Obróbka Cieplna metali:
Jest to zestaw odpowiednio dobranych zabiegów cieplnych, które prowadzą do zmiany stanie stałym własności stali (lub innych stopów). Zmiany te są związane z przemianami fazowymi, których efektem jest przebudowa struktury i zmiana własności.
Wyżarzanie:
Wspólną cechą wyżarzania jest doprowadzenie stopu w mniejszym lub większym stopniu do stanu równowagi termodynamicznej.
Wyżarzanie ujędrniające:
Polega na nagrzaniu stali do temperatury zbliżonej do linii solidus zwykle 1000-1250 C i długotrwałym wytrzymaniu w tej temperaturze. Celem jest wyrównanie składu przez dyfuzje.
Wyżarzanie normalizujące:
Polega na nagrzaniu stali do stanu astenicznego tj. 30 50 C ponad linie GSE i następnie powolnym studzeniu na powietrzu.
Celem obróbki jest rozdrobnienie ziarna i ujednorodnienie struktury zwłaszcza usunięcie siatki wydzieleń na granicach ziaren.
Wyżarzanie zupełne:
Przeprowadza się jak normalizujące, tj. austenizuje się stal i następnie studzi z piecem. Celem jest wytworzenie struktury zbliżonej do stanu równowagi, zmniejszenie twardości i naprężeń wewnętrznych oraz zwiększenie ciągliwości.
Wyżarzanie niezupełne:
Polega na nagrzaniu stali do temperatury 30 - 50 C ponad linie Ac1. Celem obróbki jest analogiczny jak przy wyżarzaniu zupełnym z tym że w tym przypadku ulega przekrystalizowaniu tylko perlit.
Wyżarzanie izotermiczne:
Składa się z austenizowania stali jak przy wyżarzaniu zupełnym i następnego szybkiego chłodzenia do temp. Poniżej Ar1 i wytrzymaniu w tej temp. Aż do zajścia przemiany perlitycznej. Celem jest zmniejszenie twardości stali zwykle przed obróbka skrawaniem.
Wyżarzanie perlityczne:
Polega na ostudzeniu stali do temp. Niżej od Ar1, tak aby nastąpiła przemiana perlityczna, po czym nagrzewa się ja ponownie do temp. Austenizoania celem zahartowania.
Wyżarzanie sferoidyzujące:
Zmiękczające:
Polega na przemianie cementytu płytkowego w kulkowy.
Wyżarzanie rekrystalizujące:
Jest stosowane po uprzednim zgniocie, tj. obróbce plastycznej na zimno. Wyżarza się poniżej temp. Ac1 ale powyżej temp. rekrystalizacji. Celem jest usuniecie skutków zgniotu i przywrócenie plastyczności stali.
Wyżarzanie odprężające:
Polega na nagrzewaniu wyrobów do temp. Poniżej Ac1 (poniżej 650C) wygrzaniu w tej temperaturze i następnie powolnym ochłodzeniu. Celem jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych.
Hartowanie:
Celem tej obróbki jest zwiększenie twardości materiału, skutkiem czego jest obniżenie jego ciągliwości. Wszystkie rodzaje hartowania musza być poprzedzone procesem austenizowania.
Hartowanie zwykłe:
Celem jest uzyskanie struktury martenzytycznej. Po austenizowaniu następuje szybkie oziębienie w wodzie lub oleju. W przypadku stali węglowych stosuje się wodę, a stali stopowych olej.
Hartowanie przerywane:
Jeśli przy chłodzeniu w wodzie elementy pękają lub paczą się. Można stosować oziębienie w dwóch ośrodkach najpierw w wodzie a następnie w oleju. Taka obróbka zmniejsza naprężenie, zachowując wysoka twardość materiału.
Hartowanie stopniowe:
Jest to hartowanie martenzytyczne. Polega na oziębieniu stali w kąpieli solnej lub metalowej o temp wyższej od Ms i wytrzymaniu aż do wyrównania temp. na przekroju elementu, ale nie dopuścić rozpoczęcia się przemiany dyfuzyjnej. Dalsze chłodzenie może następować na powietrzu. Celem jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych przy zachowaniu wysokiej twardości.
Hartowanie izotermiczne (bainityczne):
Celem obróbki jest uzyskanie struktury bainitycznej. Przeprowadzamy ją podobnie jak w przypadku hartowania stopniowego, z tym że czas wytrzymania w kąpieli izotermicznej powiększa się. Aż do zajścia przemiany bainitycznej po czym dalsze chłodzenie może następować na powietrzu.
Hartowanie powierzchniowe:
Jest rodzajem obróbki powierzchniowej polegającej na wytworzeniu struktury martenzytycznej jedynie w cienkiej strefie przypowierzchniowej. W wyniku tego uzyskujemy korzystna kombinacje własności: twarda powierzchnie odporna na ścieranie i zmęczenie oraz ciągliwy rdzeń.
Ulepszanie cieplne: (odpuszczanie).
Nazywamy obróbkę cieplna polegającą na zahartowaniu średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. prowadzi ono do uzyskania najlepszej kombinacji własności wytrzymałościowych i plastycznych. Przy odpuszczaniu twardość i wytrzymałość spadają, ale ciągliwość rośnie. Po wysokim odpuszczaniu udarność jest bardzo wysoka a stosunek Rm do Re osiąga max wartość.
