Ćwiczenie nr 5.

Temat: Możliwości oddziaływania na właściwości materiałów. Wybrane przykłady z obróbki plastycznej i cieplnej .

1. Podstawowe informacje nt. przeróbki plastycznej, celem większości procesów przeróbki plastycznej jest nadanie wsadowi żądanego kształtu, jak również odpowiednich własności fizycznych. Uzyskuje się przez to wywołanie odpowiednich odkształceń plastycznych w przerabianym materiale, bez naruszania jego spójności. Odkształceniem plastycznym nazywa się odkształcenie trwałe, pozostające w materiale po usunięciu obciążenia, które spowodowało to odkształcenie. Naruszenie spójności zależy zarówno od własności i składu chemicznego odkształcanego metalu, jak również od warunków, w jakich odbywa się odkształcenie. Ważnym zagadnieniem jest zatem zapewnienie z jednej strony korzystnych własności plastycznych materiału, a z drugiej takich warunków odkształcenia, aby materiał w czasie przeróbki plastycznej nie uległ zniszczeniu. Do wytwarzania wyrobów o różnorodnych kształtach stosuje się wiele różnych sposobów przeróbki plastycznej, takich jak: walcowanie, kucie, wyciskanie, ciągnienie, tłoczenie itp.

1. Walcowanie- metali może się odbywać na gorąco i na zimno za pomocą nacisków wywieranych na materiał przez obracające się walce, które nadają mu wymagany kształt. walców.
   
   b) Kucie- Kucie i prasowanie są to procesy polegające na odkształcaniu metalu, przy wykorzystaniu ich własności plastycznych, za pomocą nacisku lub energii uderzenia narzędziami o różnych kształtach. Jeżeli narzędzie wywiera nacisk tylko na część powierzchni metalu, a pozostałe powierzchnie nie są ograniczone kształtem narzędzia i odkształcony metal może płynąć w kilku dowolnych kierunkach, to kucie lub prasowanie nazywa się swobodnym. Natomiast gdy ściany narzędzia ograniczają swobodne płynięcie metalu i odkształcony metal przybiera kształt narzędzia, to kucie lub prasowanie nazywa się matrycowym.
   W efekcie odkształcenia otrzymuje się za pomocą kucia wyroby zwane odkuwkami.

c) Wyciskanie- Wyciskanie jest podstawową metodą wytwarzania rur, prętów i profili z metali kolorowych i ich stopów. Wyroby wyciskane charakteryzują się dobrymi własnościami mechanicznymi, dużą dokładnością wymiarów, czystą i gładką powierzchnią. Wyciskanie jest to proces, w którym za pomocą narzędzi wywiera się nacisk na metal umieszczony w pojemniku (recypiencie), co powoduje wymuszone jego płynięcie przez odpowiednią szczelinę.

d) Ciągnienie- Ciągnieniem nazywa się proces plastycznej przeróbki, przeważnie na zimno, w którym metal, przesuwany przez stożkowe narzędzie, zmienia wymiary lub kształt przekroju poprzecznego. Proces ten jest stosowany głównie w produkcji drutu, prętów oraz rur i wykazuje wiele zalet w stosunku do innych stosowanych technologii, a jako jedyny- w przypadkach: wykonywania drutów o małych średnicach, wytwarzania rur o małej grubości ścianki oraz przy wysokich wymaganiach co do własności mechanicznych i jakości powierzchni wyrobów.

Tłoczenie- Tłoczeniem nazywa się proces technologiczny przeróbki plastycznej na zimno lub na gorąco blach, płyt lub folii, obejmujący cięcie i kształtowanie z nich przedmiotów o małej grubości w stosunku do szerokości i długości.
Cięcie jest procesem tłoczenia, polegającym na oddzieleniu jednej części materiału od drugiej. Oddzielaniu poszczególnych części towarzyszą znaczne odkształcenia plastyczne, doprowadzające do naruszenia spójności materiału.

Skutki przeróbki plastycznej metali- Odkształcenie plastyczne wywołuje wzrost gęstości defektów sieci, głównie punktowych i liniowych, a tym samym nagromadzenie energii odkształcenia, które jest tym większe, im niższa jest temperatura tego procesu. Powoduje to zmiany własności fizycznych i mechanicznych metali i stopów, co przyjęto nazywać zgniotem. Zmiany te są trwałe, jeśli odkształcenie zachodzi w zakresie temperatur, w którym szybkość procesów dyfuzyjnych jest mała. Ma to zwykle miejsce w temperaturze poniżej ok. 0,4 bezwzględnej temperatury topnienia; mówimy wówczas o odkształceniu na zimno.
Wielkość powstałych zmian strukturalnych w odkształconym w warunkach zgniotu metalu jest uzależniona od stopnia odkształcenia, który może być jednocześnie miarą zgniotu.
Dyslokacje są odpowiedzialne za umocnienie mechaniczne, które objawia się wzrostem własności wytrzymałościowych- twardości, granicy plastyczności i wytrzymałości oraz obniżeniem własności plastycznych- wydłużenia, przewężenia i udarności.

