Co nazywamy przegrzewalnością stali? Przegrzewalnością stali nazywamy skłonność austenitu stali do rozrostu ziarna. Własność ta jest bardzo istotna w procesie obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej stali i dlatego metody badania są ujęte w PN. Zostały też opracowane metody klasyfikacji wielkości ziarna austenitu, które także są ujęte w PN.

Co to jest azotonawęglanie? Jest to wysokotemperaturowe węgloazotowanie,czyli. .. Polega na jednoczesnym nasycaniu powierzchni stali węglem i azotem w ośrodkach gazowych lub ciekłych. W zależności od temp. procesu azotonawęg.może być wysokotemp.-750-950*C lub niskotemp.-450-600*C.Elementy poddane azotonawęglaniu wysokotemp. Obrabie się cieplnie w taki sam sposób jak przedmioty nawęglone.Struktura warstwy azotonawęglonej i zahartowanej powinna się składać z drobnoiglastego martenzytu z mała ilością austenitu szczątkoego bez wydzieleń węglików.

Co to jest azotowanie i jaki jest cel tej obróbki ? Azotowanie polega na nasyceniu warstwy wierzchniej azotem, w wyniku czego uzyskuje się dużą twardość (900 + 1200 HV) i odporność na zmęczenie. Tak dużą twardość można jednakże osiągnąć tylko na specjalnych stalach do azotowania zawierających Cr, Mo i Al (38HMJ). Ponieważ azotowanie przeprowadza się w nie­zbyt wysokiej temperaturze ( ok. 550°C), stal uprzednio poddaje się ulepszaniu (har­towanie i odpuszczanie -550°C). Stosuje się atmosferę zdysocjowanego amoniaku, w której występują aktywne atomy azotu. W wyniku tego następuje ich dyfuzja oraz tworzenie się azotków pierwiastków stopowych i żelaza (korzystny jest Fe4N, nie­korzystny -bo kruchy -Fe2N) Azotowanie jest obróbką kosztowną, gdyż długotrwałą ( ok. 4? h), i dlatego jest stosowane w przypadku szczególnie odpowiedzialnych elementów.

Co to jest hartowność stali? Hartownością nazywamy zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej. Z hartownością wiążą się następujące cechy: głębokość hartowania, maksymalna twardość uzyskiwana na powierzchni, -skłonność do tworzenia rys i pęknięć. Cechy te ściśle się ze sobą wiążą. Na przykład zwiększenie intensywności chłodzenia prowadzi do osiągnięcia większej głębokości zahartowania i większej twardości na powierzchni, ale może powodować powstawanie rys oraz pęknięć i na odwrót.

Co to jest i na czym polega hartowanie powierzchniowe? Hartowanie powierzchniowe jest to rodzaj obróbki cieplnej, która polega na wytwarzaniu struktury martenzytycznej jedynie w cienkiej strefie przypowierzchnio­wej, nie wywołując zmian strukturalnych w rdzeniu obrabianego elementu. W wyni­ku tego otrzymujemy korzystną kombinację własności: twardą i odporną na ścieranie i zmęczenie powierzchnię i ciągliwy rdzeń. Efekt taki uzyskuje się poprzez nagrzanie! do temp. wyższej od AC3 tylko cienkiej warstwy przypowierzchniowej i szybkie ochłodzenie jej natryskiem wody. Na skutek nagrzewania do hartowania tylko ułamka masy materiału metoda ta jest bardzo energooszczędna. W zależności od sposobu nagrzewania hartowanie powierzchniowe dzielimy na płomieniowe, indukcyjne, kąpielowe, elektrolityczne. W celu zmniejszenia naprężeń można zahartowane powie­rzchnie odpuszczać w zakresie 150 + 200°C. Hartowanie powierzchniowe-płomieniowe: Hartowanie powierzchniowe z nagrzewaniem płomieniowym przeprowadza się za pomocą palników acetylenowych, które zwykle łączy się w grupy, tak aby można było jednocześnie nagrzewać większą powierzchnię. Palniki przesuwają się stopnio­wo z odpowiednią prędkością wzdłuż powierzchni nagrzewając ją, a tuż za nimi następuje natrysk wody. Może też przemieszczać się hartowany przedmiot, podczas gdy palniki i natryskiwacz są nieruchome, Nagrzewanie płomieniowe nie jest zbyt szybkie i w związku z tym nagrzewana strefa nie jest na ogół mniejsza niż 2 + 6 mm. Tego rzędu są też warstwy zahartowane. Ten rodzaj hartowania jest zwykle stosowany do ciężkich elementów maszyn, jak łoża, duże koła zębate, bieżnie, rynny do trans­portu węgla itp. Hartownie powierzchniowe-indukcyjne: Nagrzewanie powierzchni następuje w tym przypadku za pomocą prądów o wy­sokiej częstotliwości, które poprzez odpowiednio ukształtowany induktor znajdujący się blisko nagrzewanej powierzchni wytwarza szybkozmienny strumień magnetyczny indukujący prądy wirowe. Ponieważ efektywność nagrzewania jest w tym przypadku większa niż przy nagrzewaniu palnikowym, a efekt naskórkowy działa na małej głębokości, grubości warstw zahartowanych ( d) są mniejsze i wynoszą do ok. 1,5 mm. Zależy to jednak od częstotliwości prądu f (d -1 I f) Ten rodzaj nagrzewania jest energooszczędny, powoduje małe utlenienie, odwęglenie i odkształcenie. Wadą Jest duży koszt urządzeń (generatorów prądu wysokiej częstotliwości) i konieczność doboru induktorów, co powoduje, że opłacalne jest stosowanie tej metody tylko przy masowej produkcji. Inne metody hartowania powierzchniowego: Do rzadziej stosowanych metod należą: metoda kąpielowa, w której nagrzewa­nie przeprowadza się przez zanurzenie elementu na krótki czas w kąpieli solnej lub metalowej (żeliwo), po czym następuje ostudzenie w wodzie. Grubość warstwy zahartowanej reguluje się czasem zanurzenia w kąpieli. Metoda elektrolityczna polega na nagrzewaniu w elektrolicie (5% roztwór wodny Na2CO3). Hartowany element stanowi katodę. W wyniku przepływu prądu na powierzchni elementu wydziela się warstwa wodoru, wywołująca opór dla jego przepływu. Powoduje to szybkie nagrzewanie powierzchni. Ośrodkiem chłodzącym jest elektrolit (z chwilą wyłączenia prądu). Metoda kontaktowo-oporowa nadaje się tylko do cylindrycznych powierzchni. Polega na przesuwaniu po powierzchni obrotowo-posuwiście rolki, do której jest dołączony prąd o niskim napięciu i dużym natężeniu (ok. 700 A/mm szerokości rolki). Powoduje to szybkie nagrzewanie powierzchni stali do wysokiej temperatury, ale na niewielkiej głębokości. Natychmiastowy natrysk wodą wywołuje zahartowanie.

Co to jest i na czym polega nawęglanie fluidalne ? Nawęglanie to jest przeprowadzane w złożu fluidalnym, które jest ośrodkiem składającym się z drobnych cząstek fazy stałej zawieszonych w strumieniu gazu przepływającego z odpowiednią prędkością (stan quasi ciekły). W zależności od składu złoża może ono działać obojętnie na powierzchnię elementów lub je nawęglać (up. gdy cząstki są grafitem, a przepływający gaz powietrzem lub mieszaniną gazu endotermicznego i ziemnego). Złoże składające się z cząstek grafitu może być nagrzewane elektrycznie za pomocą elektrod, ale również istnieje możliwość nagrze­wania zewnętrznego (elementami oporowymi lub poprzez spalanie gazu). Duża wartość współczynnika przejmowania ciepła złoża oraz czyszczący powierzchnię ruch cząstek pozwalają na osiąganie efektywności nawęglania podobnej jak przy nawęglaniu w ośrodkach ciekłych, z tym że nie zachodzi konieczność. czyszczenia elementów z resztek soli. Można też stosować bezpośrednie hartowanie elementów,

Co to jest kruchość I i II rodzaju?

Co to jest krytyczna prędkość chłodzenia. Krytyczną prędkość chłodzenia wyraża styczna do krzywej początku przemian dyfuzyjnych na wykresie CTPc Analogiczna styczna na wykresie CTPi wyznacza vk o około 1,5 raza mniejszą. Krytyczną prędkość chłodzenia interpretuje się jako prędkość zabezpieczającą przed wystąpieniem przemian dyfuzyjnych które zachodzą w wyższych temperaturach niż przemiana martenzytyczna i rozkładając austenit uniemożliwiają jego przemianę w martenzyt.

Co to jest nawęglanie i jaki jest cel tej obróbki ? Nawęglaniem nazywamy dyfuzyjne nasycanie stali węglem. Nawęglaniu podda­je się stale niskowęglowe o zawartości do ok. 0,2% C, przez co zawartość C zwiększa się do ok. 1% C. Po zahartowaniu uzyskuje się wysoką twardość powierzchni ( ok. 60 HRC) i ciągliwy rdzeń, co w wielu konstrukcjach jest rozwiązaniem optymalnym. Nawęglanie przeprowadza się przy temperaturze 930°C -zwykle ok. 10 h. Nawęglanie można przeprowadzać w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych.

Co to jest potencjał węglowy atmosfery ? Potencjałem węglowym atmosfery nazywamy jej zdolność do nawęglania żelaza do określonej zawartości węgla na powierzchni. Potencjał ten zależy od składu chemicznego atmosfery. CO i CH4 zwiększają potencjał, a CO2 i H2O obniżają go. Składniki atmosfery reagują wzajemnie ze sobą i wytwarza się równowaga między nimi, dzięki czemu dla określenia potencjału atmosfery wystarczy określić jeden ze składników, np. H2O. Z obniżaniem H2O potencjał węglowy atmosfery rośnie. W praktyce stężenie H2O w atmosferze określa się wyznaczając tzw. punkt rosy, do czego służą specjalne przyrządy zwane indykatorami punktu rosy. Można również określić potencjał węglowy drogą nawęglania cienkiej folii żelaznej i określenia w niej zawartości węgla.

Co to jest punkt rosy i jak się go określa? Punkt rosy jest to temperatura, przy której prężność pary wodnej zawartej w atmosferze równa się prężności pary nasyconej, czyli temperatura, przy której następuje skroplenie pary wodnej zawartej w atmosferze. Najprostszy indykator punktu rosy składa się z komory przedzielonej lustrzaną membraną na dwie części (rys. 12.12).. Jedna jest wypełniona gazem atmosfery, druga służy do ochładzania membrany (np., drogą rozprężania adiabatycznego CO2). Moment pojawienia się rosy obserwuje się przez lupę i odczytuje się temperaturę membrany mierzoną za pomocą opornika termometrycznego. Są też w użyciu indykatory Zautomatyzowane o działaniu ciągłym. Po odczytaniu temperatury punktu rosy, z tabel lub wykresów możemy odczytać potencjał węglowy.

Co to jest ulepszanie cieplne? Ulepszaniem cieplnym nazywamy obróbkę cieplną polegającą na zahartowaniu i średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. Prowadzi ono do uzyskania najlepszej kombinacji własności wytrzymałościowych i plastycznych. Twardość i wytrzy­małość spadają, ale ciągliwość (AS, Z i KC) rośnie. Udarność jest bardzo wysoka, a stosunek Re/Rm osiąga maksymalną wartość. Jedynym problemem może być kru­chość odpuszczania II rodzaju ( odwracalna), która może wystąpić w przypadku powolnego chłodzenia stali stopowych po odpuszczaniu.

