Wyżarzanie zupełne: polega na nagrzaniu przedmiotu 30-50C powyżej linii GSE, wygrzaniu w tej temp. I następnie powolnym studzeniu, najczęściej razem z piecem. Cel: nadanie stli budowy drobnoziarnistej, odznaczającą się znaczną ciągliwością i małą twardością, usunięcie naprężeń własnych i polepszenie obrabialności.
Wyżarzanie normalizujące: polega na nagrzaniu przedmiotu 30-50C powyżej linii GSE, wygrzaniu w tej temp. i studzeniu w spokojnym powietrzu. Cel: usunięcie naprężeń własnych, polepszenie własności wytrzymałościowych, przygotowanie struktury przed ostateczną obróbką cieplną. Stal ma strukturę drobnoziarnistą i jednolitą dla całej partii wyrobów.
Wyżarzanie zupełne i normalizowanie rzadko się przeprowadza dla stali nadeutektoidalnych ponieważ nagrzanie do zbyt wysokiej temp powyżej linii SE może spowodować przegrzanie (gruboziarnistość), a przy studzeniu utwardzenie stali.
Wyżarzanie zmiękczające: polega na nagrzaniu przedmiotu do temp zbliżonej do Ac1 (ok. 723C), zazwyczaj nieco poniżej Ac1, dłuższym wygrzewaniu w tej temp. i studzeniu. Cel: otrzymanie struktury cementytu kulkowego na tle ferrytycznym. Uzyskuje się obniżenie twardości, polepszenie obrabialności stali narzędziowych, powiększenie plastyczności stali przeznaczonych do przeciągania na zimno itd.
Wyżarzanie rekrystalizujące: stosowane dla materiałów poddanych uprzednio obróbce plastycznej na zimno. Polega na nagrzaniu do temp. wyższej od temp rekrystalizacji lecz niższej od Ac1 (550-650C) wygrzaniu w tej temp. i studzeniu. Cel: usunięcie umocnienia spowodowanego zgniotem, umożliwienie dalszej obróbki plastycznej przez zastąpienie zdeformowanie struktury, foremną miękką i zazwyczaj drobnoziarnistą.
Wyżarzanie odprężające: Polega na nagrzaniu przedmiotu do temp. niższej od Ac1, natomiast wyższej od temp. w której metal traci znaczną część wytrzymałości i stanie się plastycznym co umożliwia usunięcie naprężeń drogą wewnętrznych odkształceń plastycznych. Cel: usunięcie naprężeń własnych bez wyraźnych zmian strukturalnych (nie zachodzi zmniejszenie umocnienia). Żeliwo 450-550C, staliwa 500-600C
Obróbka cieplno-chemiczna: obróbka w której zmiany strukturalne uzyskuje się nie tylko przez zabiegi cieplne, ale również celowo spowodowanym działaniem chemicznym ośrodka w którym przedmiot się nagrzewa. Do tej obróbki zalicza się zabiegi mające na celu utwardzenie powierzchni (nawęglanie, azotowanie, cyjanowanie) jak i zwiększenie odporności na korozję (aluminiowanie, chromowanie). Zmiana struktury następuje wskutek absorpcji przez stal z ośrodka zewnętrznego składnika/ów wpływającego na własności warstwy i następnie jego dyfuzji w głąb przedmiotu. Nasycanie dyfuzyjne prowadzi się w temp. zapewniającą szybką dyfuzję.
Nawęglanie: polega na nasyceniu węglem warstwy wierzchniej elementów wykonanych ze stali węglowych i stopowych o zawartości węgla od 0,05 do 0,25%. Operację tę wykonuje się w temperaturze występowania austenitu, najczęściej w zakresie 900 - 930°C.
Celem nawęglania jest wytworzenie warstwy wzbogaconej w węgiel o stężeniu na powierzchni 0,7 - 1,0% i o grubości 0,6 - 1,5 mm (niekiedy większej), która po następnym zahartowaniu ma twardość powyżej 58 HRC (750 HV). Natomiast rdzeń o mniejszej twardości, 25 - 45 HRC, zapewnia odporność na obciążenia dynamiczne.
Szybkość nawęglania zależy przede wszystkim od temperatury i czasu trwania procesu, a także od aktywności ośrodka i składu chemicznego stali.
Struktura stali nawęglonej: W nawęglonym przedmiocie zawartość węgla zmniejsza się stopniowo od powierzchni w kierunku rdzenia, w związku z czym zmienia się również struktura. Najsilniej nawęglona strefa zewnętrzna (nadeutektoidalna) powinna składać się z perlitu, ewentualnie z niewielką ilością cementytu. Natomiast struktura perlitu z wyraźną siatką cementytu przy powierzchni jest niedopuszczalna, gdyż jest krucha i łatwo pęka podczas hartowania. Strefa perlityczna (eutektoidalna) powinna łagodnie przechodzić w ferrytyczno-perlityczną strukturę rdzenia. W stalach stopowych w warstwie nawęglonej występują ponadto węgliki stopowe.
