Materiałoznawstwo – wykład szósty 30.11.2010

by Krzysztof Markiewicz

1. Utwardzanie wydzieleniowe

   1. Przesycanie

   2. Starzenie

   3. Mogą być poddawane stale o strukturze austenitycznej oraz inne stopy, niewykazujące przemian alotropowych, ale charakteryzujące się zmienną rozpuszczalnością jednego ze składników w roztworze stałym

   4. Przesycane polega na nagrzaniu stopu do temp. wyższej o ok.30-50°C od granicznej rozpuszczalności, w celu rozpuszczenia składnika w roztworze stałym. W wyniku przesycania uzyskujemy strukturę jednofazową.

   5. Starzenie – polega na nagrzaniu stopu wcześniej przesyconego do temp. niższej od granicznej rozpuszczalności, wygrzaniu go w tej temperaturze i studzeniu.

      1. Samorzutne – w temperaturze pokojowej

      2. Przyspieszone – w podwyższonej temperaturze, może być też orzyspierszane przez odkształcenie plastyczne na zimno.

   6. W zbyt wysokiej temperaturze zachodzie przestarzenie, polega na koagulacji wydzieleń i zaniku ich koherencji, przez co następuje obniżenie twardości.

   7. Klasyfikacja przemian stali podczas chłodzenia

      1. Perlityczna – podczas wolnego chłodzenia zachodzą przemiany zgodnie z wykresem równowagi faz żelazo – cementyt

         1. Zachodzi po ochłodzeniu austenitu nieznacznie poniżej temperatury Ar1

         2. W jej wyniku powstaje mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu i cementytu zwana perlitem

         3. Przemiana ta zachodzi przez zarodkowanie oraz rozrost zarodków, w sposób uprzywilejowany, na cząstkach cementytu, płytkach ferrytu, a w jednorodnym austenicie – na granicach ziaren tej fazy.

         4. Perlit składa się z płytek ferrytu i cementytu.

         5. Przy stałej temperaturze, grubości płytek każdej z faz perlitu są prawie stałe i nie zależą od wielkości ziaren.

         6. Szybkość przemiany perlitycznej zależy od szybkości zarodkowania i szybkości wzrostu.

      2. Martenzytyczna

         1. Przemiana bezdyfuzyjna

         2. Zachodzi, jeżeli chłodzimy materiał z szybkością większą od szybkości krytycznej, poniżej temperatury M_S – temperatury początku przemiany martenzytycznej

         3. Powstaje martenzyt, czyli przesycony roztwór węgla w żelazie alfa.

         4. Dwa rodzaje

            1. Listwowy (iglasty)

               1. Powstaje najczęściej

               2. Wewnątrz kryształów: bardzo wiele dyslokacji, pojedynczy kryształ jest bardzo mały

               3. Listwy martenzytu są równoległe do siebie.

            2. Płytkowy

               1. Występuje rzadko

               2. Kryształy mają kształt płytek zbliżonych do soczewek.

         5. Może też powstać austenit szczątkowy

            1. Martenzyt jest większy niż objętość właściwa austenitu,

      3. Bainityczna (ii oraz iii – znaczne zwiększenie szybkości chłodzenia – nie możemy wnioskować z wykresu równowagi)

         1. I dyfuzyjny i bezdyfuzyjny - szybkość chłodzenia jest mniejsza niż prędkość krytyczna

         2. Bainit – mieszanina ferrytu przesyconego węglem i dyspersyjnych węglików

         3. Bainit górny - bardziej iglasty

         4. Bainit dolny – listwy, bliżej do martenzytu.

2. Grzanie

   1. Proces polegający na doprowadzeniu ciepła w ciągu założonego czasu w celu uzyskania określonej temperatury przez całą masę nagrzewanego przedmiotu. Składa się z:

      1. Nagrzewania

      2. Wygrzewania

   2. Szybkość nagrzewania może być bardzo zróżnicowana i jest zależna od:

      1. Przewodności cieplnej, kształtu, wymiarów, masy

      2. Rodzaju ośrodka

      3. Różnicy temp. między piecem a nagrzewanym przedmiotem

      4. Temperatury nagrzewania

      5. Mocy pieca i innych czynników

3. Chłodzenie

   1. Odprowadzenie ciepła z przedmiotu, tak żeby miał określoną temperaturę.

   2. Na szybkość ma wpływ:

      1. Kształt, wymiary, etc. Przedmiotu,

      2. Temperatura

      3. Rodzaj ośrodka

4. Rodzaje ośrodków

   1. Grzejnych

      1. Powietrze, gazy

      2. Złoża fluidalne

      3. Ośrodki grzejne ciekłe

         1. Solne – głównie roztopione sole hartownicze chlorkowe oraz saletrzankowe

         2. Metalowe

   2. Chłodzących

      1. Woda, roztwory soli, zasad, polimerów

      2. Oleje hartownicze

      3. Kąpiele solne i metalowe

      4. Ośrodki fluidyzowane

      5. Powietrze i inne gazy

5. Hartowanie objętościowe

   1. Polega na nagrzewaniu całego przedmiotu, a grubość warstwy zależy od właściwości materiału i szybkości chłodzenia

   2. Ze względu na rodzaj uzyskanej struktury wyróżniamy

      1. Martenzytyczne – nagrzewanie do temp. austenityzowania i ochładzanie z prędkością większą od krytycznej

         1. Stopniowe

         2. Izotermiczne

      2. Bainityczne – nagrzewanie do temp. austenityzowania, ochładzanie z szybkością mniejszą od krytycznej, lub z wygrzewaniem izotermicznym.

         1. Stopniowe

         2. Izotermiczne

   3. Temperatura austenityzowania zależy głównie od składu chemicznego stali.

      1. Podeutektoidalne – wyższa o 30-50°C niż Ac₃

         1. Zwiększenie temp. powoduje nadmierny rozrost ziaren austenitu, co decyduje o uzyskaniu struktury martenzytu grubolistwowego, powodującej pogorszenie właściwości mechanicznych użytkowych oraz zwiększenie kruchości stali

      2. Węglowe nadeutektoidalne

         1. O 30-50°C wyższa niż Ac_1,3­

            1. Podwyższenie temp. powoduje pogorszenie właściwości martenzytu, oraz wystąpienie siatki cementytu wtórnego na granicach ziaren austenitu pierwotnego – b.duża kruchość

      3. Stopowe

         1. Znacznie wyższa od Ac₃

   4. Hartowanie martenzytyczne zwykłe z chłodzeniem ciągłym

      1. Struktura – martenzyt z austenitem szczątkowym oraz innymi składnikami, np. węglikami nierozpuszczonymi w roztworze

      2. Cechy – wysoka twardość – powyżej 60-65 HRC, wysokie właściwości mechaniczne, ale niskie właściwości plastyczne i wysoka kruchość.

   5. Martenzytyczne stopniowe – z wygrzaniem, w celu wyrównania temperatury

   6. Bainityczne

      1. Struktura – bainit, ew. z martenzytem, oraz austenit szczątkowy

      2. Cechy – większe właściwości plastyczne i większa udarność, większa odporność na zmęczenie, niższa granica sprężystości i plastyczności niż po hartowaniu martenzytycznym i odpuszczaniu.

   7. Bainityczne z przemianą izotermiczną