Co to jest węgloazotowanie i na czym polega? Węgloazotowanie jest obróbką cieplno-chemiczną polegającą na jednoczesnym nasycaniu stali węglem i azotem. Głównymi zaletami tej obróbki jest niższa tempe­ratura i krótszy czas procesu. Węgloazotowanie może być przeprowadzane w ośrodkach gazowych lub ciekłych, przy wysokich lub niskich temperaturach. Gazowe może być procesem wysokotemperaturowym (750 + 900°C) i wówczas jest zbliżone do nawęglania lub niskotemperaturowym (500 + 600°C), kiedy upodabnia się do azoto­wania. Atmosfera składa się z mieszaniny amoniaku i gazu nawęglającego. Po obróbce wysokotemperaturowej stosuje się hartowanie, natomiast niskotemperaturowe jest poprzedzane ulepszaniem cieplnym. Węgloazotowanie niskotemperaturowe zwane jest także cyjanowaniem. Nazwa cyjanowanie pochodzi od soli cyjanowych stosowanych do węgloazotowania kąpielowego. W przypadku procesu wysokotemperaturowego (750 -900°C) kąpiel składa się zwykle z Na2CO3 + NaCI lub BaCl z dodatkiem ok. 30% NaCN z dodatkiem KCN, Ca(CN)2 lub K4[Fe(CN)6]. Cyjanki rozkładają się dostar­czając aktywnych atomów C i N. Elementy po ok. 20 min. nagrzewaniu w soli mogą być bezpośrednio hartowane. Przy cyjanowaniu niskotemperaturowym stosuje się kąpiele bogatsze w cyjanki (np. 50% NaCN + 5O% KCN) i temperaturę procesu w zakresie 500 + 600°C. W związku z tym jest stosowane najczęściej do odpuszcza­nia narzędzi ze stali szybkotnącej. W czasie do 2h powstaje bardzo odporna na ścieranie warstwa o grubości ok. 20 mm wzbogacona w azot i węgiel. Cyjanowanie ma jednak dwie główne wady: sole cyjankowe są bardzo toksyczne i zachodzi konieczność usuwania resztek soli z elementów po obróbce.

Co to jest wykres CTPi i jak jest zbudowany? Wykres CTPi jest wykresem ilustrującym postęp przemiany austenitu w warun­kach izotermicznych (czas -temperatura -przemiana). Na osi rzędnych jest tempera­tura i odciętych -czas. Od góry -wykres jest ograniczony linią A1, a od dołu linią Ms (początek przemiany martenzytycznej). Na wykresie znajdują się jeszcze dwie krzywe C. Lewa oznacza punkty początku rozkładu austenitu -prawa końca. (Są to punkty odczytane z wykresu na rys. 1 1.11 a). Na lewo od pierwszej krzywej C istnieje austenit, między krzywymi C austenit + produkty jego rozkładu, a na prawo od drugiej krzywej C -tylko produkty rozkładu, przy czym między A1 i temperaturą maksymal­nej prędkości rozkładu będzie występował perlit, poniżej -bainit, a przy temperaturze granicznej troostyt (drobny perlit). Bainit również jest zróżnicowany morfologicznie. Tuż powyżej M s --jest to bainit dolny (iglasty), a powyżej ok. 300°C górny (pierzasty).

Co to jest zabieg cieplny i operacja o.c. ? Zabiegiem cieplnym nazywamy część operacji (np. nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie). Operacja o.c. jest to natomiast część procesu technologicznego (np. wyżarzanie lub hartowanie). Stanowi cykl zmian temperatury obejmujący zabiegi nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia. Operacja o.c. może być przedstawiona na wykresie w układzie temperatura-czas (rys. 11.1). Poszczególne operacje o.c. różni się szybkości nagrzewania lub chłodzenia, czasem i temperatur~ wygrzewania.

Co to są brązy krzemowe? Są to stopy miedzi z krzemem do ok. 4,5%. Zawierają też inne dodatki, jak Mn, Ni, Fe, Co, Cr i Zn. Krzem zwiększa twardość i wytrzymałość miedzi, ale obniża plastycz­ność (rys. 15.25). Mangan i cynk zwężają zakres roztworu stałego. Mangan poprawia wytrzymałość i odporność na korozję, a cynk lejność. Żelazo prawie nie rozpuszcza się w roztworze 'alfa' i występuje w postaci związków FeSi i Fe3Si. Dlatego wprowadza się je tylko do stopów odlewniczych. Nikiel zwiększa wytrzymałość i odporność na korozję. Brązy krzemowe w zależności od przeznaczenia dzieli się na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Zaletą brązów krzemowych są dobre własności wytrzymałościowe i odporność na korozję, a wadą duży skurcz (ok. 1,6%), skłonność do segregacji dendrytycznej i grawitacyjnej oraz absorpcja gazów w stanie ciekłym. Stosuje się wyżarzanie ujednoradniające i odprężające. Brązy obrabiane plastycz­nie na zimno poddaje się wyżarzaniu rekrystalizującemu. Niektóre stopy można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu.

Co to są wykresy CTPc i jak je tworzymy? Są to wykresy czas-temperatura-przemiana chłodzenia ciągłego. Zastosowa­nie wykresów CTPi w przypadku chłodzenia ciągłego stali wnosi błąd wynikający stąd, że okresy czasu wytrzymania izotermicznego stali przy różnych temperaturach nie są sobie równoważne. Dlatego krytyczna szybkość chłodzenia wyznaczona z wy­kresu CTPi jest ok. 1,5 razy mniejsza niż w rzeczywistości. Stąd też dla dokładnej ilustracji kinetyki przemiany austenitu przy chłodzeniu zaczęto opracowywać wykre­Sy cTpc, Używa się do tego celu dylatometrów wyposażonych w znaczniki czasu, dzięki czemu każdej przemianie zarejestrowanej na krzywej dylatometrycznej można przypisać czas, jaki upłynął od początku chłodzenia. Wykonując serię próbek przy różnej szybkości chłodzenia, a następnie nanosząc krzywe chłodzenia i zaznaczone na nich punkty początku i końca różnych przemian uzyskuje się wykres taki jak na rysunku 11.12. Dla pełniejszego zobrazowania przemiany, krzywe chłodzenia opisuje się dodatkowo wartościami twardości HV, a przy punktach przecięcia krzywych chłodzenia i linji i wykresu oznaczających konie-c przemiany podaje się procentowy udział danego składnika strukturalnego, Dzięki temu wykresy CTPc mogą nie tylko być stosowane do doboru warunków Obróbki cieplnej, ale pozwalają na przewidywa­nie struktury i twardości, jeśli. znana jest szybkość chłodzenia w danym miejscu obrabianego elementu.

Dobór chłodziw ze względu na rodzaj urządzeń hartowniczych?

Hartowanie indukcyjne - istot a i cel *indukcyjne-grzanie odbywa się prądem elekt. Indukowanym w obrabianym cieplnie przedmiocie przez zmienne pole magnetyczne.Pole magnetyczne jest wytwarzane przez wzbudnik, tj. cewke zasilana pradem wytwarzanym przez generatory prądu przemiennego.Metody różnią się względnymi ruchami wzbudnika i obrabianego przedmiotu.Chłodzenie może być przez zanurzenie w kąpieli chłodfzącej lub przez natrysk cieczy bezpośredni0o w wzbudniku.(hatuje się tak wałki, koła zębate,zawory wielowpusty itp.

Hartowanie płomieniowe-istota i cel? *płomierniowe-nagrzanie przez palnimi gazowe, które są sprzężone z natryskiwaczami, co umożliwia bezpośrednie chłodzenie,Bardzo podobne do indukcyjnego(hartuje się tak wałki, koła zębate prowadnice łóż obrabiarek, tulei -przedmioty o dużych wymiarach

Hartowanie powierzchniowe-płomieniowe : Hartowanie powierzchniowe z nagrzewaniem płomieniowym przeprowadza się za pomocą palników acetylenowych, które zwykle łączy się w grupy, tak aby można było jednocześnie nagrzewać większą powierzchnię. Palniki przesuwają się stopnio­wo z odpowiednią prędkością wzdłuż powierzchni nagrzewając ją, a tuż za nimi następuje natrysk wody. Może też przemieszczać się hartowany przedmiot, podczas gdy palniki i natryskiwacz są nieruchome, Nagrzewanie płomieniowe nie jest zbyt szybkie i w związku z tym nagrzewana strefa nie jest na ogół mniejsza niż 2 + 6 mm. Tego rzędu są też warstwy zahartowane. Ten rodzaj hartowania jest zwykle stosowany do ciężkich elementów maszyn, jak łoża, duże koła zębate, bieżnie, rynny do trans­portu węgla itp.

Interpretacja graficzna fizycznego znaczenia współczynnika węgla β?

Jak austenit szczątkowy wpływa na własności stali? Austenit szczątkowy odgrywa ro1ę głównie w stalach narzędziowych, nawęglanych i łożyskowych, gdyż zawierają one stosunkowo dużo węgla i pierwia­stków stopowych i są nisko odpuszczane (austenit szczątkowy wówczas się nie rozkłada). Austenit szczątkowy obniża twardość zahartowanej stali, gdyż w przeciwieństwie do martenzytu jest miękki. Nie znaczy to, że jest on jednoznacznie fazą szkodliwą. Zwiększa on bowiem odporność stali na ścieranie i powierzchniową wytrzymałość zmęczeniową oraz zmniejsza skłonność stali do kruchego pękania. Wadą jego jest natomiast zwiększenie skłonności do pęknięć szlifierskich (przy większej zawartości) oraz powodowanie niestabilności wymiarowej (np. sprawdzia­nów) i obniżenie odporności korozyjnej.

Jak się określa hartowność w próbie hartowania od czoła? Punktem wyjścia jest wykonanie próbki cylindrycznej o śr. 25 mm i długości 100 mm (z kołnierzem). Następnie próbkę poddaje się austenityzowaniu (zabezpieczając ją przed utlenieniem) i hartuje chłodząc od czoła natryskiem wody w specjalnym urządzeniu (rys. 11.39). Po ochłodzeniu próbkę zeszlifowuje się po 0,4 + 0,5 mm wzdłuż przeciwległych tworzących, po czym dokonuje się pomiaru twardości apara­tem Rockwella na skali C. Wyniki pomiarów nanosi się na wykres zależności twardości od odległości od czoła (1-yS. 11.40). Za pomocą wykresu zależności twar­dości strefy półmartenzytycznej od zawartości węgla (rys. 11.37) określa się odległość od czoła, w której znajduje się strefa półmartenzytyczna. Odległość ta jest podstawą do określenia Dki lub Dk za pomocą nomogramu (rys. 11.41), który zawiera szereg krzywych parabolicznych, odpowiadających różnym intensywnościom chłodzenia (H).

Jak sporządza się wykres CTPi? Wykres CTPi można sporządzić różnymi metodami (metalograficzną, pomiaru twardości, magnetyczną.). Chcąc wykorzystać dwie pierwsze metody postępuje się następująco: cienkie próbki ( ok. 0,5 mm) austenityzujemy w odpowiedniej dla danej stali temperaturze, po czym przenosimy je szybko do kąpieli izotermicznej (najlepiej metalowej, np. Pb, Sn), po czym wytrzymuje się je przez coraz dłuższe okresy czasu (np. l, 2, 3, 4, 5... s), a następnie oziębia w wodzie. Próbki składa się w pakiet i wykonuje zgład metalograficzny. Po wytrawieniu należy śledzić przebieg przemia­ny w poszczególnych próbkach.. Jasno trawiący się składnik to martenzyt (powstały z austenitu) oznacza, że rozkład austenitu jeszcze się nie rozpoczął. Pojawienie się ciemno trawiących się produktów rozkładu austenitu oznacza, że przemiana się rozpoczęła, a zniknięcie jasno trawiącego się składnika, że się zakończyła. Czasy wytrzymania izotermicznego odpowiednich próbek nanosi się na wykres T- `tau' na linii danej temperatury. Dokonując takiej procedury dla całego zakresu temperatur pomiędzy A1 i Ms uzyskujemy punkty początku i końca przemiany wykresu, które po połączeniu dają nam dwie krzywe C. Zwykle próbki poddaje się dodatkowo badaniu twardości na aparacie Vickersa. Nanosząc twardości próbek na wykres w funkcji czasu izotermicznego wytrzymania uzyskujemy typowe krzywe S, które pozwalają na wyznaczenie czasów początku i końca przemiany

Jaką obróbkę cieplną stosuje się po nawęglaniu? Dla pełnego wykorzystania walorów nawęglania, tj. uzyskania maksymalnej twardości powierzchni należy nawęglone elementy poddać hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu (150 -200°C). Najprostszym i najtańszym rozwiązaniem jest bez­pośrednie hartowanie po nawęglaniu -możliwe jednakże tylko w przypadku pieców o działaniu ciągłym. W tym przypadku korzystne jest wstępne podchłodzenie do temperatury hartowania (760 -820°C), co obniża naprężenia i ilość austenitu szczątkowego w warstwie nawęglonej. Jeśli elementy po nawęglaniu zostaną schłodzone, należy je ponownie nagrzać, co korzystnie wpływa na strukturę, gdyż następuje rozdrobnienie ziarna. Istnieją dwie możliwości wyboru temperatury harto­wania: wyższej od AC3 rdzenia (850 -900°C), co powoduje przekrystalizowanie i poprawę własności na całym przekroju, ale zwiększa naprężenia i ilość austenitu szczątkowego w warstwie nawęglonej oraz niższej (760- 780°C), która jednakże nie umożliwia przekrystalizowania rdzenia i nie usuwa siatki cementytu. W szczególnie odpowiedzialnych wyrobach stosuje się dwukrotne hartowanie, najpierw od wyższej (woleju), a następnie od niższej temperatury (w wodzie). W wyniku takiej obróbki twardość warstwy jest wysoka (ponad 60 HRC), struktura rdzenia korzystna i poziom naprężeń niski.