Obróbka cieplna po nawęglaniu i hartowaniu: Nawęglone przedmioty poddaje się dalszej obróbce cieplnej polegającej na hartowaniu i niskim odpuszczaniu w celu:
- otrzymania w warstwie wierzchniej struktury drobnoiglastego martenzytu z węglikami, co zwiększa twardość powierzchni do około 60 HRC; w warstwie tej z reguły występuje również austenit szczątkowy (jego ilość zależy od gatunku nawęglonej stali, stężenia węgla w warstwie i rodzaju hartowania po nawęglaniu)
- zapewnienia znacznej ciągliwości i wymaganych właściwości wytrzymałościowych rdzenia; struktura rdzenia stali stopowych to najczęściej niskowęglowy martenzyt lub bainit
Nowoczesne stale stopowe do nawęglania (odporne na rozrost ziaren austenitu podczas nawęglania) umożliwiają stosowanie hartowania bezpośrednio z temperatury nawęglania gazowego, co znacznie upraszcza proces technologiczny.
Azotowanie: Polega na dyfuzyjnym nasycaniu stali azotem. Warstwa naazotowana jest bardzo twarda i hartowanie jest niepotrzebne. Przebiega ono zwykle w zakresie temperatury 500 - 600°C w atmosferze zawierającej wolne atomy azotu.
Struktura po azotowaniu:
- strefa przypowierzchniowa, nie ulegająca trawieniu, składająca się z bogatych w azot węgloazotków Fe2-3(N,C) i azotków γ' (Fe4N) lub tylko azotków γ'; w strefie węgloazotków ε mogą występować pory;
- strefa azotowania wewnętrznego, która w stalach węglowych jest roztworem stałym azotu w żelazie z wydzieleniami lub bez wydzieleń azotków żelaza; w przypadku stali stopowych strefa ta zawiera drobnodyspersyjne wydzielenia azotków pierwiastków stopowych (Cr, W, Mo, V, Ti) rozmieszczonych w podłożu ferrytycznym, strefa ta trawi się ciemniej niż rdzeń.
Wytwarzana metodą konwencjonalną strefa węgloazotków typu ε jest bardzo krucha. Gdy występują silne naciski jednostkowe w obszarze styku elementów, konieczne jest jej zeszlifowanie. Wiąże się to jednak ze zmniejszeniem grubości warstwy utwardzonej. Uzyskanie bezpośrednio w procesie obróbki cieplno-chemicznej twardej warstwy jednostrefowej, wolnej od wydzieleń azotków przy powierzchni, jest możliwe jedynie metodami azotowania regulowanego (strefa azotków nie przekracza grubości 10-15 μm).
Utwardzanie wydzieleniowe: Wzmocnienie/umocnienie jest efektem wydzielenia rozpuszczonego składnika z przesyconego roztworu stałego, co w temperaturze niższej prowadzi w efekcie do zmiany struktury i właściwości stopu. Utwardzanie wydzieleniowe jest najefektywniejsze, gdy zmniejszenie rozpuszczalności dodatku stopowego zachodzi w wysokiej temperaturze tuż poniżej maksimum rozpuszczalności i prowadzi do wydzielenia fazy wtórnej. Składa się z dwóch etapów:
Przesycanie - zabieg cieplny, któremu poddawana jest stal w celu stabilizacji austenitu. Uzyskanie stabilnego austenitu zwiększa odporność stali na korozję, zwiększa plastyczność i ułatwienia obróbkę plastyczną na zimno. Polega na nagrzaniu stali do temperatury, w której nastąpi przemiana austenityczna, a następnie, tak jak w hartowaniu, szybkie schładzanie. Różnica między hartowaniem a przesycaniem polega na tym, że przy przesycaniu unika się wystąpienia przemiany martenzytycznej. W związku z tym, przesycanie daje się zastosować tylko dla stali, w których początek przemiany martenzytycznej jest niższy od temperatury otoczenia, czyli dla stali wysokowęglowych lub zawierających dodatki stopowe obniżające tę temperaturę i stabilizujących austenit, takich jak chrom.
Starzenie, polega na wygrzaniu stopów metali uprzednio przesyconych w temperaturze niższej od temperatury przesycenia i powrocie struktury ze stanu przesyconego do równowagowego. Podczas starzenia wydzielają się drobne fazy umacniające roztwór stały. Zatem efektem starzenia jest zwiększenie właściwości wytrzymałościowych i zmniejszenie plastycznych Dobre starzenie wymaga czasu i zachowania odpowiedniej temperatury procesu. Starzenie w temperaturze podwyższonej nazywa się przyspieszonym albo sztucznym, w temperaturze otoczenia - naturalnym albo samorzutnym. Może skutkować niemal dwukrotnym zwiększeniem wytrzymałości, przy mniejszej, ale wciąż stosunkowo dużej, ciągliwości.
