Przemiana martenzytyczna – bezdyfuzyjna przemiana przesyconego stopu żelaza zwanego austenitem, jaka zachodzi

w czasie hartowania stali.

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.

Obróbka cieplna zwykła jest to rodzaj obróbki cieplnej, w wyniku której uzyskuje się zmiany własności metali i

stopów będące głównie funkcją temperatury i czasu.

Utwardzalność - podatność stali na hartowanie. Jest to stosunek największej, możliwej do uzyskania po hartowaniu,

twardości do warunków austenityzowania.

Krytyczna szybkość chłodzenia – najmniejsza prędkość chłodzenia, przy chłodzeniu z która otrzymujemy 100%

martenzytu (nie występuje już troostyt lecz tylko martenzyt szczątkowy). Szybkość chłodzenia, przy której

zaczyna pojawiać się martenzyt nazywamy dolną krytyczną szybkością chłodzenia. Krytyczna szybkość

chłodzenia stali zależy nie tylko od zawartości składników stopowych, ale również od zawartości węgla.

Przesycaniem nazywa się operację cieplną polegającą na: 1) nagrzaniu stali do temperatury, w

której wydzielona faza przechodzi do roztworu stałego, tj. powyżej temperatury granicznej

rozpuszczalności, 2) wygrzaniu w tej temperaturze, 3) oziębieniu w celu zatrzymania

rozpuszczonego składnika w roztworze przesyconym. Przesycanie stosowane jest np. do

stali chromowo-niklowej o strukturze austenitycznej(stale kwasoodporne) lub o dużej zawartości manganu.

Starzenie polega na nagrzaniu i wytrzymaniu uprzednio przesyconego roztworu w

temperaturze znacznie niższej od temperatury granicznej rozpuszczalności w celu wydzielenia

o odpowiednim stopniu dyspersji składnika lub składników znajdujących się w nadmiarze

w przesyconym roztworze stałym.

Struktury ze względu na stężenie C (w temperaturze otoczenia)

-Przy zawartości 0,008% (teoretycznie nie przekraczającej) występuje struktura ferrytyczna

-Przy zawartości 0,008-0,02% na granicach norm ferrytu pojawiają się wydzielenia cementytu

trzeciorzędowego. Takie stopy nazywane zwykle żelazem technicznym

-Stale o zawartości do 0,8% C noszą nazwę stali podeutektoidalnych Ich struktura składa się z

dwóch składników, a mianowicie ferrytu i perlitu przy czym w miarę wzrostu zawartości węgla

w stali wzrasta zawartość perlitu w strukturze.

-Stal o zawartości 0,8% węgla ma strukturę perlityczną i nosi nazwę stali eutektoidalnej

-Stale o zawartości 0,8-2,06% węgla nazywają się stalami nadeutektoidalnymi i mają strukturę składającą

się z perlitu i cementytu (wtórnego). W miarę wzrostu zawartości węgla wzrasta ilość (cementytu) w strukturze.

Teoretycznie maksymalna zawartość (cementytu wtórnego) występuje w stali o granicznej zawartości węgla

2,06% i wynosi wtedy około 20%.

Struktura

-Struktura ziarnista- składa się z równoosiowych ziaren oby faz w przybliżeniu jednakowej wielkości,

rozmieszczonych w sposób statycznie nieuporządkowany.

-Struktura płytkowa- złożona z różnej grubości płytek (perlit), składa się z przypadkowo

zorientowanych pęków (kolonii) na przemian ułożonych płytek jednej i drugiej fazy.

-Struktura kulkowa- składa się w przybliżeniu z jednakowej wielkości kulistych wydzieleń jednej fazy,

rozmieszczonej równomiernie w ziarnistej osnowie drugiej. 

-Struktura iglasta - składa się z mniej lub więcej wyraźnych igieł jednej fazy rozmieszczonych w

ziarnistej osnowie drugiej fazy. 

-Struktura dyspersyjna - składa się z bardzo drobnych wydzieleń jednej fazy (często fazy międzymetalicznej)

równomiernie rozłożonych w osnowie ziarn drugiej fazy.

Przemiany fazowe w stali są wynikiem tego, że wskutek zmiany warunków, np. temperatury,

jeden stan staje się mniej trwały niż drugi. To właśnie jest przyczyną przemian zachodzących w stali.

