zestaw 1

1. Co to jest zabieg cieplny i operacja o.c. ? Zabiegiem cieplnym nazywamy część operacji (np. nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie). Operacja o.c. jest to natomiast część procesu technologicznego (np. wyżarzanie lub hartowanie). Stanowi cykl zmian temperatury obejmujący zabiegi nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia. Operacja o.c. może być przedstawiona na wykresie w układzie temperatura-czas (rys. 11.1). Poszczególne operacje o.c. różni się szybkości nagrzewania lub chłodzenia, czasem i temperatur~ wygrzewania.

2. Obróbka cieplna brązów aluminiowy. Stopy miedzi z aluminium o zawartości 5 + 11% Al, z ewentualnym dodatkiem innych pierwiastków (Fe, Mn, Ni, As) nazywamy brązami aluminiowymi. Cechują się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi, bowiem aluminium podwyższa twardość i wytrzymałość miedzi (przy 10% prawie dwukrotnie). Wydłużenie wzrasta do zawartości ok. 6% Al, po czym spada. Jednak utrzymuje się na wysokim poziomie 20 + 40%. Po obróbce cieplnej twardość stopu CuAI10 może osiągnąć wartość 160 + 180 HB. Brązy aluminiowe klasyfikuje się wg przeznaczenia na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Odlewnicze zawierają więcej dodatków stopowych i są z reguły wielo­składnikowe. Nagrzanie stopu zawierającego > ok. 90/0 Al do temperatury 850 -;- 950oC i zahar­towanie powoduje przechłodzenie fazy 13 do temperatury pokojowej i powstaje struktu­ra iglasta typu martenzytycznego. Podczas następnego odpuszczania, które przeprowa­dza się < 550oC \wydzielają się dyspersyjne cząstki umacniające stop i struktura składa się z a + y'. Przy wyższych temperaturach odpuszczania następuje koagulacja wydzie­leń, co powoduje obniżenie własności wytrzymałościowych i wzrost plastycznych.

3. Co to jest nawęglanie i jaki jest cel tej obróbki ? Nawęglaniem nazywamy dyfuzyjne nasycanie stali węglem. Nawęglaniu podda­je się stale niskowęglowe o zawartości do ok. 0,2% C, przez co zawartość C zwiększa się do ok. 1% C. Po zahartowaniu uzyskuje się wysoką twardość powierzchni ( ok. 60 HRC) i ciągliwy rdzeń, co w wielu konstrukcjach jest rozwiązaniem optymalnym. Nawęglanie przeprowadza się przy temperaturze 930°C -zwykle ok. 10 h. Nawęglanie można przeprowadzać w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych.

Zestaw 2

1. Jakie są kryteria hartowności? Są dwa kryteria hartowności. Pierwsze dotyczy pojęcia warstwy zahartowanej. Ponieważ w miarę wzrostu odległości od powierzchni stopniowo zmniejsza się ilość marten z y tu, a wzrasta ilość struktur typu dyfuzyjnego (bainitu 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% marten z y tu. Drugie kryterium stanowi średnica krytyczna (Dk), tj. największa średnica pręta zahartowanego na wskroś (w jego środku powinno się znajdować 50% marten z y tu). Aby stworzyć kryterium hartowności niezależne od szybkości chłodzenia, przyjęto pojęcie idealnej średnicy krytycznej (Dki). Jest to największa średnica pręta zahartowanego na wskroś w hipo­tetycznym ośrodku o nieskończenie dużej intensywności chłodzenia.

2. Obróbka cieplna brązów ołowiowych. Brązy ołowiowe są stopami miedzi, w których zawartość ołowiu może dochodzić do 30%. Na ogół oprócz ołowiu dodawane są także inne pierwiastki stopowe jak cyna, cynk, nikiel i mangan (Ni i Mn zapobiegają segregacji grawitacyjnej). Jest tylko jeden brąz dwuskładnikowy CuPb30, zawierający 30% Pb. Jest on stosunkowo miękki (25 HB). Dodatek cyny zwiększa twardość brązu i stop CuSn5Pb20 ma już twardość 45 HB, a stop CuSn l OPb 10 -65 HB. Brązy ołowiowe są stosowane głównie na panewki łożysk ślizgowych pracujących przy małych naciskach i dużych prędkościach obwo­dowych. Wydzielenia ołowiu rozsmarowują się na wale, zmniejszając tarcie, a faza a (prawie czysta miedź) stanowi elementy nośne. Wadą brązów ołowiowych jest ich skłonność do segregacji grawitacyjnej (ołów opada na dno) i skłonność do korozji. Segregacji przeciwdziała jednak szybkie chło­dzenie form. Do zalet należą dobra lejność i skrawalność stopu, a także duża odporność na uderzenia. Ich cena jest niższa niż brązów cynowych.

