1. Co to jest obróbka cieplna?
   Obróbka cieplna są to odpowiednio dobrane zabiegi cieplne, które prowadzą do poprawy własności stali przez zmiany struktury, wywołane przemianami fazowymi zachodzącymi w stanie stałym.

2. Co to jest zabieg lub operacja cieplna?
   Operacja to rodzaj procesu technologicznego (np. hartowanie). Zabiegiem nazywamy część operacji (np. nagrzewanie, wygrzewanie).

3. Jakie parametry decydują o przemianach fazowych?
   Podstawowymi parametrami są: szybkość nagrzewania, temperatura zabiegu cieplnego (wygrzewania T_w), czasy nagrzewania
   , chłodzenia
   , szybkość chłodzenia.

4. Klasyfikacja rodzajów obróbki. cieplnej.
   A.Obróbka ciepła zwykła (wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie); B.Utwardzanie wydzielinowe (przesycanie, starzenie naturalne, starzenie przyspieszone); C.Obróbka cieplno-chemiczna (Dyfuzyjne nasycenie metalami i niemetalami); D.Obróbka cieplno-plastyczna (z przemianami polimorficznymi i bez przemian polimorficznych).

5. Rodzaje wyżarzania stali.
   Z przemianą alotropową:
   Ujednorodniające - temperatura 100 - 150^oC < solidus ( stal 1000-1250^oC), + studzenie. Cel: zmniejszenie miejscowych niejednorodności materiału;
   Normalizujące - temperatura 30-50^oC powyżej linii Ac3+Acm studzeniu spokojnym powietrzu. Cel: otrzymanie równomiernie drobnoziarnistej struktury F i P;
   Zupełne - temperatura jak przy normalizującym + studzenie powolne, z piecem. Cel : otrzymanie struktur równowagowych, zmiękczenie stali;
   Sferoidyzujące (zmiękczające)- temperatura około Ac1 + dowolne studzenie. Cel : nadanie stali możliwie małej twardości poprzez sferoidyzację cementytu; Bez przemiany alotropowej:
   Rekrystalizujące - temperatura 550-650^oC, poddaje się mu wyroby wcześnie obrabiane plastycznie na zimno. Cel : usuniecie niekorzystnego wpływu zgniotu;
   Odprężające - temperatura 400-500^oC, Cel : usuniecie wewnętrznych naprężeń (krzepnięcie odlewu lub spoiny)-zamiana na odkształcenie plastyczne;

6. Sposób przeprowadzania i cel następujących rodzajów wyżarzania: ujednorodniającego, normalizującego, zupełnego, niezupełnego, izotermicznego, sferoidyzującego, rekrystalizującego, odprężającego.

7. Sposób przeprowadzania i cel odpuszczania stali.
   Opuszczanie - polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanej stali do temperatury niżej od A₁, wygrzaniu w tej temperaturze i następnym, chłodzeniu na powietrzu, wodzie lub oleju. Cel: usuniecie naprężeń hartowniczych oraz zmniejszenie kruchości materiału.

8. Co to jest ulepszanie cieplne?
   Ulepszaniem cieplnym nazywamy połączenie zabiegu hartowania z wysokim lub średnim odpuszczaniem.

9. Sposób przeprowadzania i cel następujących rodzajów hartowania: zwykłego, przerywanego, stopniowego, banitycznego;
   Hartowanie zwykłe - polega na austenityzowaniu z następnym szybkim oziębieniem w jednym ośrodku w celu uzyskania struktury martenzytycznej;
   Hartowanie przerywane - przeprowadza się w dwóch ośrodkach chłodzących. Celem zmiany ośrodka oziębiającego (na wolniej odbierający ciepło) jest wolniejsze chłodzenie w zakresie przemiany martenzytycznej, co zmniejsza naprężenia w hartowanym materiale. Po wyjęciu z soli dochładza się przedmiot zwykle na powietrzu do temp otoczenia realizując w nim wyłącznie przemianę martenzytyczną;
   Hartowanie stopniowe - polega na chłodzeniu przedmiotu z przystankiem termicznym, które realizuje się poprzez chłodzenie w stopionych solach o temp wyższej od M. Cel usunięcie znacznej części naprężeń termicznych;
   Hartowanie banityczne - polega na chłodzeniu przedmiotu z przystankiem izotermicznym na tyle długim aby mogła zajść przemiana austenitu w banit dolny. Minimalizują się wówczas naprężenia termiczne i strukturalne;

10. Sposób przeprowadzania i cel patentowania.
    Patentowanie - obróbka mająca na celu uzyskanie drobnego perlitu. Po austenityzowaniu następuje szybkie schłodzenie do temp. Ok. 500 ­⁰C i wytrzymanie w tej temp przez okres wystarczający do dajścia przemiany perlitycznej.