Jaki jest cel i jak się przeprowadza odpuszczanie stali? Odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanego elementu do temperatury poniżej Aj, zwykle jednak nie wyższej niż ok. 550°C. Czas na ogół nie przekracza 2 godz. Niekiedy stosuje się trzykrotne odpuszczanie po 1 godz. Głównym celem jest poprawa ciągliwości materiału i zmniejszenie naprężeń, chociaż następuje to kosztem obniżenia jego twardości. Odpuszczanie może być niskie (temp. 100 + 250°C), średnie (250 + 450°C) i wysokie (450 + 600°C). Odpuszczaniu niskiemu poddaje się głównie narzędzia, wyroby nawęglane i hartowane powierzchniowo oraz łożyska, średniemu -resory i sprężyny, a wysokiemu -stale konstrukcyjne i narzędziowe do pracy na gorąco. W tym przypadku odpuszczanie prowadzi do rozkła­du austenitu szczątkowego. Ogólnie biorąc, w przypadku stali węglowych i niskostopowych odpuszczanie powoduje spadek twardości i wytrzymałości, a wzrost ciągliwości (As, Z, KC), ze wzrostem temperatury i czasu odpuszczania. W stalach wysokostopowych (np. szyb­kotnących) przy wysokim odpuszczaniu obserwuje się ponowny wzrost twardości związany z rozkładem austenitu szczątkowego i wydzieleniem dyspersyjnych węglików, co nazywamy wtórnym utwardzeniem. Poza tym pierwiastki stopowe hamujące dyfuzję węgla przesuwają poszczególne stadia odpuszczania ku wyższym temperaturom. Struktury po odpuszczaniu jako kulkowe cechują się lepszymi właściwościami plastycznymi niż struktury płytkowe, które powstają podczas przemian dyfuzyjnych austenitu, jeśli ich twardości są identyczne (rys. 11.29).

Jaki jest cel przegrzania stali o 30-50°C ponad GOS przy austenityzowaniu?Linia GOS jest linią równowagi miedzy mieszaniną ferrytu i austenitu i czystym austenitem.Stąd wniosek, że na tej linii szybkośc przemiany ferrytu w austenit jest b. Mała. Przegrzanie stali powyżej tej linii zwiększa siłe napędową przemiabny i zachodzi ona szybciej.Stąd wnisek, że przegrzewając stal o 30-5-*C ponad GOS możemy uzyskać strukturę austenityczną po krótszym czasie.eliminując sktki długotrwałego wygrzewania stali(utlenienie, odwęglenie, straty energii)

Jakie atmosfery stosuje się przy nawęglaniu gazowym? Atmosfery do nawęglania są wytwarzane w specjalnych wytwornicach z gazu ziemnego, koksowego, generatorowego, świetlnego. Może też być wykorzystywany gaz endotermiczny otrzymany przez częściowe spalenie gazu ziemnego i oczyszczenie z pary wodnej. Węglowodory znajdujące się w gazie ziemnym dysocjują na C + H2. W piecach o działaniu okresowym stosuje się także pary benzolu lub nafty, a także mieszaninę metanolu i octanu etylu (która nie daje sadzy). Atmosfery często miesza się ze sobą, aby uzyskać wymagany potencjał węglowy.

Jakie jest zastosowanie wykresu CTPi? Wykres CTPi ilustruje trwałość austenitu przy każdej temperaturze i może być wykorzystany w celu doboru warunków obróbki cieplnej dla stali, której dotyczy. Z wykresu można odczytać krytyczną szybkość chłodzenia vk jest to linia styczna do pierwszej krzywej C Stąd można wnioskować o har­towności stali, która jest odwrotnie proporcjonalna do vk. Do obróbek ciepl­nych, które są oparte na wykresie CTPi należy: hartowanie stopniowe, hartowanie izotermiczne (bainityczne), patentowanie i wyżarzanie izotermiczne. Polegają na szyb­kim ostudzeniu stali do odpowiedniej dla danej obróbki temperatury, a następnie wytrzymaniu przy tej temperaturze przez czas konieczny do wyrównania temperatury na przekroju lub osiągnięcia linii końca przemiany.

Jakie ośrodki chłodzące stosuje się do hartowania ? Do hartowania stosuje się następujące ośrodki (wg malejącej intensywności chłodzenia): woda z NaCI lub Na OH, woda, olej, mgła wodna, sprężone powietrze, wolne powietrze. Ośrodki chłodzące umożliwiają różne szybkości chłodzenia przy różnych temperaturach (rys. 11.35). Właściwy ośrodek dobiera się pod kątem zapew­nienia prędkości chłodzenia większej od krytycznej; nie może jednak wywoływać rys i pęknięć. Najbardziej energiczne ośrodki stosuje się w przypadku hartowania stali węglowych (niekiedy wykorzystuje się dwa ośrodki (przez wodę do oleju), co pozwala na uzyskanie dużej twardości na powierzchni, a jednocześnie na zmniejszenie naprężeń i eliminację Pęknięć. Są także stosowane kąpiele chłodzące do hartowania stopniowego, izotermicznego lub patentowania (stopione sole lub ciekły ołów).

Jakie ośrodki chłodzące stosuje się do hartowania stali? -wg malejącej intensywnośći chłodzenia—woda z NaCl lub NaOH, woda,olej, mgłla wodna,sprężone powietrze.Ośrodki chłodzące umożliiają różńe szybkości chłodzenia przy różńych temp.Właściwy ośrodek dobiera się pod kątem zapewnienia prędkości chłodzenia większej od krytycznej;nie może jednak wywołać rys i pęknięc,Najbardziej energiczne ośrodki stosuje się w przypadku hartowania stali węglowych(niekiedy stosuje się 2 osrodi=wode i olej)co pozwala na uzyskanie dużęj twardości na pow. A jednoczesnie na zmniejszenie naprężeń i eliminacje pęknięć.Są takżę stosowane kąpiele chłodzące do hartowania stopniowego,izotermicznego lub patentowania(stopione sole lub ciekły ołów)

Jakie prawa opisują dyfuzję węgla w stali. Prawa dyfuzji zostały sformułowane przez Ficka. Pierwsze mówi. że strumień dyfundujących atomów jest proporcjonalny do gradientu koncentracji dc/dx, a stała proporcjonalności D jest współczynnikiem dyfuzji. Drugie mówi że szybkość dy­fuzji jest proporcjonalna do d²c/dx². Opierając się na prawach dyfuzji możemy wyznaczać współczynniki dyfuzji, które zależą od temperatury, typu sieci (gęstości ułożenia atomów), mechanizmu dyfuzji i innych. Mamy dwa podstawowe mechaniz­my dyfuzji: międzywęzłowy i wakancyjny. Mechanizmem między węzłowym dyfun­dują atomy o znacznie mniejszych średnicach od atomów osnowy, które tworzą roztwory międzywęzłowe (w żelazie s~ to np. H, B, C, N, O). Dyfuzja tym mechaniz­mem zachodzi stosunkowo szybko. Mechanizm wakancyjny wiąże się z obecnością w sieci defektów zwanych wakancjami. W tym przypadku dyfuzja polega na wymia­nie atomów z wakancjami. Mechanizmem tym dyfunduj~ atomy, które tworz~ roztwory substytucyjne. Ponieważ warunkiem dyfuzji jest w tym przypadku utworze­nie wakancji i dostarczenie atomom odpowiedniej energii do wymiany z nimi, proces ten wymaga większej energii i w związku z tym zachodzi wolniej.

Jakie są kryteria hartowności? Są dwa kryteria hartowności. Pierwsze dotyczy pojęcia warstwy zahartowanej. Ponieważ w miarę wzrostu odległości od powierzchni stopniowo zmniejsza się ilość marten z y tu, a wzrasta ilość struktur typu dyfuzyjnego (bainitu i perlitu), zachodzi konieczność ustalenia, co rozumie się przez warstwę zahartowaną. Ustalono tzw. kryterium półmartenzytyczne, zgodnie z którym za strefę zahartowaną uważa się strefę, w której znajduje się co najmniej 50% marten z y tu. Drugie kryterium stanowi średnica krytyczna (Dk), tj. największa średnica pręta zahartowanego na wskroś (w jego środku powinno się znajdować 50% marten z y tu). Aby stworzyć kryterium hartowności niezależne od szybkości chłodzenia, przyjęto pojęcie idealnej średnicy krytycznej (Dki). Jest to największa średnica pręta zahartowanego na wskroś w hipo­tetycznym ośrodku o nieskończenie dużej intensywności chłodzenia.

Jakie są stopy aluminium do przeróbki plastycznej? Jako stopy do przeróbki plastycznej stosuje się najczęściej stopy wieloskładnikowe zawierające magnez i mangan lub miedź; magnez i mangan, jednak w mniejszych ilościach niż w stopach odlewniczych. W niektórych stopach spotyka się także inne do­datki, jak Si, Ni, Fe, Cr, Ti. Są następujące stopy: A1Mnl (aluman), AlMg2, (hydronalium), AlMgl Si l M n (anticorodal), AIMgSi, (aldrey),A1Cu4Mg2 (duraluminium lub dural), AIZn6Mg2Cu (dural cynkowy), a także AICu2SiMn (PA31), AICu4SiMn (P A33), AlSiMgCu (P A 10). Trzy ostatnie zawierają mikrododatki tytanu. Obróbce cieplnej zwanej utwardzaniem wydzieleniowym można poddawać stopy, w których występuje pierwotny roztwór stały o zmiennej rozpuszczalności składnika stopowego, malejącej z obniżaniem temperatury. Do stopów. takich zalicza się np. sto­py aluminium z miedzią (AlCu4) lub durale. Do utwardzania wydzieleniowego nadają się również stopy na osnowie innych meta li. Największe umocnienie Uzyskuje się, gdy wydzielające się cząstki faz są koherentne z osnową. Durale są typowymi stopami do utwardzania wydzieleniowego, polegającego na przesycaniu od temperatury ok. 500oC i starzeniu, którego temperatura i czas są zależne od własności, jakie chcemy uzyskać. Na rysunku 15.7 przedstawiono wykres ilustru­jący wpływ temperatury starzenia na wytrzymałość. Wynika z niego, że im wyższa jest temperatura starzenia, tym niższa jest maksymalna wytrzymałość, jaką można osiągnąć i krótszy czas do tego konieczny. Spadek wytrzymałości po osiągnięciu maksimum jest efektem przestarzenia. Największą wytrzymałość osiąga się po starzeniu naturalnym, ale proces ten następuje najwolniej i stop cechuje się najmniej s z ą ciągliwością.Starzeniu durali zapobiega się przechowując wyroby po przesyceniu przy obniżo­nych temperaturach. W ten sposób zmniejsza się szybkość dyfuzji i tym samym zostaje zahamowane wydzielanie się stref G-P. Z wykresu na rysunku 15.7 wynika, że przy temperaturze -50°C proces starzenia zostaje prawie zupełnie zahamowany. Ma to zna­czenie praktyczne przy przechowywaniu nitów do nitowania blach na pokrycia samolotów.

Jakie są stopy odlewnicze aluminium z miedzią? Jakie są ich własności? Jako stopy odlewnicze mogą być stosowane stopy podeutektyczne o zawartości 10% Cu (AICulO). Ich struktura składa się z eutektyki `omega'- CuAl2 rozłożonej na grani­cach ziaren dendrytów roztworu stałego `omega'. Stop ten ma dobrą lejność, ale stosunkowo niską wytrzymałość. Można ją podwyższyć drogą odlewania do kokili lub przez obróbkę cieplną, obniża to jednak ciągliwość stopu. Innym stopem jest AlCu4 (AM4) stoso­wany na odlewy kokilowe, który po starzeniu osiąga = 230 MPa i As = 3%. Stosowany jest na galanterię stołową.