Odpuszczanie:
Polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanego elementu do temp. poniżej A1 zwykle jednak nie wyżej niż około 550 C. Czas na ogół nie przekracza 2h. Niekiedy stosuje się trzykrotne odpuszczanie po 1h. Głównym celem jest poprawa ciągliwości materiału i zmniejszenie naprężeń chociaż następuje to kosztem zmniejszenia twardości.
Zmiany strukturalne podczas odpuszczania:
W przypadku niskiego odpuszczania zmiany są minimalne następuje jedynie wydzielenie węgla z martenzytu w postaci tzw. węglika.
Podczas średniego odpuszczania zachodzi wydzielenie węgla z martenzytu i utworzenie dyspersyjnych cząstek cementytu, a także rozkład austenitu szczątkowego na przesycony węglem ferryt i cementyt.
Wysokie odpuszczanie cechuje się powstawaniem struktury sorbitycznej o bardzo dobrej ciągliwości.
Przesycenie i starzenie:
Przesycenie polega na nagrzaniu stopu do temperatury powyżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i szybkim chłodzeniu celu zatrzymania rozpuszczonego składnika w roztworze stałym. W wyniku przesycenia poprawiają się własności plastyczne natomiast zmniejsza się wytrzymałość i twardość.
Starzenie:
Polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu.
Połączone procesy starzenia i przesycenia nazywa się utwardzaniem wydzieleniowym.
Twardość:
Twardość materiału jest właściwością, której nie można jednoznacznie zdefiniować. W różnych próbach których celem jest pomiar twardości, w rzeczywistości mierzy się różne właściwości.
Metoda Brinella:
Polega na wgniataniu w badany materiał pod obciążeniem stalowej kulki hartownej do 450 HB. Lub z węglików spiekanych do 650 HB. O średnicy D=10,5,2.5,2 lub 1mm. Twardość Brinella jest proporcjonalna do obciążenia i odwrotnie proporcjonalna do powierzchni czaszy kulistej trwałego odcisku. Oblicza się ja na podstawie pomiaru średnicy trwałego odcisku, dokonywanego po obciążeniu.
Ponieważ pomiarach metoda Brinella zostaje naruszone prawo Kicka mówiące, że pomiary twardości wykonane przy różnych obciążeniach tylko wtedy mogą być porównywalne, jeśli kształt wgłębnika umożliwia otrzymanie odcisków o powierzchniach geometrycznie podobnych. Dlatego pomiary twardości wykonane ta metodą, przy różnych obciążeniach wgłębnika nie mogą być ze sobą bezpośrednio porównywalne. Na dokładność pomiarów twardości, istotny wpływ maja odkształcenia badanego materiału i kulki. Rzeczywistemu wciskaniu kulki nieodkształcalnej w materiał sprężysty towarzyszy jego utwardzanie skutek zgniotu, co wpływa na kształt odcisku i jego średnicę. Wyróżnia się dwa rodzaje odcisków z zapadnięciem lub wypływem materiału na obrzeżu odcisku.
Polega na wciskaniu foremnego czworokątnego ostrosłupa diamentowego o kącie dwusiecznym alfa= 136 stopni. W płaską, gładką powierzchnię przedmiotu pod obciążeniem prostopadłym do tej powierzchni. Twardością Vickersa nazwano stosunek obciążenia do pola powierzchni bocznej otrzymanego odcisku. Kąt wierzchołkowy dobrano tak aby twardość Vickersa była zbliżona do twardości Brinella. W tym celu przyjęto średnią wartość średnicy odcisku równą d=0,375D. Wartości liczbowe twardości Brinella i Vickersa są zbliżone do siebie tylko pewnym zakresie, ponieważ przy pomiarach twardych materiałów maleje kąt ciskania kulki oraz następuje jej odkształcenie. Próbie Vickersa zachowane jest prawo podobieństwa odkształceń plastycznych Kicka, więc wynik twardości nie powinien być uzależniony od wartości użytego obciążenia. Podczas wykonywania pomiarów twardości wgłębnik należy obciążyć w sposób płynny ze stała prędkością obciążenia do uzyskania całkowitej siły obciążenia w czasie do 10s dla zakresu małych obciążeń oraz do 2 do 8s dla zakresu mikro obciążeń. Czas działania obciążenia całkowitego powinien wynosić od 10 do 14s.
Metoda Rockwella:
Polega na dwustopniowym wciskaniu w badany materiał : stożka diamentowego o kącie wierzchołkowym 120 stopni , kulki stalowej o średnicy 1,588 mm, kulki stalowej o średnicy 3,175 mm, oraz pomiarze trwałego przyrostu głębokości odcisku po obciążeniu. Ciskanie wgłębnika w próbkę odbywa się dwustopniowo. Obciążenie wstępne powoduje dociśnięcie wgłębnika do próbki, następnie przykłada się obciążenie główne przez 2 do 8s.
Następnie usuwa się obciążenie główne pozostawiając wstępne, przy którym dokonujemy pomiaru trwałego przyrostu głębokości odcisku w jednostkach równych 0,002 mm. Wartość twardości odczytujemy z tarczy czujnika zegarowego zaopatrzonego w dwie skale przesunięte względem siebie o 30 działek. Zewnętrznej skali używa się do prób, w których wgłębnikiem jest stożek diamentowy, a wewnętrznej skali do prób, których wgłębnikiem jest kulka stalowa.