11. Na czym polega utwardzanie wydzieleniowe stopów?
    Utwardzanie wydzielinowe metoda obróbki cieplnej metali prowadząca w efekcie do zwiększenia ich wytrzymałości mechanicznej. Utwardzenie jest efektem wydzielenia rozpuszczonego składnika z roztworu przesyconego a w temperaturze niższej prowadzące w efekcie do zmiany właściwości stopu.

12. Obróbka Podzerowa, sposób przeprowadzania i cel.
    Obróbka podzerowa zwana również wymrażaniem, ma na celu maksymalny rozkład austenitu po zahartowaniu. Osiąga się to w wyniku schłodzenia stali poniżej temp M_f, która dla stali 06-07% C wynosi poniżej 0 ⁰C. Prowadzi do zwiększenia twardości i stabilności wymiarów.

13. Co to jest dyfuzja?
    Dyfuzja to jakiekolwiek względne zmiany położeń atomów w sieci zachodzące w stacjonarnym ośrodku pod wpływem wzbudzenia termicznego.

14. Znaczenie procesów dyfuzji w obróbce cieplnej.
    Dyfuzja warunkuje zachodzenie wielu ważnych procesów w metalurgii, a także w materiałach niemetalicznych. Można tu wymienić przemiany fazowe, tworzenie roztworów stałych, spiekanie, obróbkę cieplno-chemiczną, utlenienie, homogenizację, sferoidyzację i koagulację faz. Poza tym dyfuzja odgrywa pewną rolę w przeróbce plastycznej na gorąco, pełzaniu, krystalizacji i rekrystalizacji, migracji granic ziarn (a więc w rozroście ziarn) i innych. Ze względu na powszechność zjawisk dyfuzji posiada ona duże znaczenie teoretyczne i praktyczne.

15. Prawa dyfuzji.
    I prawo Ficka - określające zależność strumienia dyfundujących atomów J w funkcji gradientu koncentracji
    , a dla układów wieloskładnikowych potencjału chemicznego
    . Ma postać
    gdzie: D-współczynnik dyfuzji [cm²/s],
    II prawo Ficka - podaje zależność szybkości zmiany koncentracji
    w funkcji pochodnej gradientu koncentracji lub potencjału chemicznego.

16. Co jest siłą napędową dyfuzji chemicznej?
    Siłą napędową jest dążenie układ do równowagi termodynamicznej.

17. Podstawowe mechanizmy dyfuzji.
    Mechanizm pierścieniowy;
    Mechanizm relaksacyjny;
    Mechanizm rezonansowy;
    Mechanizm wakacyjny atomy przemieszczają się drogą wymiany z wakacjami. Zachodzi w roztworach substytucyjnych, gdzie średnice atomów są zbliżone. Q_V - stanowi energię konieczną do utworzenia wakacji i ich wymiany, z atomami;
    Mechanizm międzywęzłowy atomy domieszek przeskakują z jednej luki między węzłowej do drugiej - sąsiedniej. Q_m - stanowi energię konieczną do przeskoku;
    dyfuzja reaktywna zachodzi w przypadku tworzenia związków między metalicznych między dyfundującymi składnikami;
    dyfuzja granicami ziarn zachodzi w materiale polikrystalicznym. W wysokiej temp granice ziarn nie stanowią dróg uprzywilejowanej dyfuzji, jednak rola ich wzrasta w miarę obniżenia temp poniżej ok. 0.8T_top. Jednak dyfuzyjność granic koincydentnych i bliźniaczych jest mała;
    dyfuzja przez dyslokacje są drogami łatwego przenikania atomów w niższych temperatura;

18. Co to jest stan metastabilny?
    Stan metastabilny - stan wzbudzony układu kwantowego, charakteryzujący się względnie małym prawdopodobieństwem powrotu do stanu podstawowego (tj. długim średnim czasem trwania wzbudzenia).