Jakie są własności i zastosowanie miedzi? Miedź jest metalem krystalizującym w sieci Al (RSC). Parametr sieci a= 0,362 nm. Nie ma odmian alotropowych. Temperatura topnienia wynosi 1083°C, gęstość 8,9 g/cm3. Czysta miedź ma bardzo dobrą przewodność elektryczną, czemu zawdzięcza zastosowanie w elektrotechnice i elektronice. Ze względu na bardzo dobrą przewod­ność cieplną wytwarza się z niej różnego rodzaju wymienniki ciepła. Jest bardzo plastyczna i można ją przerabiać na zimno. Miedź jest odporna na korozję atmosfe­ryczną, pod warunkiem że atmosfera nie zawiera SO2. Własności wytrzymałościowe miedzi są niskie: Rm = 200 - 220 MPa, twardość 30 HB. Można ją umocnić przez zgniot (po zgniocie 60% -Rm = 400 MPa, twardość 108 HB). Ze względu na łatwą zgrzewalność z żelazem lub aluminium można wytwarzać z miedzi wyroby bimetalicz­ne, np. rury lub drut. Struktura miedzi po rekrystalizacji ma charakterystyczny wygląd, gdyż zawiera dużą ilość bliźniaków wyżarzania (rys. 15.14). Wiąże się to z niską energią błędu ułożenia tego metalu (40 mJ/m2).

Jakie są własności i zastosowanie brązów? Ze względu na doskonałe własności odlewnicze brązy używane są do odlewania armat, rzeźb, dzwonów i ozdób. Są także brązy do obr.plast:panewki.łożyska ślizgowe, ślimaki i ślimacznice, siatki i sprężyny, armatura kotłów parowych. Brązy mają dobrą odporność na korozję (środowisko atmosfery przemysłowej i wody morskiej) i ścieranie.

Jakie są własności i zastosowanie mosiądzów? Własności:b.duża plastyczność,także w podwyższonej temp.;odporność na korozję(atmosfera,woda morska),odporność na ścieranie,dobre własności wytrzymałościowe przy obciążeniach statycznych. Zastosowanie:armatura,osprzęt,łożyska,śruby okrętowe i elementy maszyn.Wysokoniklowe:przemysł elektrotechniczne, precyzyjny, chemiczny, sanitarny i architektura.

Jakie są własności i zastosowanie odlewniczych stopów aluminium? -podeutektyczne-4-10%Si-odlewy głowic silników spalinjowych,częsci dla przemysłu maszynowego,motoryzacyjnego i lotniczego -eutektyczne-odlewy tłoków solników spalinowych, skomplikiowane odlewy,srednipo obciązone części przemysłu elektrycznego i okrętowergo.np.armaturę,cz®ści silników pomp-w podwyższonej temp. i korozji w wodzie morskiej -nadeutektyczne-odlewy silnie obciążonych silników spalinowych

Jakie są własności i zastosowanie stopów aluminium do obróbki plastycznej? Al. z Si:na średnio obcążone elementy konstrukcji lotniczych i pojazdów mechanicznych oraz elementy głębokotłoczne i kute o złożonych kształtach.Hydronalia-podywższone wł.mechaniczne,odporność nakorozję w wodzie i atmosferze morskiej, dobra spawalnośc i podatność na głębokie tłoczenie.Zastosow:przemysł okrętowy i lotniczy, urządzenia przemysłu spożywczego i chemicznego.Duraluminium: na części maszyn,pojazdów mechanicznych, taboru kolejowego,samolotów.

Jakie są własności i zastosowanie stopów aluminium? W przemyśle spożywczym,chemicznym, na zbiorniki spawane na cieczei gazy, do wyrobu blach rur, drutówprzemysł lotniczy okrętowy -do ob.plastycznej -Stopy Al. Z miedzią—dobra lejnośc, niska wytrzymałośc, po starzeniu Rm-230Mpa,A5-3%-na galanterie stołową -Siluminy-dobra lejność, spawalnością i odpornością chem..Rm-200Mpa.A5-2%.twardość 60HB-głowice silników i części samolotów,tłoki silników spalinowych -Z magnezem-odpornośc na korozje -odlewy ciśnieniowe*(odp na wode morską) -aluman-z manganem-odp. Na korozje, dobra spawalnośc -na przemysł spoż..zbiorniki spawane,rury,blachy itp. -anticorodal-z Mg,Mn,Si,Ti-odp, n a korozje-przemysł lotniczym.samochodowym,chem.spożywczym-blachy,pręty,druty,odkuwki matrycowe

Jakie są własności i zastosowanie stopów miedźii? -mosiądze-dobra plastyczność przy temp pokojowej, a gorszą przy wyższych temp.,twardość wzrasta wraz ze wzrostem zaw. Zn.Stosowany do tłoczenia,można odkształcac na zimno do 75%.zastosowanie na blachy, pasy,rury,prętu, kształtowniki,sruby wyroby wytłaczane.przemyśle okrętowym,architekturze, do budowy aparatów, skraplaczy,wymienniki ciepła(odlewcze mają wytrzymałość w zakresie 250-500Mpa, twardość 80-120HB, wydłużenie A-6-20%)właściwości antykorozyjne,cele dekoracyjne -Brązy-aluminiowe-rzadkopłynność, mała segregacja dendredyczna i skupiona jama usadowa,odporność na korozje,plastyczne,,,,,na łożyska ślizgowe.elementy nepędu armaturę parową,,,,,czesci maszyn narzżonych nakoriozje ścieranie i obciążenia.-----Rm500-550MPA A5=13-15%,twardość 100-110Hbprzemysł chem, maszynowy i okrętowy -krzemowe-Rm260-390Mpa A5. 8-15%,twardość 90-130HB-na częsci maszyn pracujących w obciązeniach i zmiennych temp.,koriozji.

Jakie są zasady doboru temperatury i czasu grzania przy obróbce cieplnej ? Dobór wyż. wym. parametrów ma decydujący wpływ na jakość stali po obróbce cieplnej. Temperaturę grzania dobiera się w zależności od położenia punktów kryty­cznych, które dla stali węglowych można określić na podstawie wykresu równowagi Fe -Fe3C. W stalach stopowych należy uwzględnić poprawkę na przesunięcie punktów krytycznych lub korzystać z norm. Obróbki cieplne można podzielić na takie, których temperatura grzania jest wyższa niż temperatura krytyczna (zwykle o 30+ 50°C) lub niższa. Dobór właściwego czasu grzania jest również bardzo ważny, gdyż od tego zależy wyrównanie temperatury na przekroju, ujednorodnienie austenitu, zajście przemiany, rozrost ziarna, utlenienie i odwęglenie oraz zużycie energii. Wpływ maj~ następujące czynniki: grubość elementu, jego kształt (zwłaszcza stosu­nek powierzchni do objętości), rodzaj ośrodka grzewczego (gazowy, solny, metalowy), równomierność nagrzewania, ale także współczynnik przewodnictwa cieplnego, który jest mniejszy w stalach stopowych niż węglowych.

Jakie stopy nadają się do utwardzania wydzieleniowego? Obróbce cieplnej zwanej utwardzaniem wydzieleniowym można poddawać stopy, w których występuje pierwotny roztwór stały o zmiennej rozpuszczalności składnika stopowego, malejącej z obniżaniem temperatury. Do stopów. takich zalicza się np. sto­py aluminium z miedzią (AICu4) lub durale. Do utwardzania wydzieleniowego nadają się również stopy na osnowie innych metali. Największe umocnienie uzyskuje się, gdy wydzielające się cząstki faz są koherentne z osnową.

Jakie wady powstają najczęściej podczas obróbki cieplnej? -Zbyt krótkie grzanie uniemożliwia osiągnięcie jednolitej temp. na przekroju,co powoduje, że w rdzeniu przemiana fazowa nie zachodzi i powstają naprężeniawew. -Zbyt długie grzanie zwiększa utlenianie i odwęglanie, a także prowadzi do rozrostu ziarna i zwiększenia kosztów obróbki -Zbyt szybkie nagrzewanie stali stopowych może wywoływać powst. Pęknięć na powierzchni -niestosowanie atmosfer ochronnych powoduje powst. Na powierzchni elementu warstwy zgorzeliny,która składa się zwykle z tlenków i ewentualnie siarczków,Pod warstwą zgorzeliny w stalach o dużej zawartości C następuje odwęglenie.Utlenianie pogarsza jakość powierzchni,powoduje ubytek materiału.Odwęglenie prowadzi do obniżenia twardości powierzchni.(odwęlenie jest spowodowane zbyt dużą zawartością skł. Utleniających w atmos. Pieca) -paczenie się i pękanie(jest wynikiem naprężeń wew. Wywołanych najczęściej zbyt szybkim nagrzewaniem lub chłodzeniem) -zbyt duża kruchość (efekt przegrzania-grube ziarna,przepalenia -dyfuzji tlenu na granicach ziarn)lub kruchości odpuszczania -Mała twardość(konsekwencja odwęglania lub zbyt niskiej temp hartowania)

Jakie zmiany strukturalne następują podczas odpuszczania stali? W przypadku niskiego odpuszczania zmiany są minimalne: następuje jedynie wydzielenie nadmiaru węgla z martenzytu, w postaci tzw. węglika 'epsilon' (bardzo dysper­syjnego). Taką strukturę nazywa się martenzytem odpuszczonym i cechuje się ona prawie nie zmienioną twardością, ale wyższą ciągliwością. Podczas średniego odpusz­czania zachodzi wydzielanie węgla z martenzytu i utworzenie dyspersyjnych cząstek cementytu, a także rozkład austenitu szczątkowego na przesycony węglem ferryt i cementyt. Przy tym odpuszczaniu występuje kruchość odpuszczania I rodzaju (nie­odwracalna), Wysokie odpuszczanie cechuje się powstawaniem struktury sorbitycz­nej o bardzo dobrej ciągliwości, która składa się z ferrytu i bardzo dyspersyjnych, kulistych cząstek cementytu.

Na czym polega azotonawęglanie i jaki jest cel tej obróbki? Azotonaw. jest to proces polegający na jednoczesnym nasycaniu warstwy wierzchniej obrabianego przedmiotu węglem i azotem w ośrodkach gazowych lub ciekłych. Prowadzi się go w temp. 800-880°C, w celu podniesienia twardości i odp. na ścieranie warstwy wierzchniej obrabianego elem. Dla stali nisko- i średniowęglowych niskostopowychWysoka temp. procesu wpływa na jego szybki przebieg. W jego efekcie (po azotonawęglaniu, hartowaniu) strukturę drobnoiglastego martenzytu z małą ilością aus. szcz. bez wydzieleń węglików przy powierzchni, natomiast struktura rdzenia zależna jest od rodzaju obrabianej stali i może to być np. niskowęglowy martenzyt lub bainit. Można ją otrzymać przy optymalnym stężeniu węgla (0,7-0,8 %) i azotu (0,2-0,3 %) w warstwie przypowierzchniowej. Celem tej obróbki jest wytworzenie twardej, odpornej na ścieranie warstwy wierzchniej oraz stosunkowo miękkiego rdzenia, zdolnego do wytrzymywania dużych obciążeń dynamicznych. Twardość na powierzchni to około 63-65 HRC i jest wyższa niż po nawęglaniu, natomiast rdzeń utwardza się do około 25-45 HRC, grubość warstwy 0,1-0,8 mm Azotonawęglanie prowadzi się w piecach rurowych, pionowych do których dostarczana jest atmosfera NH₃ z dodatkiem alkoholu metylowego. Nasycające atomy powstają pod wpływem rozkładu atmosfery bezpośrednio w piecu w którym azotonawęglany jest obrabiany element.

Na czym polega azotowanie jonowe? Azotowanie jonowe jest odmianą procesu, w której stosuje się wysokie napięcie (l + 2,5 kV) prądu stałego, przy czym obrabiane elementy znajdują się na katodzie. Następuje jonizacja atmosfery złożonej z azotu lub amoniaku, ewentualnie z dodat­kiem wodoru, argonu lub węglowodorów pod obniżonym ciśnieniem 100 + 1000 Pa. Powierzchnia jest bombardowana jonami azotu, co nagrzewa element i aktywizuje dyfuzję. Zaletą azotowania jonowego jest skrócenie czasu procesu i duża możliwość wpływania na strukturę warstwy. Wadą jest wysoki koszt urządzenia. Zmieniając skład atmosfery i warunki procesu, możemy tą metodą wprowadzać do stali także inne pierwiastki jak C, C + N, B, Ti i inne.

