1.Istota przesycania i starzenia

Przesycanie - obróbka cieplna, której poddawana jest m.in. stal w celu stabilizacji austenitu. Uzyskanie stabilnego austenitu zwiększa odporność stali na korozję.

Istota Polega na nagrzaniu stali do temperatury, w której nastąpi przemiana austenityczna, a następnie, tak jak w hartowaniu, szybkie schładzanie. Przesycanie zwykle stosuje się dla stali nierdzewnych i kwasoodpornych.

Starzenie- polega na wygrzaniu ich w temperaturze niższej od temperatury przesycenia w celu wydzielenia z roztworu stałego przesyconego fazy (lub faz) o odpowiednim stopniu dyspersji, zawierającej składnik stopowy, znajdujący się w roztworze w nadmiarze. Może skutkować niemal dwukrotnym zwiększeniem wytrzymałości, przy mniejszej, ale wciąż stosunkowo dużej, ciągliwości. Starzenie wymaga czasu i zachowania odpowiedniej temperatury procesu. Starzenie w temperaturze podwyższonej nazywa się przyspieszonym albo sztucznym, w temperaturze otoczenia - naturalnym albo samorzutnym. W niektórych przypadkach starzenie zachodzi z udziałem faz pośrednich będących kompleksami, w których segregują się atomy rozpuszczone w sieci rozpuszczalnika.

2.Utwardzanie wydzieleniowe

polega na wydzieleniu w stanie stałym dyspersyjnych faz, które blokując ruch dyslokacji umacniają stop, czyli zwiększa się jego wytrzymałość i twardość, a maleje ciągliwość. Może być stosowane wyłącznie w stopach, w których istnieje zmienna rozpuszczalność składników z temperaturą. Utwardzanie wydzieleniowe składa się z dwóch operacji: 1) Przesycania, mającego na celu otrzymanie przesyconego roztworu stałego. Dokonuje się przez nagrzanie stopu powyżej linii zmiennej rozpuszczalności i szybkie oziębianie w wodzie. 2) Starzenia, polegającego na wytwarzaniu przesyconego elementu w temperaturze pokojowej.

3.Obróbka cieplno-chemiczna

Jest zabiegiem cieplnym mającym na celu uzyskanie w warstwie wierzchniej obrabianego materiału własności odmiennych od własności rdzenia. Osiąga się to przez zmianę składu chemicznego, a co za tym idzie struktury wspomnianej warstwy wierzchniej. Zmianę składu chemicznego w metalach i ich stopach umożliwia dyfuzja atomów, zachodząca dzięki istnieniu różnicy ich stężeń, obecności przestrzeni międzywęzłowych oraz błędów ułożenia atomów w materiałach polikrystalicznych np. wakansów, dyslokacji.

4. OBRÓBKA CIEPLNA PO NAWĘGLANIU
Nawęglanie przeprowadza się w temp 850°-950° C. Przedmioty nawęglone poddaje się obróbce cieplnej polegającej na dwukrotnym hartowaniu z niskim odpuszczaniem.

Twardość stali węglowej nawęglonej i wolno chłodzonej wynosi 240-280 HV a jej właściwości mechaniczne nie są najlepsze ze względu na wzrost ziaren zachodzący podczas procesu. W związku z tym nawęglone przedmioty poddaje się dalszej obróbce cieplnej polegającej na hartowaniu i niskim odpuszczaniu w celu otrzymania w warstwie wierzchniej struktury drobnoiglastego martenzytu z węglikami co zwiększa twardość powierzchni do ok. 60% HRC, w warstwie tej z reguły występuje również austenit szczątkowy którego ilość zależy od gatunku nawęglonej stali, stężenia węgla w warstwie i rodzaju hartowania po nawęglaniu, zapewnienia znacznej ciągliwości i wymaganych właściwości wytrzymałościowych rdzenia, struktura rdzenia stali stopowych to najczęściej niskowęglowy martenzyt lub bainit i w niektórych przypadkach z wydzieleniami ferrytu.

5.Cel nawęglania

Celem jest podwyższenie twardości i odporności na ścieranie powierzchni stalowego elementu przy zachowaniu dobrej ciągliwości (udarności) rdzenia elementu.