3. Na czym polega nawęglanie w ośrodkach stałych? Ten rodzaj nawęglania jest najstarszy i najprostszy. Nie wymaga też specjalnych urządzeń z wyjątkiem skrzynek żaroodpornych, do których ładuje się elementy wraz z mieszanką nawęglającą (nawęglaczem), uszczelnia i wyżarza. Nawęglacz składa się z węgla drzewnego o granulacji 3 + 5 mm i aktywatorów ( 10 + 30%), którymi mogą być węglany Ba, K, Na. W skrzynce zachodzą reakcje: utlenianie C, rozkład węglanów i reakcja Boudouarda*, które prowadzą do powstania aktywnych atomów C dyfundujących wgłąb stali.

Zestaw 3

1. Co to jest ulepszanie cieplne? Ulepszaniem cieplnym nazywamy obróbkę cieplną polegającą na zahartowaniu i średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. Prowadzi ono do uzyskania najlepszej kombinacji własności wytrzymałościowych i plastycznych. Twardość i wytrzy­małość spadają, ale ciągliwość (AS, Z i KC) 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.

2. Co to są brązy krzemowe? Są to stopy miedzi z krzemem do ok. 4,5%. Zawierają też inne dodatki, jak Mn, Ni, Fe, Co, Cr i Zn. Krzem zwiększa twardość i wytrzymałość miedzi, ale obniża plastycz­ność (rys. 15.25). Mangan i cynk zwężają zakres roztworu stałego. Mangan poprawia wytrzymałość i odporność na korozję, a cynk lejność. Żelazo prawie nie rozpuszcza się w roztworze 'alfa' i występuje w postaci związków FeSi i Fe3Si. Dlatego wprowadza się je tylko do stopów odlewniczych. Nikiel zwiększa wytrzymałość i odporność na korozję. Brązy krzemowe w zależności od przeznaczenia dzieli się na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Zaletą brązów krzemowych są dobre własności wytrzymałościowe i odporność na korozję, a wadą duży skurcz (ok. 1,6%), skłonność do segregacji dendrytycznej i grawitacyjnej oraz absorpcja gazów w stanie ciekłym. Stosuje się wyżarzanie ujednoradniające i odprężające. Brązy obrabiane plastycz­nie na zimno poddaje się wyżarzaniu rekrystalizującemu. Niektóre stopy można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu.

3. Na czym polega nawęglanie w ośrodkach ciekłych? Nawęglaczem jest mieszanina stopionych soli z dodatkiem SiC (karborundu), np. 75% Na2CO3, 15% NaCI, ]0% SiC. Temperatura procesu wynosi ok. 850°C. Zaletą tej metody jest możliwość bezpośredniego hartowania elementów. Jest też odmiana elektrolityczna, w której nawęglane elementy umieszcza się na anodzie i przepuszcza prąd stały o gęstości 20 A/dm2. Dzięki temu uzyskuje się znaczne przyspieszenie procesu.

Zestaw 4

1. Jakie zmiany strukturalne następują podczas odpuszczania stali? W przypadku niskiego odpuszczania zmiany są minimalne: następuje jedynie wydzielenie nadmiaru węgla z martenzytu, w postaci tzw. węglika 'epsilon' (bardzo dysper­syjnego). Taką strukturę nazywa się martenzytem odpuszczonym i cechuje się ona prawie nie zmienioną twardością, ale wyższą ciągliwością. Podczas średniego odpusz­czania zachodzi wydzielanie węgla z martenzytu i utworzenie dyspersyjnych cząstek cementytu, a także rozkład austenitu szczątkowego na przesycony węglem ferryt i cementyt. Przy tym odpuszczaniu występuje kruchość odpuszczania I rodzaju (nie­odwracalna), Wysokie odpuszczanie cechuje się powstawaniem struktury sorbitycz­nej o bardzo dobrej ciągliwości, która składa się z ferrytu i bardzo dyspersyjnych, kulistych cząstek cementytu.

