1. Obróbka cieplna - dziedzina technologii obejmująca zespół zabiegów cieplnych mających na celu zmianę struktury stopów w stanie stałym, a przez to nadanie im pożądanych właściwości mechanicznych, fizycznych lub chemicznych. Jako środek do tego celu stosuje się podnoszenie lub obniżanie temperatury - są to zabiegi: nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia

2. Funkcją jakich parametrów są zmiany mikrostruktury w procesie obróbki cieplnej?

Temperatura, czas, chemiczne oddziaływanie środowiska technologicznego, odkształcenie plastyczne, oddziaływanie pola magnetycznego

3. Jakie zabiegi obróbki cieplnej wywołują zmiany strukturalne ?

Wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie

4. Jakie zabiegi obróbki cieplnej wywołują zmiany fazowe ?

nagrzewanie

wygrzewanie

chłodzenie

5. Jaki zabieg obróbki cieplnej nie wywołuje zmian fazowych i strukturalnych ?

Nie istnieje zabieg obróbki cieplnej, który nie wywoływał by zmian fazowych i strukturalnych.

6. Omówić przemianę perlityczną

Przemiana perlityczna zachodzi po ochłodzeniu austenitu do zakresu temperatur pomiędzy temperaturą Ar1, a temperaturą minimalnej trwałości austenitu 500-550^oC. W jej wyniku z austenitu powstaje mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu i cementytu zwana perlitem.

Przemiana perlityczna jest przemiany dyfuzyjną(proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek).

Zarodkowanie perlitu przebiega homogenicznie na granicach ziaren austenitu czy nierozpuszczonych cząstkach innych faz, przy czym z danych doświadczalnych wynika, że w pierwszej kolejności powstaje płytka cementytu, powodując zubożenie zawartości węgla w otaczającym ją austenicie. Gdy stężenie węgla w austenicie spadnie do poziomu odpowiadającego jego zawartości w ferrycie - powstaje płytka ferrytu, co prowadzi do wzbogacenia sąsiednich obszarów austenitu w węgiel do zawartości wymaganej dla powstania płytki cementytu. Kolonia perlitu rośnie poprzez dobudowywania nowych płytek ferrytu i cementytu oraz przez wzrost czołowy, który zachodzi na drodze dyfuzyjnego przegrupowywania atomów węgla.
W warunkach chłodzenia izotermicznego odległość między płytkami ferrytu i cementytu zmniejsza się wraz z przechłodzeniem austenitu

7.Omówić przemianę bainityczną.

Przemiana bainityczna - przechłodzenie austenitu do temp. odpowiadających środkowemu obszarowi na wykresie CTPi (ok. 550 - 200 °C dla stali węglowej), przemiana ta zawiera w sobie elementy przemiany martenzytycznej i przemiany perlitycznej, różniąc się jednak w swoisty sposób od obu tych przemian.

W tym zakresie temp. szybkość dyfuzji węgla jest bardzo mała. W warunkach tych z austenitu powstają płytki ferrytu przesycone węglem. Z powstałych płytek przesyconego ferrytu wydziela się cementyt. Bainit jest więc mieszaniną ferrytu, przesyconego węglem i węglikami. Im niższa jest temperatura przemiany bainitycznej tym mniejsza jest szybkość dyfuzji węgla i wydzielenia cementytu są drobniejsze (właściwości i struktura zależą od temperatury przemiany). Rozróżnia się bainit górny powstały z przemiany austenitu w temp. ok. 550 - 350 °C, oraz bainit dolny powstały w zakresie 350 - 250 °C.

8.Omówić przemianę martenzytyczną.

przemiana Martenzytyczna - zachodzi podczas szybkiego chłodzenia autenitu ( z szybkością większą od sybkości krytycznej). Jest to przemiana bedyfuzyjna , polega na przebudowie sieci przestrzennej. Żelazo gamma przechodzi w Żelazo alfa , bez dyfuzji węgla.Przemiana postępuje przez tworzenie się nowych igieł martenzytu , nie przez rozrastanie się poprzednio powstałych. Przemiana zostaje zahamowana przez rosnące naprężenia sciskające w austenicie , dlatego nie zachodzi do konca , w strukturze zawsze pozostaje pewna ilosc austenitu szcątkowego. Naprężenia rociągające i odkształcenia plastyczne ułatwiają tą przemiane.

W sutek tej przemiany powstaje martenzyt charakteryzujący się duzą twardością jak i dużą kruchością .Przemiana ta w stalach jest nieodwracalna.

9.Jaka korelacja występuje między szybkością chłodzenia (wielkością przechłodzenia), a dyspersją produktów przemian dyfuzuyjnych przechłodzonego austenitu ?