6.Struktura warstwy po nawęglaniu i azotowaniu

Nawęglanie- W nawęglonym przedmiocie zawartość węgla zmniejsza się stopniowo od powierzchni w kierunku rdzenia, w związku z czym zmienia się również struktura. Najsilniej nawęglona strefa zewnętrzna (nadeutektoidalna) powinna się składać z perlitu, ewentualnie z niewielką ilością cementytu. Strefa perlityczna (eutektoidalna) powinna łagodnie przechodzić w ferrytyczno-perlityczną strukturę rdzenia. W stalach stopowych w warstwie nawęglonej występują ponadto węgliki stopowe.

Struktura warstwy azotowanej

Warstwy wytwarzane w procesie konwencjonalnego azotowania gazowego są zwykle zbudowane z dwóch stref :

- strefy przypowierzchniowej, nie ulegającej trawieniu, składającej się z bogatych w azot węgloazotków Fe_2-3(N,C) i azotków Fe₄N lub tylko azotków Fe₄N

- strefy azotowania wewnętrznego, która w stalach węglowych jest roztworem stałym azotu w żelazie z wydzieleniami lub bez wydzieleń azotków żelaza; w przypadku stali stopowych strefa ta zawiera drobnodyspersyjne wydzielenia azotków pierwiastków stopowych (Cr, W, Mo) rozmieszczonych w podłożu ferrytycznym , strefa ta trawi się ciemniej niż rdzeń, mogą występować pory;

7. Azotowanie

Polega na dyfuzyjnym nasycaniu azotem warstwy wierzchniej stalowych elementów podczas wygrzewania w ciągu określonego czasu w ośrodku zawierającym azot atomowy w temperaturze niższej niż Ac1.

Cel azotowania: podwyższenie odporności na ścieranie, wytrzymałości zmęczeniowej oraz odporności na korozję

8. Chromowanie dyfuzyjne- budowa warstwy

Jest to rodzaj obróbki cieplno-chemicznej, polegającej na nasycaniu chromem warstwy powierzchniowej przedmiotów stalowych ze stali średnio i wysokowęglowych, w celu poprawienia ich parametrów wytrzymałościowych, głównie twardości oraz odporności na korozję, ścieranie i wysoką temperaturę. Grubość warstwy nasyconej do 0,3 mm. Chromowanie dyfuzyjne przeprowadzać można w środowisku stałym, ciekłym lub gazowym. Odmianami chromowania dyfuzyjnego są: chromokrzemowanie dyfuzyjne, czyli równoczesne nasycanie warstwy powierzchniowej chromem i krzemem w mieszaninie chlorków chromu(II) i krzemu, oraz chromoaluminiowanie dyfuzyjne, tj. nasycanie chromem i aluminium, proces prowadzony w mieszaninie chlorku chromu(III) i chlorku glinu. Te dwa procesy zwiększają znacznie żaroodporność poddanych im przedmiotów.

9.Istota wytwarzania powłok zanurzeniowych

Powłoki zanurzeniowe: Zanurzeniowe (ogniowe) powłoki ochronne otrzymywane przez zanurzenie chronionego wyrobu metalowego w innym roztopionym metalu chroniącym. Najczęściej stosowanymi powłokami ogniowymi są powłoki cynkowe na wyrobach stalowych. Stanowią one ochronę anodową (aktywną) co oznacza, że po uszkodzeniu ciągłości powłoki podłoże nadal jest chronione. Dyfuzyjne otrzymywane przez dyfuzję atomów substancji chroniącej od chronionego metalu. Metalizowanie zanurzeniowe polega na wytwarzaniu na powierzchni wyrobów ze stopów żelaza powłoki metalowej trwale związanej z podłożem przez zanurzenie w ciekłym metalu lub stopie metali niskotopliwych. Powłoki wytwarzane metodą zanurzeniową charakteryzują się dobrą odpornością na korozję i utlenianie w podwyższonej temperaturze. Najbardziej rozpowszechnione w przemyśle są metody cynkowania i aluminiowania. Warunki procesu metalizowania zanurzeniowego muszą być tak dobrane, aby uzyskać odpowiednią grubość i jakość powłoki przy niezmienionych właściwościach wyrobu. Na właściwości powłoki wpływa wiele czynników, a zwłaszcza przygotowanie powierzchni wyrobu, skład ciekłego stopu, rodzaj pokrywanego stopu żelaza, szybkość wyciągania przedmiotu z kąpieli, temperatura kąpieli i czas zanurzania. Aluminium i cynk tworzą ze stopami żelaza w temperaturze procesu trwale związane z podłożem roztwory i fazy międzymetaliczne. Powłoki zanurzeniowe są więc zwykle wielowarstwowe, przy czym warstwę zewnętrzną stanowi strefa zbudowana z materiału powłokowego o składzie kąpieli, powstająca podczas wyciągania przedmiotu z cieczy.

