Austenityzowanie (perlit->austenit) - celem jest otrzymanie możliwie jednorodnego oraz drobnoziarnistego austenitu co wpływa z kolei na przebieg przemian podczas chłodzenia.
Etapy:-przegrzanie o T-powstanie zarodków austenitu na granicy międzyfazowej-rośnięcie zarodków-ujednorodnianie ziaren austenitu Na szybkość przemiany wpływa:-szybkość nagrzewania, wartość przegrzewania T, szybkość dyfuzji atomów C-budowa perlitu (szybciej dla drobnych płytek, wolniej dla cementytu kulkowego).
Proces rozrostu ziaren austenitu:-najpierw ziarna są bardzo drobne-zwiększenie temp lub czasu nagrzewania (-rozrost ziaren) (stale gruboziarniste -rozrost natychmiastowy, stale drobnoziarniste -wydzielenia innych faz hamują rozrost ziaren
Przemiana dyfuzyjna austenit-perlit:-przemiana eutektoidalna przechłodzonego austenitu (-izotermiczne przegrzewanie, -ciągłe chłodzenie)- powstawanie zarodków dwufazowych
Kinetyka przemiany austenit -> perlit: Krzywa kinetyki przemiany: -charakterystyczny kształt litery S,-występuje okres inkubacji, -chwilowa szybkość przemiany zależy od stopnia zaawansowania przemiany
Przemiana martenzytyczna -bezdyfuzyjna przemiana alotropowa austenit ->ferryt (A1->A2) (ta sama koncentracja węgla, chłodzenie z szybkością większą niż krytyczna)
-przebudowa sieci RSC -> RPC w wyniku niewielkich przesunięć płaszczyzn atomowych w stosunku do pewnych płaszczyzn niezmiennych nazywanych habitu -koherentna granica między płatkami martenzytu a austenitu -przemiana termiczna-wymaga ciągłego obniżania temp. Przemiana ta nie zachodzi nigdy do końca, po przekroczeniu temp Mf zostaje niewielka ilość austenitu nieprzemienionego. Ilość austenitu szczątkowego zależy od szybkości chłodzenia.
Wpływ zawartości C na przebieg przemiany , budowe i właściwości martenzytu:
-martenzyt przesycony C charakteryzuje się zdeformowana siecia RPC,-Wpływ zawartości węgla na temp.:(do około 0,4-0,5% temp Mf znajduje się poniżej temperatury pokojowej, -dokończenie przemiany jest możliwe dopiero w temp ujemnych)-duża twardośc oraz nieodkształcalność (odpowiednia duża zawartość węgla), -umocnienie roztworowe (silne przesycony węglem roztwór stały), -umocnienie zgniotowi, -umocnienie granicami ziaren
Przemiana bainityczna: łączy w sobie cechy przemiany bezdyfuzyjnej i dyfuzyjnego przemieszczenia węgla. Zachodzi przy przechłodzeniu stali do temp w zakresie 450-200. W wyniku przemiany powstaje bainit, czyli mieszanka ferrytu przesyconego węglem i dyspersyjnych węglików. Od temperatury przemiany zależą: -przesycenie ferrytu, -przebieg przemiany, -morfologia struktury
Charakterystyczne cechy przemiany bainitycznej: -wykazuje okres inkubacji -zarodkuje w mikroobszarach uboższych w węgiel -wzrost bainitu kontrolowany jest dyfuzją węgla -w mikroobszarach bogatszych w węgiel wydzielają się węgliki -mechanizm przebiegu przemiany zależy od temperatury -produktem przemiany jest ferryt bainityczny oraz cementyt lub węglikWłaściwości bainitu górnego (struktura niekorzystna):-wytrzymałość oraz twardość podobna do struktur perlitycznych,-gorsza ciągliwość Bainit dolny: -wytrzymałość i twardość wyższa niż struktur perlitycznych -lepsza ciągliwość niż bainitu górnego
Przemiana perlityczna - zachodzi po ochłodzeniu austenitu nieznacznie poniżej temperatury Ar1 W jej wyniku z austenitu powstaje mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu i cementytu zwana perlitem Im większe przechłodzenie T tym mniejsza odległość międzypłytkowa w perlicie.