1. Podstawowe informacje na temat obróbki cieplnej,

obróbka cieplna – zbiorcza nazwa obróbek materiałów metalowych polegających na odpowiednim nagrzewaniu, wygrzewaniu i chłodzeniu do zadanych temperatur i z określoną szybkością, w celu zmiany własności stopu w stanie stałym. Celem stosowania operacji i zabiegów obróbki cieplnej jest np. zmiana własności mechanicznych i plastycznych poprzez zmianę struktury. Operacje te przeprowadza się również z zastosowaniem dodatkowych czynników np. obróbki mechanicznej lub chemicznej.

Podział obróbki cieplnej

Obróbkę cieplną dzieli się następująco 

• Obróbka cieplna zwykła

  • wyżarzanie

  • hartowanie i odpuszczanie (Ulepszanie, Utwardzanie cieplne)

  • przesycanie i starzenie (Utwardzanie wydzieleniowe)

• Obróbka cieplno-plastyczna

  • niskotemperaturowa

  • wysokotemperaturowa

  • z przemianą izotermiczną

• Obróbka cieplno-chemiczna

  • nasycanie jednym pierwiastkiem

  • nasycanie wieloma pierwiastkami

• Obróbka cieplno-magnetyczna

1. Wpływ procesu odkształcenia na właściwości i strukturę materiału,

   • Wszystko pisane w linku: http://www.metalplast.pwr.wroc.pl/pliki/lab1.pdf

2. Przemiany w stopach żelaza z węglem przy nagrzewaniu i chłodzeniu, Stop żelaza z węglem – stopy, w których węgiel rozpuszczany jest w żelazie. Węgiel może występować w nich w postaci węgla czystego – grafitu, roztworu stałego w sieci krystalicznej ferrytu lub austenitu albo jako węglik żelaza, np. Fe₃C, zwanego cementytem^[1][2].

Stopy zawierające poniżej 2,11% (według norm polskich, zaś europejskich 1,75%) węgla to stale lub staliwo, a powyżej tej zawartości to żeliwo.

Wraz ze wzrostem udziału węgla struktura stopu żelaza z węglem przybiera odmienne formy:

• przy bardzo niewielkiej zawartości węgla, poniżej 0,0218% udaje się uzyskać niemal czyste żelazo α zwane ferrytem.

• przy zawartości 0,77% węgla uzyskuje się perlit będący mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu

• przy zawartości węgla 4,3%, w krzepnącym stopie, powstaje ledeburyt, który w czasie dalszego chłodzenia w temperaturach poniżej 723 °C przekształca się w ledeburyt przemieniony. Ledeburyt jest eutektyką.

• przy zawartościach węgla pomiędzy 0,0218% a 0,77% otrzymuje się stopy podeutektoidalne (stale podeutektoidalne), które są mieszaninami ferrytu i perlitu.

• stopy w zakresie 0,77% do 2,11% – stale nadeutektoidalne – są mieszaninami perlitu i cementytu.

• stopy o zawartości węgla powyżej 2,11% (żeliwo), są mieszaninami ledeburytu przemienionego i perlitu (do 4,3% węgla) lub cementytu (powyżej 4,3% węgla). W przypadku stosunkowo wolnego chłodzenia w stopach tych może także wystąpić grafit.

• Wykres równowagi układu żelazo-węgiel - jest to wykres fazowy węgla w stopie z żelazem. Pierwszą, najczęściej wykorzystywaną i omawianą część wykresu nazywa się także wykresem żelazo - cementyt. Na osi poziomej podana jest procentowa zawartość węgla w stopie, na osi pionowej temperatura. Z wykresu można odczytać jaką strukturę posiada stop, przy założeniu równowagowego procesu wytwarzania. Przy, na przykład, szybkim chłodzeniu stop może zachowywać się w inny sposób (na przykład granica rozpuszczalności węgla w ferrycie wzrasta wraz z wielkością przechłodzenia).

• Należy zaznaczyć, że jest to tylko fragment wykresu równowagi układu żelazo-węgiel (zwany wykresem żelazo-cementyt), zawarty pomiędzy 0% a 6,69% (czasem mówi się 6,67%) węgla. Nazwa pochodzi od nazwy faz na granicach wykresu - z lewej jest żelazo (Fe), a z prawej cementyt (Fe₃C). Jest on najbardziej istotny ze względów praktycznych, gdyż większe stężenie węgla powoduje zbyt dużą kruchość stopu.

1. Metody oceny własności mechanicznych,

   • http://www.iim.p.lodz.pl/wyklady/4_wlasciwosci%20mechaniczne.pdf ( wymienione i opisane )