2. Obróbka cieplna brązów cynowych. Brązy o najmniejszej zawartości cyny « 8%) są jednofazowe 'alfa', a o wyższych za­wartościach dwufazowe 'alfa' + 'sigma'. Podczas krzepnięcia stopu powstaje duża mikrosegre­gacja dendrytyczna cyny. Rdzeń dendrytu jest bogatszy w miedź niż strefa zewnętrzna. Na granicach dendrytów powstaje twardy i kruchy eutektoid (rys. 15.22), co utrudnia obróbkę plastyczną, ale jest korzystne w odlewach, zwłaszcza przeznaczonych na łożyska ślizgowe. We wlewkach brązu powstaje także makrosegregacja (odwrotna). W brązach niskocynowych można jednak usunąć mikrosegregację dendrytyczną drogą wyżarzania ujednorodaniającego, a następnie poddawać brąz przeróbce plastycznej. Struktura takiego brązu przypomina strukturę czystej miedzi; składa się z jednorodnego roztworu stałego 'alfa' z bliźniakami wyżarzania. Wyżarzanie rekrystalizujące stosuje się -podobnie jak w przypadku mosiądzów -do stopów o strukturze a przerobionych plastycznie na zimno. Celem tego wyża­rzania jest odzyskanie pogorszonych wskutek zgniotu właściwości plastycznych, co umożliwi dalszą obróbkę plastyczną. Wyżarzanie to prowadzi się w temperaturze od 500°C do 650°C w zależności od składu chemicznego i stopnia zgniotu w czasie około 1 h. Wyżarzaniu ujednoradniającemu poddaje się przede wszystkim brązy odlewni­cze, a prowadzi się je w temperaturze 650- 750°C w czasie od kilku do kilkunastu godzin. Wyżarzanie to ma na celu wyrównanie składu chemicznego i struktury w całym przekroju materiału, niejednorodnego z powodu silnej segregacji chemicznej odlewów. Niektóre z brązów (np. brązy aluminiowe) można obrabiać cieplnie w sposób typowy dla stali, tzn. można przeprowadzać hartowanie i odpuszczanie. Temperatura hartowania waha się w pobliżu 700°C, odpuszczanie prowadzi się w około 300°C. Po takiej obróbce cieplnej właściwości wytrzymałościowe wyraźnie wzrastają.

3. Na czym polega nawęglanie w ośrodkach gazowych? Nawęglenie w ośrodkach gazowych jest najbardziej nowoczesne i najczęściej stosowane, ale wymaga specjalnych i kosztownych urządzeń. Polega na umieszczeniu elementów w szczelnym piecu i przedmuchiwaniu atmosfery gazowej o odpowiednio dobranym potencjale nawęglającym. Piece do nawęglania gazowego mogą być o działaniu okresowym i ciągłym. Gaz nawęglający ulega rozkładowi na powierz­chni elementów z wydzieleniem aktywnych atomów węgla, które dyfundują w powierzchnię elementów.

Zestaw 5

1. Na czym polega kruchość I i II rodzaju? Ujemnym skutkiem odpuszczania jest (poza spadkiem twardości) wystąpienie kruchości odpuszczania, polegającej na spadku udarności. W przypadku średniego odpuszczania jest to kruchość odpuszczania I rodzaju (nieodwracalna), która. jest efektem przemiany austenitu szczątkowego, a także nierównomiernego rozkładu marten z y tu, który najłatwiej przebiega na granicach ziaren. Przy wysokim odpuszcza­niu może wystąpić kruchość odpuszczania II rodzaju ( odwracalna), jeżeli szybkość chłodzenia stopowych stali konstrukcyjnych jest mała. Kruchość ta jest spowodowana segregacją fosforu (i innych domieszek) do granic ziaren i może być usunięta przez ponowne podgrzanie stali do temperatury odpuszczania i szybkie oziębienie lub wpro­wadzenie do stali M o w ilości 0,2 + 0,3%.

