27.03.2007

Wykład 6

Do wytworzenia stali potrzebujemy surówkę odlewniczą (1 - 3% krzemu, 0,5 - 2% manganu, zanieczyszczenia takie jak: fosfor - 1,5%, siarka - 0,05%). Surówkę odlewniczą otrzymujemy z rud, wytwarzane są w procesach wielkopiecowych. Do wytworzeniu 1 tony surówki potrzebujemy 2 - 3 ton rudy, 1 tonę koksu, 6 ton powietrza.

Wielki piec hutniczy ma wysokość od 20 do 40 m.

Żeby wytworzyć stale przerabiamy surówki w procesach metalurgicznych. Taką surówkę wlewamy do konwektora tlenowego. Następuje w nim wypalanie węgla i krzemu oraz zanieczyszczeń do poziomu, jaki jest potrzebny w stali.

Proces wypalania węgla trwa od 15 do 20 minut. Potem wlewamy stal, która przyjmuje postać wlewków. Mogą mieć różne wymiary, w skrajnych przypadkach kilkaset ton.

Potem stosujemy obróbkę plastyczną.

Drugą metodą produkowania stali jest ciągłe odlewanie. Stal ciągle jest odlewana. Nie jest wlewana do wlewki, tylko do wlewnicy (ciekła stal). W niej następuje proces krystalizacji i przesuwanie powstającego wlewka.

Jeżeli chcemy otrzymać stal o bardzo dużej czystości musimy ją przetopić w łuku elektrycznym.

Wlewki o różnym składzie poddawane są wyżarzaniu ujednoradniającemu, które ma na celu ujednolicenie składu.

Obróbkę plastyczną dzielimy na:

• Obróbkę na zimno (poniżej temperatury rekrystalizacji)

• Obróbkę na gorąco (powyżej temperatury rekrystalizacji)

Odkształcenie plastyczne zachodzi dzięki poślizgowi dyslokacji.

System łatwego poślizgu to kombinacja płaszczyzny i kierunku poślizgu.

Odkształcenie plastyczne wywołuje zmiany w strukturze, które powodują zmiany własności fizycznych i mechanicznych.

Bliźniakowanie polega na jednorodnym ścinaniu wektora Bliźniakowanie kolejnych warstw atomów w płaszczyźnie Bliźniakowanie.

Miedź polikrystaliczne potrzebuje większego naprężenia do odkształcenia plastycznego - wynosi ono ok. 25 MPa.

W materiale polikrystalicznym jest więcej ziaren, które mają swoje poślizgi. Każde ziarno ma inną budowę krystalograficzną, dlatego każde inaczej się odkształca. Należy pokonać opory tarcia sieci, ziarna muszą przesuwać się względem siebie.

Zgniot - to zmiana przekroju wywołana odkształceniem plastycznym

Odkształcenie plastyczne na zimno

Jeśli chcemy zwiększyć własności wytrzymałościowe możemy zastosować obróbkę plastyczną na zimno.

Proces wyżarzania rekrystalizującego prowadzony jest w temperaturze wyższej niż zależy ona od temperatura rekrystalizacji. Zależy ona od temperatury zgniotu.

Po procesie rekrystalizacji zmienia się struktura, pojawiają się nowe ziarna.

Po obróbce plastycznej na zimno mamy odkształcone ziarna. Własności mechaniczne stają się anizotropowe. Jeżeli stosujemy wyżarzanie rekrystalizujące zmianie ulega struktura.

Na skutek wyżarzania rekrystalizującego zmieniają się własności wytrzymałościowe.

Jeśli chcemy otrzymać lepsze własności wytrzymałościowe stosujemy wyżarzanie odprężające, które usuwa naprężenia.

Temperatura rekrystalizacji w przypadku stali niskowęglowych wynosi ok. 500°C. Wyżarzanie rekrystalizujące stosuje się w temperaturze 50°C - 200°C wyższych od rekrystalizacji. Wyżarzanie odprężające prowadzone jest w temperaturze 400 - 450°C

Jeśli mamy materiał wielofazowy nie możemy go odkształcać na zimno. Jest zbyt wytrzymały. Odkształcamy go na gorąco od 130 HB.

Odkształcenie na zimno staje się utrudnione, ponieważ materiał staje się twardszy.

W obróbce na gorąco nagrzewamy materiał i obrabiamy go plastycznie.