Na czym polega hartownie powierzchniowe-indukcyjne? Nagrzewanie powierzchni następuje w tym przypadku za pomocą prądów o wy­sokiej częstotliwości, które poprzez odpowiednio ukształtowany induktor znajdujący się blisko nagrzewanej powierzchni wytwarza szybkozmienny strumień magnetyczny indukujący prądy wirowe. Ponieważ efektywność nagrzewania jest w tym przypadku większa niż przy nagrzewaniu palnikowym, a efekt naskórkowy działa na małej głębokości, grubości warstw zahartowanych (d) są mniejsze i wynoszą do ok. 1,5 mm. Zależy to jednak od częstotliwości prądu f (d -1/f). Ten rodzaj nagrzewania jest energooszczędny, powoduje małe utlenienie, odwęglenie i odkształcenie. Wadą jest duży koszt urządzeń (generatorów prądu wysokiej częstotliwości) i konieczność doboru induktorów, co powodu je, że opłacalne jest stosowanie tej metody tylko przy masowej produkcji.

Na czym polega istota dyfuzyjnej przemiany austenitu? Austenit jest nietrwały poniżej temp. A1 i po ochłodzeniu poniżej tej temp. rozpocz. Się przemiana perlityczna, która jest dyfuzyjna.Uważa się, że zarodkamitej przemiany są cząsteczki cementytu, które mogą zarodkiować heterogenicznie na granicach ziaren austenitu.Jeżeli austenit zost. Silnie ochłodzony (poniżej 500-550*C) wówczas zachodzi przemiana bainityczna(dyfuzyjna)z tym żezarodkami taj przemiany są cząstki ferrytu.

Na czym polega kruchość I i II rodzaju? Ujemnym skutkiem odpuszczania jest (poza spadkiem twardości) wystąpienie kruchości odpuszczania, polegającej na spadku udarności. W przypadku średniego odpuszczania jest to kruchość odpuszczania I rodzaju (nieodwracalna), która. jest efektem przemiany austenitu szczątkowego, a także nierównomiernego rozkładu marten z y tu, który najłatwiej przebiega na granicach ziaren. Przy wysokim odpuszcza­niu może wystąpić kruchość odpuszczania II rodzaju ( odwracalna), jeżeli szybkość chłodzenia stopowych stali konstrukcyjnych jest mała. Kruchość ta jest spowodowana segregacją fosforu (i innych domieszek) do granic ziaren i może być usunięta przez ponowne podgrzanie stali do temperatury odpuszczania i szybkie oziębienie lub wpro­wadzenie do stali M o w ilości 0,2 + 0,3%.

Na czym polega nawęglanie w ośrodkach ciekłych? Nawęglaczem jest mieszanina stopionych soli z dodatkiem SiC (karborundu), np. 75% Na2CO3, 15% NaCI, ]0% SiC. Temperatura procesu wynosi ok. 850°C. Zaletą tej metody jest możliwość bezpośredniego hartowania elementów. Jest też odmiana elektrolityczna, w której nawęglane elementy umieszcza się na anodzie i przepuszcza prąd stały o gęstości 20 A/dm2. Dzięki temu uzyskuje się znaczne przyspieszenie procesu.

Na czym polega nawęglanie w ośrodkach gazowych? Nawęglenie w ośrodkach gazowych jest najbardziej nowoczesne i najczęściej stosowane, ale wymaga specjalnych i kosztownych urządzeń. Polega na umieszczeniu elementów w szczelnym piecu i przedmuchiwaniu atmosfery gazowej o odpowiednio dobranym potencjale nawęglającym. Piece do nawęglania gazowego mogą być o działaniu okresowym i ciągłym. Gaz nawęglający ulega rozkładowi na powierz­chni elementów z wydzieleniem aktywnych atomów węgla, które dyfundują w powierzchnię elementów.

Na czym polega nawęglanie w ośrodkach stałych? Ten rodzaj nawęglania jest najstarszy i najprostszy. Nie wymaga też specjalnych urządzeń z wyjątkiem skrzynek żaroodpornych, do których ładuje się elementy wraz z mieszanką nawęglającą (nawęglaczem), uszczelnia i wyżarza. Nawęglacz składa się z węgla drzewnego o granulacji 3 + 5 mm i aktywatorów ( 10 + 30%), którymi mogą być węglany Ba, K, Na. W skrzynce zachodzą reakcje: utlenianie C, rozkład węglanów i reakcja Boudouarda*, które prowadzą do powstania aktywnych atomów C dyfundujących wgłąb stali.

Na czym polega obróbka cieplna brązów berylowych? Zmienna rozpuszczalność berylu w miedzi przy chłodzeniu umożliwia stosowanie utwardzania wydzieleniowego, które daje duży wzrost wytrzymałości, chociaż obniża ciągliwość. Przesycanie przeprowadza się od temperaturze 775 -0 800°C, a starzenie w zakresie temperatur 300 -350°C. Można je także umacniać przez zgniot (patrz wykres na rys. 15.27) i poddawać obróbce cieplno-plastycznej. Przewalcowanie brązu CuB2Ni po przesyceniu, ale przed starzeniem pozwala na zwiększenie wytrzymałości o ok. 20%.

Na czym polega określanie hartowności metodą obliczeniową (Grossmana)? Istotą metody jest liczbowe ujęcie (w formie współczynników) wpływu składu chemicznego stali i wielkości ziarna austenitu na jej hartowność (Dki). Najpierw oblicza się podstawową średnicę krytyczną zależną tylko od zawartości węgla oraz wielkości ziarna (wg ASTM). Jest ona proporcjonalna do %C. Następnie wyliczoną Dki mnoży się przez współczynniki hartowności poszczególnych pierwiastków sto­powych o ogólnej postaci f = 1+- ax gdzie a- stała empiryczna uwzględniająca siłę wpływu danego pierwiastka, a x -koncentracja pierwiastka stopowego w % mas. Obecnie metoda ta stwarza lepsze perspektywy w związku z upowszechnianiem się komputeryzacji w przedsiębiorstwach i instytutach badawczych.
;
idealna średnica krytyczna(pr.chłodzenie h=∞);
mnożniki uwzględniające wpływ dodatku stopowego,
-uwzględnia stężenie węgla,wielkość ziarna austenitu

Na czym polega utwardzanie wydzieleniowe stopów? Utwardzanie wydzieleniowe stopów polega na wydzieleniu w stanie stałym dyspersyjnych faz, które blokując ruch dyslokacji umacniają stop, tj. zwiększa się jego wytrzymałość i twardość, a maleje ciągliwość (A, Z). Utwardzenie wydziele­niowe może być stosowane wyłącznie w stopach, w których istnieje zmienna rozpuszczalność składników z temperaturą (malejąca z jej obniżaniem). Utwardzanie wydzieleniowe składa się z dwóch operacji: l. Przesycania, mającego na celu otrzymanie przesyconego roztworu stałego. Dokonuje się przez nagrzanie stopu powyżej linii zmiennej rozpuszczalności (solvus) (rys. 11.47) i szybkie oziębianie w wodzie. 2. Starzenia, polegającego na wytrzymaniu przesyconego elementu przy tempe­raturze pokojowej (starzenie naturalne lub samorzutne) lub podwyższonej (starzenie przyspieszone lub sztuczne) przez okres czasu potrzebny do wy­dzielenia dyspersyjnych cząstek.

Na czym polega wyżarzanie izotermiczne i odprężające. Wyżarzanie izotermiczne polega na austenityzowaniu stali jak przy wyżarzaniu zupełnym i następnie szybkim ochłodzeniu do temperatury poniżej Ar1 i wytrzyma­niu przy tej temperaturze aż do zajścia przemiany perlitycznej. Celem obróbki jest zmniejszenie twardości stali (zwykle przed obróbką skrawaniem). Wyżarzanie odprężające (odprężanie) polega na nagrzewaniu wyrobów do temperatury poniżej AC1 (zwykle poniżej 650^oC), wygrzaniu przy tej temperaturze i następnym powolnym ochłodzeniu. Celem obróbki jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych. Stosuje się głównie do odprężania odlewów staliwnych (kokilowych) i elementów spawanych. Odmianą wyżarzania odprężającego jest stabilizowanie, które przeprowadza się przy temperaturze niższej niż 150°C wciągu długiego czasu (np. walce).

Na czym polega wyżarzanie perlityzujące i sferoidyzujące. Wyżarzanie perlityzujące (perlityzowanie) polega na ostudzeniu stali do tem­peratury niższej od Ar1, tak aby nastąpiła przemiana perlityczna, po czym nagrzewa się ją ponownie do temperatury austenityzowania celem zahartowania. W wyniku perlityzowania uzyskuje się rozdrobnienie ziarna austenitu, a to zwiększa dyspersję martenzytu. Wyżarzanie sferoidyzujące (sferoidyzacja), zwane także zmiękczającym, po­lega na przemianie cementytu płytkowego w kulkowy. Wyżarzanie to przeprowadza się wygrzewając stal albo powyżej, albo poniżej temperatury Ac1, względnie stosując tzw. wyżarzanie wahadłowe. Celem jest zmniejszenie twardości i polepszenie skrawalności (rys. 11.32).

Na czym polega wyżarzanie rekrystalizujące i zupełne. Wyżarzanie zupełne polega na austenityzowaniu stali tak jak przy normalizo­waniu i następnie studzeniu z piecem. Celem obróbki jest wytworzenie struktury zbliżonej do stanu równowagi, zmniejszenie twardości i naprężeń wewnętrznych oraz zwiększenie ciągliwości. Wyżarzanie rekrystalizujące jest stosowane po uprzednim zgniocie, tj. obróbce plastycznej na zimno. Polega na wyżarzaniu stali poniżej temperatury AC1, ale powyżej temperatury rekrystalizacji. Celem jest usunięcie skutków zgniotu i przywrócenie plastyczności stali.

Na podstawie jakich reakcji zachodzi przepływ węgla z atmosfery do stali? Prawa dyfuzji zostały sformułowane przez Ficka.Pierwsze mówi,że strumień atomów jest proporcjonalny do gradientu koncentracji dc/dx, a stała proporcjonalności D jest współczynnikiem dyfuzji.Drugie mówi,że szybkość dyfuzji jest proporcjonalna do
. Opierając się na prawach dyfuzji możemy wyznaczyć współczynniki dyfuzji(zależą od temp.,typu sieci,mechanizmu dyfuzji i innych) Mechanizmy dyfuzji:międzywęzłowy i wakancyjny. Mechanizmem międzywęzłowym dyfundują atomy o znacznie mniejszych średnicach od atomów osnowy-mechanizm zachodzi szybko. Mechanizm wakancyjny:defekty w sieci-wakancje.Dyfuzja polega na wymianie atomów z wakancjami.Proces wymaga większej energii i zachodzi wolniej.

Nawęglanie fluidalne-zalety i wady. -złoże fluidalne może to być cząstki ciała stałego np. piasku lub tlenku glinu, utrzymywane w zawieszeniu przez gorący gaz nasycający przepływający przez złoże od dołu ku górze. Przedmioty zanurza się w złożu jak w cieczy. Złoże może być nagrzane za pomocą elektrod(grafit).Duża wartość współczynnika przejmowania ciepła złoża oraz cczyszczący pow. ruch czątek pozwala na osiągniecie efektywności podobnej ja k w osrodkach ciekłych, ale nie ma konieczności czyszczenia elementów z resztek soli.

Nawęglanie jonowe wady i zalety - polega na wygrzaniu stali w piecu próżniowym w atmosferze węglowodorów o niskim ciśnieniu z jednoczesnym przyłożeniu wysokiego napięcia stałego między przedmiotem a anodą. W tych warunkach następuje wyładowanie jarzeniowe i wytwarza się plazma. W wyniku tego powstają jony węgla, które przyspieszane w polu elektrycznym bombardują obrabiany przedmiot, co ułatwia adsorpcje. Metoda ta zapewnia dużą wydajność procesu, umożliwia regulacje grubość.

Nawęglanie próżniowe? (zalety i wady) Nawęglanie próżniowe-może odbywać się pod obniżonym ciśnieniem w atmosferze metanu, propanu i innych gazów.W metodzie tej atomowy węgiel jest uzyskiwany w wyniku reakcji rozpadu wymienionych gazów. To nawęglanie zapewnia lepszą adsorpcje węgla z atmosfery o niskim ciśnieniu, mniejsze zużycie gazu i krótszy czas procasu.

Nawęglanie w ośrodkach ciekłych-zalety i wady. - nawęglaczem jest mieszanina stopionych soli z dodatkiem SiC (karborundu) np. 75%Na₂CO₃,15%NaCl,10%SiC. Temp. procesu wynosi ok. 850*C. Zaletą tej metody jest możliwość bezpośredniego hartowanie elementów. Jest też odmiana elektrolityczna, w której nawęglane elementy umieszcza się na anodzie i przepuszcza prąd stały o gęstości 20A/dm²-dzieki temu znaczne przyspieszenie procesu.