19. Rodzaje przemian fazowych.
    Przemiany fazowe dzielimy na: A)dyfuzyjne (zarodkowanie; wzrost zarodków) ; B)bezdyfuzyjne (martenzytyczne).

20. Znaczenie zarodkowania w przemianach fazowych.
    Im prędkość zarodkowania jest większa, tym szybciej zachodzi dana przemiana fazowa.

21. Wymień podstawowe przemiany zachodzące w stalach.
    1)Przemiana perlitu w austenit ( I przemiana podst); 2)Przemiany przy chłodzeniu: a)Przemiana perlityczna (II przemiana podst); b)przemiana bainityczna; c)przemiana martenzytyczna (III przemiana podst);

22. Narysuj i objaśnij wykres izotermiczny przemiany perlitu w austenit.
    
    
    Linia A_p oznacza początek przemiany, linia A_k- koniec przemiany. Im wyższa temp przemiany, tym mniej czasu upływa od zapoczątkowania do zakończenia przemiany perlitu w austenit. Powstający austenit nie będzie jednak jednorodny i do pełnego wyrównania koncentracji węgla konieczne jest dalsze wygrzewanie, aż do przecięcia linii izotermicznej z krzywą A_j. Z porównania dwóch szybkości nagrzewania v₁ i v₂ wynika że przy większej szybkości v₂ przemiana kończy się po krótszym czasie, ale zachodzi w wyższych temp niż przy mniejszej szybkości nagrzewania.

23. Jaki jest cel przegrzania stali o 30-50 C ponad GOS przy austenityzowaniu?
    Temperatura oraz czas austenityzowania ograniczone są z jednej strony pożądaną ilością węgla i ewentualnie pierwiastków stopowych rozpuszczonych w austenicie, a z drugiej rozrostom ziarna austenitu

24. W jakich warunkach następuje rozdrobienie ziana w stali?
    Rozdrobnienie ziarna austenitu można osiągnąć dwoma sposobami: a. przez obróbkę plastyczną i rekrystalizację; b. przez ochłodzenie stali poniżej temp Ar₁ i następnie nagrzanie jej do stanu austenitycznego. Zawsze przy przekraczaniu granicy Ac₁ powstaje bowiem duża ilość zarodków austenitu na granicach płytek perlitu, w wyniku czego powstający austenit jest drobnoziarnisty. Z drobnego austenitu powstają też drobnoziarniste struktury: perlit, bainit lub martenzyt cechujące się korzystnymi własnościami, zwłaszcza ciągliwością.

25. Co hamuje rozrost ziarna stali?
    Głównym czynnikiem hamującym rozrost ziarna austenitu są bowiem dyspersyjne cząstki obcych faz, które rozpuszczają się zwykle w temp. 950-1000⁰C. Uniemożliwiają one migrację granic ziarn, gdyż powstaje siła przyciągająca granicę do cząstki.

26. Istota przemiany dyfuzyjnej austenitu.

27. Zasada budowy wykresu CTPi.
    Budowa wykresy CTPi. Składa się z 4 charakterystycznych linii, od góry jest ograniczony linią A_1, od dołu - temperaturą początku przemiany martenzytycznej M_s. Dwie krzywe C oznaczają początek (lewa) i koniec (prawa) izotermicznego rozkładu austenitu. Każda stal ma charakterystyczny dla niej wykres CTPi, ważny w Obr. cieplnej. Na jego podst można przewidzieć skłonność austenitu do przemiany dyfuzyjnej i konieczną szybkość chłodzenia do jej zahartowania, jak również strukturę, jak powstanie w określonej temp.

28. Zasada sporządzania wykresu CTPc;
    Wykonując serię próbek przy różnych prędkościach chłodzenia, następnie nanosząc krzywe chłodzenia i zaznaczone na nich punkty początku przemian, uzyskujemy wykres. Na osi rzędnych jest temperatura, a na odciętych czas.Na wykresach tych, oprócz danych o rodzaju i stopniu zaawansowania w funkcji czasu poszczególnych przemian, zamieszcza się również ilościowe dane dotyczące udziałów objętościowych produktów przemian austenitu i ich własności.

