Wymień i opisz rodzaje hartowania objętościowego. -Gdy zabieg austenityzowania obejmuje całą objętość hartowanego elementu, a grubość warstwy zahartowanej jest zależna od hartowności obrabianego materiału i intensywności chłodzenia, hartowanie jest nazywane hartowaniem objętościowym.

I.Martenzytyczne:

a)zwykłe -Podczas procesu hartowania martenzytycznego zwykłego oziębienie wykonuje się w sposób ciągły z szybkością większą od krytycznej do temperatury niższej od Ms (Ms jest powyżej 200 ˚C), a w przypadku wielu stali konstrukcyjnych nisko0 i średniowęglowych niższej nawet od Mf (Mf jest poniżej 100˚C). W praktyce stale węglowe chłodzi się w wodzie, natomiast stopowe są chłodzone wolniej - w oleju lub w powietrzu. W wyniku hartowania z. Uzyskuje się strukturę martenzytu z austenitem szczątkowym ( w przypadku większej zawartości węgla) oraz innym składnikami, które nie ulegają przemianom w czasie chłodzenia, np. z węglikami i wtrąceniami niemetalicznymi .

Stale tak zahartowane mają dużą twardość, zazwyczaj 40 - 65 HRC w zależności od stężenia węgla, dużą wytrzymałość i granicę plastyczności oraz małe wartości właściwości plastycznych i udarności.

b)stopniowe -Podczas hartowania martenzytycznego stopniowego oziębiamy element do temperatury wyższej o 30 - 50˚C od temp. Ms (w kąpieli solnej lub gorącym oleju), wytrzymujemy w tej temp. w czasie niezbędnym do wyrównania temperatury w całym przekroju, lecz nie dłuższym, niż wynosi trwałość przechłodzonego austenitu, a następnie studzimy, najczęściej w powietrzu, do temp. otoczenia.

II. Banityczne

a)zwykłe -Jest to hartowanie z zastosowaniem oziębiania z szybkością mniejszą od krytycznej - taką by mogła zachodzić przemiana banityczna. W efekcie głównym składnikiem jest banit przy ewentualnej obecności austenitu szczątkowego i martenzytu. Struktura taka pozwala uzyskać lepsze niż w stanie ulepszonym cieplnie właściwości plastyczne, większą udarność i wytrzymałość zmęczeniową, niższa jest natomiast granica sprężystości i plastyczności.

b)izotermiczne -Charakteryzuje się oziębianiem w kąpieli chłodzącej o temperaturze wyższej od Ms (zwykle

250 - 400˚C), wytrzymaniem izotermicznym w czasie zapewniającym zakończenie przemiany banitycznej, a następnie chłodzeniem do temperatury pokojowej z dowolną szybkością. Hartowanie to zapewnia uzyskanie struktury banitu (ewentualnie z austenitem szczątkowym), A jest stosowane w celu zmniejszenia odkształceń oraz uzyskania większej ciągliwości i udarności niż przy utwardzaniu cieplnym na tę samą twardość. Po hartowaniu banitycznym nie jest wymagane odpuszczanie.

Wymień i opisz rodzaje hartowania powierzchniowego. -Gdy nagrzewamy i hartujemy tylko warstwę wierzchnią, mówimy o hartowaniu powierzchniowym. Rodzaje: płomieniowe, indukcyjne, kąpielowe, kontaktowe, elektrolityczne

I. Płomieniowe -Polega na grzaniu części przedmiotu, którą chcemy zahartować, palnikiem gazowym i następnie intęsywnym oziębianiu strumieniem wody. Najczęściej stosuje się do nagrzewania płomień acetylenowo - tlenowy. Temp. nagrzania i grubość warstwy zahartowanej można regulować, zmieniając szybkość względną palnika i nagrzewanej powierzchni oraz odległość palnika od natrysku wody.