Nawęglanie w ośrodkach gazowych - zalety i wady - najbardziej nowoczesne i najczęściej stosowane. Obrabiany element umieszczany jest w szczelnym piecu i przedmuchiwany atmosferą gazową o odpowiednio dobranym potencjale nawęglającym. Piece mogą być o działaniu okresowym lub ciągłym. Gaz ulega rozkładowi na powierzchni elem. Z wydzieleniem aktywnych atomów węgla, które dyfundują w powierzchni elementów. Zaletą jest łatwość kontroli i regulacji procesu, oszczędność energii(nie trzeba nagrzewać skrzynek i nawęglacza) i umożliwia w przypadku piecy ciągłych bezpośrednie hartowanie

Obróbka brązów aluminiowych. Stopy miedzi z aluminium o zawartości 5 + 11% Al, z ewentualnym dodatkiem innych pierwiastków (Fe, Mn, Ni, As) nazywamy brązami aluminiowymi. Cechują się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi, bowiem aluminium podwyższa twardość i wytrzymałość miedzi (przy 10% prawie dwukrotnie). Wydłużenie wzrasta do zawartości ok. 6% Al, po czym spada. Jednak utrzymuje się na wysokim poziomie 20 + 40%. Po obróbce cieplnej twardość stopu CuAI10 może osiągnąć wartość 160 + 180 HB. Brązy aluminiowe klasyfikuje się wg przeznaczenia na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Odlewnicze zawierają więcej dodatków stopowych i są z reguły wielo­składnikowe. Nagrzanie stopu zawierającego > ok. 90/0 Al do temperatury 850 -;- 950oC i zahar­towanie powoduje przechłodzenie fazy 13 do temperatury pokojowej i powstaje struktu­ra iglasta typu martenzytycznego. Podczas następnego odpuszczania, które przeprowa­dza się < 550oC \wydzielają się dyspersyjne cząstki umacniające stop i struktura składa się z a + y'. Przy wyższych temperaturach odpuszczania następuje koagulacja wydzie­leń, co powoduje obniżenie własności wytrzymałościowych i wzrost plastycznych. Brązy te przerabia się na gorąco przy temperaturze ok. 870oC. Można je też odkształcać i umacniać przez zgniot. Cechują się "wysoką Wytrzymałością, także przy podwyższonej temperaturze, dobrą odpornością na korozję, erozję i kawitację, zmienne obciążenia i ścieranie. Mają podobne zastosowania jak brązy cynowe, ale są od nich tańsze.

Obróbka cieplna brązów berylowych? Zawierają do 2,1% głównego pierwiastka stopowego. Mają najwyższe właściwości mechaniczne,odporność na ścieranie i korozję.Obróbka cieplna to utwardzenie wydzieleniowe-polega na przesyceniu z temp. 720-760°C i starzeniu w temp.300-400°C. Uzyskuje się twardość 340 HV i Rm=1250 MPa.

Obróbka cieplna brązów cynowych. Brązy o najmniejszej zawartości cyny « 8%) są jednofazowe 'alfa', a o wyższych za­wartościach dwufazowe 'alfa' + 'sigma'. Podczas krzepnięcia stopu powstaje duża mikrosegre­gacja dendrytyczna cyny. Rdzeń dendrytu jest bogatszy w miedź niż strefa zewnętrzna. Na granicach dendrytów powstaje twardy i kruchy eutektoid (rys. 15.22), co utrudnia obróbkę plastyczną, ale jest korzystne w odlewach, zwłaszcza przeznaczonych na łożyska ślizgowe. We wlewkach brązu powstaje także makrosegregacja (odwrotna). W brązach niskocynowych można jednak usunąć mikrosegregację dendrytyczną drogą wyżarzania ujednorodaniającego, a następnie poddawać brąz przeróbce plastycznej. Struktura takiego brązu przypomina strukturę czystej miedzi; składa się z jednorodnego roztworu stałego 'alfa' z bliźniakami wyżarzania. Wyżarzanie rekrystalizujące stosuje się -podobnie jak w przypadku mosiądzów -do stopów o strukturze a przerobionych plastycznie na zimno. Celem tego wyża­rzania jest odzyskanie pogorszonych wskutek zgniotu właściwości plastycznych, co umożliwi dalszą obróbkę plastyczną. Wyżarzanie to prowadzi się w temperaturze od 500°C do 650°C w zależności od składu chemicznego i stopnia zgniotu w czasie około 1 h. Wyżarzaniu ujednoradniającemu poddaje się przede wszystkim brązy odlewni­cze, a prowadzi się je w temperaturze 650- 750°C w czasie od kilku do kilkunastu godzin. Wyżarzanie to ma na celu wyrównanie składu chemicznego i struktury w całym przekroju materiału, niejednorodnego z powodu silnej segregacji chemicznej odlewów. Niektóre z brązów (np. brązy aluminiowe) można obrabiać cieplnie w sposób typowy dla stali, tzn. można przeprowadzać hartowanie i odpuszczanie. Temperatura hartowania waha się w pobliżu 700°C, odpuszczanie prowadzi się w około 300°C. Po takiej obróbce cieplnej właściwości wytrzymałościowe wyraźnie wzrastają.

Obróbka cieplna brązów krzemowych. Brązy krzemowe - charakteryzują się dobrymi wł. mechanicznymi w temp. pokojowej i podwyższonej do ok. 300*C,dużą wytrzymałością zmęczeniową i dobrymi warunkami ślizgowymi, odporne na korozje, dobra lejność i skrawalność - wyżarzanie ujednoradniające - wyżarzanie odprężające - wyżarzanie rekrystalizujące -tylko te przeznaczone na ob. Plastyczną - utwardzanie dyspersyjne - tylko niektóre

Obróbka cieplna brązów ołowiowych. Brązy ołowiowe są stopami miedzi, w których zawartość ołowiu może dochodzić do 30%. Na ogół oprócz ołowiu dodawane są także inne pierwiastki stopowe jak cyna, cynk, nikiel i mangan (Ni i Mn zapobiegają segregacji grawitacyjnej). Jest tylko jeden brąz dwuskładnikowy CuPb30, zawierający 30% Pb. Jest on stosunkowo miękki (25 HB). Dodatek cyny zwiększa twardość brązu i stop CuSn5Pb20 ma już twardość 45 HB, a stop CuSn l OPb 10 -65 HB. Brązy ołowiowe są stosowane głównie na panewki łożysk ślizgowych pracujących przy małych naciskach i dużych prędkościach obwo­dowych. Wydzielenia ołowiu rozsmarowują się na wale, zmniejszając tarcie, a faza a (prawie czysta miedź) stanowi elementy nośne. Wadą brązów ołowiowych jest ich skłonność do segregacji grawitacyjnej (ołów opada na dno) i skłonność do korozji. Segregacji przeciwdziała jednak szybkie chło­dzenie form. Do zalet należą dobra lejność i skrawalność stopu, a także duża odporność na uderzenia. Ich cena jest niższa niż brązów cynowych.

Obróbka cieplna brązów. Brązy aluminiowe: Nagrzanie stopu zawierającego > ok. 90/0 Al do temperatury 850 - 950^oC i zahar­towanie powoduje przechłodzenie fazy ~ do temperatury pokojowej i powstaje struktu­ra iglasta typu martenzytycznego. Podczas następnego odpuszczania, które przeprowa­dza się < 550oC wydzielają się dyspersyjne cząstki umacniające stop i struktura składa się z a + y'. Przy wższych temperaturach odpuszczania następuje koagulacja wydzie­leń, co powoduje obniżenie własności wytrzymałościowych i wzrost plastycznych. Dla brązów krzemowych stosuje się wyżarzanie ujednoradniające i odprężające. Brązy obrabiane plastycz­nie na zimno poddaje się wyżarzaniu rekrystalizującemu. Niektóre stopy można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu. Brązy berylowe: Zmienna rozpuszczalność berylu W miedzi przy chłodzeniu umożliwia stosowanie utwardzania wydzieleniowego, które daje duży wzrost wytrzymałości, chociaż obniża ciągliwość. Przesycanie przeprowadza się od temperaturze 775 -;- 800oC, a starzenie w zakresie temperatur 300 -;- 350oC. Można je także umacniać przez zgniot i poddawać obróbce cieplno-plastycznej. Przewalcowanie brązu CuB2Ni po przesyceniu, ale przed starzeniem pozwala na zwiększenie wytrzymałość o ok. 20%.

Obróbka cieplna mosiądzów. Na strukturę mosiądzów można wpływać w pewnym stopniu drogą obróbki ciepl­nej (przesycania od odpowiedniej temperatury). Przez szybkie ochłodzenie można bowiem utrwalić strukturę istniejącą przy wysokiej temperaturze. Na przykład przesy­cenie mosiądzu CuZn37 od temperatury ok. 850°C daje fazę 'beta', od 450°C -fazę 'alfa', a od temperatury 500 -850°C mieszaninę faz 'alfa' + 'beta', przy czym ze wzrostem temperatury ilość fazy 'beta' będzie przybywać. Natomiast wyżarzanie mosiądzu i powolne chłodzenie prowadzi do powstania struktury równowagowej, zgodnie z układem Cu- Zn.

Obróbka cieplna mosiądzów. Na strukturę mosiądzów można wpływać w pewnym stopniu drogą obróbki ciepl­nej (przesycania od odpowiedniej temperatury). Przez szybkie ochłodzenie można bowiem utrwalić strukturę istniejącą przy wysokiej temperaturze. Na przykład przesy­cenie mosiądzu CuZn37 od temperatury ok. 850°C daje fazę 'beta', od 450°C -fazę 'alfa', a od temperatury 500 -850°C mieszaninę faz 'alfa' + 'beta', przy czym ze wzrostem temperatury ilość fazy 'beta' będzie przybywać. Natomiast wyżarzanie mosiądzu i powolne chłodzenie prowadzi do powstania struktury równowagowej, zgodnie z układem Cu- Zn.

Obróbka cieplna odlewniczych stopów aluminium. Siluminy wieloskładnikowe zawierające magnez lub miedź, np. AlSi7Mg, AlSil3MglCuNi, w celu zwiększenia wytrzymałości poddaje się utwardzaniu wydzieleniowemu: przesyca się z temperatury 500 -530°C w wodzie i starzy w czasie 24 h w temperaturze 200°C. Wytrzymałość na rozciąga­nie siluminu AlSi7Mg wzrasta z 160 MPa po odlaniu do 210 MPa po utwardzaniu wydzieleniowym.

Obróbka cieplna stopów aluminium do obróbki plastycznej. Hydronalia (Al z Mg); wyżarzanie rekrystalizujące, ujednoradniające, odprężające, utwardzenie wydzieleniowe Duraluminium: utwardzenie wydzieleniowe- przesycanie w wodzie z temp.490-510°C(4-6h),starzenie-170-190°C-kilkanaście godzin Wieloskładnikowe stopy Al z Cu do obr.plas. - wyżarzanie rekrystalizujące po zgniocie na zimno; Utw. dysper. - przesycenie w wodzie z temp.510-540°, starzenie-160-200°C/kilkanaście godzin. Stop Al z Zn - wyżarzanie rekrystalizujące - 390-430°C; Utw. wydziel. - przesycanie w wodzie z temp.465-480°C,starzenie-120-150°C/24h.