2. Obróbka cieplna mosiądzów. Na strukturę mosiądzów można wpływać w pewnym stopniu drogą obróbki ciepl­nej (przesycania od odpowiedniej temperatury). Przez szybkie ochłodzenie można bowiem utrwalić strukturę istniejącą przy wysokiej temperaturze. Na przykład przesy­cenie mosiądzu CuZn37 od temperatury ok. 850°C daje fazę 'beta', od 450°C -fazę 'alfa', a od temperatury 500 -850°C mieszaninę faz 'alfa' + 'beta', przy czym ze wzrostem temperatury ilość fazy 'beta' będzie przybywać. Natomiast wyżarzanie mosiądzu i powolne chłodzenie prowadzi do powstania struktury równowagowej, zgodnie z układem Cu- Zn.

3. Nawęglanie jonowe polega na wygrzewaniu stali w piecu próżniowym w atmosferze węglowodorów o niskim ciśnieniu z jednoczesnym przyłożeniem wysokiego napięcia stałego między obrabianym przedmiotem (katoda) a anodą. W tych warunkach następuje wyładowanie jarzeniowe i wytwarza się plazma. W wyniku tego powstają jony węgla, które przyspieszane w polu elektrycznym bombardują obrabiany materiał, co znacznie ułatwia adsorpcję. Metoda ta zapewnia dużą wydajność procesu, umożliwia regulację grubości i struktury warstwy dyfuzyjnej

Zestaw 6

1. Jaki jest cel i jak się przeprowadza odpuszczanie stali? Odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanego elementu do temperatury poniżej Aj, zwykle jednak nie wyższej niż ok. 550°C. Czas na ogół nie przekracza 2 godz. Niekiedy stosuje się trzykrotne odpuszczanie po 1 godz. Głównym celem jest poprawa ciągliwości materiału i zmniejszenie naprężeń, chociaż następuje to kosztem obniżenia jego twardości. Odpuszczanie może być niskie (temp. 100 + 250°C), średnie (250 + 450°C) i wysokie (450 + 600°C). Odpuszczaniu niskiemu poddaje się głównie narzędzia, wyroby nawęglane i hartowane powierzchniowo oraz łożyska, średniemu -resory i sprężyny, a wysokiemu -stale konstrukcyjne i narzędziowe do pracy na gorąco. W tym przypadku odpuszczanie prowadzi do rozkła­du austenitu szczątkowego. Ogólnie biorąc, w przypadku stali węglowych i niskostopowych odpuszczanie powoduje spadek twardości i wytrzymałości, a wzrost ciągliwości (As, Z, KC), ze wzrostem temperatury i czasu odpuszczania. W stalach wysokostopowych (np. szyb­kotnących) przy wysokim odpuszczaniu obserwuje się ponowny wzrost twardości związany z rozkładem austenitu szczątkowego i wydzieleniem dyspersyjnych węglików, co nazywamy wtórnym utwardzeniem. Poza tym pierwiastki stopowe hamujące dyfuzję węgla przesuwają poszczególne stadia odpuszczania ku wyższym temperaturom. Struktury po odpuszczaniu jako kulkowe cechują się lepszymi właściwościami plastycznymi niż struktury płytkowe, które powstają podczas przemian dyfuzyjnych austenitu, jeśli ich twardości są identyczne (rys. 11.29).

2. Na czym polega obróbka cieplna brązów berylowych? Zmienna rozpuszczalność berylu w miedzi przy chłodzeniu umożliwia stosowanie utwardzania wydzieleniowego, które daje duży wzrost wytrzymałości, chociaż obniża ciągliwość. Przesycanie przeprowadza się od temperaturze 775 -0 800°C, a starzenie w zakresie temperatur 300 -350°C. Można je także umacniać przez zgniot (patrz wykres na rys. 15.27) i poddawać obróbce cieplno-plastycznej. Przewalcowanie brązu CuB2Ni po przesyceniu, ale przed starzeniem pozwala na zwiększenie wytrzymałości o ok. 20%.

3. Nawęglanie próżniowe Przebiega przy obniżonym ciśnieniu w atmosferze metanu, propanu i innych gazów. W metodzie tej atomowy węgiel jest uzyskiwany w wyniku reakcji rozpadu wymienionych gazów. Metoda ta charakteryzuje się lepszą adsorpcją węgla i mniejszymzuzyciem gazów

Zestaw 7

1. Na czym polega utwardzanie wydzieleniowe stopów? Utwardzanie wydzieleniowe stopów polega na wydzieleniu w stanie stałym dyspersyjnych faz, które blokując ruch dyslokacji umacniają stop, tj. zwiększa się jego wytrzymałość i twardość, a maleje ciągliwość (A, Z). Utwardzenie wydziele­niowe 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: l. Przesycania, mającego na celu otrzymanie przesyconego roztworu stałego. Dokonuje się przez nagrzanie stopu powyżej linii zmiennej rozpuszczalności (solvus) (rys. 11.47) i szybkie oziębianie w wodzie. 2. Starzenia, polegającego na wytrzymaniu przesyconego elementu przy tempe­raturze pokojowej (starzenie naturalne lub samorzutne) lub podwyższonej (starzenie przyspieszone lub sztuczne) przez okres czasu potrzebny do wy­dzielenia dyspersyjnych cząstek.