II. Indukcyjne -Podczas hartowania indukcyjnego grzanie odbywa się prądem elektrycznym indukowanym w obrabianym cieplnie przedmiocie przez zmienne pole magnetyczne. Pole magnetyczne wytwarzane jest przez wzbudnik l. Wśród metod hartowania indukcyjnego, różniących się względnymi ruchami wzbudnika i obrabianego przedmiotu rozróżnia się metodę jednoczesną, jednoczesno - posuwową, posuwową, posuwowo - obrotową i posuwowo - obwodową. Chłodzenie może być wykonywane przez zanurzenie przedmiotu w kąpieli chłodzącej lub natrysk cieczy chłodzącej bezpośrednio we wzbudniku. Hartujemy: wałki, koła zębate, zawory, wielowypusty, prowadnice, rolki, sworznie,itd.

III. Kąpielowe - Polega na nagrzaniu powierzchni przedmiotu przez jego zanurzenie przez krótki okres w kąpieli solnej lub metalowej o temperaturze znacznie wyższej niż temperatura hartowania i następnym chłodzeniu w wodzie lub w oleju. Jako kąpiele stosuje się mieszaniny chlorków, np. chlorek baru i chlorek potasu, roztopione żeliwo.

Co to są wykresy CTP-i i CTP-c? -Ilościowe dane dotyczące zależności struktury i właściwości stali od temperatury i własności stali od temperatury i czasu przemiany austenitu przechłodzonego zawierają wykresy CTP (czas - temp .- przemiana). Postać wykresów CTP w dużym stopniu zależy od składu chemicznego stali. W zależności od sposobu chłodzenia dla różnych gatunków stali są opracowane wykresy: CTPi - przy chłodzeniu izotermicznym; CTPc - anizotermiczne przy chłodzeniu ciągłym

a) CTPi Na wykresach izotermicznych są podawane linie początku i końca przemiany austenitu w perlit, banit

I martenzyt w zależności od czasu τ (oś odciętych) przy stałej temperaturze t (oś rzędnych). Czas rozpoczęcia i zakończenia każdej przemiany odczytuje się z wykresu przez zrzutowanie na oś punktów przecięcia krzywych początku i końca przemiany przez prostą odpowiadającą danej temperaturze. Od góry wykres jest ograniczony linią dołu linią Ms (początek przemiany martenzytycznej); od dołu linią Mf (koniec przemiany martenzytycznej ).

Wykresy te są wykorzystywane do określania temperatury i czasu wygrzewania podczas wyżarzania izotermicznego oraz wychładzania w kąpieli solnej przy hartowaniu izotermicznym lub stopniowym.

b) CTPc Charakteryzują przemiany austenitu przechłodzonego przy chłodzeniu z różnymi szybkościami. Temperatury początku i końca poszczególnych przemian i odpowiadające im czasy odczytuje się przez rzutowanie odpowiednio na osie temperatury (oś rzędnych) lub czasu (oś odciętych) punktów przecięcia krzywych szybkości chłodzenia z krzywymi początku i końca przemiany. Wykresy CTPc różnych stali umożliwiają również określenie dla nich szybkości krytycznej υk , czyli najmniejszej szybkości chłodzenia z temperatury austenityzowania zapewniającej uzyskanie struktury wyłącznie martenzytycznej. Na wykresie CTPc szybkość krytyczna jest linią chłodzenia przebiegającą stycznie do krzywej początku przemiany austenitu w punkcie najmniejszej trwałości austenitu przechłodzonego.

Krytyczna prędkość chłodzenia tj. interpretuje się jako prędkość zabezpieczającą przed wystąpieniem przemian dyfuzyjnych , które zachodzą w wyższych temp. Niż przemiana martenzytyczna i rozkładają austenit umożliwiają jego przemianę w martenzyt.

