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.

E 1148º

912ºC

G

S 738ºC

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.

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.

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

m ośrodku o nieskończenie dużej intensywności chłodzenia.

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.

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)

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).

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.

---