Zgodnie z wykresem Fe-Fe3C austenit przy bardzo powolnym chłodzeniu ulega w temperaturze Ar1, bliskiej równowagowej A1, przemianie w perlit. W stalach podeutektoidalnych przemiana perlityczna jest poprzedzona wydzielaniem się ferrytu od temperatury Ar3 , a w stalach nadeutektoidalnych - cementytu wtórnego od temperatury Arcm. Im większa szybkość chłodzenia, tym niższe są temperatury przemian. Przemiana perlityczna jest przemianą dyfuzyjną.Austenit przechłodzony poniżej około 550º, przy znacznie ograniczonej dyfuzji, ulega przemianie w bainit.Austenit przechłodzony poniżej temperatury Ms, bez udziału dyfuzji przemienia się w martenzyt.

EWENTUALNIE ODPOWIEDZIA NA TO PYTANIE MOZE BYC "IM WOLNIEJSZE CHŁODZENIE TYM WIECEJ PRODUKTÓW PRZEMIAN DYFUZYJNYCH PRZECHŁODZONEGO AUSTENITU POWSTAJE"

13. Omówić różnice w procesie wyżarzania zupełnego, normalizującego i z przemianą izotermiczną.

Główną różnicą w tych trzech rodzajach wyżarzania jest sposób studzenia i chłodzenia, ponieważ w każdym z nich początkowo odbywa się nagrzanie stali do temperatury 30÷50˚C powyżej Ac₃-Acm (końca przemiany ferrytu w austenit i początku wydzielania się cementytu z austenitu) i wygrzanie w tej temperaturze.

a) W wyżarzaniu zupełnym studzenie rozpoczyna się z piecem lub w popiele przynajmniej w zakresie temperatur krytycznych. Dalsze studzenie może odbywać się w powietrzu.

b) W wyżarzaniu normalizującym studzenie odbywa się w spokojnym powietrzu.

c) W wyżarzaniu izotermicznym, po wygrzaniu odbywa się oziębienie do temperatury odpowiadającej zakresowi przemian perlitycznych (ok. 500÷700˚C), wytrzymaniu w tej temperaturze aż do zakończenia przemiany austenitu w perlit z następnym chłodzeniem wolnym lub przyspieszonym.

14. Podać zasadniczą różnicę między bainitem górnym i dolnym.

Zasadniczą różnicą pomiędzy bainitem górnym oraz dolnym jest ich struktura. Mikrostruktura bainitu górnego ma charakter pierzasty i powstaje on w zakresie temperatur 550÷350˚C, natomiast mikrostruktura bainitu dolnego ma charakter iglasty, zbliżony do martenzytu, jest on twarszy i powstaje w temperaturach 350÷250˚C.

15. Uzasadnić optymalne temperatury hartowania stali.

a) Nagrzanie stali podeutektoidalnej powyżej temperatury Ac₃ jest konieczne do uzyskania jednorodnej struktury austenitycznej. Jeśli przy nagrzaniu nie zostałaby przekroczona temperatura Ac₃, to w strukturze zahartowanej stali pozostałby wolny ferryt, zmniejszając jej twardość, a po odpuszczeniu i inne właściwości mechaniczne.

b) Stale nadeutektoidalne nagrzewa się powyżej temperatury Ac₁. Rezygnuje się z całkowitego rozpuszczenia cementytu wtórnego w austenicie. Cementyt zwiększa tu ogólną twardość, zwłaszcza odporność na ścieranie.

c) Przy doborze temperatury hartowania bierze się pod uwagę wielkość przedmiotu. Duże przedmiotu hartuje się od nieco wyższych temperatur, zwiększając głębokość hartowania i dając czas, aby przemiany fazowe nastąpiły w całym przekroju obrabianego przedmiotu.

d) Woda stosowana do hartowania powinna być utrzymywana w temperaturze 15÷40˚C. nagrzana do wyższej temperatury ma małą szybkość chłodzenia w zakresie 500÷650˚C i daje nierównomierne hartowanie. Zbyt zimna woda natomiast zbyt szybko odprowadza ciepło i może powodować pękanie hartowanych elementów.

16. Omówić zalety poszczególnych rodzajów hartowania objętościowego. 
  
-martenzytyczne ciągłe: bardzo duża twardość i wysokie własności wytrzymałościowe oraz niskie własności plastyczne i duża kruchość. 
-martenzytyczne stopniowe: zapewnia uzyskanie struktury stali jak po operacji hartowania martenzytycznego zwykłego przy znacznie mniejszych naprężeniach i odkształceniach cieplnych i strukturalnych 
-bainityczne ciągłe ;zwykłe : większe własności plastyczne i większa udarność stali niż po hartowaniu martenzytycznym i wysokim odpuszczaniu, większa odporność stali na zmęczenie, niższa jednak granica sprężystości i plastyczności. 
-bainityczne izotermiczne: znaczne ograniczenie naprężeń cieplnych i strukturalnych oraz zmniejszenie możliwości powstania pęknieć i odkształceń.

17. Zalety hartowania powierzchniowego. 
 umożliwia ograniczenie nagrzewania do cienkiej warstwy powierzchniowej i to jedynie w miejscach, które powinny być obrobione cieplnie. Nie wywołuje duzych naprężeń i odkształceń cieplnych. Hartowanie powierzchniowe umożliwia automatyzację i mechanizację procesów technologicznych obróbki cieplnej.

