbka. W obróbce cieplno–magnetycznej istotne znaczenie odgrywa natomiast magnetyczne.

Wyżarzanie

 Jest to zabieg cieplny polegający na nagrzewaniu metalu do wymaganej temperatury, wygrzewaniu w niej i następnie powolnym chłodzeniu. W niektórych rodzajach wyżarzania zachodzą przemiany ferryt w austenit i perlit w austenit.

 

Wyżarzanie normalizujące

Nazywane jest inaczej normalizowaniem i polega na nagrzaniu staliwa do temperatury 50⁰C powyżej przemiany A₃ lub A_cm, wygrzaniu aż do usunięcia roztworu węgla w Fe g i studzeniu w spokojnym powietrzu. Normalizowanie przeprowadzamy w celu otrzymania jednorodności i rozdrobnionej struktury, co polepsza własności wytrzymałościowe stali oraz jej przydatność do obróbki skrawaniem.

Wyżarzanie ujednoradniające

Inaczej nazywane jest homogenizacją, jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu stali do temperatury powyżej linii GSE na wykresie układu żelazo-węgiel, często o 100-200^oC poniżej solidusu.

Ujednoradnianie przeprowadzamy zwykle na wlewkach, zwłaszcza stali stopowej lub odlewach staliwnych. Ujednoradnianie ma na celu usunięcie drogą dyfuzji w stanie stałym niejednorodności chemicznej ziaren (segregacji dendrytycznej) i częściowo wydzieleń na granicach ziaren. Proces ujednoradniania odbywa się w temperaturze 1100⁰C-1150⁰C w czasie 12-15 godzin, a powolne studzenie przeprowadzamy do temperatury 200-250^oC.

Wyżarzanie odprężające

Przeprowadzane jest w celu usunięcia naprężeń istniejących w tworzywie, za pomocą obróbki cieplnej, bez przeprowadzania zmian strukturalnych w materiale (stali). Naprężenia powstają w odlewach, w spoinach, w częściach hartowanych lub po zgniocie. Mogą być czasami bardzo duże, bliskie naprężeniom niszczącym.

Usuwamy je za pomocą wyżarzania odprężającego. Przedmiot nagrzewany jest do odpowiedniej temperatury (materiały umocnione zgniotem na zimno do temperatury rekrystalizacji), wygrzewamy w niej przez pewien czas i następnie wolno chłodzimy. W zależności od rodzaju materiału, jego stanu oraz od przyczyn wywołujących naprężenia, stosuje się różne temperatury i czasy wygrzewania. Zwykle wygrzewa się w czasach dochodzących do kilku godzin, tym krócej, im wyższa jest temperatura. Staliwa lub żeliwa oraz przedmioty spawane, można odprężać w temperaturach dość wysokich, nawet do 650^oC, ponieważ ich struktura jeszcze prawie nie ulega zmianie.

Wyżarzanie rekrystalizujące

Przeprowadzamy je po zgniocie na zimno. Temperatura rekrystalizacji stali jest zależna od zawartości węgla: dla żelaza elektrolitycznego wynosi ok. 440⁰C i wzrasta z ilością węgla do około 550^oC przy zgniocie 50%.

Wyżarzanie stabilizujące

Stabilizowanie, nazywane czasami sezonowaniem, jest to zabieg cieplny, polegający na dłuższym wygrzewaniu przedmiotów stalowych w temperaturze nie przekraczającej zwykle 150^oC. Zabieg ten przeprowadza się celem zapewnienia niezmienności wymiarów przedmiotu oraz zmniejszenia naprężeń wewnętrznych. Temperatury stabilizowania stosuje się dość różne, czasami nawet w temperaturze otoczenia, wtedy ten zabieg nazywamy stabilizowaniem naturalnym (sezonowaniem). Szczególnie często stabilizację przeprowadzamy na materiałach stosowanych na sprawdziany oraz dla odlewów żeliwnych.

Wyżarzanie zupełne

Jest pewną odmianą wyżarzania normalizującego. W tym przypadku nagrzewanie i wygrzewanie przeprowadzamy identycznie, jak dla normalizowania, natomiast chłodzenie jest powolniejsze i odbywa się razem z piecem lub w popiele. Powyższy zabieg umożliwia –uzyskanie struktury zbliżonej do stanu równowagi, a więc stale są zmiękczone.

Wyżarzanie sferoidyzujące

Sferoidyzowaniu polega na nagrzaniu stali do temperatury zbliżonej do A_c1, wygrzaniu w tej temperaturze przez pewien czas oraz wolnym chłodzeniu, aby przejść do temperatury A_r1. Po takiej obróbce cieplnej otrzymuje się strukturę cementytu kulkowego na tle ferrytycznym. Temperatura wyżarzania sferoidyzującego stali węglowych jest zmienna i wzrasta wraz z zawartością węgla w stali. Po sferoidyzowaniu otrzymujemy strukturę dość różną w zależności od rodzaju stali, temperatury, czasu wygrzewania oraz do skłonności stali do gruboziarnistości lub drobnoziarnistości.

