OBRÓBKA CIEPLNA METALI

Obróbka cieplna -jest to proces technologiczny, w wyniku którego zmienia się własności mechaniczne i fizykochemiczne metali i stopów w stanie stałym, przede wszystkim przez wywołanie zmian strukturalnych, będących głównie funkcją temperatury, czasu i działania środowiska.

Obróbka cieplna ma na celu zmianę właściwości poprzez zmianę struktury, lecz bez zmiany kształtu obrabianego przedmiotu. W zależności od parametrów obróbki cieplnej oraz zmian zachodzących w strukturze pod wpływem obróbki cieplnej wyróżnia się: wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie, przesycanie i starzenie.

Wyżarzanie - jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu elementu do odpowiedniej temperatury, przetrzymaniu w tej temperaturze jakiś czas, a następnie powolnym schłodzeniu. Ma głównie ono na celu doprowadzenie stali do równowagi termodynamicznej w stosunku do stanu wyjściowego, który jest znacznie odchylony od stanu równowagowego. Ze względu na temperaturę, w której wyżarzanie przebiega, dzieli się je na wyżarzanie: z przekrystalizowaniem i bez przekrystalizowania.

Hartowanie - jest zabiegiem cieplnym, któremu poddawana jest stal, składającym się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie do temperatury powyżej przemiany austenitycznej i wygrzewanie, tak długo jak to potrzebne, by nastąpiła ona w całej objętości hartowanego obiektu. Drugą fazą jest szybkie schładzanie. Szybkość schładzania musi być taka, by z austenitu nie zdążył wydzielić się cementyt i jego struktura została zachowana do temperatury przemiany martenzytycznej, w której to austenit przemienia się w fazę zwaną martenzytem. Stal posiadająca strukturę martenzytyczną nazywana jest stalą martenzytyczna lub hartowaną. Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Odpuszczanie - jest zabiegiem cieplnym, któremu poddawana jest stal wcześniej zahartowana. Celem odpuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych oraz zmiana własności fizycznych zahartowanej stali, a przede wszystkim zmniejszenie twardości, a podniesienie udarności zahartowanej stali.

Odpuszczanie polega na rozgrzaniu zahartowanego wcześniej przedmiotu do temperatury w granicach 150° do 650°C, przetrzymywaniu w tej temperaturze przez pewien czas, a następnie schłodzeniu. W czasie odpuszczania całość lub część martenzytu zawartego w zahartowanej stali rozpada się, wydzielając bardzo drobne ziarna cementytu, tworząc fazę zwaną sorbitem lub troostytem.

Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do temperatury powyżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i szybkim chłodzeniu w celu zatrzymania rozpuszczonego składnika w roztworze stałym. W wyniku przesycania poprawiają się właściwości plastyczne natomiast zmniejsza się wytrzymałość i twardość. Przesycanie jest szeroko stosowane do stali Cr-Ni o strukturze austenitycznej w celu rozpuszczenia węglików i uzyskania jednorodnej struktury austenitycznej, co zwiększa odporność na korozję międzykrystaliczną oraz do uszlachetniania wysokostopowych stali żarowytrzymałych i stali o specjalnych właściwościach magnetycznych.

Starzenie polega na nagrzaniu stopu uprzednio przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Podczas procesu z roztworu przesyconego wydziela się składnik znajdujący się w nadmiarze w postaci drobno dyspersyjnych faz. Jeżeli proces starzenia zachodzi w temperaturze pokojowej to nosi nazwę starzenia samorzutnego lub naturalnego. Starzenie powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz pogorszenie plastyczności.

Połączone procesy przesycania i starzenia określa się wspólną nazwą utwardzanie wydzieleniowe. Utwardzaniu wydzieleniowemu poddawane są stopy charakteryzujące się zmienną rozpuszczalnością jednego ze składników w stanie stałym i ma zastosowanie do umacniania metali nieżelaznych oraz stopowych stali austenitycznych i ferrytycznych.

Urządzenia do obróbki cieplnej

Urządzenia do obróbki cieplnej można podzielić na trzy zasadnicze grupy, a mianowicie:

• urządzenia podstawowe, umożliwiające wykonywanie podstawowych zabiegów obróbki cieplnej, tzn. grzania i chłodzenia; należą do nich:

− piece,

− nagrzewnice, stosowane do nagrzewania przedmiotów podczas hartowania powierzchniowego,

− urządzenia wytwarzające atmosfery regulowane,

− urządzenia do chłodzenia przedmiotów;

• urządzenia pomocnicze, umożliwiające wykonywanie czynności pomocniczych, takich jak

czyszczenie, mycie i transport przedmiotów;

• agregaty do obróbki cieplnej, składające się z połączonych ze sobą urządzeń podstawowych oraz pomocniczych, które są przeznaczone do wykonywania określonej operacji obróbki cieplnej.

