Przemiana austenit-perlit. Przemiana austenitu w struktury perlityczne przebiega w temp.niższej niż A1. Rozpoczyna się przy pewnym przechłodzeniu, gdy energia swobodna mieszaniny ferrytu z cementytem (perlitu) stanie się mniejsza od energii swobodnej austenitu. Im niższa jest temp. przemiany, tj. im większe przechłodzenie, tym większa jest różnica swobodnych energii i tym szybciej przebiega przemiana.
Przemianie austenitu w perlit towarzyszy dyfuzja połączona z przegrup. węgla, gdyż powstają dwie fazy znacznie różniące się zawartością węgla od austenitu. Ferryt zawiera bardzo mało węgla (maks. ok. 0,02%). cementyt zaś 6,67% węgla. Szybkość dyfuzji raptownie zmniejsza się przy obniżaniu temperatury, w związku z tym wzrost przechłodzenia powoduje zmniejszenie szybkości przebiegu przemiany. W wyniku łącznego działania obu czynników szybkość przemiany początkowo zwiększa się ze wzrostem przechłodz. osiągając przy pewnej wartości przechłodzenia swe maksimum, a potem zmniejsza się.
Przemiana perlit-austenit. W przypadku nagrzania perlitu powyżej temp A1 perlit staje się nietrwały termodynamicznie i ulega przemianie w austenit. Specyfiką tej przemiany jest to, że ze wzrostem temperatury, jej szybkość gwałtownie rośnie. Jest to efektem wzrostu współczynnika dyfuzji kontrolującej tę przemianę. Przebiega > A1, charak.dyfuzyjny-zachodzi rozpuszczanie się Fe3C i równomierne rozmieszczanie się C w aust.drogą dyfuzji.W zwykłych warunkach stos.szybkiego nagrzewania stali wyst.opóźnienie przemiany i konieczne jest podwyższenie temp.,by przemiana zaszła w określonym czasie.P przegrzany >Ac1 przemienia się w aust.z różną szybkością,zależnie od ST.przegrzania. Szybkość przebiegu tej przemiany zależy od początkowej struktury stali(ST.dyspersji Fe3C i jego kształtu).Im drobniejsze cząstki Fe3C(=większa ogólna powierzchnia),tym szybciej zachodzą opisane przemiany.Zabieg ten to austenityzowanie.Stuktura jednorod.aust.jest najbardziej porządana= najlepsza strukt.wyjściowa do właściwie all zabiegów obórbki/-Zmiana wielkości ziarna aust.-po przekroczeniu Ac1 ziarna aust.są bardzo drobne,ich wymiary nie zależą od wielkości ziarn P,z którego wytworzył się aust.Rozdrobnienie ziaren jest zw.Z tworzeniem isę dużel l.zarodków nowych ziarn na powierzchni między Fe.a Fe3C.Dalsze nagrzewanie(v wygrzewanie)=rozrost ziaren i utlenianie granic(na granicach powstają tlenki i rozsadzają je.Granica staje się pęknięciem,szczeliną i może wystąpić adkohezja)/-Stale gruboziar.-(niestopowe)po niewielkim przekroczeniu A1;-zarodkowanie heterogeniczne w aust.niejednorodnym;-jest niepożądana pn.<wytrzymałość i udarność/-Stale drobnoziar.-dopiero po nagrzeniu do ok 1000C;-mogą być niestopowe(hamowanie granic wzrostu spowodowane tlenkami v azotkami Al.(odtleniacz stali));-stopowe(zaw.pierwiastki silnie węglikotwórcze Ti,V,gdzie TiC i VC hamują rozrost ziaren).
0,1% C, 13% Cr - stal odporna na korozję, dzięki zawartości chromu || ferryt stopowy + węgliki chromu || Umocnienia: zahartować i odpuścić nisko - Uzyskanie struktury martenzytu odpuszczania
1,1% C, 13% Mn: austenit stopowy (Fe3Mn)3C || Umocnienia: odkształcenia plastyczne na zimno, przesycenie, starzenie
0,3%C i 13% chromu. *bez dod.stop.-sklad fazowy-Fe+Fe3C;-struktura:Fe+perlit;*z dod.stop.-sklad faz.-Fe stopowe+węgliki chromu(CrC)
0,8%C i 15%Mn Struktura: austenit stopowy + węgliki manganu Taką stal można poddać przesycaniu z temp. 1050-1100 w wodzie. Powstaje wówczas struktura autenitu z bliźniakami, dzięki czemu otrzymamy dobre właściwości plastyczne oraz dużą podatność do obróbki cieplnej plastycznej na zimno i na gorąco.