Obróbka cieplna stopów aluminium do przeróbki plastycznej. Jako stopy do przeróbki plastycznej stosuje się najczęściej stopy wieloskładnikowe zawierające magnez i mangan lub miedź; magnez i mangan, jednak w mniejszych ilościach niż w stopach odlewniczych. W niektórych stopach spotyka się także inne do­datki, jak Si, Ni, Fe, Cr, Ti. Są następujące stopy: A1Mnl (aluman), AlMg2, (hydronalium), AlMgl Si l M n (anticorodal), AIMgSi, (aldrey),A1Cu4Mg2 (duraluminium lub dural), AIZn6Mg2Cu (dural cynkowy), a także AICu2SiMn (PA31), AICu4SiMn (P A33), AlSiMgCu (P A 10). Trzy ostatnie zawierają mikrododatki tytanu.Obróbce cieplnej zwanej utwardzaniem wydzieleniowym można poddawać stopy, w których występuje pierwotny roztwór stały o zmiennej rozpuszczalności składnika stopowego, malejącej z obniżaniem temperatury. Do stopów. takich zalicza się np. sto­py aluminium z miedzią (AlCu4) lub durale. Do utwardzania wydzieleniowego nadają się również stopy na osnowie innych meta li. Największe umocnienie Uzyskuje się, gdy wydzielające się cząstki faz są koherentne z osnową. Durale są typowymi stopami do utwardzania wydzieleniowego, polegającego na przesycaniu od temperatury ok. 500oC i starzeniu, którego temperatura i czas są zależne od własności, jakie chcemy uzyskać. Na rysunku 15.7 przedstawiono wykres ilustru­jący wpływ temperatury starzenia na wytrzymałość. Wynika z niego, że im wyższa jest temperatura starzenia, tym niższa jest maksymalna wytrzymałość, jaką można osiągnąć i krótszy czas do tego konieczny. Spadek wytrzymałości po osiągnięciu maksimum jest efektem przestarzenia. Największą wytrzymałość osiąga się po starzeniu naturalnym, ale proces ten następuje najwolniej i stop cechuje się najmniej s z ą ciągliwością. Starzeniu durali zapobiega się przechowując wyroby po przesyceniu przy obniżo­nych temperaturach. W ten sposób zmniejsza się szybkość dyfuzji i tym samym zostaje zahamowane wydzielanie się stref G-P. Z wykresu na rysunku 15.7 wynika, że przy temperaturze -50°C proces starzenia zostaje prawie zupełnie zahamowany. Ma to zna­czenie praktyczne przy przechowywaniu nitów do nitowania blach na pokrycia samolotów.

Obróbka cieplna stopów miedzi? MOSIĄDZ-Przy większych stopniach zgniotu (obr.plas.na zimno)stosu jemu wyżarzanie rekrystalizujące w temp.500-580°C-prowadzi do powstania struktury równowagowej.Można także przesycać mosiądz w celu utrwalenia struktury istniejącej w wyższych temp. BRĄZ- Obróbka cieplna brązów berylowych Zawierają do 2,1% głównego pierwiastka stopowego. Mają najwyższe właściwości mechaniczne,odporność na ścieranie i korozję.Obróbka cieplna to utwardzenie wydzieleniowe-polega na przesyceniu z temp. 720-760°C i starzeniu w temp.300-400°C. Uzyskuje się twardość 340 HV i Rm=1250 MPa. Obróbka cieplna brązów krzemowych Stężenie Si w brązach zawiera się między 3-4%. Obróbka cieplna polega na wyżarzaniu ujednoradniającym i odprężającym,a brązy przeznaczone do obróbki plast. także rekrystalizującemu. Niektóre z brązów krzemowyc0h można utwardzać wydzieleniowo. Obróbka cieplna brązów cynowych Usunięcie segregacji chem. podczas krzepnięcia za pomocą długotrwałego wyżarzania ujednoradniającego-24h/700-750 °C. Obróbka brązów aluminiowych Obróbka polega na hartowaniu z temp.950-1000°C i odpuszczaniu w temp. 300-600°C.

Od czego zależy średnica krytyczna. Średnica krytyczna (Dk) zależy od właściwości stali i intensywności chłodzenia. Pierwszy czynnik ma ścisły związek z krytyczną prędkością chłodzenia, a więc te czynniki, które przesuwają krzywą początku dyfuzyjnego rozkładu austenitu na wykresie CTP w prawo sprzyjają wzrostowi hartowności. Są to pierwiastki stopowe zawarte w stali, gruboziarnistość austenitu (mała powierzchnia granic ziarn, gdzie powstają zarodki przemiany dyfuzyjnej) i jego jednorodność. Drugi czynnik ma związek z warunkiem osiągnięcia krytycznej prędkości chłodzenia w rdzeniu harto­wanego elementu. Stosowanie bardziej energicznych ośrodków chłodzących pozwa­la na uzyskanie tej prędkości w środku grubszych elementów, ale grozi to powstaniem rys i pęknięć hartowniczych na powierzchni. Można więc powiedzieć, że stosowanie ośrodków chłodzących o większej intensywności chłodzenia prowadzi do wzrostu hartowności, ale tą drogą można zwiększać hartowność w ograniczonym zakresie ze względu na naprężenia.

Podaj przykłady stopów, które nadają się do utwardzenia wydzieleniowego. mogą to być-stopy aluminium, brązy krzemowe, durale, brązy berylowe, siluminy

Reakcja Boudouarda. Ten rodzaj nawęglania jest najstarszy i najprostszy. Nie wymaga też specjalnych urządzeń z wyjątkiem skrzynek żaroodpornych, do których ładuje się elementy wraz z mieszanką nawęglającą (nawęglaczem), uszczelnia i wyżarza. Nawęglacz składa się z węgla drzewnego o granulacji 3 + 5 mm i aktywatorów ( 10 + 30%), którymi mogą być węglany Ba, K, Na. W skrzynce zachodzą reakcje: utlenianie C, rozkład węglanów i reakcja Boudouarda*, które prowadzą do powstania aktywnych atomów C dyfundujących wgłąb stali.* Reakcja Boudouarda zachodzi wg wzoru CO2 + C = 2CO. Ze wzrostem temperatury reakcja ta przebiega coraz bardziej w prawo.

Stale do nawęglania-rodzaje i ich własności. Nawęglaniu poddaje się stale, które powinny mieć na powierzchni wysoką twardość i odporność na ścieranie, a ciągliwy rdzeń. Warunek ten spełniają stale niskowęglowe (0,15 + O,20%, C), zawierające pierwiastki węglikotwórcze i zwiększające hartowność (Cr, MIl, Mo), a na szczególnie odpowiedzialne elementy także nikiel. Sumaryczna zawartość wszystkich dodatków nie przekracza kilku procent. Stale te hartuie się od temperatur 840 + 880^oC w wodzie lub oleju, a odpuszcza w temperaturze ok. 200°C. Ich wytrzymałość po obróbce cieplnej leży w granicach 700 + 1230 MPa (jest tym większa, im bardziej stopowa jest stal).

Własności i zastosowanie brązów? Ze względu na doskonałe własności odlewnicze brązy używane są do odlewania armat, rzeźb, dzwonów i ozdób. Są także brązy do obr.plast: panewki. łożyska ślizgowe, ślimaki i ślimacznice, siatki i sprężyny, armatura kotłów parowych. Brązy mają dobrą odporność na korozję (środowisko atmosfery przemysłowej i wody morskiej) i ścieranie.

Wymień i opisz rodzaje hartowania objętościowego. W przeciwieństwie do operacji wyżarzania hartowanie, zwłaszcza martenzy­tyczne, prowadzi do powstania struktury odbiegającej od stanu równowagi termody­namicznej. Celem obróbki jest zwiększenie twardości materiału, skutkiem czego jest obniżenie jego ciągliwości. Wszystkie rodzaje hartowania muszą być poprzedzone procesem austenityzowania (powyżej linii PSK, czyli AC3 dla stali podeutektoidalnych i Ac1 dla stali nadeutektoidalnych) (rys. 11.34). Hartowanie zwykłe: celem jest uzyskanie struktury martenzytycznej. Po austenityzowaniu następuje szybkie oziębianie w wodzie lub oleju. W przypadku stali węglowych stosuje się wodę, a stali stopowych -łagodniejsze środki chłodzące (zwykle olej). Hartowanie przerywane: jeśli przy chłodzeniu w wodzie elementy pękają lub paczą się, można stosować oziębianie w dwóch ośrodkach; najpierw w wodzie (do temperatury ciemnoczerwonego żaru), a następnie woleju. Taka obróbka zmniejsza naprężenia zachowując wysoką twardość wyrobu. Hartowanie stopniowe jest hartowaniem martenzytycznym. Polega na oziębia­niu stali w kąpieli (solnej lub metalowej) o temperaturze wyższej od M s (początku przemiany martenzytycznej) i wytrzymaniu aż do wyrównania temperatury na przekroju elementu, ale nie dopuszczając do rozpoczęcia się przemiany dyfuzyjnej (bainitycznej) (rys. 11.42). Dalsze chłodzenie może następować na powietrzu. Celem obróbki jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych przy zachowaniu wysokiej twardości. Hartowanie izotermiczne (bainityczne). Celem obróbki jest uzyskanie struktury bainitycznej. Przeprowadzamy ją podobnie jak w przypadku hartowania stopniowe­go, z tym że czas wytrzymania w kąpieli izotermicznej powiększa się aż do zajścia przemiany bainitycznej (rys. 11.43), po czym dalsze chłodzenie może następować w powietrzu.

Wymień i opisz rodzaje hartowania powierzchniowego *indukcyjne-grzanie odbywa się prądem elekt. Indukowanym w obrabianym cieplnie przedmiocie przez zmienne pole magnetyczne. Pole magnetyczne jest wytwarzane przez wzbudnik, tj. cewkę zasilana prądem wytwarzanym przez generatory prądu przemiennego. Metody różnią się względnymi ruchami wzbudnika i obrabianego przedmiotu. Chłodzenie może być przez zanurzenie w kąpieli chłodzącej lub przez natrysk cieczy bezpośredni0o w wzbudniku.(hartuje się tak wałki, koła zębate, zawory wielowypusty itp. *płomieniowe - nagrzanie przez palnymi gazowe, które są sprzężone z natryskiwaczami, co umożliwia bezpośrednie chłodzenie, Bardzo podobne do indukcyjnego(hartuje się tak wałki, koła zębate prowadnice łóż obrabiarek, tulei -przedmioty o dużych wymiarach *kąpielowe *kontaktowe *elektrolityczne

Wymień i opisz rodzaje wyżarzania Wyżarzanie-nagrzanie do pewnej temp.,wygrzanie i studzenie w celu uzyskaniu struktury zbliżonych do stanu równowagi -ujednoradzające-nagrzanie do temp. 1050*-1200*C-ograniczenie niejednorodnego składu chemicznego -rekrystalizujące-nagrzanie do temp.wyzszej niż temp. rekrystalizacji,wygrzaniu i chłodzeniu-usuwa skutki gnito-zmniejszając twardość i ciągliwość -odprężające-nagrz. Do temp. wyzszej niż Ac1-celem jest usuniecie naprezen-nie ma zmian strukturalnych -normalizujące-nagrz. Do temp. o 30-50*C wyzszej od Ac3,wygrzanie i studzenie-cel-uzyskanie jednorodnej drobnoziarnistej struktury i polepszanie wł.mech. zupełne-dla stali stopowych-nagrz. Do temp.o 30-50*C wyższej od Ac3,Acm,wygrzaniu i wolnym chłodzeniu z piecem -izotermiczne-30-50*C wyzsza niż Ac1-chłodzenie do tempnieco niższej niż Ac1 i wytrzymanie do zakończenia przemiany perlitycznej -sferoidyzujące-zmiękczanie-nagrzanie do temp.Ac1 i wolne studzenie do 600*C a potem obojętnie jakie chłodzenie.

Wymień podstawowe przemiany fazowe zachodzące w stalach. Są cztery podstawowe przemiany zachodzące w stalach. Dwie przebiegają przy nagrzewaniu. Jest to przemiana perlitu w austenit, która ma miejsce przy austenity­zowaniu i przemiana marten z y tu w perlit (ściślej mieszaninę ferrytu i węglików), która zachodzi przy odpuszczaniu. Dwie pozostałe są związane z chłodzeniem stali; S? to przemiana austenitu w perlit (dyfuzyjna) i przemiana austenitu w marten z y t (bezdyfuzyjna)

Wymień podstawowe przemiany zachodzące w stalach z -przemiana bainityczna -dyfuzyjna, a jej produktm jest bainit, będący mieszaniną przesyconego ferrtu i wydzieleniowych węglików. W miarę obniżania temp. zwiększa się udział przemiany bezdyfuzyjnej i tym samym twardość bainitu. -przemiana perlityczna -ma charakter dyfuzyjny i jej produktem jet perlit, który jest mieszaniną płytkową ferrytu i cementytu o dyspersji i twardości zwiększającej się wraz z obniżaniem temper. Przemiany perlitycznej -przemiane martenzytyczna-ma charakter bezdyfuzyjny i przebiega pomiędzy temp. Ms(pocz. Przemiany) i Mf(koniec przemiany)Produktem jest martenzyt(przesycony roztwór węgla w Feα)którego objętość właściwa jest większa niż objętość właściwa austenitu.W wyniku tego powstają silne naprężenia ściskające, hamujące przemiane

Zastosowanie brązów aluminiowych w przemyśle. Brązy ołowiowe, krzemowe, aluminiowe, berylowe i wieloskładnikowe mają, każdy inne, specjalne zalety, jak wysokie własności wytrzymałościowe, odporność na korozję, odporność na wysoką tempera­turę, podwyższone własności przeciw­cierne itd. Zastosowanie brązów jest bardzo różnorodne W budowie maszyn są to różne elementy maszyn, narażone na ścieranie i korozję, począwszy od dużych elementów napędowych, a kończąc na drobnych częściach aparatury po­miarowej, armatura chemiczna, panewki wysoko­obciążonych łożysk ślizgowych itd.

