SPRAWOZDANIE Nauka o materiałach
Temat: Obróbka cieplna.
imię i nazwisko			L3 grupa
data	ocena	uwagi

Obróbka cieplna są to odpowiednio dobrane zabiegi cieplne prowadzące do zmiany właściwości stali poprzez zmiany struktury w stanie stałym w wyniku zmian temperatury i czasu.

Ze względu na czynniki wpływające na kształtowanie struktury oraz właściwości metali i stopów można wyróżnić następujące rodzaje obróbki cieplnej:

• obróbkę cieplną zwykłą,

• obróbkę cieplno-chemiczną,

• obróbkę cieplno-mechaniczną (zwaną także obróbką cieplno-plastyczną),

• obróbkę cieplno-magnetyczną.

Obróbce cieplne podlegają stopy, w których zabiegi cieplne wywołują w stanie stałym:

-przemianę eutektoidalną

-zmianę rozpuszczalności składników

Wyróżniamy następujące zabiegi obróbki cieplnej:

Wyżarzanie jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu stopu do odpowiedniej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia po wygrzaniu w temperaturze wyższej od temperatury przemian powinna być niewielka, gdyż szybkie chłodzenie uniemożliwiłoby powstanie faz zgodnych ze stanem równowagi stopu. Po wyżarzeniu w zakresie temperatury poniżej przemian szybkość chłodzenia może być zasadniczo dowolna, gdyż nie zachodzą w tym zakresie żadne przemiany fazowe.

W praktyce zależnie od celu rozróżnia się następujące rodzaje wyżarzenia:

-ujednorodniające- polega na nagrzaniu materiału do temperatury 1000-1200°C (o ok.100-200°C niższej od temperatury solidusu), długotrwałym wygrzaniu w tej temperaturze aż do wyrównania składu chemicznego oraz powolnym chłodzeniu. Celem zabiegu jest zmniejszenie niejednorodności (mikrosegregacji) składu chemicznego.

-normalizujące- polega na nagrzaniu do stanu austenitycznego, tzn. 30-50°C powyżej temperatury linii GSE i następnie studzeniu w powietrzu. Celem operacji jest uzyskanie jednorodnej struktury drobnoziarnistej, a przez to poprawa właściwości mechanicznych stali. Jest stosowane do niestopowych stali konstrukcyjnych i staliwa - często przed dalszą obróbką cieplną w celu ujednorodnienia struktury.

-odprężające- przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 400÷500 °C. W tych temperaturach stop zyskuje znaczną plastyczność, co umożliwia usunięcie wewnętrznych naprężeń (powstałych podczas krzepnięcia odlewu lub spoiny) poprzez zamienienie ich na odkształcenia plastyczne.

-zmiękczające- przeprowadzane w temperaturze zbliżonej do temperatury przemiany austenitycznej. Zwykle najpierw wygrzewa się w temperaturze około 15 °C powyżej linii PSK wykresu żelazo-węgiel, następnie 15 °C poniżej tej temperatury, po czym następuje powolne schładzanie. Taki zabieg powoduje przemianę cementytu płytkowego w postać kulkową (sferoidalną), co podwyższa obrabialność skrawaniem stopu. Takiemu wyżarzaniu poddaje się stale, staliwa i żeliwa.

-rekrystalizujące- przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 550÷650 °C. Poddaje się mu wyroby wcześniej obrabiane plastycznie na zimno w celu usunięcia niekorzystnego wpływu zgniotu.

-odpuszczające- obróbka cieplna polegająca na nagrzaniu przedmiotów stalowych uprzednio zahartowanych do określonej temperatury 180 - 650°C, wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie ochłodzeniu.

-starzące- wygrzewanie w temperaturze, w której zachodzi wydzielanie się składnika przesycającego w odpowiednim stopniu dyspersji; stabilizowanie, tj. wygrzewanie w temperaturze zazwyczaj ok. 150°C w celu zmniejszenia zmian zachodzących w temperaturze otoczenia oraz zmniejszenia naprężeń własnych.

Hartowanie- zabieg cieplny polegający na nagrzewaniu elementu do temperatury 30-50°C powyżej A3-A1, a następnie szybkim oziębieniu, prowadzi do powstawania struktury nierównowagowej. Celem zabiegu jest znaczne zwiększenie twardości wyrobu.

Wyróżnia się 3 typy hartowania:
- zwykłe polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego do zakresu austenitu, a następnie szybkim schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle wodnej lub olejowej, poniżej temperatury początku przemiany martenzytycznej, aż do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia powinna być dobrana tak, by nie nastąpiły odkształcenia hartownicze. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne, niż w oleju.