Jakie ośrodki chłodzenia stosuje się do hartowania stali ? - Do hartowania stosuje się najczęściej ośrodki ( wg malejącej intensywności chłodzenia ) : woda z NaCl lub NaOH , woda, olej, mgła wodna , sprężone powietrze , wolne powietrze. Ośrodki chłodzenia umożliwiają różne szybkości chłodzenia przy różnych temp. Właściwy ośrodek dobiera się pod kątem zapewnienia prędkości chłodzenia większej od krytycznej; nie może jednak wywoływać rys i pęknięć. Najbardziej energiczne ośrodki stosuje się w przypadku hartowania stali węglowych niekiedy stosuje się dwa ośrodki chłodzenia (woda do oleju) co pozwala na uzyskanie dużej twardości na powierzchni a jednocześnie na zmniejszenie naprężeń i pęknięć. Stosowane są kąpiele chłodzące do hartowania stopniowego izotermicznego.

Jakie zmiany strukturalne następują podczas odpuszczania stali? -Celem odpuszczania jest zmiana struktury i właściwości materiału w kierunku poprawy ciągliwości i zmniejszenia kruchości kosztem obniżenia twardości oraz usunięcia występujących po hartowaniu naprężeń własnych. Podczas odpuszczania martenzyt jako przesycony roztwór stały podlega przemianom zależnym od temperatury. W zakresie temperatur 80 - 250°C przemiana polega na wydzieleniu węgla w postaci węglika ε o składzie zmiennym od Fe2 C do Fe2,3C. Rezultatem jest stopniowy zanik tetragonalności sieci martenzytu oraz związanych z tym naprężeń. Od około 150°C węglik ε i cementytu, zwana martenzytem odpuszczonym. Jednocześnie na skutek zaniku tetragonalności martenzytu i zmniejszenia naprężeń ściskających austenit szczątkowy (jeżeli jest) ulega przemianie w martenzyt odpuszczony. W temperaturze około 400˚C otrzymujemy mieszaninę nieprzesyconego ferrytu i cementytu. W zakresie temperatury od 400 - 650˚C wydzielenia cementytu przyjmują postać kulistą, a ich wymiary ulegają zwiększeniu. Przemiany te prowadzą do utworzenia struktury dwufazowej, zwanej sorbitem, będącej mieszaniną ferrytu i cementytu o dyspersji zmniejszającej się ze wzrostem temperatury. Twardość sorbitu w zależności od składu chemicznego stali i warunków odpuszczania wynosi od 20 - 45 HRC. Strukturę uzyskaną przez wygrzewanie w temperaturze ok. 700˚C nazywamy sferoidytem ( cementytem kulkowym na tle ferrytu).

Jaki jest cel i jak się przeprowadza odpuszczanie stali -Odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanego elementu do temp. poniżej A1,zwykle jednak nie wyższej niż 550 ºC. Czas na ogół nie przekracza 2 godzin. Niekiedy stosuje się trzykrotne odpuszczanie po 1 h. . Głównym celem jest poprawa ciągliwości materiału i zmniejszenie naprężeń, chociaż następuje to kosztem obniżenia jego twardości. Odpuszczanie może być niskie (temp. 100 - 250 ºC), średnie (250 - 450 ºC), wysokie (450 - 600 ºC0. Odpuszczaniu niskiemu poddaje się głównie narzędzia, wyroby nawęglane i hartowane powierzchniowo oraz łożyska, średniemu - resory i sprężyny, wysokiemu - stale konstrukcyjne i stale narzędziowe do pracy na gorąco.

Co to jest ulepszanie cieplne? -Jest to obróbka cieplna polegająca na zahartowaniu i średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. Prowadzi ono do uzyskania najlepszej kombinacji wytrzymałościowych i plastycznych. Twardość i wytrzymałość spadają, ale ciągliwość rośnie. Udarność jest bardzo wysoka, a stosunek Re/ Rm osiąga maksymalną wartość. Jedynym problemem może być kruchość odpuszczania II rodzaju ( odwracalna ) , która może wystąpić w przypadku powolnego chłodzenia stali stopowych po odpuszczaniu.