29. Mechanizm wzrostu perlitu.
    Przemiana perlityczna zachodzi po ochłodzeniu austenitu do zakresu temperatur pomiędzy temperaturą Ar1, a temperaturą minimalnej trwałości austenitu 500-550°C. W jej wyniku z austenitu powstaje mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu i cementytu zwana perlitem. Przemiana perlityczna jest przemianą dyfuzyjną, związaną z przegrupowaniem atomów węgla i zachodzi przez zarodkowanie oraz rozrost zarodków.

30. Od czego zależy szybkość zarodkowania i wzrostu perlitu?

31. Istota przemiany bainitycznej.
    Przemiana bainityczna łączy w sobie cechy przemiany bezdyfuzyjnej i dyfuzyjnego przemieszczania węgla. Zachodzi przy przechłodzeniu C. W wyniku przemiany powstaje w stali do temperatury w zakresie ok. 450-200 bainit, będący mieszaniną ferrytu przesyconego węglem i dyspersyjnych węglików. Zarodkowanie bainitu rozpoczyna dyfuzyjne przemieszczanie węgla w austenicie do granic ziarn i dyslokacji. Zarodkami przemiany są miejsca ubogie w węgiel, utworzone w pobliżu granic ziarn i dyslokacji. Zróżnicowanie składu chemicznego austenitu wymaga pewnego czasu inkubacji, niezbędnego do zainicjowania przemiany bainitycznej.

32. Cechy morfologiczne i własności banitu.
    Bainit górny składa się z ziarn przesyconego węglem ferrytu o nieregularnych kształtach z nieregularnymi wydzieleniami węglików oraz z austenitu szczątkowego. Bainit dolny składa się z przesyconego węglem ferrytu o postaci listwowej, zbliżonego do martenzytu, płytkowych węglików w równoległych rzędach, ściśle zorientowanych względem listew ferrytu oraz z austenitu szczątkowego;

33. Istota przemiany martenzytycznej. Definicja martenzytu.
    Martenzytem nazywamy przesycony roztwór stały węgla w żelazie
    , który jest produktem przemiany bezdyfuzyjnej.
    Istotą przemiany martenzytycznej jest powstanie martenzytu, który cechuje się wysoką twardością.

34. Co to jest krytyczna szybkość chłodzenia?
    Najmniejsza szybkość chłodzenia, przy której uzyskamy jeszcze strukturę całkowicie martenzytyczną. Im mniejsza jest szybkość krytyczna tym większa jest hartowność stali.

35. Warunki powstania martenzytu.
    1. Chłodzenie z szybkością v_k (krytyczną lub większą) stwarza możliwości uniknięcia przemiany dyfuzyjnej;
    2. Ochłodzenie austenitu poniżej określonej temp, zwanej temp. początku przemiany martenzytycznej M_s^;
    3. warunkiem dalszego przebiegu przemiany jest obniżenie temp. Po przekroczeniu końca przemiany M_f dalsza przemiana nie zachodzi, pomimo że pozostaje jeszcze pewna ilość austenitu;

36. Wyjaśnij przyczyny powstania austenitu szczątkowego?
    W stopach Fe-C powstaje w trakcie przemiany martenzytycznej. Jest to pozostałość austenitu, która nie uległa przemianie na wskutek powstałych w trakcie procesu naprężeń ściskających. Naprężenia te utrudniają tworzenie się martenzytu.

37. Od czego zależy ilość austenitu szczątkowego?
    Ilość austenitu szczątkowego zależna jest od temperatur początku i końca przemiany martenzytycznej. Im temperatury te są niższe tym większe występują naprężenia i w skutek tego zwiększa się ilość austenitu szczątkowego.

