KOLOKWIUM – NOMZECH

Pojęcie hartowności:

Hartownością nazywamy zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej. O hartowności stali (przy określonych warunkach austenityzowania i chłodzenia) decyduje skład chemiczny austenitu, zależny głównie od składu chemicznego stali.

Cechy związane z hartownością:

• Utwardzalność – mierzona największą możliwą do uzyskania twardością w danych warunkach austenityzowania;

• Przehartowalność – mierzona głębokością utwardzenia przy określonej szybkości chłodzenia;

Krytyczna szybkość chłodzenia:

Jest to najmniejsza szybkość chłodzenia przy której austenit ulega przemianie w martenzyt.

Średnica krytyczna:

Jest miarą przehartowalności; średnica pręta, w którym po zahartowaniu w ośrodku o danej intensywności chłodzenia uzyskuje się w rdzeniu strukturę z określonym minimalnym udziałem martenzytu, wyrażonym w procentach.

Hartowanie:

• Martenzytyczne zwykłe:

• Oziębianie prowadzi się w sposób ciągły z szybkością większą od szybkości krytycznej do temp. niższej od Ms, a nawet Mf (stale konstrukcyjne nisko- i średniowęglowe);

• Struktura martenzytu z austenitem szczątkowym oraz innymi składnikami (węgliki, wtrącenia niemetaliczne);

• Twardość 40 – 65 HRC;

• Duża wytrzymałość, granica plastyczności;

• Małe wartości właściwości plastycznych i udarności;

• Martenzytyczne stopniowe:

• Oziębianie do temperatury wyższej o 30 – 50˚C od temperatury Ms, wytrzymanie w tej temp. do wyrównania temp. w całym przekroju, studzenie do temp. otoczenia;

• Uzyskujemy taką samą strukturę jak przy hartowaniu martenzytycznym zwykłym, lecz przy znacznie mniejszy naprężeniach i odkształceniach;

• Bainityczne zwykłe (ciągłe):

• Oziębianie z szybkością mniejszą od szybkości krytycznej (tak aby mogła zachodzić przemiana bainityczna);

• Głównym składnikiem struktury jest bainit przy ewentualnej obecności austenitu szczątkowego i martenzytu;

• Lepsze niż w stanie ulepszonym cieplnie właściwości plastyczne, większa udarność i wytrzymałość zmęczeniowa;

• Niższa granica plastyczności i sprężystości;

• Bainityczne izotermiczne:

• Oziębianie w kąpieli chłodzącej o temperaturze wyższej od Ms (250-400˚C), wytrzymanie izotermiczne (do zakończenia przemiany bainitycznej), chlodzenie do temp. pokojowej z dowolną szybkością;

• Struktura bainitu (ewentualnie z austenitem szczątkowym);

• Stosowane w celu znacznego zmniejszenia odkształceń oraz uzyskania większej ciągliwości i udarności niż przy utwardzaniu cieplnym na tę samą twardość;

• Po tym hartowaniu nie jest wymagane odpuszczanie;

• Powierzchniowe:

• Bardzo szybkie nagrzanie warstwy wierzchniej przedmiotu do temperatury austenityzowania, szybkie chłodzenie;

• W zależności od sposobu nagrzewania wyróżnia się: indukcyjne, płomieniowe, laserowe, elektronowe, kąpielowe;

• Wyższa temperatura niż podczas hartowania objętościowego;

• Można wyróżnić strefy w strukturze: martenzytyczną (martenzyt skryto- lub drobnoiglasty), przejściową (martenzyt i ferryt) oraz rdzenia (nie występują zmiany struktury);

• Hartowanie to stosuje się do stali węglowych i niskostopowych konstrukcyjnych

(0,25 – 0,5 % C)

• Zwiększenie twardości i wytrzymałości zmęczeniowej z zachowanie plastyczności rdzenia, zmniejszenie odkształceń, zwiększenie odporności na ścieranie

(do żeliwa szarego i sferoidalnego);

Odpuszczanie:

• Niskie:

• W zakresie temperatury do 250˚C w czasie 1 – 3 h przy chłodzeniu z dowolną szybkością;