0,1% C, 18% Cr, 9% Ni Taki skład chemiczny zapewnia takiej stali strukturę austenityczną. Jest to stal chromowo-niklowa. Ze wzostem temperatury rozpuszczalność węgla zwiększa się i dzięki temu można je przesycać, co zwiększa odporność tej stali na korozję.
0,4% C, 13% Cr stal odporna na korozję, dzięki zawartości chromu || ferryt stopowy + węgliki chromu || Umocnienia: zahartować powierzchniowo i odpuścić nisko - Uzyskanie struktury martenzytu odpuszczania
Stale stopowe-stal,w której oprócz C występują inne dod.stopowe zmieniające w znaczny sposób chrakt.stali.Dodaje je się by podnieść hartowność,uzyskać>wytrzymałość,zmienić pewne właść.fiz i chem.Podział wg:-struktury w stanie równowagowym-uzysuje się przez wyżarzanie stali w wys.temp.i przez b.wolne ochłodznie(stale ferrytyczne,aust.,ferrytyczno-perlit.,ledeburyczne);-struktury po normalizowaniu,tj chłodzeniu na powietrzu(np.stale bainityczne,perlityczne);-pdst zastosowania-sqd chem jest ściśle zw z zastos./(nierdzewne,żaroodporne,do pracy w obniżonych temp.,narzędziowe);-wg składników stop.(stale chromowe,chromowo-niklowe,wolframowe)
Stale narzędziowe.1.Stale niestopowe(węglowe)narzędziowe-0,55-1,2%C ,stosowane na narzędzia pracujące w temp.do ok 200 st C.Produkowane są jako głęboko lub płytko hartujące się/2.Stale narzędziowe stopowe:-do pracy na zimno-0,55-1,2%C,stosowane w temp.do 200 st C.,wprowadzone dodatkowo dodatki polepszające hartowność,odporność na zużywania ścierne oraz ciągliwości.Dodatki te to Cr,Mn,W,Mo,V,Si;- do pracy na gorąco-0,25-0,6%C,stosowane na narzędzia do obróbki plastycznej i formy odlewnicze nagrzewające się powierzchniowo do temp 500-600st C.Dodatkowo zawierają: Mn,Si,Cl,Ni Mo,V,W;--stale szybkotnące- 0,75-1,45%C,stosowane do obróbki skrawaniem,pracujące w temp do 500 st C.Podstawowe dodatki: chrom,wolfram,wanad,molibden,krzem i kobalt.
Podział żeliw. Stop żelaza z C o zaw.C>2,11%.Podział zw wzg na:*sqd chem-niestopowe;-stopowe(>odporność na zużycie ścierne,>odporność na korozję w gazach(żeliwa żaroodporne)i w cieczach(kwasoodporne),specjalne własności,np.duża rezystywność);*formę wyst.C:-szare(C wyst.w postaci zwiazanej w osnowie metalowej,do stężenia eutektoidalnego,i wolnej tworząc wydzielenia grafitu), -białe(C w postaci zwiazanej, a w strukturze obecny jest Lprzemieniony), -połowiczne[pstre](C w postaci wolnej(grafit)i zwiazanej(Fe3C),zaw.C przekracza stężenie eutektoidalne);*strukturę(w zależności od osnowy):-Fe,-Fe-P,-Perlityczne,-nadPerlityczne;*kształt wydzieleń grafitu:-niemodyf(ostro zakończone,wydłużone płatki),-modyf(stępione,krótkie płatki),-2xmodyf-sferoidalne(kulkowe),-ciągliwe(kłaczkowe wydzielenia).
*Własności:-szare z osnową ferrytyczną-mała wytrzymałość;-mała odp na zużycie ścierne;-dobra skrawalność;-twardość i wytrzymałość > if >udział P;-białe i połowiczne:-b.twarde i krucze;-nie obrabia się mech.przez skrawanie ino szlifować;-białe do żeliwa ciągliwego i materiały wyjściowy do stali,staliwa i żeliwa szarego.