Temperatura obróbki na gorąco wynosi 0,6 - 0,9 temperatury topnienia, przy czym należy unikać zbyt wysokich temperatur ze względu na strukturę gruboziarnistą. Dolną temperaturę ogranicza wzrost doboru plastyczności, które objawia się niedokładnym wypełnieniem matrycy kuźniczej. Obróbka na gorąco wymaga stosowania dużych naddatków.

Obróbka plastyczna na gorąco nie umacnia materiału.

Inną metodą kształtowania materiału jest metoda cieplna lub cieplnochemiczna. Na ich skutek następują zmiany struktury, które powodują zmiany właściwości.

Etapy:

• Nagrzewanie (ciągłe lub stopniowe)

• Utrzymywanie w stałej temperaturze

• Chłodzenie z odpowiednią szybkością

Proces chłodzenia decyduje o zachodzących przemianach.

Obróbka cieplna zwykła

Inne rodzaje obróbki cieplnej metali

Obróbka plastyczna na przykładzie stopów żelaza z węglem

Jeśli nagrzewamy perlit do temperatury austenitu, to następuje zmiana struktury. Prowadzi ona do rozdrobnienia struktury.

Feα Feγ

Otrzymane ziarna austenitu są mniejsze. Ziarna austenitu są mniejsze. Ziarna austenitu podgrzewane rozrosną się. Nagrzewamy do temperatury 30 - 50°C powyżej linii A₁, A_1,3. Gdy ochłodzimy gruboziarnisty austenit otrzymamy gruboziarnisty perlit.

Prze niewielkiej szybkości chłodzenia austenitu otrzymamy perlit, przy zwiększeniu szybkości otrzymamy bainit, a przy bardzo szybkim - martenzyt.

Przemiana perlityczna - temperatura 727° - 500°C. Powstaje perlit (na przemian nałożone płytki ferrytu i cementytu). Charakter dyfuzyjny zarodkowanie płytek cementytu, możliwe na skutek obniżenia zawartości węgla w austenicie.

Austenicie zależności od szybkości chłodzenia perlit może mieć różną strukturę.

Austenit przechłodzony - nie zaczyna się przekształcać w daną strukturę.

Im mniejsze ziarna perlitu, tym większa wytrzymałość.

Przemiana bainityczna - zachodzi przy większym przechłodzeniu austenitu 450 - 250°C. Efekt - struktura nazywana bainitem.

Bainit to przesycony węglem ferryt z wydzieleniami węglików. Wyróżniamy:

• Bainit dolny (250°C)

• Bainit dolny (450°) - większe własności wytrzymałościowe od górnego

Struktura bainityczna bardziej wytrzymałościowa od struktury perlitycznej.

Przemiana martenzytyczna (poniżej 200°C)

Martenzyt

Martenzyt - przesycony roztwór stały węgla w żelazie α. Przesycenie to powoduje, że martenzyt staje się bardzo wytrzymały.

Szybkość przemiany martenzytyczne porównuje się z szybkością dźwięku. Austenit zmienia się w martenzyt, któremu powiększa się objętość. Pojawiają się większe naprężenia.

Przy dużych zawartościach węgla przemiana, martenzytyczna nie będzie zachodzić do końca.

Jeżeli zajdzie do końca to w materiale pozostają szczątkowe ilości austenitu. Zależy ona od zawartości węgla w stali.

47

τ

HB

R_m

R_e

A

Z

K_c

Wyżarzanie

Hartowanie i odpuszczanie

Przesycanie i starzenie

Z przemianą alotropowa

Bez przemiany alotropowej

- ujednolicające

- normalizujące

- zupełne

- zmiękczające

- izotermiczne

- rekrystalizujące

- odprężające

- stabilizujące

Hartowanie

Odpuszczanie

- martenzytyczne

- balnityczne

- objętościowe

- powierzchniowe

- utwardzalne

- cieplne

- utwardzanie

- wydzielenia

Obróbka cieplno - chemiczna

Obróbka cieplno - magnetyczna

Dyfuzyjne nasycenie niemetalami

Dyfuzyjne nasycenie metalami

Dyfuzyjne nasycenie wieloskładnikowe

Obróbka cieplno - mechaniczna

Z przemianami alotropowymi

Bez przemian alotropowych

A₁

A_1,3

727°

Ac_1,3

Ar_1,3

Listwowy

Płytkowy

Dyslokacyjne

Dyslokacyjny częściowo zbliźniaczony

Całkowicie zbliźniaczony

Dyslokacyjny częściowo zbliźniaczony

---