UKŁAD ŻELAZO - CEMENTYT
Ferryt α jest to roztwór stały graniczny węgla w żelazie Fe α o maksymalnej rozpuszczalności węgla 0,0218 w temperaturze 727 ºC. Twardość ferrytu waha się w granicach od 70 do 90 HB.
Austenit γ jest to roztwór stały graniczny węgla w żelazie Fe γ o maksymalnej rozpuszczalności węgla 2,11 w temperaturze 1148 ºC. Faza miękka i plastyczna. Występuje w temperaturze powyżej 727 ºC.
Cementyt Fe3C jest to faza międzymetaliczna (węglik żelaza) o wzorze stechiometrycznym Fe3C. Zawartość węgla w cementycie wynosi 6,67%. Jest twardy i kruchy (twardość 750 HB). Wydziela się z cieczy przy chłodzeniu i wtedy oznaczamy go jako pierwszorzędowy I lub wydziela się podczas chłodzenia z austenitu i wtedy oznaczamy go jako II lub wydziela się z ferrytu podczas chłodzenia i wtedy oznaczamy go jako III.
MARTENZYT, BAINIT, AUSTENIT SZCZĄTKOWY
Bainit jest składnikiem strukturalnym, jego struktura ta jest zróżnicowana morfologicznie w zależności od temperatury przemiany. Stanowi mieszaninę ferrytu i węglików, z tym, że powyżej 300°C składa się z cementytu i przesyconego węglem ferrytu (zwana bainitem górnym, który ma wygląd pierzasty), natomiast poniżej 300°C powstaje bainit dolny składający się z węglika 8 (Fe2,4C o zawartości 8,4%C) i ferrytu przesyconego węglem). Ma on wygląd iglasty podobny do martenzytu i jest niewiele od niego miększy. Przemiana bainityczna ma charakter dyfuzyjny, przebiega w zakresie temperatur poniżej 500°C, gdy siła napędowa przemiany jest duża, a współczynnik dyfuzji mały. Twardość i wytrzymałość bainitu są pośrednie między własnościami perlitu i martenzytu i rosną w miarę obniżania temperatury przemiany.
Martenzyt - jest to przesycony roztwór stały węgla w Żelazie a, który jest produktem przemiany bezdyfuzyjnej. Cechuje się dużą twardością i małą ciągliwością. Twardość martenzytu rośnie ze wzrostem zawartości węgla.
Austenit szczątkowy -- ilość austenitu szczątkowego zależy od zawartości węgla, pierwiastków stopowych i temperatury austenityzowania. Austenit szczątkowy obniża twardość zahartowanej stali , gdyż w przeciwieństwie do martenzytu jest miękki. Nie jest jednoznacznie szkodliwy, gdyż zwiększa odporność na ścieranie i powierzchniową wytrzymałość zmęczeniową oraz zmniejsza skłonność stali do kruchego pękania. Wadą jest zwiększenie skłonności do pęknięć szlifierskich (przy większej zawartości) oraz powodowanie niestabilności wymiarowej (np. sprawdzianów) i obniżenie odporności korozyjnej.
PRZEMIANA MARTENZYTYCZNA, BAINITYCZNA I AUSTENITYCZNA
Przemiana martenzytyczna: izotermiczna przemiana austenitu w martenzyt zachodząca w wyniku gwałtownego chłodzenia nagrzanej do temperatury austenitu stali węglowej lub niskostopowej (hartowanie).
Przemiana bainityczna: fazowa przemiana termiczna w bainit, pośrednia między przemianą perlityczną a przemianą martenzytyczną, polegająca na przechłodzeniu austenitu do temperatury z zakresu 500-300°C, w której nie zachodzi już dyfuzja pierwiastków metalicznych, zachodzi zaś jeszcze dyfuzja węgla.
Przemiana austenityczna: przemiana termiczna perlitu w austenit zachodząca podczas nagrzewania (w czystych stopach żelazo-węgiel w warunkach równowagi faz w temperaturze 723°C). Temperatura przemiany austenitycznej zależy od składu stopu i warunków nagrzewania.
KINETYCZNE WYKRESY PRZEMIAN FAZOWYCH
CTPi
wykresy określają rodzaj struktur i wzajemny ilościowy układ poszczególnych składników strukturalnych otrzymywanych odpowiednio przy chłodzeniu ciągłym(z różnymi prędkościami) lub w warunkach izotermicznych.
CTPc
KRYTYCZNA SZYBKOŚĆ CHŁODZENIA
najmniej sza szybkość chłodzenia, przy której uzyskamy jeszcze strukturę całkowicie martenzytyczną. Im mniejsza jest szybkość krytyczna tym większa jest hartowność stali.
Każda większa od krytycznej dająca też martenzyt nazywa się nadkrytyczną, a każda mniejsza podkrytyczną. Średnica krytyczna to taka średnica materiału, przy której w rdzeniu otrzymujemy strukturę 50% martenzytyczną. Im materiał ma mniejszą szybkość krytyczną, tym średnica materiału jest większa.