Stale do nawęglania,struktury po nawęglaniu i prawidłowej obróbce cieplnej. Obróbka cieplno-chem.polegającą na dyfuzyjnym nasyceniu warstwy wierzchniej stali C podczas wygrzewania obrabianego przedmiotu w ciągu określonego czasu w ośrodku,w którym powstaje C atomowy/-Cel:-uzyskanie pow.twardej i odpornej na zużycie ścierne,przy zachowaniu rdzenia o dobrych właść plast./-Stale:-do ok0,25%C,węglowe i niskostopowe z Cr,Ni,Mo,Ti,V( poprawiają hartowność stali)/-Temperatura nawęglania: 900-950ºC(Zakres austenitu,gdyż C rozpuszcza się w aust.do~ 2%.Rozpuszczalność C w Fe~0%)/-Zawartośćwęgla w stali po naC:~0,8 %w strefie przypowierzchniowej,<w kierunku rdzenia/-Grubość naC warstwy:~1mm/-Strukt.i twardość stali po naC: perlit(sam lub z małym udziałem Fe3C)o twardości 250-300HB na pow.,do Fe-P o twardości 100-150HB w rdzeniu.Twardość pow.bezp.po naC jest zbyt niska,aby poprawić odporność na zużycie ścierne.Z tego powodu po naC hartowanie i odpuszczanie niskie/-Strukt.i twardość pow.stali po hartowaniu i odpuszczaniu: martenzyt(sam lub z małym udziałem Fe3C)o twardości~60HRC. *Obróbka stopów metali,podczes której następuje celowa zmiana sqdu chem,warstw pow,nazywa się obóbką cieplno-chem.Zmiana sqdu chem.tych warstw=zmiany struktury i własn.
Dla stopów al obrobk cieplna. Cel:-podwyższenie ich wytrzymałości,polega na utwardzaniu dyspersyjnym,tj.na kolejnym przeprowadzeniu operacji przesycania roztw.stałego i starzenia.Stopy umacniane wydzieleniowo(obrabiane cieplnie):W wyższych temperaturach stopy te są jednorodnymi roztworami stałymi.Podczas starzenia wydzielają się z roztworu fazy międzymetaliczne powodujące umocnienie wydzieleniowe.Rodzaje:-Stopy Al-Cu-najpopul.,dobra wytrzymałość,mała v średnia odp. korozyjna dlatego są pokrywane ochronnymi warstwami czystego Al.Stos. w przemyśle sam.,lotniczym,maszynowym i bud./-Stopy Al-Si-duża zawartość Si,w strukt. występuje mieszanina eutektyczna.Umocnienia wydzieleniowe zapewnia dod. Mg.Stos. na tłoki i elem. maszyn pracujące w podwyższonych temp./-Stopy Al-Mg-Si-umocnienie wydzieleniowe zapewnia faza Mg2Si.Śr wytrzymałość,dobra spawalność i odp.korozyjna.Stos. w przemyśle elektrotech.,sam. Bud. i maszynowym/-Stopy Al-Zn-muszą zawierać doda.Mg i ew.Cu aby możliwe było ich umocnienie wydzieleniowe.Mają najw.wytrzymałość wśród stopów Al,są spawalne,mają dobrą odp. korozyjną.Stos. w przemyśle lotniczym,kosmicznym,zbrojeniowym,sam.-tam gdzie jest wymagana duża wytrzymałość i odp.korozyjna/-Inne stopy-do nowoczesnych stopów stos. w lotnictwie i kosmonautyce należą stopy zawierające lit.Lit jest bardzo lekkim pierwiastkiem i jego dod.<ciężar wyrobów,dodatkowo>ich sztywność/-Stopy Al-Si-w strukt.tych stopów występuje roztw. stały pdst alfa,prawie czyste Si i mieszanina eutektyczna.Efekt umocnienia zapewniają twarde kryształy Si.Siluminy mają skłonność do gruboziarnistości,przeciwdziała się jej przez szybkie chłodzenia odlewów oraz modyf stopów.Wydzielenia Si zapewniają dobrą odp. na zużycie ścierne lecz pogarszają obrabialność stopów.Stopy wieloskład. zawierające Mg i Cu można umacniać wydzieleniowo,powstają wtedy drobnodyspersyjne wydzielenia faz międzymetal.Mg2Si4 i Al2Cu.Dod.Cu poprawia właść.mech. w podwyższonych temp. i obrabialność stopów.Żaroodp. stopów zwiększa dod. Ni.Siluminy mają bdb właść. odlewnicze i i można je stosować na odlewy o skomplikowanych kształtach i cienkich ściankach.Stos. są na odlewy części dla przemysłu sam.o,lotniczego,elekt. i okrętowego.Należą do najb popul stopów odlewniczych Al.