Spośród urządzeń podstawowych najważniejszą rolę odgrywają piece i urządzenia do chłodzenia przedmiotów.

W zależności od źródła ciepła piece do obróbki cieplnej można podzielić na: elektryczne i paliwowe. W piecach elektrycznych wymagana temperatura jest uzyskiwana najczęściej na skutek przepływu prądu elektrycznego przez kąpiel solną, w której są zanurzone elektrody (piece elektrodowe) lub specjalne elementy grzejne, wbudowane w piec (piece oporowe). W piecach paliwowych wymagana temperatura może być uzyskiwana przez spalanie gazu (piece gazowe) lub olejów (piece olejowe).

Bezpieczeństwo i higiena pracy podczas obróbki cieplnej.

Na stanowiskach obróbki cieplnej istnieje wiele możliwości spowodowania nieszczęśliwych wypadków ze względu na specjalny charakter pracy. Do częstych wypadków należą poparzenia płomieniem, rozpryskującą się gorącą solą lub metalem, kontuzje spowodowane upadkiem ciężkich, często nagrzanych przedmiotów, poparzenia kwasami, skaleczenia twarzy lub rąk w czasie oczyszczania przedmiotów itp.

Przyczyną poparzenia płomieniem jest najczęściej nieprawidłowe rozpalanie pieców, a także mogą nią być wady urządzenia. Przy paliwie płynnym na skutek nieprawidłowego uruchomienia palnika płomień może się wydostać z pieca na znaczną odległość. Poparzenia rozpryskującą się solą lub metalem mogą być spowodowane zanurzeniem w kąpieli wilgotnych przedmiotów. Poparzenie wskutek zetknięcia się z nagrzanym przedmiotem lub gorącą częścią urządzenia bywa zwykle wynikiem nieostrożności albo nieprawidłowego załadowywania lub rozładowywania pieca. Często również poparzenie może nastąpić w czasie rozładowywania gorących skrzynek po nawęglaniu. Wypadki w czasie obsługiwania pieców mogą być spowodowane ciasnotą pomieszczenia, złą organizacją miejsca pracy lub wadliwym działaniem urządzeń i przyrządów pomocniczych. W czasie transportu przedmiotów mogą się również zdarzyć nieszczęśliwe wypadki na skutek upadku przenoszonych przedmiotów, zaczepienia nimi o ustawione przypadkowo na drodze przedmioty itp. Przy oczyszczaniu przedmiotów przez piaskowanie mogą nastąpić uszkodzenia oczu odpryskującymi cząstkami piasku lub metalu. Zależnie od konstrukcji urządzeń, sposobu ich pracy oraz rozmieszczenia w budynkach mogą się zdarzyć nieszczęśliwe wypadki, wywołane wymienionymi już powodami.

Dla uniknięcia tych wypadków należy przy organizowaniu zakładu przestrzegać ogólnych przepisów dotyczących higieny i bezpieczeństwa pracy. W zakres tych przepisów wchodzą nie tylko te, które dotyczą ochrony przed gwałtownym powstaniem uszkodzeń ciała, ale również i takie, które mają na celu zabezpieczenie pracowników przed długotrwałym szkodliwym wpływem warunków pracy, w wydziale. Wymienić tu przykładowo można złe oświetlenie, złe przewietrzanie, brak ochrony wzroku przed jaskrawymi źródłami światła itp.

Jednym z ważniejszych wymagań higieny i bezpieczeństwa pracy jest przewietrzanie hal warsztatowych. W halach obróbki cieplnej powinna działać wentylacja naturalna z wykorzystaniem ciągu kominowego i wentylacja mechaniczna usuwająca zużyte powietrze, gazy, dymy, przy pomocy wentylatorów. Gazy i dymy znad pieców i wanien powinny być usuwane za pomocą okapów połączonych z systemem wentylacyjnym. System wentylacyjny składa się z rur o odpowiedniej średnicy oraz z urządzenia wyciągowego, tj. wentylatora, komina lub innego urządzenia wyciągowego.

W celu zabezpieczenia pracowników obsługujących piec przed promieniowaniem ciepła ze ścianek pieców i okien stosuje się różnego rodzaju izolacje cieplne. Ścianki pieca po ich zewnętrznej stronie wykłada się np. pianobetonem, watą szklaną itp. Okna pieców w pewnych przypadkach ekranuje się ponadto za pomocą systemu rur, w których w czasie pracy pieca przepływa woda chłodząca. Ponadto w pewnych przypadkach należy stosować indywidualne osłony dla pracowników w postaci fartuchów lub rękawic, wykonanych z tkanin azbestowych lub skórzanych.

www.sciaga.pl/tekst/45749-46-obrobka_cieplna

www.zscku.konin.pl/przedmiotyzawodowe/files/obrobka cieplno-chemiczna.pdf

---