• Duża twardość przy możliwie małych naprężeniach własnych (części maszyn);

• Średnie:

• W zakresie temperatury 250 – 500˚C;

• Po odpuszczaniu w temperaturze powyżej 400 - 500˚C uzyskuje się wysoką granicę sprężystości przy dostatecznej plastyczności (sprężyny, resory);

• Wysokie:

• Pomiędzy temperaturą 500˚C a Ac₁ w czasie 2 – 3 h przy chłodzeniu powolnym lub przyspieszonym;

• Optymalny kompleks właściwości mechanicznych, tj. duże wartości R_m i R_e przy dobrej plastyczności (stale konstrukcyjne);

Utwardzanie cieplne:

To hartowanie i niskie odpuszczanie (do elementów wykonanych na gotowo, poddawanych po obróbce cieplnej jedynie procesom wykańczającym).

Ulepszanie cieplne:

To hartowanie i wysokie lub średnie odpuszczanie (do półwyrobów).

Wyżarzanie:

• Ujednorodniające:

• Temperatura 100 - 150˚C < solidus (stal 1000 - 1250˚C) + studzenie;

• Zmniejszenie miejscowych niejednorodności materiału;

• Normalizujące:

• Temperatura 30 – 50˚C powyżej linii Ac₃ + Ac_m , studzenie w powietrzu;

• Otrzymanie równomiernie drobnoziarnistej struktury ferrytu i perlitu;

• Zupełne:

• Temperatura jak przy normalizującym + studzenie powolne, z piecem;

• Otrzymanie struktur równowagowych, zmiękczenie stali;

• Zmiękczające:

• Temperatura około Ac₁ + dowolne studzenie;

• Nadanie stali możliwie małej twardości poprzez sferoidyzację cementytu;

• Rekrystalizujące:

• Wyżarzanie metalu po zgniocie na zimno (stal 500 – 600˚C);

• Odprężające:

• Temperatura niższa niż dla rekrystalizacji;

• Usunięcie naprężeń własnych;

• Stabilizujące:

• Temperatura 100 - 150˚C;

• Usunięcie naprężeń odlewniczych;

Pojęcie obróbki cieplnej zwykłej:

To proces technologiczny, którego celem jest zmiana właściwości mechanicznych i fizykochemicznych metali i stopów w stanie stałym, przede wszystkim przez wywołanie zmian strukturalnych w wyniku działania temperatury, czasu i środowiska.

Pojęcie obróbki cieplno – chemicznej:

To zespół operacji, których celem jest wytworzenie zmian struktury, a w konsekwencji zmian właściwości użytkowych warstwy wierzchniej metali i stopów w wyniku działania temperatury, czasu i środowiska.

Istota i cel nawęglania:

• Nawęglanie polega na nasyceniu węglem warstwy wierzchniej elementów wykonanych ze stali węglowych i stopowych o zawartości węgla 0,05 – 0,25% (w temperaturze występowania austenitu 900 - 930˚C);

• Celem jest wytworzenie warstwy wzbogaconej w węgiel o stężeniu na powierzchni 0,7 – 1,0% i o grubości 0,6 – 1,5 mm (niekiedy większej), która po następnym zahartowaniu ma twardość powyżej 58 HRC;

Wpływ nawęglania na właściwości elementów nawęglonych:

Stale węglowe stosuje się na części mało obciążone, od których wymaga się tylko odporności na ścieranie ze względu na małą hartowność oraz stosunkowo niską granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie stali.

Struktura występująca po nawęglaniu i wolnym chłodzeniu:

• W strefie zewnętrznej:

• Perlit, ewentualnie z niewielką ilością cementytu, węgliki stopowe (w stalach stopowych);

• W strukturze rdzenia:

• Ferryt i perlit;

Obróbka cieplna po procesie nawęglania – struktura warstwy nawęglonej i struktura rdzenia:

• W warstwie nawęglonej:

• Drobnoiglasty martenzyt z węglikami oraz austenit szczątkowy;

• W strukturze rdzenia:

• Niskowęglowy martenzyt lub bainit, w niektórych przypadkach z wydzieleniami ferrytu;