Ćwiek Stanisław	Metaloznawstwo i obróbka cieplna	II MDT
Gr. Laboratoryjna 81	Obróbka cieplna stali konstrukcyjnej	24.03.2003

Stwierdzone doświadczalnie zależności między przemianą martenzytyczną lub procesami wydzielania z roztworu stałego a odkształceniem plastycznym doprowadziły do opracowania zabiegów obróbki cieplno-plastycznej. Zabiegom tym poddaje się głównie stale i stopy tytanu (wykorzystując przemianę martenzytyczną) oraj w mniejszym stopniu stopy niklu (wykorzystując przemianę wydzielania).

Jak wiadomo, odkształcenie plastyczne stali o strukturze austenitycznej powoduje rozdrobnienie ziarna, dzięki czemu po przemianie martenzytycznej otrzymuj je się drobnoiglasty martenzyt o wyraźnie większej plastyczności. Odkształcenia plastyczne austenitu powiększa gęstość dyslokacji. W miarę wzrostu zgniótł początkowo utrudnia przemianę martenzytyczną i obniżając temperaturę M_s powiększa ilość austenitu szczątkowego. Po przekroczeniu ok. 30°/o zgniot ułatwili przemianę martenzytyczną i dzięki podwyższeniu temperatury M_s zmniejsza ilość austenitu szczątkowego. Struktura martenzytu po obróbce cieplno-plastycznej odznacza się większą niż po hartowaniu konwencjonalnym gęstością dyslokacji, dzięki czemu odznacza się większą wytrzymałością i znacznie mniejsza kruchością.

Odkształcenie może być wykonane przed przemianą martenzytyczną, w czasie przemiany lub po przemianie. Największe zastosowanie ma pierwsza możliwość, zapewniająca przebieg przemiany w odkształconej, ewentualnie częściowo zrekrystalizowanej osnowie. W zależności od temperatury odkształcenia plastycznego. Wyróżnia się obróbkę cieplno-plastyczna wysokotemperaturową (odkształcenie powyżej temperatury rekrystalizacji) i niskotemperaturową (odkształcenie poniżej temperatury rekrystalizacji). Sposób odkształcenia nie wywiera wpływu na umocnienie, ale warunkiem efektywności zabiegu jest zastosowanie zgniotu większego od 30%. W praktyce najczęściej stosowane jest kucie, prasowanie, ciągnienie lub wyciskanie.

Obróbka cieplno-plastyczna wysokotemperaturowa polega na austenityzowaniu stali

powyżej A_c3, odkształceniu plastycznym, zahartowaniu i niskim Odpuszczeniu. Temperaturę nagrzania należy dobrać tak, aby temperatura końca Obróbki plastycznej nie spadła poniżej A_c3.Ponadto chłodzenie należy wykonywać natychmiast po zakończeniu obróbki plastycznej. Szybkość chłodzenia należy dobierać (woda, olej) tak, aby uzyskać na całym przekroju jednakową strukturę drobnoiglastego martenzytu odpuszczonego, z pewną ilością austenitu szczątkowego. Jest to warunek pozytywnych rezultatów zabiegu, ponieważ struktury mieszane martenzytyczno-bainityczna lub martenzytyczno-perlityczna dają wyraźnie gorsze wyniki.

Obróbka cieplno-plastyczna niskotemperaturowa polega na austenityzowaniu stali powyżej A_c3, ochłodzeniu w kąpieli solnej do temperatury maksymalnej trwałości przechłodzonego austenitu,lecz niższej od temperatury rekrystalizacji (650—550⁰C), odkształceniu plastycznym, zahartowaniu i niskim odpuszczeniu. Obróbkę plastyczną należy przeprowadzać szybko, aby uzyskać wymagany, zgniot przed rozpoczęciem przemiany bainitycznej i obniżeniem temperatury poniżej M_s.

I w tym przypadku wymagana jest na przekroju jednakowa struktura drobnoiglastego martenzytu odpuszczonego z małą ilością austenitu szczątkowego. Pomimo trudności technologicznych i wymaganych do odkształcenia większych nacisków, obróbka niskotemperaturowa zapewnia większe umocnienie, ponieważ skutki odkształcenia nie są ograniczane rekrystalizacją i z tego powodu jest częściej stosowana. Porównanie wyników konwencjonalnego ulepszania cieplnego i obróbki cieplno-plastycznej stali przedstawia się następująco:

rodzaj obróbki R_m[Mpa] A₅%

ulepszanie cieplne 800-1500 8-15

obróbka cieplno-plastyczna wysokotemperaturowa 2100-2500 7-8

obróbka cieplno-plastyczna niskotemperaturowa 2700-3200 5-7

Efekty obróbki cieplno-plastycznej można spotęgować, poddając stal przed

austenityzowaniem wstępnemu odkształceniu plastycznemu na zimno. Szybkie nagrzanie do temperatury austenityzowania nie usunie zdefektowania struktury, co. powiększa końcowy efekt umocnienia. Podobnie działa zastosowanie obróbki podzerowej po hartowaniu, dzięki zmniejszeniu ilości austenitu szczątkowego.

Wymaganie jednakowej struktury na całym przekroju ogranicza zastosowanie, obróbki cieplno- plastycznej do stali o dobrej hartowności. W przypadku obróbki; niskotemperaturowej dodatkowe ograniczenie wynika z konieczności zakończenia obróbki plastycznej z dostatecznie dużym zgniotem, przed rozpoczęciem przemiany. bainitycznej. Z wymienionych powodów obróbce cieplno-plastycznej, szczególnie niskotemperaturowej, poddaje się półwyroby stalowe (pręty) o grubości przekroju, nie przekraczającej 15—20 mm.

W ostatnim czasie opracowano nowe sposoby obróbki cieplnej, których wdrażanie do praktyki przemysłowej jest w toku lub nastąpi w najbliższej przyszłością Polegają one na wykorzystaniu nowoczesnych technologii szybkiego i równomiernego nagrzewania do typowych zabiegów, zwłaszcza hartowania. Jako rozwojowa należy w tym miejscu wymienić nagrzewania: w złożu fluidalnym, indukcyjne, impulsowe prądem dużej częstości, laserowe.

Część doświadczalna:

Dane są próbki do ulepszania cieplnego wykonane ze stali konstrukcyjnej węglowej 45 i niskostopowej 45HM:

1.dobrać warunki hartowania,

2.z każdego gatunku stali jedną próbkę zahartować w wodzie, drugą w oleju hartowniczym a trzecią w powietrzu-każdorazowo zmierzyć całkowity czas chłodzenia

3.zmierzyć twardość wszystkich próbek metodą HRC,

4.znając całkowity czas chłodzenia i twardości próbek należy narysować przybliżone krzywe chłodzenia.

Stal 45HM

woda olej powietrze

20s 150s 1500

52HRC 47HRC 10HRC

stal 45

woda olej powietrze

20s 150s 1500s

51HRC 27HRC 9HRC

---