18. HARTOWNOŚĆ: podatność stali na hartowanie, wyrażana zależnością przyrostu twardości w wyniku hartowania od warunków austenityzowania i szybkości chłodzenia. O hartowności stali współdecydują: utwardzalność i przehartowalność.

UTWARDZALNOŚĆ: podatność stali na hartowanie, miarą której jest zależność największej - możliwej do uzyskania po hartowaniu - twardości od warunków austenityzowania oraz stężenia węgla w austenicie.

19. ODPUSZCZANIE NISKIE: jest wykonywane w temperaturze 150÷200C i stosowane głównie dla narzędzi, sprężyn, sprawdzianów. Celem tej operacji jest usunięcie naprężeń hartowniczych z zachowaniem dużej twardości, wytrzymałości i odporności na ścieranie.

20. ODPUSZCZANIE ŚREDNIE: odbywa się w temperaturze 250÷500C, jest stosowane do sprężyn, resorów, matryc i innych części maszyn. W wyniku tej operacji twardość stali ulega niewielkiemu zmniejszeniu, lecz zostają zachowane duża wytrzymałość i sprężystość.

21. odpuszczanie wysokie - proces zachodzi w temperaturach od 500 ° do 650 °C. Przy odpuszczeniu wysokim, dąży się do stworzenia stali o najwyższej dla niej udarności a zarazem optymalnej twardości oraz prawie całkowicie zostają usunięte naprężenia. Po hartowaniu uzyskuje strukturę sorbityczną i odznacza się z reguły wyższą granicą plastyczności i wyższym wydłużeniem i przewężeniem niż ta sama stal o strukturze perlitycznej. Stosuje się je do większości stali konstrukcyjnych.

22. Przez utwardzanie rozumie się zdolność stali do utwardzania się przy hartowaniu, a określa ją maksymalna twardość mierzona na powierzchni stali, którą uzyskano przy optymalnych parametrach hartowania. Jej struktura w rdzeniu będzie się składała z perlitu i bainitu, a głębokość strefy zahartowanej będzie równa tylko grubości warstwy zakreskowanej.

23. W celu polepszenia wytrzymałości i twardośc, przy jednoczesnym uzyskaniu dobrej ciągliwości i udarności, stosuje się ulepszanie cieplne, polegające na hartowaniu i odpuszczaniu w odpowiednio wysokiej temperaturze, w wyniku czego powstaje struktura sorbityczna.

24. Kruchość odpuszczania. Temperatura odpuszczania i szybkość chłodzenia przy odpuszczaniu mają znaczny wpływ na udarność konstrukcyjną stali stopowej. W przypadku powolnego chłodzenia stali po odpuszczaniu krzywa charakteryzująca jej udarność ma dwa minima: dla około 300°C i około 500 ÷ 600°C. Jest to zjawisko tzw. kruchości odpuszczania pierwszego i drugiego rodzaju. Z tego względu należy unikać odpuszczania w tym zakresie temperatur.

25. Przesycaniem nazywa się operację cieplną polegającą na:

1) nagrzaniu stali do temperatury, w której wydzielona faza przechodzi do roztworu stałego, tj. powyżej temperatury granicznej rozpuszczalności,

2) wygrzaniu w tej temperaturze,

3) oziębieniu w celu zatrzymania rozpuszczonego składnika w roztworze przesyconym.

Stan przesycony jest nietrwały i stop dąży do przejścia w stan równowagi, co może nastąpić stosunkowo łatwo np. po podgrzaniu. W stanie przesyconym stop ma większą plastyczność natomiast twardość i wytrzymałość ulegają zmniejszeniu. Przesycanie stosowane jest np. do stali chromowo-niklowej o strukturze austenitycznej (stale kwasoodporne) lub o dużej zawartości manganu. Stale te nagrzewa się do temperatury ok. 1100°C i następnie oziębia się w wodzie. Celem tego zabiegu jest rozpuszczenie węglików i uzyskanie jednorodnej struktury austenitycznej

Starzenie polega na nagrzaniu i wytrzymaniu uprzednio przesyconego roztworu w temperaturze znacznie niższej od temperatury granicznej rozpuszczalności w cel wydzielenia o odpowiednim stopniu dyspersji składnika lub składników znajdujących się w nadmiarze w przesyconym roztworze stałym. W przypadku niektórych stopów procesy starzenia zachodzą już w temperaturze otoczenia, co nosi nazwę starzenia naturalnego (samorzutnego). W czasie starzenia zachodzą zmiany strukturalne zbliżające skład stopu do stanu równowagi. Wydzielanie się w czasie starzenia składnika (znajdującego się w przesyconym roztworze stałym) w postaci skupień lub faz o dużej dyspersji powoduje utwardzanie stopu. Z tego względu połączenie zabiegów przesycenia i starzenia nosi nazwę utwardzania wydzieleniowego.

---