Na czym polega utwardzanie wydzieleniowe stopów? -Polega na wydzielaniu w stanie stałym dyspersyjnych faz, które blokują ruch dyslokacji, umacniają stop, tj. zwiększa się jego wytrzymałość i twardość, a maleje ciągliwość. Może być stosowane wyłącznie w stopach, w których istnieje zmienna rozpuszczalność składników z temperaturą (malejąca z jej obniżaniem). 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 (solvus) i szybkie oziębianie w wodzie. 2.Starzenia, polegającego na wytrzymaniu przesyconego elementu przy temperaturze pokojowej (starzenie naturalne i samorzutne) lub podwyższonej ( starzenie przyśpieszone lub sztuczne) przez okres czasu potrzebny do wydzielania dyspersyjnych cząstek.

Stopy do utwardzania wydzieleniowego : stopy żelaza zawierające więcej niż 50% dodatków stopowych - nadstopy; stopy wysokożarowytrzymałe; stale chromowo - niklowe odporne na korozję, stale odporne na ścieranie tzw. stal Hadfielda; niskowęglowe stopy żelazo - niklowe typu „maraging”, staliwa stopowe chromowo-niklowo-manganowe, , stale zaworowe (krzemowo -chromowe o strukturze austenitycznej), stopy metali nieżelaznych: stopy aluminium z miedzią, stopy Al. z Mg i Cu nazywane duraluminium , stopy Al. z Zn ; miedzionikle: krzemowo - manganowy i aluminiowy; brązy :berylowe, krzemowe.Wyżarzanie Ujednoradniające Polega na nagrzaniu do temperatury 1000-1250 °(niższej od temperatury solidusu 0 100-200°C), wygrzaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem. Ma na celu usunięcie lub zmniejszenie niejednorodności składu chemicznego na drodze dyfuzji. Wygrzanie musi być stosunkowo długie, gdyż procesy dyfuzyjne przebiegają wolno, w zależności od wielkości przedmiotu. Stosowane jest do wlewków lub odlewów ze stali wysokostopowych.

Wyżarzanie rekrystalizujące Polega na nagrzaniu uprzednio zgniecionej stali do temperatury wyższej od temp. rekrystalizacji (która odbywa się zazwyczaj w temperaturze 600-700°C), w zależności od gatunku stali i wielkości zgniotu, wytrzymaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem z dowolną szybkością. Ma ono na celu usunięcie skutków zgniotu i przywrócenie plastyczności.

Wyżarzanie zupełne Polega na nagrzaniu do temperatury 30-50°C powyżej temperatury Ac3 - Accm ( czyli powyżej linii GSE), wygrzaniu w tej temperaturze i bardzo wolnym chłodzeniu np. w piecu (lub popiele, powietrzu). Obróbka ta ma na celu uzyskanie jednorodnej struktury drobnoziarnistej, przez co zmniejszenie twardości, naprężeń wewnętrznych oraz zwiększenie ciągliwości.

Wyżarzanie perlityzujące Polega na ochłodzeniu stali do temperatury niższej od temp. Ar1 (738ºC), tak aby nastąpiła przemiana perlityczna. Następnie podgrzewa się stal do temp. austenityzowania (30-50ºC powyżej Ac3 912ºC)

celem zahartowania. W wyniku perlityzowania uzyskuje się rozdrobnione ziarna austenitu, a to zwiększ dyspersję martenzytu.

Wyżarzanie sferoidyzujące Polega na nagrzaniu stali do temp. zbliżonej do Ac1 (738ºC), wygrzaniu w tej temp.z następnym ostudzeniem. Czas wygrzewania powinien być stosunkowo długi i powinien wynosić od kilku do kilkudziesięciu godzin. Celem jest zmniejszenie twardości i uzyskanie większej plastyczności, ułatwia skrawanie(otrzymujemy sferoidyt). Stosuje się do stali o zawartości powyżej 0,5%C.

Wyżarzanie izotermiczne Polega na nagrzaniu stali do temp. 35-50 ºC powyżej temp. Ac3- Accm ( powyżej linii GSE), wygrzaniu w tej temp. , następnie wolnym lub przyśpieszonym, chłodzeniu poniżej temp. Ar1 (738ºC) aż do uzyskania struktury perlitycznej. Celem jest uzyskanie mniejszej twardości, większej plastyczności (co ułatwia skrawanie). Stosuje się do stali wysokowęglowych, stopowych . Trwa 2-3 razy krócej od w. zupełnego.