2. Obróbka cieplna stopów aluminium do przeróbki plastycznej. Jako stopy do przeróbki plastycznej stosuje się najczęściej stopy wieloskładnikowe zawierające magnez i mangan lub miedź; magnez i mangan, jednak w mniejszych ilościach niż w stopach odlewniczych. W niektórych stopach spotyka się także inne do­datki, jak Si, Ni, Fe, Cr, Ti. Są następujące stopy: A1Mnl (aluman), AlMg2, (hydronalium), AlMgl Si l M n              (anticorodal), AIMgSi, (aldrey),A1Cu4Mg2 (duraluminium lub dural), AIZn6Mg2Cu (dural cynkowy), a także AICu2SiMn (PA31), AICu4SiMn (P A33), AlSiMgCu (P A 10). Trzy ostatnie zawierają mikrododatki tytanu.Obróbce cieplnej zwanej utwardzaniem wydzieleniowym można poddawać stopy, w których występuje pierwotny roztwór stały o zmiennej rozpuszczalności składnika stopowego, malejącej z obniżaniem temperatury. Do stopów. takich zalicza się np. sto­py aluminium z miedzią (AlCu4) lub durale. Do utwardzania wydzieleniowego nadają się również stopy na osnowie innych meta li. Największe umocnienie Uzyskuje się, gdy wydzielające się cząstki faz są koherentne z osnową. Durale są typowymi stopami do utwardzania wydzieleniowego, polegającego na przesycaniu od temperatury ok. 500oC i starzeniu, którego temperatura i czas są zależne od własności, jakie chcemy uzyskać. Na rysunku 15.7 przedstawiono wykres ilustru­jący wpływ temperatury starzenia na wytrzymałość. Wynika z niego, że im wyższa jest temperatura starzenia, tym niższa jest maksymalna wytrzymałość, jaką można osiągnąć i krótszy czas do tego konieczny. Spadek wytrzymałości po osiągnięciu maksimum jest efektem przestarzenia. Największą wytrzymałość osiąga się po starzeniu naturalnym, ale proces ten następuje najwolniej i stop cechuje się najmniej s z ą ciągliwością. Starzeniu durali zapobiega się przechowując wyroby po przesyceniu przy obniżo­nych temperaturach. W ten sposób zmniejsza się szybkość dyfuzji i tym samym zostaje zahamowane wydzielanie się stref G-P. Z wykresu na rysunku 15.7 wynika, że przy temperaturze -50°C proces starzenia zostaje prawie zupełnie zahamowany. Ma to zna­czenie praktyczne przy przechowywaniu nitów do nitowania blach na pokrycia samolotów.

3. Co to jest i na czym polega nawęglanie fluidalne? Nawęglanie to jest przeprowadzane w złożu fluidalnym, które jest ośrodkiem składającym się z drobnych cząstek fazy stałej zawieszonych w strumieniu gazu przepływającego z odpowiednią prędkością (stan quasi ciekły). W zależności od składu złoża może ono działać obojętnie na powierzchnię elementów lub je nawęglać (up. gdy cząstki są grafitem, a przepływający gaz powietrzem lub mieszaniną gazu endotermicznego i ziemnego). Złoże składające się z cząstek grafitu może być nagrzewane elektrycznie za pomocą elektrod, ale również istnieje możliwość nagrze­wania zewnętrznego (elementami oporowymi lub poprzez spalanie gazu). Duża wartość współczynnika przejmowania ciepła złoża oraz czyszczący powierzchnię ruch cząstek pozwalają na osiąganie efektywności nawęglania podobnej jak przy nawęglaniu w ośrodkach ciekłych, z tym że nie zachodzi konieczność. czyszczenia elementów z resztek soli. Można też stosować bezpośrednie hartowanie elementów,