Siluminy w strukturze tych stopów występuje roztwór stały podstawowy alfa, prawie czyste Si i mieszanina eutektyczna. Efekt umocnienia zapewniają twarde kryształy Si. Siluminy mają skłonność do gruboziarnistości, przeciwdziała się jej przez szybkie chłodzenia odlewów oraz modyfikację stopów. Wydzielenia Si zapewniają dobrą odporność na ścieranie lecz pogarszają obrabialność stopów. Stopy wieloskładnikowe zawierające Mg i Cu można umacniać wydzieleniowo, powstają wtedy drobnodyspersyjne wydzielenia faz międzymetalicznych Mg2Si4 i Al2Cu. Dodatek Cu poprawia właściwości mechaniczne w podwyższonych temperaturach i obrabialność stopów. Żaroodporność stopów zwiększa dodatek Ni. Siluminy mają bardzo dobre właściwości odlewnicze i i można je stosować na odlewy o skomplikowanych kształtach i cienkich ściankach. Stosowane są na odlewy części dla przemysłu samochodowego, lotniczego, elektrycznego i okrętowego. Należą do najbardziej popularnych stopów odlewniczych Al.
Przemiana martenzytyczna - zachodzi podczas szybkiego chłodzenia austenitu z szybkością większą od szybkości krytycznej. Martenzyt - przesycony roztwów stały w żelazie alfa, powstaje podczas przemiany austenitu przechłodzonego do temperatury, w której nie zachodzi dyfuzja węgla. Objętość właściwa martenzytu jest większa niż austenitu. Jest strukturą stali o największej twardości, ale jest także bardzo kruchy. Do zastosowań inżynierskich powinien być dalej poddany obróbce cieplnej przez odpuszczanie. Cechy przemiany martenzytycznej: przemiana bezdyfuzyjna, polega na przebudowie sieci przestrzennej z fazy gamma na fazę alfa, bez dyfuzji węgla; martenzyt powstaje przy ciągłym obniżaniu temperatury w granicach od Ms do Mf (temperatura Ms nie zależy od szybkości chłodzenia); przemiana postępuje przez tworzenie się nowych igieł martenzytu, nie przez rozrastanie poprzednio powstałych; przemiana zostaje zachamowana przez rosnące naprężenia ściskające w austenicie; naprężenia rozciągające i odkształcenia plastyczne ułatwiają przemianę martenzytyczną; przemiana ta w stalach jest nieodwracalna; wielkość płytek martenzytu zależy od wielkości ziaren austenitu (grubo, drobnoiglasty); przemiana zwykle nie zachodzi do końca; martenzyt średnio i wysokowęglowy (twardy, odporny na ścieranie): narzędzia, ścierane części maszyn, do dalszej obróbki cieplnej na sprężyny; niskowęglowy (ciągliwe, spawane, zgrzewane, wysoka wytrzymałość, granica plastyczności): karoserie samochodowe.
Bainit - mieszanina przesyconego ferrytu i wydzielonych węglików. Powstaje w wyniku przemiany bainitycznej. Twardość bainitu jest mniejsza od twardości martenzytu. Wyróżnia się dwa rodzaje bainitu:
bainit górny - powstaje w wyniku przemiany zachodzącej w temperaturze powyżej 400 °C. Składa się z cementytu oraz przesyconego ferrytu. Jest strukturą niekorzystną ze względu na kruche pękanie.
bainit dolny - powstaje w wyniku przemiany zachodzącej w temperaturze poniżej 400 °C. Składa się z węglika E oraz przesyconego ferrytu. Jest on twardszy od bainitu górnego, gdyż wydzielone węgliki są bardziej dyspersyjne.
Stale bainityczne charakteryzują się znacznie mniejszymi naprężeniami niż stale martenzytyczne dzięki czemu nie jest potrzebna obróbka cieplna po hartowaniu. Składnik stopów żelaza.