10. Powłoki galwaniczne- istoty procesu, przykłady zastosowania

Powłoki galwaniczne są nakładane na przedmioty wykonane z metali lub stopów metali w kąpieli galwanicznej z udziałem lub bez udziału zewnętrznego źródła prądu. Stosuje się je powszechnie ze względu na dobrą odporność na korozję, walory dekoracyjne i odporność na ścieranie. Najbardziej znanym i powszechnie stosowanym procesem nakładania powłok ochronnych metodą elektrolityczną jest chromowanie galwaniczne, które odbywa się w wannach galwanicznych zasilanych prądem stałym z prostownika lub prądnicy prądu stałego. Do chromowania stosuje się kąpiele będące wodnym roztworem bezwodnika kwasu chromowego z dodatkiem kwasu siarkowego.

Powłoki te stosuje się powszechnie w produkcji samochodów, motocykli, rowerów, wagonów kolejowych i tramwajowych, armatury sanitarnej, okuć meblowych i budowlanych, przyrządów precyzyjnych oraz innych elementów dekoracyjnych, które muszą mieć estetyczny wygląd, być odporne na ścieranie i korozję.

Powłoki nie zmieniają swojego wyglądu na powietrzu, są odporne na działanie kwasu azotowego i siarkowego oraz na zużycie przez tarcie.

11. Powłoki anodowe i katodowe

Powłoki anodowe są wykonane z metali o bardziej ujemnym potencjale elektrochemicznym. Pokrywanie metali powłokami anodowymi zapewnia chronionemu metalowi ochronę katodową. Jako przykład powłok anodowych można wymienić cynk i kadm. Najważniejszym, praktycznym zastosowaniem powłok anodowych jest pokrywanie stali powłoką cynkową (blachy ocynkowane). W przypadku pokrywania powierzchni stalowych cynkiem w razie pojawienia się rysy lub szczeliny tworzy się ogniwo w którym katodą jest żelazo zaś anodą cynk. W tej sytuacji do roztworu przechodzą jony cynku a nie jony żelaza. Tak więc w przypadku pokrywania metali powłokami anodowymi, powłoka pokrywająca nie musi być idealnie szczelna.

Powłoki katodowe są wykonane z metali bardziej szlachetnych niż metal chroniony. Przykładem powłok katodowych są np. powłoki z miedzi, niklu, chromu, cyny lub srebra. Powłoka katodowa jest skuteczna tylko wówczas, kiedy cała powierzchnia stalowa jest nią szczelnie pokryta. Po utworzeniu szczeliny powstaje mikroogniwo w którym żelazo jest anodą i ono ulega rozpuszczeniu, co przyspiesza korozję, a metal szlachetny staje się katodą ogniwa. W rezultacie uszkodzenia powłoki katodowej szybkość korozji w miejscu uszkodzenia jest większa niż w przypadku braku powłoki katodowej.

12. Definicja stali:

Jest to stop żelaza z węglem o zawartości węgla do 2,11% i innymi pierwiastkami takimi jak mangan Mn i krzem Si, oraz domieszkami szkodliwymi jak fosfor P i siarka S lub dodatkami korzystnymi jak miedź. Stal jest stopem obrabialnym plastycznie, otrzymywanym w procesie stalowniczym po przejściu przez stan ciekły.