Należy zaznaczyć, że może w niej występować kilka podstawowych struktur, a istotą

najważniejszych przemian jest właśnie przejście jednej struktury w drugą. Tymi podstawowymi strukturami są:

ferryt Feα(C)- stały roztwór węgla w żelazie α,

austenit Feγ(C)- stały roztwór węgla w żelazie γ ,

martenzyt Feα'(C)- stały, przesycony roztwór węgla w żelazie α(jest to faza metastabilna),

perlit (Feα(C)+Fe3C)- eutektoidalna mieszanina ferrytu Feα(C) i cementytu Fe3C

W procesach obróbki cieplnej stali występują następujące podstawowe przemiany

I. Przemiana ferrytu w austenit Feα(C) → Feγ(C)

II. Przemiana austenitu w ferryt Fe γ(C) → Feα(C)

III. Przemiana perlitu w austenit (Feα(C) + Fe3C) → Feγ(C)

IV. Przemiana austenitu w struktury perlityczne (lub bainityczne) Feγ(C) → Feα(C) + Fe3C

V. Przemiana austenitu w martenzyt Feγ(C) → Fe’α(C)

VI. Przemiana martenzytu w mieszaninę ferrytu i cementytu Fe’α(C) → Feα(C) + Fe3C

ferryt Feα(C) stały roztwór węgla w żelazie α,

austenit Feγ(C) stały roztwór węgla w żelazie γ ,

martenzyt Feα'(C) stały, przesycony roztwór węgla w żelazie α(jest to faza metastabilna),

perlit (Feα(C)+Fe3C) eutektoidalna mieszanina ferrytu Feα(C) i cementytu Fe3C

Hartowanie w większości wypadków celem hartowania jest uzyskanie wysokiej

twardości i odporności na ścieranie.

Hartowanie zwykłe -polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego do zakresu austenitu, a następnie

szybkim schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle wodnej lub olejowej, poniżej temperatury początku

przemiany martenzytycznej, aż do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia powinna być dobrana tak,

by nie nastąpiły odkształcenia hartownicze. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne niż w oleju.

Hartowanie stopniowe- Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu

w kąpieli chłodzącej, zwykle ze stopionej saletry, do temperatury nieco powyżej temperatury przemiany

martenzytycznej i przetrzymaniu w tej temperaturze, by nastąpiło wyrównanie temperatur w całym

przekroju przedmiotu. W drugiej fazie, już w kąpieli wodnej lub olejowej, następuje dalsze schładzanie,

w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaletą tej metody jest uniknięcie naprężeń hartowniczych.

Wymaga jednak dużej wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej.

Hartowanie izotermiczne (bainityczne)- Jest hartowaniem, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna.

Nagrzany przedmiot utrzymuje się w kąpieli z roztopionej saletry lub ołowiu, w temperaturze powyżej początku

przemiany martenzytycznej. Nazwa metody pochodzi od faktu, iż kąpiel zachowuje stałą temperaturę.

W hartowaniu tego typu nie powstaje martenzyt, lecz następuje rozpad austenitu na inne fazy, np. bainit,

dając stali własności podobne jak po hartowaniu z odpuszczaniem. Zaletą metody jest brak naprężeń

hartowniczych, lecz jest ona procesem długotrwałym, niekiedy przeciągającym się do kilku godzin.

Hartowanie powierzchniowe - Metoda, w której nie nagrzewa się całego przedmiotu (hartowanie na wskroś),

lecz tylko powierzchnię przedmiotu. W związku z tym tylko warstwa powierzchniowa podlega hartowaniu.

Istnieje kilka metod hartowania powierzchniowego. Stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest

utwardzenie tylko fragmentów powierzchni przedmiotu.

ODPUSZCZENIE

a) niskie- 150- 250 °C, do narzędzi, stosuje się w celu usunięcia naprężeń hartowniczych z zachowaniem

dużej twardości, wytrzymałości i odporności na ścieranie.

b) średnie – 250-500°C, do sprężyn, resorów, matryc. Prowadzi do niewielkiego spadku twardości przy

zachowaniu dużej wytrzymałości i sprężystości.

c) wysokie – 500- 650°C, w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości przy niskiej twardości

Wyżarzanie zupełne – przeprowadzane w temperaturze 30÷50 °C powyżej linii GSE

wykresu żelazo-węgiel temperatury przemiany austenitycznej. Polega na wygrzaniu w tej temperaturze,

a następnie powolnym schłodzeniu. Stosuje się je w celu uzyskania drobnoziarnistej struktury,

zwykle do staliwnych odlewów.

Wyżarzanie normalizujące - wyżarzanie prowadzone w temp. austenityzowania, później dość

szybkie ochłodzenie; usuwa naprężenia własne, pozwala uzyskać drobnoziarnistą strukturę

Wyżarzanie odprężające, wyżarzanie prowadzone w temp. niższej od temp. rekrystalizacji;

zmniejsza naprężenia własne