Krzywe dylatometryczne (badanie zmiany długości próbki): I stadium (do ok 200C): początek to przegrupowanie C w martenzycie bez tworzenia węglików, początek relaksacji naprężeń; potem powstają przejściowe płytkowe węgliki, maleje przesycenie f, maleją naprężenia, gęstość i rozmieszczenie dyslokacji zostaje, a szczątkowy też; struktura: martenzyt odpuszczania (przesycony iglasty ferryt, węglik, a szczątkowy); właściwości: wytrzymałość, twardość prawie tak samo wysoka, ciągliwość niewielka ale trochę wyższa niż w Mh. II stadium (do ok 200, 300C): objętość rośnie, zanika a szczątkowy; produkty jak w I; struktura: nadal martenzyt odpuszczania (mniej przesycony f, nie ma a szczątkowego); właściwości: wytrzymałość, twardość lekko maleją, udarność spada od ok 250C - nieodwracalna kruchość odpuszczania przez ciągłą otoczkę węglika. III stadium (ok 300-400): objętość maleje, zanika przesycenie f, zarodkuje cementyt; reszta nadmiaru C wydziela się z f; cementyt: zarodkowanie z nadmiaru w f i przekształcenie węglika; struktura: troostyt odpuszczania (m średnio odpuszczony, iglasty f i ziarenka cementytu): właściwości: wytrzymałość, twardość dość wysokie, ale szybko maleją; ciągliwość niska ale rośnie. IV stadium (ok 400 do A): koagulacja cementytu, rekrystalizacja zgniotu fazowego - proces zdrowienia; ruch granic f blokowany wydzieleniami cementytu; ok 650C - ruch granic, rosną nowe równoosiowe ziarna f; struktura: sorbit odpuszczania (m wysoko odpuszczony; iglasty ferryt, skoagulowany cementyt), powyżej 650: sferoid (po długim wyżarzaniu, kulkowy cementyt na tle f); właściwości so: wytrzymałość zdecydowanie wyższa, ciągliwość raczej wyższa, twardość umożliwia jeszcze skrawanie, jest najlepszy, stosowany do części maszyn.
Cel,warunki,stale do hartowania powierzchniowego.Narysować i opisać struktury stali po hartowaniu stali przeprowadzonym prawidłowo. Cel-sprawić,żeby stal miała dużą twardość warstw powierzchniowych,miała ciągliwy rdzeń(odporność na zużycie ścierne i obciążenia udarowe)/-Istota-nagrzanie do temp.hartowania ino warsty pow.Po oziębieniu utwardza się ino warstwa,która była nagrzana >A3,a rdzeń pozostaje niezmienieny/-Warunki-struktura wyjściowa-aust.jednorodny;-z racji dużych pow.do hartowania temp.uzyskania aust.jedno.jest >niż przy objętościowym nagrzewaniu materiału w piecach hartowniczych;-przed hartowaniem trzeba wyżarzyć normalizująco(>granicy plast.)v ulepszyć cieplnie;-przed trzeba zastos.niskie odpuszczanie w temp.<200C przez 1-2h(<naprężenia własne);-wymaha nagrzewania z dużą V,źródła ciepła muszą mieć dużą moc(hartowanie płomieniowe v indukcyjne);-trzeba nagrzać powierzchnie do wys.temp.,pn.podczas szybkiego nagrzewania wyst.opóźnienia w przebiegu przemian(nie wolno przesadzić bo nastąpi rozrost ziaren aust.);-warstwa zahartowana powierzchniowo=<20%przekroju zahartowanego elem.Prod.hartowania jest martenzyt-powstaje w obrębie granic aust.Jest gurboiglasty(kruczy i podatny na pękanie po granicach ziaren byłego aust.).Stale:-0,35-07%C;-o niskiej hartowności(przeważnie niestopowe,Ew.do 1%Cr);-można hartować żeliwa perlityczne mody,sferoidalne v z grafitem kłaczkowym
Brązy aluminiowe - stop miedzi z około 9-11% aluminium; przeważają brązy cynowe o mniejszej skłonności do segregacji, lepszych właściwościach odlewniczych, większej odporności na korozję. Brązy wolnochłodzone o zawartości Al poniżej 8% o strukturze jednofazowej można przerabiać plastycznie na zimno i gorąco przy około 6%. Brązy powyżej 9% Al: pojawia się eutektoid (alfa+gamma'), można przerabiać plastycznie tylko na gorąco, ale strukturę można zmieniać drogą obróbki cieplnej. Po zahartowaniu ich do temp 850-950C zachodzi przechłodzenie beta i powstaje struktura iglasta typu martenzytycznego, o dużej wytrzymałości i małej plastyczności. Po odpuszczaniu poniżej 550C rozpada się na mieszaninę alfa+gamma o dobrych właściwościach wytrzymałościowych i plastycznych. Brązy odlewnicze: Al powyżej 8%; wieloskładnikowe, rzadkopłynne; mała segregacja; duży skurcz; dobra odporność na korozję. Mają zastosowanie jako części w przemyśle chemicznym, elementy pracujące w wodzie morskiej, monety, styki ślizgowe, części łożysk, wały, śruby, sita, koła zębate.