Zestaw 8

1. Jakie stopy nadają się do utwardzania wydzieleniowego? Obróbce cieplnej zwanej utwardzaniem wydzieleniowym można poddawać stopy, w których występuje pierwotny roztwór stały o zmiennej rozpuszczalności składnika stopowego, malejącej z obniżaniem temperatury. Do stopów. takich zalicza się np. sto­py aluminium z miedzią (AICu4) lub durale. Do utwardzania wydzieleniowego nadają się również stopy na osnowie innych metali. Największe umocnienie uzyskuje się, gdy wydzielające się cząstki faz są koherentne z osnową.

2.Obróbka cieplna odlewniczych stopów aluminium. Siluminy wieloskładnikowe zawierające magnez lub miedź, np. AlSi7Mg, AlSil3MglCuNi, w celu zwiększenia wytrzymałości poddaje się utwardzaniu wydzieleniowemu: przesyca się z temperatury 500 -530°C w wodzie i starzy w czasie 24 h w temperaturze 200°C. Wytrzymałość na rozciąga­nie siluminu AlSi7Mg wzrasta z 160 MPa po odlaniu do 210 MPa po utwardzaniu wydzieleniowym.

3. Reakcja Boudouarda. Ten rodzaj nawęglania jest najstarszy i najprostszy. Nie wymaga też specjalnych urządzeń z wyjątkiem skrzynek żaroodpornych, do których ładuje się elementy wraz z mieszanką nawęglającą (nawęglaczem), uszczelnia i wyżarza. Nawęglacz składa się z węgla drzewnego o granulacji 3 + 5 mm i aktywatorów ( 10 + 30%), którymi mogą być węglany Ba, K, Na. W skrzynce zachodzą reakcje: utlenianie C, rozkład węglanów i reakcja Boudouarda*, które prowadzą do powstania aktywnych atomów C dyfundujących wgłąb stali.

* Reakcja Boudouarda zachodzi wg wzoru CO2 + C = 2CO. Ze wzrostem temperatury reakcja ta przebiega coraz bardziej w prawo.

Zestaw 9

1. 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 marten z y tu w perlit (ściślej mieszaninę ferrytu i węglików), która zachodzi przy odpuszczaniu. Dwie pozostałe są związane z chłodzeniem stali; S? to przemiana austenitu w perlit (dyfuzyjna) i przemiana austenitu w marten z y t (bezdyfuzyjna)

2.Zastosowanie brązów aluminiowych w przemyśle. Brązy ołowiowe, krzemowe, aluminiowe, berylowe i wieloskładnikowe mają, każdy inne, specjalne zalety, jak wysokie własności wytrzymałościowe, odporność na korozję, odporność na wysoką tempera­turę, podwyższone własności przeciw­cierne itd. Zastosowanie brązów jest bardzo różnorodne W budowie maszyn są to różne elementy maszyn, narażone na ścieranie i korozję, począwszy od dużych elementów napędowych, a kończąc na drobnych częściach aparatury po­miarowej, armatura chemiczna, panewki wysoko­obciążonych łożysk ślizgowych itd.

3. Co to jest potencjał węglowy atmosfery ?

Potencjałem węglowym atmosfery nazywamy jej zdolność do nawęglania żelaza do określonej zawartości węgla na powierzchni. Potencjał ten zależy od składu chemicznego atmosfery. CO i CH4 zwiększają potencjał, a CO2 i H2O obniżają go. Składniki atmosfery reagują wzajemnie ze sobą i wytwarza się równowaga między nimi, dzięki czemu dla określenia potencjału atmosfery wystarczy określić jeden ze składników, np. H2O. Z obniżaniem H2O potencjał węglowy atmosfery rośnie. W praktyce stężenie H2O w atmosferze określa się wyznaczając tzw. punkt rosy, do czego służą specjalne przyrządy zwane indykatorami punktu rosy. Można również określić potencjał węglowy drogą nawęglania cienkiej folii żelaznej i określenia w niej zawartości węgla.

Zestaw 10

1. Jaki jest cel przegrzania stali o 30 + 50°C ponad GOS przy austenityzowaniu?

Linia GOS jest linią równowagi między mieszaniną ferrytu i austenitu i 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. Stąd wniosek, że przegrzewając stal o 30 + 50°C ponad GOS możemy uzyskać strukturę austenitytyczną po krótszym czasie, elimi­nując ujemne skutki długotrwałego wygrzewania stali (utlenianie, odwęglenie, zużycie energii).