Zastosowanie brązów berylowych w przemyśle. Zaletą brązów berylowych są bardzo korzystne własności. Mają wysoką wytrzymałość, dorównującą ulepszonym cieplnie stalom (Rm = do ok. 1250 MPa i twardość > 500 HB). Są odporne na zmęcze­nie, ścieranie, na działanie podwyższonej temperatury (do 250°C) i na korozję. Przy tarciu lub uderzeniu nie iskrzą, co zadecydowało o ich zastosowaniu na części maszyn w prochowniach i wytwórniach materiałów wybuchowych. Ich dobra przewodność, elektryczna i odporność na ścieranie spowodowały, że stosuje się je na szczotki silników elektrycznych i przewody trakcji elektrycznej. Są także stosowane na spręży­ny, membrany, części pomp i narzędzia chirurgiczne. Przy podwyższonej temperaturze beryl łatwo się utlenia i z tego względu obróbkę należy przeprowadzać w atmosferze ochronnej lub próżni.

Zastosowanie brązów cynowych w przemyśle. Brązy wieloskładnikowe mogą być zarówno odlewnicze, jak i do przeróbki plastycznej. Z brązów do przeróbki plastycznej można wymienić CuSn4Pb4Zn3 (B443 stosowany głównie na elementy ślizgowe, cechujący się odpornością na korozji i ścieranie oraz podatnością do lutowania i przeróbki plastycznej na zimno. Drugi t CuSn4Zn3 (B43), również odporny na korozję, mający dobre własności mechaniczne Jest stosowany na sprężyny i części aparatury chemicznej i przetwarzany na taśmy, pręty i drut. Stopy miedzi z cyną i cynkiem noszą nazwę spiżów. Do odlewniczych należą brązy zawierające zwykle większą liczbę pierwiastków stopowych i o większych zawartościach. Są to np. CuSn10P (B 101) z fosforem odporny na korozję i ścieranie, cechujący się dobrą lejnością, stosowany na łożysk elementy napędu i armaturę. Ma wysoką wytrzymałość Rm = 220 MPa w odlewach piaskowych i ponad 300 MPa w odlewach kokilowych. Jego twardość jest równie dość duża (80 -90 HB), natomiast ciągliwość jest mała (As = 3 -2%). Do stopów z cyną i cynkiem należy brąz CuSn10Zn2 (B 102), odporny na ścieranie i korozję wody morskiej. Odznacza się bardzo dobrą lejnością i skrawalnością. Ma dość dobre własności mechaniczne: Rm = 240 -260 MPa, przy wydłużeniu As = 10 -7% i twardości 70 -80 HB. Jest stosowany na bardzo obciążone i narażone na korozję części maszyn w przemyśle okrętowym i papierniczym. Następną grupę stanowią brązy zawierające ołów. Są to CuSn5Pb20 (B520) i CuSn10Pb 10 (B 101 o) stosowane na łożyska ślizgowe i części maszyn narażone na ścieranie przy dużych naciskach i prędkościach. Ich własności mechaniczne są niższe niż brązu z fosforem lub cynkiem. Brąz B520 ma Rm = 160 -170 MPa i twardość 45 -50 HB, przy wydłużeniu A5 = 5 -6%. Brąz B 1010 ma własności wytrzymałościowe wyższe o ok. 30 -40% niż B520, a także nieco większą ciągliwość. Brązy z ołowiem są odporne na ścieranie i cechują się bardzo dobrą lejnością i skrawalnością.

Zastosowanie brązów krzemowych w przemyśle. Brązy krzemowe odlewnicze. Stop BK42 jest odporny na korozję wody morskiej, ściera­nie i temperaturę do 300°C i ma dobrą lejność. Jest stosowany na części maszyn i łożyska pracujące przy dużych i zmiennych obciążeniach i małych prędkościach, w warunkach korozyjnych i przy podwyższonej temperaturze. Stop BK331 jest odporny na korozję, zmienne obciążenie, uderzenia i ścieranie. Ma dobrą lejność. Jest stosowany na części maszyn i osprzętu (łożyska, napędy, pompy) narażone na złe smarowanie. Jego własności są następujące: Rm = 260 -390 MPa, A5 = 8 -15% i twardość 90- 130 HE, w zależności od rodzaju formy (piaskowa, kokilowa). Brązy krzemowe do przeróbki plastycznej. Do tej grupy brązów należy CuSi3Mnl (BK31). Ma strukturę roztworu stałego a. Może być przerabiany na zimno i gorąco. Ma bardzo dobrą wytrzymałość, odporność na korozję i spawalność. Jest stosowany na sprężyny, siatki, elementy narażone na ścieranie i części aparatury chemicznej.

Zastosowanie brązów ołowiowych w przemyśle.Brązy ołowiowe są stosowane głównie na panewki łożysk ślizgowych pracujących przy małych naciskach i dużych prędkościach obwo­dowych. Wydzielenia ołowiu rozsmarowują się na wale, zmniejszając tarcie, a faza 'alfa' (prawie czysta miedź) stanowi elementy nośne.

Zastosowanie brązów w przemyśle. Brązy ołowiowe, krzemowe, aluminio­we, berylowe i wieloskładnikowe mają, każdy inne, specjalne zalety, jak wysokie własności wytrzymałościowe, odporność na korozję, odporność na wysoką tempera­turę, podwyższone własności przeciw­cierne itd, Zastosowanie brązów jest bardzo różnorodne W budowie maszyn są to różne ele­menty maszyn, narażone na ścieranie i korozję, począwszy od dużych elementów napędowych, a kończąc na drobnych częściach aparatury pomiarowej, armatura chemiczna, panewki wysoko ­obciążonych łożysk ślizgowych itd,

Zastosowanie mosiądzów w przemyśle. Mosiądze o strukturze roztworu stałego a zawierają do 30% Zn. Roztwór a cechu­je się dobrą plastycznością przy temperaturze pokojowej, a gorszą w zakresie 300 ­700oC i dlatego są przerabiane plastycznie na zimno. Twardość i wytrzymałość mosiądzów a wzrastają ze zwiększaniem zawartości Zn. Po przekroczeniu 30% wydłużenie jednak maleje (rys. 15.16). W PN są ujęte mosiądze CuZn15 (M85) i CuZn30 (M70). Mosiądz M70, zwany łuskowym, cechuje się dużą plastycznością i jest stosowany do głębokiego tłoczenia, przede wszystkim na łuski. Można go odkształcać na zimno do 75%. Przy większym odkształceniu należy stosować wyża­rzanie rekrystalizujące przy temperaturze 500- 580°C.Mosiądze dwufazowe 'alfa'+ 'beta' mają własności pośrednie między własnościami fazy 'alfa' i fazy 'beta'. Ze wzrostem zawartości cynku zwiększa się ilość fazy 'beta' i mosiądz staje się bardziej twardy i wytrzymały, ale mniej plastyczny. Mosiądz 'alfa' + 'beta' ( > 37% Zn) poddaje się zwykle przeróbce plastycznej na gorąco. PN przewiduje mosiądze CuZn37 (M63) o zawartości Z n 37% i CuZn40 (M60) zawierający 40% Zn. Pierwszy jest stosowany na blachy, pasy, rury, pręty, kształtowniki i drut, z drugiego wyrabia się taśmy i pręty oraz odkuwki, wyroby wytłaczane i śruby. Mosiądze dwufazowe wykazu­ją mniejszą odporność na korozję niż jednofazowe.

Zastosowanie odlewniczych stopów aluminium w przemyśle. Stop AK52 -AlSi5Cu2 ( ok. 5% Si, ok. 2% Cu, i po ok. O,5% Mg i Mn), który stosuje się na głowice silników i części samolotów. Jego własności są następujące: Rm = 240 MPa, As = 0,4%, twardość 75 HB. Do wieloskładnikowych należy AK20 -AlSi21 CuNi, zawierający także ok. O,5% Mg i 0,2% Mn. Jego własności to: ~ := 200 MPa, As = O,2%, twardość 90 HE. Jest stosowany głównie na tłoki silników spalinowych. Jako Stopy odlewnicze mogą być stosowane stopy podeutektyczne o zawartości 10% Cu (AICuIO). Ich struktura składa się z eutektyki 'omega' -CuAl2 rozłożonej na grani­cach ziarn dendrytów roztworu stałego 'omega'. Stop ten ma dobrą lejność, ale stosunkowo niską wytrzymałość. Można ją podwyższyć drogą odlewania do kokili lub przez obróbkę cieplną, obniża to jednak ciągliwość stopu. Innym stopem jest A1Cu4 (AM4) stoso­wany na odlewy kokilowe, który po starzeniu osiąga Rm = 230 MPa i As = 3%. Stosowany jest na galanterię stołową.

Zastosowanie stopów aluminium do obróbki plastycznej w przemyśle. Stop aluman, oznaczony w P N jako AIMnl (PAl) zawiera 1- 1,5% M n i 0,2% Ti. Mangan silnie umacnia stop (o ok. 25%). Może on być także umacniany przez zgniot. Aluman jest odporny na korozję i cechuje się dobrą spawalnością. Jest stosowany w przemyśle spożywczym i chemicznym na zbiorniki spawane na ciecze i gazy oraz do wyrobu blach, rur, drutu i kształtowników. Stop hydronalium oznaczony w PN symbolami AIMn2 (PA2), zawiera 1,7 -2,6% Mg, do O,6% Mn i 0,2% Ti. Jest odporny na działanie wody morskiej. Cechuje się dużą plastycznością, spawalnością, jest odporny na zmęczenie i można go łatwo polerować. Dodatkowy wzrost wytrzymałości można uzyskać przez zgniot. Stop ten znajduje za­stosowanie w przemyśle lotniczym, okrętowym, chemicznym, spożywczym i transpor­cie. Wytwarza się z niego blachy, pręty, drut, kształtowniki i rury. Stop anticorodal oznaczany w PN symbolami AIMgISilMn (PA4) ma skład: 0,7 -1,5% Mg; 0,2- 1,0% Mn; 0,7- 1,5% Si i 0,2% Ti. Cechuje się dobrą odporno­ścią na korozję, ale tylko po przesyceniu i naturalnym starzeniu, natomiast w stanie wyżarzonym lub po przyśpieszonym starzeniu jego odporność korozyjna znacznie spa­da. Utwardzanie wydzieleniowe zwiększa twardość i wytrzymałość stopu. Jest on pla­styczny i spawalny. Znajduje zastosowanie w przemyśle lotniczym, samochodowym, chemicznym i spożywczym. Wytwarza się z niego blachy, pręty, drut, kształtowniki, rury i odkuwki matrycowe. Nazwę duraluminium (dural) stosuje się do grupy stopów wieloskładnikowych aluminium przeznaczonych do przeróbki plastycznej i utwardzania wydzieleniowego. Głównym przedstawicielem jest stop o zawartości ok. 4% Cu, ok. 1% Mg i ok. 1% Mn.. lako domieszki mogą występować Si i Fe do 0,7%. W PN są ujęte stopy AICu4Mg1 (PA6), AICu4Mg2 (PA7), zawierający dodatkowo 0,2% Ti oraz AlCu4MgO,5 (PA21) bez tytanu. Stopy te ulegają starzeniu w wyniku wydzielania się z przesyconego roz­tworu faz AICu2 i Mg2Si. Ich własności są zależne od obróbki cieplnej (temperatury starzenia). Po starzeniu naturalnym osiągają wytrzymałość ok. 430 MPa. Starzenie przyśpieszone obniża ich twardość, ale zwiększa ciągliwość. Durale są stosowane do wyrobu obciążonych elementów samolotów i pojazdów. Wytwarza się z nich blachy, pręty, rury, drut (na nity), kształtowniki. Wadą durali jest ich stosunkowo mała odpor­ność na korozję (zwłaszcza stop P A9). Zapobiega się temu drogą platerowania blach czystym aluminium lub poprzez anodowe utlenianie (eloksalowanie).

---