Wyżarzanie odprężające Polega na nagrzaniu stali do temp. poniżej Ac1 (zwykle 650ºC), wygrzaniu przy tej temp. z powolnym chłodzeniem. Celem jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych nie powodując przy tym zmiany struktury stali. Stosuje się do odprężania odlewów staliwnych i elementów spawanych.

Co to jest hartowność stali ? -Hartownością nazywamy zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej a takż zdolność stali do utwardzania w procesie hartowania w stopniu zależnym od szybkości chłodzenia. Z hartownością wiążą się następujące cechy: głębokość hartowania, max twardość uzyskiwana na powierzchni , skłonność do tworzenia rys i pęknięć.

O hartowności stali współdecydują: Utwardzalność - mierzona największą możliwą do uzyskania twardością przy danych warunkach austenityzowania zależy ona głównie od węgla w austenicie; Przehartowalność - mierzona głębokością utwardzenia przy określonej szybkości chłodzenia przehartowalność zwiększa się przy wzroście stężenia węgla i dodatków stopowych w roztworze stałym.

Do pierwiastków najbardziej zwiększających hartowność stali zaliczamy : mangan, molbden, chrom, bor - 0,003% .

Kryteria hartowności -Są dwa kryteria hartowności. Pierwsze dotyczy pojęcia warstwy zahartowanej. Ponieważ w miarę wzrostu odległości od powierzchni stopniowo zmniejsza się ilość martenzytu, a wzrasta ilość struktur typy dyfuzyjnego (banitu i perlitu), zachodzi konieczność ustalenia, co rozumie się przez warstwę zahartowaną. Ustalono tzw. kryterium półmartenzytyczne, zgodnie z którym za strefę zahartowaną uważa się strefę w której znajduje się co najmniej 50 % martenzytu. Drugie kryterium stanowi średnica krytyczna (Dk) , tj. największa średnica pręta zahartowanego na wskroś ( w jego środku powinno się znajdować 50 % martenzytu). Aby stworzyć kryterium hartowności niezależnie od szybkości chłodzenia, przyjęto pojęcie idealnej średnicy krytycznej (Dk). Jest to największa średnica pręta zahartowanego na wskroś w hipotetyczny

Jak się określa hartowność w próbie od czoła: Punktem wyjścia jest wykonanie próbki cylindrycznej φ 25x 100 mm. Próbkę poddaje soę austentyzowniu i hartuje chłodząc od czoła natryskiem wodyw specjalnym urządzeniu. Po ochłodzeniu próbkę zeszlifowuje się po 0,4 + 0,5 mm wzdłuż przeciwległych tworzyw , po czym dokonuje się pomiaru twardości aparatem Rockwella na skali C. Wyniki pomiarów nanosi się na wykres zależności twardości od odległości od czoła . Za pomocą wykresu określa się odległość od czoła , która jest podstawą do określenia średnicy lub idealnej średnicy krytycznej za pomocą nomogramu .

Na czym polega określanie hartowności metodą obliczeniową ( Grossmana) ? -Istotą metody jest liczbowe ujęcie wpływu składu chemicznego stali i wielkości ziaren austenitu na jej hartowność. Najpierw oblicza się podstawową średnicę krytyczną zależną od zawartości węgla oraz wielkości ziarna . Jest ona proporcjonalna do % C. Następnie wyliczoną idealną średnice krytyczną mnoży się przez współczynniki hartowności poszczególnych pierwiastków stopowych o ogólnej postaci f=1 + ax a- stała empiryczna uwzględniająca siłę wpływu danego pierwiastka , ax - koncentracja danego pierwiastka stopowego w % mas.