- stopniowe polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle ze stopionej saletry, do temperatury nieco powyżej temperatury przemiany martenzytycznej i przetrzymaniu w tej temperaturze, by nastąpiło wyrównanie temperatur w całym przekroju przedmiotu. W drugiej fazie, już w kąpieli wodnej lub olejowej, następuje dalsze schładzanie, w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaletą tej metody jest uniknięcie naprężeń hartowniczych. Wymaga jednak dużej wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej.

- izotermiczne jest hartowaniem, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna. Nagrzany przedmiot utrzymuje się w kąpieli z roztopionej saletry lub ołowiu, w temperaturze powyżej początku przemiany martenzytycznej. Nazwa metody pochodzi od faktu, iż kąpiel zachowuje stałą temperaturę. W hartowaniu tego typu nie powstaje martenzyt, lecz następuje rozpad austenitu na inne fazy, np. bainit, dając stali własności podobne jak po hartowaniu z odpuszczaniem. Zaletą metody jest brak naprężeń hartowniczych, lecz jest ona procesem długotrwałym, niekiedy przeciągającym się do kilku godzin.

Odpuszczanie niskie stosowane jest głównie do stali narzędziowych, łożyskowych oraz hartowanych powierzchniowo. Celem odpuszczania niskiego jest zmniejszenie naprężeń hartowniczych, skłonności do kruchego pękania oraz zachowanie dużej twardości i odporności na ścieranie.

Odpuszczanie średnie jest stosowane w celu nadania obrabianym elementom wysokiej granicy sprężystości przy zachowanej dużej wytrzymałości i równoczesnym polepszeniu ich właściwości plastycznych. Twardość struktury nieznacznie się zmniejsza. Odpuszczanie średnie jest stosowane głównie do stali sprężynowych oraz konstrukcyjnych. Odpuszczanie wysokie stosowane jest głównie do stali konstrukcyjnych w celu otrzymania najbardziej korzystnych właściwości wytrzymałościowych i plastycznych.

Własności stali niestopowych po odpuszczaniu w wyniku odpuszczania zwiększają się wszystkie wskaźniki określające plastyczność stali (wydłużenie, przewężenie) i odporność na pękanie (udarność), natomiast obniżają się własności wytrzymałościowe (wytrzymałość na rozciąganie Rm, granica plastyczności Re) a także twardość HB
W porównaniu do stali wyżarzonej o tej samej twardości znacznie zwiększa się udarność i plastyczność oraz iloraz Re/Rm. Zwiększenie ilorazu Re/Rm jest miarą ulepszenia materiału poprzez obróbkę cieplną. Stąd obróbka cieplna składająca się z hartowania i wysokiego odpuszczania, jest nazywana ulepszaniem cieplnym. Podczas odpuszczania następuje także usuwanie naprężeń własnych powstałych podczas hartowania. Im wyższa temperatura odpuszczania, tym w większym stopniu zachodzi odprężenie materiału.

Obróbka cieplno chemiczna stali stosuje się w celu uzyskania wysokiej twardości warstwy powierzchniowe przedmiotu, przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Zapewnia to dużą odporność ni ścieranie i wysoką wytrzymałość na obciążenia dynamiczne, a w niektórych przepadkach zabezpiecza stal przed korozją. stosunku do hartowania powierzchniowego obróbka cieplno-chemiczną jest procesem mniej wydajnym, ale za to zapewnia większe różnice między własnościami rdzenia i warstwy powierzchniowej, gdyż są one wynikiem nie tylko różnic struktury, ale także składu chemicznego. Dodatkową jej zaletą jest możliwość stosowania do dowolnych przedmiotów, niezależnie od ich kształtu.

Obróbka cieplno-chemiczną polega na dyfuzyjnym wprowadzeniu do przypowierzchniowej

warstwy przedmiotu obcego pierwiastka, celem spowodowania odpowiednich zmian jej

własności (w niektórych przypadkach właściwy efekt uzyskuje się dopiero po dodatkowej

obróbce cieplnej). Ogólnie dzieli się na:

• dyfuzyjne nasycanie niemetalami (nawęglanie, azotowanie, utlenianie, siarkowanie,

borowanie, krzemowanie),

• dyfuzyjne nasycanie metalami (aluminiowanie, chromowanie, cynkowanie,

tytanowanie),

• dyfuzyjne nasycanie wieloskładnikowe (węgloazotowanie, węglotytanowanie

siarkowęgloazotowanie itd.).

---