2. Zastosowanie brązów ołowiowych w przemyśle.

Brązy ołowiowe są stosowane głównie na panewki łożysk ślizgowych pracujących przy małych naciskach i dużych prędkościach obwo­dowych. Wydzielenia ołowiu rozsmarowują się na wale, zmniejszając tarcie, a faza 'alfa' (prawie czysta miedź) stanowi elementy nośne.

3. Co to jest punkt rosy i jak się go określa?

Punkt rosy jest to temperatura, przy której prężność pary wodnej zawartej w atmosferze równa się prężności pary nasyconej, czyli temperatura, przy której następuje skroplenie pary wodnej zawartej w atmosferze. Najprostszy indykator punktu rosy składa się z komory przedzielonej lustrzaną membraną na dwie części (rys. 12.12).. Jedna jest wypełniona gazem atmosfery, druga służy do ochładzania membrany (np., drogą rozprężania adiabatycznego CO2). Moment pojawienia się rosy obserwuje się przez lupę i odczytuje się temperaturę membrany mierzoną za pomocą opornika termometrycznego. Są też w użyciu indykatory Zautomatyzowane o działaniu ciągłym. Po odczytaniu temperatury punktu rosy, z tabel lub wykresów możemy odczytać potencjał węglowy.

Zestaw 11

1. Na czym polega istota przemiany dyfuzyjnej austenitu ?Austenit jest nietrwały poniżej temperatury Al i po ochłodzeniu poniżej tej temperatury rozpoczyna się przemiana perlityczna. która ma charakter dyfuzyjny. Uważa się, że zarodkami tej przemiany są cząstki cementytu, które mogą zarodkować heterogenicznie na granicach ziarn austenitu. Jeżeli austenit zostanie silnie przechłodzony (poniżej ok. 500 + 550°C), wówczas zachodzi przemiana bainityczna, która również ma charakter dyfuzyjny, z tym że zarodkami tej przemiany są cząsteczki ferrytu.

2.Zastosowanie brązów krzemowych w przemyśle. Brązy krzemowe odlewnicze. Stop BK42 jest odporny na korozję wody morskiej, ściera­nie i temperaturę do 300°C i ma dobrą lejność. Jest stosowany na części maszyn i łożyska pracujące przy dużych i zmiennych obciążeniach i małych prędkościach, w warunkach korozyjnych i przy podwyższonej temperaturze. Stop BK331 jest odporny na korozję, zmienne obciążenie, uderzenia i ścieranie. Ma dobrą lejność. Jest stosowany na części maszyn i osprzętu (łożyska, napędy, pompy) narażone na złe smarowanie. Jego własności są następujące: Rm = 260 -390 MPa, A5 = 8 -15% i twardość 90- 130 HE, w zależności od rodzaju formy (piaskowa, kokilowa). Brązy krzemowe do przeróbki plastycznej. Do tej grupy brązów należy CuSi3Mnl (BK31). Ma strukturę roztworu stałego a. Może być przerabiany na zimno i gorąco. Ma bardzo dobrą wytrzymałość, odporność na korozję i spawalność. Jest stosowany na sprężyny, siatki, elementy narażone na ścieranie i części aparatury chemicznej.

3. Jaką obróbkę cieplną stosuje się po nawęglaniu? Dla pełnego wykorzystania walorów nawęglania, tj. uzyskania maksymalnej twardości powierzchni należy nawęglone elementy poddać hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu (150 -200°C). Najprostszym i najtańszym rozwiązaniem jest bez­pośrednie hartowanie po nawęglaniu -możliwe jednakże tylko w przypadku pieców o działaniu ciągłym. W tym przypadku korzystne jest wstępne podchłodzenie do temperatury hartowania (760 -820°C), co obniża naprężenia i ilość austenitu szczątkowego w warstwie nawęglonej. Jeśli elementy po nawęglaniu zostaną schłodzone, należy je ponownie nagrzać, co korzystnie wpływa na strukturę, gdyż następuje rozdrobnienie ziarna. Istnieją dwie możliwości wyboru temperatury harto­wania: wyższej od AC3 rdzenia (850 -900°C), co powoduje przekrystalizowanie i poprawę własności na całym przekroju, ale zwiększa naprężenia i ilość austenitu szczątkowego w warstwie nawęglonej oraz niższej (760- 780°C), która jednakże nie umożliwia przekrystalizowania rdzenia i nie usuwa siatki cementytu. W szczególnie odpowiedzialnych wyrobach stosuje się dwukrotne hartowanie, najpierw od wyższej (woleju), a następnie od niższej temperatury (w wodzie). W wyniku takiej obróbki twardość warstwy jest wysoka (ponad 60 HRC), struktura rdzenia korzystna i poziom naprężeń niski.