Od czego zależy średnica krytyczna ? - Średnica krytyczna zależy od właściwości stali i intensywności chłodzenia. Pierwszy czynnik ma ścisły związek z krytyczną prędkością chłodzenia , a więc te czynniki , które przesuwają krzywą początku dyfuzyjnego rozkładu austenitu na wykresie CTP w prawo sprzyjają wzrostowi hartowności. Są to pierwiastki stopowe zawarte w stali , gruboziarnistość austenitu (mała powierzchnia granic ziarna, gdzie powstają zarodki przemiany dyfuzyjnej)i jego jednorodność. Drugi czynnik ma związek z warunkiem osiągnięcia krytycznej prędkości chłodzenia w rdzeniu hartowanego elementu. Stosowanie bardziej energicznych ośrodków chłodzących pozwala na uzyskanie tej prędkości w środku grubszych elementów , ale grozi to powstaniem rys i pęknięć na powierzchni. Stosowanie ośrodków chłodzących o większej intensywności chłodzenia prowadzi do wzrostu hartowności w ograniczonym zakresie ze względu na naprężenia. m ośrodku o nieskończenie dużej intensywności chłodzenia.

Obróbka cieplna -Jest to zestaw odpowiednio dobranych zabiegów cieplnych, które prowadzą do zmiany w stanie stałym właściwości stali (lub innych stopów). Zmiany te związane są z przemianami fazowymi, których efektem jest zmiana struktury w wyniku zmian temperatury, czasu oraz działania ośrodka.

Zabieg cieplny i operacja obróbki cieplnej: Zabiegiem cieplnym nazywamy część operacji (np. nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie). Operacja obróbki cieplnej jest to część procesu technologicznego (np. wyżarzanie lub hartowanie). Stanowi cykl zmian temp. obejmujący zabiegi nagrzewania, wygrzewania, chłodzenia. Operacja o. c. Może być przedstawiona na wykresie w układzie temperatura - czas. Poszczególne operacje o. c. Różnią się szybkością nagrzewania lub chłodzenia, czasem i temperaturą wygrzewania.

Jak austenit szczątkowy wpływa na własności stali ? -Austenit szczątkowy odgrywa rolę głównie w stalach narzędziowych , nawęglanych i łożyskowych , gdyż zawierają one stosunkowo dużo węgla i pierwiastków i są nisko odpuszczane ( austenit szczątkowy wówczas się nie rozkłada ) . Austenit szczątkowy obniża twardość zahartowalność stali , gdyż w przeciwieństwie do martenzytu jest miękki. Nie znaczy to , że jest on jednoznacznie fazą szkodliwą. Zwiększa on odporność stali na ścieranie i powierzchniową wytrzymałość zmęczeniową oraz zmniejsza skłonność stali do kruchego pękania. Wadą jest natomiast zwiększanie skłonności do pęknięć szlifierskich oraz powodowanie niestabilności wymiarowej i obniżenie odporności korozyjne.

Wymień podstawowe przemiany fazowe zachodzące w stalach? -Są cztery podstawowe przemiany zachodzące w stalach. Dwie przebiegają przy nagrzewaniu. Jest to przemiana perlitu w austenit, która ma miejsce przy austenityzowaniu i przemiana martenzytu w perlit ( ściślej w mieszaninę ferrytu i węglików), która zachodzi przy odpuszczaniu. Dwie pozostałe z chłodzeniem stali ; są to przemiana austenitu perlit (dyfuzyjna) i przemiana austenitu w martenzyt (bezdyfuzyjna ).

Jaki jest cel przegrzania stali o 30-50ºC ponad (Ac3 - Acm) przy austenityzowaniu? -Linia w zakresie temperatur Ac3-Acm jest linią między mieszaniną ferrytu i austenitu oraz czystym austenitem. Stąd wniosek, że na tej linii szybkość przemiany ferrytu w austenit jest bardzo mała. Przegrzanie stali powyżej tej linii zwiększa siłę napędową przemiany i zachodzi ona znacznie szybciej. Dlatego też przegrzewając stal o 30-50ºC ponad tą linię (GOS) możemy uzyskać strukturę austenityczną po krótszym czasie, eliminując ujemne skutki długotrwałego wygrzewania stali (utlenianie, odwęglenia, zużycie energii)

---