Przemiana perlityczna w stalach nieeutektoidalnych: -w stopach w warunkach nierównowagi (znaczne przechłodzenie) tworzy się perlit drobnopłytkowy o zawartości węgla odbiegającej od 0,77% (quasi-eutektoid) -zjawisko sztucznego zwiększania udziału perlitu w strukturze wykorzystywane jest np. w niskospawalnych stalach konstrukcyjnych
-po przechłodzeniu do temp. Tq nawet w stalach o małej zawartości C powstaje sam drobnopłytkowy quasi-perlit -w stalach zaeutektoidalnych zjawisko to może wykorzystać do likwidacji Fe3CII
Cechy przemiany perlitycznej w warunkach nierównowagi:- przemiana dyfuzyjna (T ->zarodek -> rośnięcie zarodka)- wykazuje okres inkubacji, w którym następuje dyfuzja węgla w austenicie- produktem przemiany jest płytkowa mieszanina ferrytu i cementytu- zarodki perlitu powstają na granicach ziaren i austenitu i wrastają w metastabilny austenit- może zachodzić w warunkach izotermicznych oraz podczas ciągłego chłodzenia- przebiega do końca- im większe przechłodzenie tym drobniejsze płytki perlitu
Martenzyt listwowy - powstaje we wszystkich niemal stopach żelaza z pierwiastkami stopowymi i cechuje się dużą gęstością dyslokacji wewnątrz kryształów wykazujących najczęściej komórkową podstrukturę dyslokacyjną . Pojedynczy kryształ ma kształt listwy, a układają się one względem siebie tworząc tzw. Pakiety. Sąsiednie listwy wykazują granice niskokątowe lub bliźniacze, a pakiety między sobą tworzą granice szerokokątowe.
Martenzyt płytkowy - powstaje w nielicznych stopach żelaza w ściśle określonych zakresach stężeń pierwiastków stopowych. Krysztaly kształt mają zbliżony do soczewek o powierzchni w różnym stopniu nieregularnej. Wielkość płytek jest zróżnicowana. Wzrost płytki kończy się na wadach struktury austenitu lub na sąsiednich, wcześniej utworzonych płytkach martenzytu.
Właściwości w I,II,III,IV stadium odpuszczania++
stadium pierwsze - do ok. 200º C-struktura: martenzyt odpuszczania(mieszanina lekko przesyconego iglastego ferrytu+ koherentne wydzielenia węglika+ austenit szczątkowy -właściwości: Rm, R0,2, HRC nadal pozostają wysokie- malejące umocnienie roztworowe zastępowane przez nowe umocnienie wydzieleniowe
-ciągliwość (A,K,Z) nadal niewielka, ale zdecydowanie wyższa niż martenzytu hartowania,
stadium drugie- ok. 200-300º C -objętość rośnie, zanika austenit szczątkowy -struktura nadal martenzytu odpuszczania (mieszanina jeszcze mniej przesyconego iglastego ferrytu + koherentne wydzielenia węglika [ε]-właściwości: Rm, R0,2, HRC - lekko maleją (wyższa temperatura, mniej przesycony ferryt, mniejsza dyspersja węglika)-udarność (K) - od około 250º C zaczyna spadac (nieodwracalna kruchosc odpuszczania) przypuszczalnie jest to spowodowane prawie ciagłą otoczka weglika wzdluz bylych ziaren austenitu
*stadium III- ok. 300-400-objętość maleje, zanika przesycanie ferrytu, zarodkuje cementyt-struktura: troostyt odpuszczania (martenzyt srednio odpuszczony- mieszanina iglastego, pomartenzytycznego ferrytu + niekoherentne ziarna cementytu)-właściwości: Rm, R0,2, HRC szybko maleja, jednak ich wartosci pozostaja dosc wysokie-ciagliwosc (K,A,Z): wolno rosnie, jednak jej wartosci sa nadal stosunkowo niskie.
stadium IV ok. 400-ziarenka cementytu koaguluja, czyli staja się widoczne przy powiekszeniach mikroskopu optycznego, rekrystalizacja zgniotu fazowego-struktura do ok. 650- sorbit odpuszczania od 650 - po dlugim wyzarzaniu sferoidyt-właściwości sorbitu odpuszczania: Rm i R0,2 zdecydowanie wyzsze niż dla stanu przed hartowaniem, ciagliwosc wyzsza niż dla stanu poczatkowego, twardosc umozliwia stosunkowo latwe skrawanie
Odpuszczanie niskie 150- 250C- martenzyt odpuszczania twardość 58-63hrc. Zmniejszenie naprężeń hartowniczych poprzez zmianę struktury oraz relaksację naprężeń- zachowanie wysokiej twardości i wytrzymałości, ale bardzo mała ciągliwość - zastosowanie: gdy wymagamy dużej twardości i odporności na ścieranie oraz godzimy się na niewielkąciągliwość
Odpuszczanie średnie 350-400C- troostyd odpuszczania zwykle 40-50hrc. Zapewnia wysokąjeszcze wytrzymałość (rm,r0,2, rspr)- wzrost ciągliwości nie jest duży ale często już zadowalający- zdecydowanie zmniejszenie twardości ale jeszcze trudna skrawalność.-Zastosowanie:, gdy wymagamy znacznej granicy sprężystości oraz godzimy się na małą ciągliwość
Odpuszczanie wysokie >500-650C- sorbit odpuszczenia zwykle 23-35hrc.najlepsze skojarzenie własności wytrzymałościowych oraz ciągliwości.-Hartowanie +wysokie odpuszczanie nosi odrębną nazwę ulepszanie cieplne
Wyżarzanie zupełne stali przedeutektoidalnej:
-chłodzenie: bardzo wolne, -zmiany struktury: -uzyskanie struktury równowagowej, ujednolicenie struktury na przekroju przedmiotu,-zwykle pewne rozdrobnienie ziarn ferrytu.-Zmniejszenie dyspersji perlitu. Zmiana właściwości: -obniżenie twardości oraz wytrzymałości zmniejszenie naprężeń własnych, -polepszenie ciągliwości, -podwyższenie obrabialności.