Nasycanie dyfuzyjne: jest to proces wprowadzania pierwiastków w postaci atomowej do warstwy wierzchniej metali lub stopów metali. Efekt procesu zależy od czasu jego trwania i temperatury, materiału podłoża oraz od stężenia ośrodka aktywnego, z którego pochodzi pierwiastek wzbogacający warstwę wierzchnią. Warstwy dyfuzyjne wytwarza się ze względu na ich cenne właściwości użytkowe, takie jak: duża twardość i odporność na ścieranie, żaroodporność oraz odporność na korozję. Pierwiastkami nasycającymi są najczęściej takie niemetale, jak węgiel, azot, siarka i bor oraz metale: glin, chrom, tytan i krzem.
Chromowanie dyfuzyjne: Jest to proces polegający na nasycaniu warstwy wierzchniej stopów żelaza chromem, prowadzony w środowisku stałym, gazowym lub ciekłym. Największe zastosowanie w praktyce znalazło chromowanie w proszkach.
W wyniku chromowania dyfuzyjnego stopów żelaza w zależności od zawartości węgla , tworzą się dwa typy warstw powierzchniowych:
-W stopach o zawartości węgla poniżej 0,15% warstwa jest zbudowana z roztworu stałego chromu w ferrycie. Warstwa ta zawiera około 30% Cr przy powierzchni, jest niewiele twardsza od podłoża stalowego.
-W stopach powyżej 0,15% C warstwa powierzchniowa o charakterze powłoki jest zbudowana z węglików chromu. Na stalach wysokowęglowych tworzy się zwykle węglik typu M7C3 zawierający około 60% Cr, 30% Fe i 10% C o strukturze iglastych kryształów prostopadłych do powierzchni.
Powłoka węglikowa powstająca wskutek reakcji chromu z węglem z podłoża stalowego ma barwę srebrzystą z wyraźnym połyskiem, twardość około 2000 HV, dobrą odporność na ścieranie, korozję i żaroodporność. Wartość użytkową mają powłoki o grubości 15 ÷ 40 um. Części maszyn i narzędzia, które podczas eksploatacji podlegają jedynie statycznym lub niewielkim dynamicznym obciążeniom, po chromowaniu dyfuzyjnym nie wymagają już zastosowania obróbki cieplnej utwardzającej podłoże stalowe. Utwardzenie podłoża stalowego jest jednak niezbędne w przypadku chromowania elementów narażonych na znaczne obciążenia dynamiczne, takich jak np. matryce do tłoczenia i kucia. Obróbkę cieplną elementów stalowych należy wykonać w takiej samej tempera-turze jak elementów z materiałów bez powłoki. Nie jest wymagane stosowanie atmosfer ochronnych, ponieważ powłoka chromowana ma właściwości żaroodporne do temperatury 1250 K. Po hartowaniu chromowanych elementów stalowych w oleju na ich powierzchni występują zanieczyszczenia, które można usunąć przez polerowanie mechaniczne. Nie obserwuje się po tych zabiegach wyraźnego ubytku grubości powłok chromowanych.
Powłoki galwaniczne: są nakładane na przedmioty wykonane z metali lub stopów metali w kąpieli galwanicznej z udziałem lub bez udziału zewnętrznego źródła prądu. (Katodę stanowi galwanizowany przedmiot, anodę zaś płytka wykonana z czystego metalu przeznaczona na powłokę przedmiotu. Elektrolitem jest roztwór solny tego metalu. Tworzący się kwas rozpuszcza zawieszony na anodzie metal i pozwala na kontynuowanie procesu.) Stosuje się je powszechnie ze względu na dobrą odporność na korozję, walory dekoracyjne i odporność na ścieranie.
Chromowanie galwaniczne: odbywa się w wannach galwanicznych zasilanych prądem stałym z prostownika lub prądnicy prądu stałego. Do chromowania stosuje się kąpiele będące wodnym roztworem bezwodnika kwasu chromowego z dodatkiem kwasu siarkowego.
Chromowanie galwaniczne można podzielić na dekoracyjne i techniczne:
- Dekoracyjne powłoki chromu nakłada się na podwarstwach Cu-Ni lub niklu. Zewnętrzna warstwa chromu o grubości 1 ÷ 5 μm ma tutaj jedynie zabezpieczać powierzchnię przed porysowaniem i zmatowieniem.