Wady wyżarzania

Podczas wygrzewania w wysokich temperaturach może nastąpić wzrost ziarna (tak zwane przegrzanie stali) otrzymamy wtedy przy wolnym chłodzeniu gruby perlit o gorszych własnościach na udarność a nawet i plastycznych. Rozrost ziarna austenitu przebiega według krzywej zamieszczonej poniżej. Niebezpieczne temperatury zaczynają się więc od wartości T. Temperatura T dla stali niskowęglowej wynosi 1100-1150^oC, dla średniowęglowej 1000-1050^oC i dla wysokowęglowej 900-950^oC.

Podczas nagrzewania w temperaturach wysokich można także przepalić stal. Na granicach ziaren austenitu powstają tlenki żelaza. Zjawisko to jest bardzo szkodliwe, materiał jest bardzo kruchy i właściwie nadaje się już tylko na złom, ponieważ stal przepaloną (utlenioną) możemy oczyścić z tlenków tylko za pomocą procesów metalurgicznych, a ponowna obróbka cieplna nie usunie przepalenia.

Odpuszczanie

Odpuszczanie jest obróbką cieplną, którą stosuje się do stali uprzednio zahartowanych. Polega ona na nagrzaniu stali do temperatury niższej od temperatury przemiany A_c1, przetrzymaniu w niej przez pewien czas tak aby zaszły odpowiednie przemiany fazowe, a następnie powolnym chłodzeniu. W ten sposób zmniejszamy na ogół twardość i wytrzymałość, ale podwyższamy udarność. Dokładne badania wykazały, że podczas nagrzewania stali zahartowanej do temperatury w granicach 80-170^oC zachodzi przemiana martenzyt tetragonalnego w martenzyt regularny (zmieniają się parametry i układ płatków martenzyt, co jest połączone ze wzrostem twardości).

Odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanej stali do temperatury niższej od temperatury przemiany eutektoidalnej i chłodzeniu do temperatury otoczenia. Zależnie od stosowanej temperatury rozróżnia się odpuszczanie niskie, średnie i wysokie.

 Odpuszczenie niskie – przeprowadza się w zakresie temperatury 150-250^oC celem usunięcia naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu dużej twardości i odporności na ścieranie.

 Odpuszczanie średnie – przeprowadza się w zakresie temperatury 250-500^oC w celu uzyskania przez stal dużej wytrzymałości i sprężystości. Twardość ulega przy tym dość znacznemu obniżeniu. Tego rodzaju odpuszczaniu poddaje się sprężyny, resory, matryce, części silników, samochodów itp.

 Odpuszczanie wysokie – przeprowadza się w zakresie temperatury powyżej 500^oC i poniżej A_c1. Ma ono na celu m.in. uzyskanie możliwie najwyższej udarności dla danej stali, przy jednoczesnym zwiększeniu stosunku R_e do R_m. Stal konstrukcyjna odpuszczona wysoko po hartowaniu uzyskuje strukturę sorbityczną i odznacza się z reguły wyższą granicą plastyczności i wyższym wydłużeniem i przewężeniem niż ta sama stal o strukturze perlitycznej. Podczas wysokiego odpuszczania poza zmianami strukturalnymi, zachodzi jednocześnie prawie całkowite usunięcie naprężeń powstałych podczas hartowania. Odpuszczanie wysokie stosuje się do większości stali konstrukcyjnych.

Temperaturę i czas odpuszczania dobiera się w zależności od własności jakie mają być otrzymane.

Kruchość odpuszczania

Temperatura odpuszczania i szybkość chłodzenia przy odpuszczaniu mają znaczny wpływ na udarność konstrukcyjnej stali stopowej.

Kruchość odpuszczania pierwszego rodzaju powstaje podczas odpuszczania w temperaturze około 300^oC niezależnie od składu chemicznego stali i szybkości chłodzenia po odpuszczaniu. Z tego względu należy unikać odpuszczania w tym zakresie temperatury.

Kruchość odpuszczania drugiego rodzaju ujawnia się po odpuszczaniu w temperaturze powyżej 500^oC w przypadku, gdy po odpuszczaniu przedmiot jest chłodzony powoli, natomiast w razie szybkiego chłodzenia udarność nie zmniejsza się, lecz wzrasta monotonicznie z podwyższaniem temperatury odpuszczania. Wzrost szybkości chłodzenia po odpuszczaniu powoduje również przesunięcie progu kruchości w kierunku wyższych temperatur. Skłonność do kruchości odpuszczania drugiego rodzaju wykazują tylko niektóre stale konstrukcyjne stopowe np. chromowo-manganowe lub chromowo-niklowe, natomiast nie są do niej skłonne np. stale węglowe i stale stopowe z dodatkiem Mo.