13. Kryteria podziału stali. Klasyfikacja stali ze względu na :

a) skład chemiczny: niestopowe, stopowe, nierdzewne

b)jakości: jakościowe, specjalne.

c) zastosowanie

14.Po co dodajemy dodatki stopowe do stali?

Dodatki stopowe dodaje się do stali w celu zmiany właściwości mechanicznych lub fizykochemicznych.

Dodatki stopowe, takie jak magnez i miedź, zwiększają wytrzymałość siluminów, mangan jest dodawany dla neutralizowania szkodliwego wpływu zanieczyszczeń żelazem, nikiel poprawia odporność korozyjną stopu.

Pierwiastki stopowe zmieniają układ fazowy Fe - Fe₃C, w szczególności parametry przemiany eutektoidalnej. Dodatki stopowe zwiększają hartowność, zapewniają wymagane właściwości wytrzymałościowe rdzenia, a także zmniejszają naprężenia hartownicze. Jednakże dodatki te (Mn, Ni Cr, Mo) obniżają temperaturę M_s , co wpływa na zwiększenie ilości austenitu szczątkowego i tym samym zmniejszenie twardości warstwy utwardzonej.

15. Wpływ zawartości chromu w stali

Stale zawierające chrom w ilości do 6% wykazują większą odporność na korozję niż stale bez chromu. Nawet zawartość poniżej 1% Cr w stali podwyższa jej odporność na korozję szczególnie w atmosferze miejskiej i wiejskiej. Przy zawartości 3% chromu odporność na korozję w atmosferze przemysłowej wzrasta ok. 4—5 razy w porównaniu ze stalami niestopowymi. Stale specjalne, zawierające więcej niż 13% chromu, są odporne na działanie korozji atmosferycznej. Odporność tych stali spowodowana jest samorzutnym wytworzeniem się tlenkowej warstwy ochronnej na ich powierzchni.

16. Spawalność stali

Jest to zespół cech działający w określonych warunkach i decydujący o możliwościach jej zastosowania na konstrukcje spawane, im mniejsza zawartość węgla tym się lepiej spawa

Spawalność, to cecha stali pozwalająca na wykonanie trwałych połączeń przez spawanie

Ze względna różnorodność owych czynników wprowadzono następujące terminy:

• spawalność metalurgiczna,

• spawalność technologiczna,

• spawalność konstrukcyjna.

Wyjściowym kryterium oceny spawalności stali, jest określenie spawalności stali w praktyce, jest to określenie spawalności na podstawie składu chemicznego odniesionego do grubości spawanych elementów. Skład powinien być tak dobrany aby ograniczyć zmiany struktury, występujące po spawaniu w strefie wpływu ciepła. Należy uważać przed zahartowaniem owej strefy, która wykazuje się duża twardością i mała plastycznością co może prowadzić do pękania złącza.

Ogólnie za łatwo spawalne stale uważa się stale nie zawierające powyżej 0,25% węgla lub stale w których równoważnik węgla CEV jest mniejszy od 0,45%. Przy większej wartości niezbędne jest podgrzewanie stali przed spawaniem, albo też stale uznaje się za trudno spawalne lub niespawalne.

17. Stale narzędziowe

Stale narzędziowe są materiałami, z których wytwarza się narzędzia do produkcji różnych wyrobów. Są to narzędzia skrawające (np. wiertła, frezy, noże tokarskie, gwintowniki, pilniki, piły), tnące (ostrza noży, gilotyny), narzędzia do obróbki plastycznej na zimno i na gorąco (matryce, stemple, wykrojniki, przeciągacze), formy (odlewnicze i do wtryskarek) oraz inne.

Od stali narzędziowych wymaga się przede wszystkim:

- dużej twardości (często powyżej 60 HRC),

- odporności na ścieranie,

- odporności na zginanie,

- odporności na cykliczne ściskanie,

- odporności powierzchni na zmęczenie kontaktowe,

- odporności na działanie karbu przy obciążeniach zmiennych,

- odporności na kruche pękanie.

---