Kierunek: MiBM

Grupa: 3

Sekcja: 1

Semestr: 2

Materiały metalowe

WPŁYW WARUNKÓW NAGRZEWANIA I CHŁODZENIA NA STRUKTURĘ STOPÓW METALI

Wykonali:

Dawid Majcherek

Kamil Kuźnik

Zadanie 1

Nagrzewanie jest ciągłym lub stopniowym podwyższaniem temperatury elementu obrabianego cieplnie.

Wygrzewanie polega na wytrzymaniu elementu obrabianego cieplnie w docelowej lub pośredniej temperaturze.

Chłodzenie to ciągłe lub stopniowe obniżanie temperatury elementu. Chłodzenie z małą szybkością jest nazywane studzeniem, natomiast z szybkością dużą – oziębianiem. Wytrzymanie elementu obrabianego cieplnie w pośredniej lub docelowej temperaturze podczas chłodzenia jest nazywane wychładzaniem

Wykres zabiegów obróbki cieplnej

Zadanie 2

Przemiana perlityczna – przemiana ta rozpoczyna się pojawieniem zarodków cementytu na granicy ziaren austenitu. W wyniku dyfuzji węgla z otaczającego te zarodki austenitu, cząstki cementytu stopniowo rozrastają się lub tworzą nowe płytki, natomiast sam austenit pozbawiony znacznej ilości węgla ulega przemianie w ferryt. Ponieważ zawartość węgla w ferrycie jest bardzo mała, w sąsiednim obszarze następuje koncentracja węgla, co prowadzi do powstawania nowych płytek cementytu. Powstające na przemian płytki ferrytu i cementytu rozrastają się równocześnie równolegle do siebie, postępując w głąb ziaren austenitu. Tak tworzy się perlit, przy czym w jednym ziarnie austenitu może powstawać kilka obszarów złożonych z pasemek ferrytu i cementytu. Przemiana ta ma charakter dyfuzyjny.
Rodzaj otrzymanego perlitu zależy od szybkości chłodzenia lub temperatury przemiany izotermicznej. W zakresie temperatur Ar₁ – 680 ^oC powstaje perlit gruby, którego twardość wynosi ok. 180 – 250 HV. Perlit drobny powstaje w przedziale temperatur 680 – 550 ^oC, a jego twardość wzrasta do ok. 400 HV.

Przemiana martenzytyczna – jest przemianą bezdyfuzyjną i zachodzi przy dużym przechłodzeniu austenitu do temperatury M_s – początku tej przemiany, przy chłodzeniu z szybkością większą od krytycznej v_k. Przemiana martenzytyczna zachodzi pod warunkiem ciągłego obniżania temperatury w zakresie od temperatury M_s, do temperatury M_f jej końca. Wartości temperatur M_s i M_f zależą od składu chemicznego austenitu i obniżają się ze zwiększeniem stężenia węgla w austenicie oraz wszystkich niemal dodatków stopowych. Tylko aluminium i kobalt wpływają na ich podwyższenie.

Przemiana bainityczna – Bainit powstaje poprzez przechłodzenie austenitu do zakresu temperatur od 550^oC oraz wytrzymanie w tej temperaturze. Przemiana ta zawiera w sobie cechy przemiany perlitycznej i martenzytycznej, różniąc się jednak w istotny sposób od obydwu tych przemian. W tym zakresie temperatur szybkość dyfuzji węgla w austenicie jest nieznaczna. W wyniku tego powstają niewielkie płytki martenzytu. Ponieważ szybkość dyfuzji węgla w ferrycie jest znacznie większa niż dyfuzja węgla w austenicie, z powstałych płytek martenzytu wydziela się również cementyt. Zatem bainit jest mieszaniną ferrytu przesyconego węglem i węglików.
Rodzaje bainitu: W zakresie temperatur 550 – 350 ^oC powstaje bainit górny, którego mikrostruktura ma charakter pierzasty. Jego twardość wynosi ok. 45 HRC.
W zakresie temperatur 350^oC – M_s powstaje bainit dolny, którego postać zbliżona jest do martenzytu. Im niższa temperatura powstawania bainitu, tym jest on twardszy: 52-58 HRC

Schematyczne wykresy przemian austenitu przechłodzonego stali węglowej podeutektoidalnej:

CTP_i przy chłodzeniu izotermicznym CTP_c przy chłodzeniu ciągłym

ﻻ- austenit, α – ferryt, P- perlit, B – bainit, M - martenzyt

Przebieg wykresów CTP i ich położenie względem osi czasu, jest zależny od zawartości węgla i pierwiastków stopowych w stali.

Zadanie 3

Wyżarzanie ujednorodniające-Wyżarzanie ujednorodniające polega na nagrzaniu stali do temperatury 1050÷1200°C o ok. 100÷200°C niższej od temperatury solidusu, wygrzaniu długotrwałym w tym zakresie temperatury i następnym studzeniu.

Wyżarzanie normalizujące-Wyżarzanie normalizujące polega na nagrzaniu stali do temperatury o 30÷50°C wyższej od Ac3, wygrzaniu w tej temperaturze i następnym studzeniu w spokojnym powietrzu.

Wyżarzanie zupełne-Wyżarzanie zupełne, stosowane do stali stopowych, polega na nagrzaniu stali do temperatury o 30÷50°C wyższej od Ac3, Accm (linia GSE), wygrzaniu w tej temperaturze i następnym bardzo wolnym chłodzeniu, np. z piecem, w zakresie temperatury między Ac3 i Accm a Ac1.

Wyżarzanie sferoidyzujące - zwane także zmiękczaniem, polega na nagrzaniu stali do temperatury zbliżonej do Ac1, wygrzaniu w tej temperaturze, bardzo wolnym chłodzeniu do temperatury ok. 600°C i następnie dowolnym chłodzeniu do temperatury otoczenia.

Wyżarzanie rekrystalizujące- polega na nagrzaniu metalu uprzednio odkształconego plastycznie na zimno do temperatury wyższej od temperatury rekrystalizacji, wygrzaniu w tej temperaturze i chłodzeniu z dowolną szybkością

Zadanie 4

Hartowanie – rodzaj obróbki cieplnej materiału polegający na nagrzaniu danego materiału do odpowiedniej temperatury zwanej temperaturą hartowania, wytrzymaniu w tej temperaturze przez czas konieczny do przebudowy struktury wewnętrznej materiału (głównie przemian fazowych) oraz następnym odpowiednio szybkim schłodzeniu.

Hartowanie zwykłe stopniowe - Polega na szybkim chłodzeniu w kąpieli hartowniczej, 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 chłodzenie, w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaletą tej metody jest uniknięcie naprężeń hartowniczych

Hartowanie izotermiczne - 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.

Zakres hartowania stali węglowej

Zadanie 5

Odpuszczanie - rodzaj obróbki cieplnej, której poddawana jest stal wcześniej zahartowana. Celem odpuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych oraz zmiana własności fizycznych zahartowanej stali, a przede wszystkim zmniejszenie twardości, a podniesienie udarności zahartowanej stali.

Odpuszczanie:

1. Niskie – w zakresie temperatur 100 - 250 °C
   - struktura martenzytyczna,
   - usuwanie naprężeń,
   - wzrost twardości i odporności na ścieranie.

2. Średnie – w zakresie temperatur 250 – 450 °C
   - struktura średnio odpuszczonego martenzytu,
   - wzrost sprężystości.

3. Wysokie – w zakresie temperatur 450 - 600 °C
   - wzrost udarności i plastyczności, pogorszenie wytrzymałości.