Zestaw 12

1.Wymień i opisz rodzaje hartowania objętościowego. W przeciwieństwie do operacji wyżarzania hartowanie, zwłaszcza martenzy­tyczne, prowadzi do powstania struktury odbiegającej od stanu równowagi termody­namicznej. Celem obróbki jest zwiększenie twardości materiału, skutkiem czego jest obniżenie jego ciągliwości. Wszystkie rodzaje hartowania muszą być poprzedzone procesem austenityzowania (powyżej linii PSK, czyli AC3 dla stali podeutektoidalnych i Ac1 dla stali nadeutektoidalnych) (rys. 11.34). Hartowanie zwykłe: celem jest uzyskanie struktury martenzytycznej. Po austenityzowaniu następuje szybkie oziębianie w wodzie lub oleju. W przypadku stali węglowych stosuje się wodę, a stali stopowych -łagodniejsze środki chłodzące (zwykle olej). Hartowanie przerywane: jeśli przy chłodzeniu w wodzie elementy pękają lub paczą się, można stosować oziębianie w dwóch ośrodkach; najpierw w wodzie (do temperatury ciemnoczerwonego żaru), a następnie woleju. Taka obróbka zmniejsza naprężenia zachowując wysoką twardość wyrobu. Hartowanie stopniowe jest hartowaniem martenzytycznym. Polega na oziębia­niu stali w kąpieli (solnej lub metalowej) o temperaturze wyższej od M s (początku przemiany martenzytycznej) i wytrzymaniu aż do wyrównania temperatury na przekroju elementu, ale nie dopuszczając do rozpoczęcia się przemiany dyfuzyjnej (bainitycznej) (rys. 11.42). Dalsze chłodzenie może następować na powietrzu. Celem obróbki 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 (rys. 11.43), po czym dalsze chłodzenie może następować w powietrzu.

2. Zastosowanie brązów cynowych w przemyśle. Brązy wieloskładnikowe mogą być zarówno odlewnicze, jak i do przeróbki plastycznej. Z brązów do przeróbki plastycznej można wymienić CuSn4Pb4Zn3 (B443 stosowany głównie na elementy ślizgowe, cechujący się odpornością na korozji i ścieranie oraz podatnością do lutowania i przeróbki plastycznej na zimno. Drugi t CuSn4Zn3 (B43), również odporny na korozję, mający dobre własności mechaniczne Jest stosowany na sprężyny i części aparatury chemicznej i przetwarzany na taśmy, pręty i drut. Stopy miedzi z cyną i cynkiem noszą nazwę spiżów. Do odlewniczych należą brązy zawierające zwykle większą liczbę pierwiastków stopowych i o większych zawartościach. Są to np. CuSn10P (B 101) z fosforem odporny na korozję i ścieranie, cechujący się dobrą lejnością, stosowany na łożysk elementy napędu i armaturę. Ma wysoką wytrzymałość Rm = 220 MPa w odlewach piaskowych i ponad 300 MPa w odlewach kokilowych. Jego twardość jest równie dość duża (80 -90 HB), natomiast ciągliwość jest mała (As = 3 -2%). Do stopów z cyną i cynkiem należy brąz CuSn10Zn2 (B 102), odporny na ścieranie i korozję wody morskiej. Odznacza się bardzo dobrą lejnością i skrawalnością. Ma dość dobre własności mechaniczne: Rm = 240 -260 MPa, przy wydłużeniu As = 10 -7% i twardości 70 -80 HB. Jest stosowany na bardzo obciążone i narażone na korozję części maszyn w przemyśle okrętowym i papierniczym. Następną grupę stanowią brązy zawierające ołów. Są to CuSn5Pb20 (B520) i CuSn10Pb 10 (B 101 o) stosowane na łożyska ślizg...

---