Wyżarzanie normalizujące stali przedeutektoidalnych
-chłodzenie stosunkowo szybkie, -zmiany struktury: -uzyskanie struktury nierównowagi ale w zakresie przemiany dyfuzyjnej, -silne rozdrobnienie ziarna ferrytu, -zwiększenie dyspersji perlitu(rośnie twardość), -zwiększenie ilości perlitu oraz zmniejszenie ilości ferrytu. Zmiany właściwości: -podwyższenie twardości oraz wytrzymałości, -zwykle tylko niewielkie obniżenie ciągliwości przeciwdziała temu drobne ziarno ferrytu, -pogorszenie obrabialności
wyżarzanie zupełne i normalizujące w stalach zaeutektoidalnych: -wyżarzanie zupełne prowadzi do siatki cemętytu drugorzędnego. Narmalizowanie: -pozwala zgubić siatkę cemętytu, -utrudnia obrabialność
Wyżarzanie sferidyzujące (zmiękczające): teoretycznie dostatecznie długie wygrzewanie w temperaturze tuż poniżej A1, -w praktyce nagrzewanie stali do temperatury tuż nad Ac1 oraz wykorzystanie niejednorodnego austenitu z cząstkami nierozpuszczonego cemętytu, -stosowane są różne sposoby skrucenia czasu zabiegu: -wyżarzanie wahadłowe ,-wyżarzanie z przemianą izotermiczną, -zastosowanie: -obowiązkowe dla stali zaeutektoidalnych
Wyżarzanie rekrystalizujące: -celem jest usunięcie skutków odkształcenia plastycznego na zimno, -skutkiem są drobne ziarna przywrócenie pierwotnej plastyczności
Obrubka powierzchniowa.-stosowana wówczas gdy wymagamy od przedmiotu wysokiej twardości i odporności na ścieranie oraz jednocześnie zapewnienia odpowiednio wysokiej ciągliwości przedmiotu- jest to niemożliwe do spełnienia poprzez klasyczne hartowanie objętościowe oraz odpuszczanie. Zrealizowanie tych pozornie sprzecznych celów umożliwia obróbka powierzchniowa
Hartowanie powierzchniowe ideą jest osiągnięcie jak najwyższej twardości oraz odporności na ścieranie na powierzchni oraz zachowanie odpowiednio ciągliwego rdzenia,- zabieg ten polega na szybkim nagrzaniu do struktury austenitu tylko warstwy powierzchniowej przedmiotu oraz następnie szybkim chłodzeniu
Wpływ pierwiastków stopowych na przemiany odpuszczenia: -przemiany w temp <ok450C podobnie jak w stalach niestopowych możliwy jest ruch dyfuzyjny tylko atomów C, -atomy pierwiastków stopowych (M) powodują tylko opóźnienie i spowolnienie przemian, -szczególnie duży jest wpływ na rozpad austenitu szczątkowego, -powstaje cementyt stopowy wbudowując w siebie atomu M zawarte w osnowie, -Si najsilniej podnosi temperaturę przemiany węglika e w cementyt nawet >450C
-przemiana w temp >450C przebiega inaczej (z udziałem ruchu dyfuzyjnego dyfuzyjnego), -cementyt pozbywa się atomów niechcianych oraz wciąga węglikotwórcze, -proces ten utrudnia i opóźnia koagulację cementytu stopowego, -pierwiastki silniej węglikotwórcze niż Fe oraz Mn tworzą węgliki stopowe: -przez przemianę In situ zastępują cząstki cementytu, -przez zarodkowanie niezależne nowy węglik powstaje niezależnie od istniejącego cementytu, -austenit szczątkowy mimo zmniejszenia zawartości C oraz M przemienia się często dopiero w trakcie chłodzenia w martenzyt który wymaga kolejnego odpuszczenia