- W chromowaniu technicznym nakłada się grubsze powłoki chromu - 10 ÷150 μm - bezpośrednio na stal lub stopy miedzi dla uzyskania odpowiedniej twardości i odporności na ścieranie, do 1 mm. Przez chromowanie techniczne można regenerować zużyte elementy narzędzi i części maszyn. Ubytki materiału - maksymalnie do 0,5 mm
Różnice: Twardość: ch.dyf. 2000HV, ch. Galw 1000 ÷ 1200 HV, ch. Galw. Do regeneracji, ch.dyf żaroodporność, ch.galw. elem. Ozdobne, ch.dyf brak podwarstw
Metalizowanie zanurzeniowe polega na wytwarzaniu na powierzchni wyrobów ze stopów żelaza powłoki metalowej, trwale związanej z podłożem przez zanurzenie w ciekłym metalu lub stopie metali niskotopliwych. Powłoki wytwarzane metodą zanurzeniową charakteryzują się dobrą odpornością na korozję i utlenianie w podwyższonej temperaturze.
Cynkowanie zanurzeniowe jest procesem polegającym na przetrzymywaniu przez określony czas odpowiednio przygotowanych przedmiotów stalowych w kąpieli cynkowej o zawartości cynku 96,5 ÷ 99%. W wyniku reakcji fizykochemicznych na granicy pokrywanego materiału i ciekłego cynku tworzy się warstwa faz międzymetalicznych Fe - Zn. Ma ona w temperaturze procesu postać głównie słupkowych kryształów prostopadłych do stalowego podłoża. Rozróżnia się w niej strefę fazy γ zawartości 21 ÷ 28% Fe, przy-legającą do podłoża, strefę fazy γ o zawartości 7 ÷ 11,5% Fe oraz strefę fazy ξ o zawartości 6 ÷ 6,2% Fe, stykającą się z kąpielą. Granica warstwy faz międzymetalicznych z podłożem jest w zasadzie linią prostą, natomiast granica z kąpielą cynkową jest nierównomierna - bardzo silnie rozwinięta. Trwałość powłoki cynkowej zależy w sposób istotny od jej grubości. Cynk wskutek działania atmosfery pokrywa się warstwami nalotowymi, złożonymi głównie z węglanu cynku, które go chronią, a tym samym powierzchnię stali.
Aluminiowanie zanurzeniowe polega na przetrzymywaniu wyrobów - najczęściej ze stopów żelaza - w kąpieli z ciekłego aluminium przez czas niezbędny do utworzenia się powłoki o żądanej grubości. Temperatura kąpieli Al wynosi około 980 K. W czasie zanurzania taśmy stalowej w kąpieli tworzą się dwie zasadnicze warstwy powłoki aluminiowej - strefa przejściowa zbudowana z kruchych związków Fe - Al oraz zewnętrzna warstwa o składzie zbliżonym do składu kąpieli. Całkowita grubość powłoki mieści się w granicach 15 ÷ 100 μm. Aluminiowanie zanurzeniowe blach umożliwia zwiększenie ich odporności na korozję 3 ÷ 8 razy w porównaniu z powłokami cynkowymi. Warstwa przejściowa powłoki aluminiowanej w tych samych warunkach procesu najszybciej wzrasta na podłożu ferrytycznym, a znacznie wolniej w przypadku aluminiowania stali wysokowęglowych i żeliw.
Stal definicja. - To stop żelaza z węglem o zaw. Do 2,11% i innymi pierw. Takimi jak mangan i krzem, oraz domieszkami szkodliwymi (fosfor i siarka) lub korzystnymi(miedź) Stal to stop obrabiany plastycznie, otrzymanym w proc. Stalowniczym po przejściu przez stan ciekły.
Umocnienie warstwy wierzchniej polega na zwiększeniu jej twardości wskutek działania czynników cieplnych, chemicznych lub mechanicznych, które powodują zmiany struktury, składu chemicznego lub odkształcenie plastyczne krystalitów w materiale warstwy.
Naprężenia własne warstwy wierzchniej są to naprężenia zalegające w warstwie wierzchniej, które pozostają w niej po zaprzestaniu działania obciążeń zewnętrz-nych.
Naprężenia wewnętrzne: Powstają podczas nagrzewania lub chłodz. Obrabianego cieplnie elementu. Mogą one spowodować odkształcenia, a w przypadku przekr. Granicy wytrzym. Materiału powstają pęknięcia. Naprężenia natury cieplnej powstają w wyniku nierównomier. Chłodz. Lub nagrzania przedm. Poniżej A1 i związane są z rozszerzalnością cieplną. W przypadku nagrzewania napręż. Zanikają po osiągnięciu dostat. Wysokiej temp. Ponieważ granica plast. Ze wzrost. Temp. Malej i mater.Ulega odprężeniu. Natomiast przy chłodzeniu odwrotnie