38. Cechy morfologiczne, struktura i własności martenzytu.
    W wyniku przemiany martenzytycznej w stalach mogą się tworzyć dwa rodzaje martenzytu: a) martenzyt listwowy - we wszystkich niemal stopach żelaza z pierwiastkami stopowymi. Cechuje go duża gęstość dyslokacji wewnątrz kryształów; b) martenzyt płytkowy - powstaje w nielicznych stopach żelaza w ściśle określonych zakresach stężeń pierwiastków stopowych. Kryształy mają kształt płytek zbliżonych do soczewek o różnej wielkości;

39. Powstanie, cechy morfologiczne oraz własności sorbitu i sferoidytu.
    Sorbit- mieszanina bardzo drobnych cząstek cementytu i częściowo zrekrystalizowanego ferrytu o budowie pierzastej 500-600`C 400-250HRC; Sferoidyt- mieszanina dużych sferoidalnych cząstek cementytu w osnowie ziarnistego ferrytu 700-Ac₁ 150-250 HRC

40. Dobór temperatury i czasu grzania w obróbce cieplnej.

41. Działanie atmosfery pieca na stal.
    W piecach bez atmosfer ochronnych na stal działa nagrzane do wysokiej temperatury powietrze powodując dwa niekorzystne zjawiska: utlenianie i odwęglanie stali.
    W piecach z atmosferą gazu ochronnego lub próżniowe problemem jest również utlenianie i odwęglanie stali.
    Piece kąpielowe są bardzo efektywnym środkiem zabezpieczającym przed odwęglanie, pod warunkiem że kąpiel solna jest świeża.

42. Ośrodki chłodzące stosowane przy hartowaniu i ich zdolności chłodzenia.
    a) 10% roztwór wodny (NaOH, NaCl, Na₂CO₃, H₂SO₄); b) woda; c) emulsja olejowa w wodzie; d) olej transformatorowy; e) olej maszynowy. Zdolnością chłodzącą ośrodka oziębiającego, jest współczynnik intensywności chłodzenia H. Współczynnik ten określa względną zdolność chłodzenia ośrodka w porównaniu z wodą, dla której przyjmuje się H = 1.

43. Co jest hartowność stali i jakie są jej kryteria?
    Hartowność stali - jest to zdolność do tworzenia struktury martenzytycznej podczas chłodzenia z temperatury austenityzacji. Wyrażana jest przyrostem twardości po hartowaniu w zależności od warunków austenityzowania i szybkości chłodzenia. O hartowności decydują : utwardzalność i przehartowalność. Na hartowność stali wpływa : składu chemicznego (pierwiastki stopowe), wielkości ziarna austenitu, jednorodność austenitu i obecność innych nierozpuszczonych cząstek.

44. Zasada określania hartowności stali w próbie hartowania od czoła.
    Najpowszechniej stosowaną metodą określania hartowności stali konstrukcyjnych jest tzw. metoda hartowania od czoła opracowana przez Jominy'ego. Metoda ta polega na chłodzeniu strumieniem wody czołowej powierzchni próbki walcowej po austenityzowaniu jej w warunkach zalecanych dla danego gatunku stali. Następnie na próbkach zahartowanych przeprowadza się pomiar twardości wzdłuż zeszlifowanych przeciwległych tworzących próbki co 2mm od chłodzonego czoła próbki. W dalszej kolejności sporządza się wykres twardości w funkcji odległości od czoła próbki, zwany krzywą hartowności, nanosząc średnie wyniki pomiarów z dwóch przeciwległych tworzących.

45. Wady obróbki plastycznej.
    Wady: 1)Droga technologia; 2) skomplikowane maszyny; 3) laboratoria badawcze;

46. Wpływ odpuszczania na własności stali.
    W czasie odpuszczania całość lub część martenzytu zawartego w zahartowanej stali rozpada się, wydzielając bardzo drobne ziarna cementytu, tworząc fazę zwaną sorbitem lub troostytem. Najkorzystniejsze własności mechaniczne, a mianowicie wysoką wytrzymałość na rozciąganie, przy wysokiej udarności i plastyczności uzyskuje się podczas odpuszczania wysokiego. Tworzy się struktura odpuszczania o wysokim stopniu koagulacji cementytu (sorbit).

47. Rodzaje kruchości odpuszczania i sposoby jej zapobiegania.
    Podczas odpuszczania występuje kruchość odpuszczania, którą dzielimy na: a) kruchość odpuszczania I rodzaju i jest to kruchość nieodwracalna, zachodzi w zakresie temperatur 250-450°C, powoduje zmniejszenie odporności na pękanie; B) kruchość odpuszczania II rodzaju i jest kruchością odwracalną, zachodzi powyżej 500°C i powolnym chłodzeniu.
    Kruchości odpuszczania zapobiega się dzięki obecności glinu (Al.), chromu (Cr) oraz molibdenu (Mo).

---