Na szybkość krytyczna chłodzenia(średnice krytyczna) wpływają dwa czynniki:
- zawartość węgla i składników stopowych w austenicie(węgiel i dodatki stopowe, z wyjątkiem kobaltu, zwiększają hartowność)
- wielkość ziarna austenitu przed rozpoczęciem chłodzenia(im większe ziarno, tym mniejsza hartowność i większa szybkość chłodzenia)
HARTOWNOŚĆ, UTWARDZALNOŚĆ, PRZEHARTOWYWALNOŚĆ
Hartowność - 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. Dodatki pierwiastków stopowych mogą obniżać lub podwyższać hartowność. Hartowność znacznie zwiększają: Mn, Mo i Cr, w niewielkim stopniu: Si i Ni natomiast zmniejsza Co oraz pierwiastki silnie węglikotwórcze.
utwardzalność - podatność stali do hartowania, wyrażona najwyższą twardością jaką można osiągnąć w wyniku hartowania,
przehartowalność - podatność stali do utwardzania się, w głąb przekroju pod wpływem hartowania.
CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA HARTOWNOŚĆ, WPŁYW DODATKÓW STOPOWYCH NA HARTOWNOŚĆ
- Skład chemiczny - węgiel i wszystkie pierwiastki z wyjątkiem kobaltu, jeżeli są rozpuszczone w austenicie, zwiększają hartowność stali (przesuwają linie wykresu CTPc w prawo).
- Jednorodność austenitu - im większa jednorodność austenitu tym hartowność stali większa, ponieważ brak jest dodatkowych zarodków przyśpieszających rozkład austenitu w zakresie przemiany perlitycznej. Niejednorodność austenitu może być spowodowana obecnością wtrąceń niemetalicznych (tlenki, azotki itp.) i węglików lub również brakiem wyrównania składu chemicznego w objętości ziaren austenitu.
- Wielkość ziarna austenitu - im większe ziarno tym większa hartowność. Wynika to z faktu zmniejszania się, ilości uprzywilejowanych miejsc zarodkowania cementytu, którymi są m.in. granice ziaren. Struktura gruboziarnista -ma mniejszą sumaryczną powierzchnię ziaren w stosunku do struktury drobnoziarnistej.
Dodatki stopowe wpływają na przehartowalność stali, a co za tym idzie na możliwość zahartowania przedmiotów o większym przekroju. Zawartość węgla w stali jest głównym czynnikiem wpływającym na twardość stali po hartowaniu. Możliwość zastosowania mniejszych szybkości chłodzenia wpływa pozwala na zredukowanie naprężeń hartowniczych. Głębokość zahartowania, jaką można uzyskać w stalach węglowych, jest mieści się w granicach 3 do 10 mm, w zależności od jej składu. Dodatki stopowe pozwalają zwiększyć głębokość zahartowania.
METODY BADAŃ HARTOWNOŚCI
Badanie hartowności na przełomie: Hartowność oceniamy z grubości warstwy martenzytycznej na przełomie próbki. Na przeło-mie strefa zahartowana jest matowa, natomiast rdzeń niezahartowany ma budowę gruboziar-nistą i jest błyszczący. Metodą tę stosuje się obecnie dla stali narzędziowych węglowych.
Metoda Grossmanna: Polega na pomiarze twardości na przekroju poprzecznym (wzdłuż średnicy) hartowanych prętów o wzrastających średnicach. Wyniki pomiarów przedstawiono graficznie na rys.2. Punkt środkowy osi odciętych odpowiada osi próbki. Na osi rzędnych oznaczano odpowiada-jące określonym punktom przekroju twardości. W ten sposób otrzymano krzywe o kształcie podobnym do litery U. Zbiór takich krzywych stanowi charakterystykę hartowności stali (rys.3). Metoda ta może być stosowana dla stali narzędziowych. Podstawową wadą metody jest to, że wyniki badania hartowności próbek o różnych średnicach są trudno porównywalne.
Metoda hartowania czołowego (Jominy'ego): Polega na zahartowaniu próbki o długości 100 mm i średnicy 25 mm natryskiem wody na po-wierzchnię czołową. Po zahartowaniu zeszlifowuje się warstwę o grubości ok.0,25 mm wzdłuż przeciwległych tworzących tak, aby uzyskać płaszczyznę. Na powierzchniach tych wykonuje się pomiary twardości w odległości co 1,5÷2 mm. Wyniki pomiarów nanosi się na wykres w układzie współrzędnych: odległość do czoła próbki (oś odciętych) - twardość HRC (oś rzędnych). Łącząc otrzymane punkty linią ciągłą uzyskuje się krzywą hartowności.
KRZYWA HARTOWNOŚCI, PASMO HARTOWNOŚCI
Krzywa hartowności pasmo hartowności
TWARDOŚĆ KRYTYCZNA, IDELNA ŚREDNICA KRYTYCZNA, ŚREDNICA KRYTYCZNA
Średnica krytyczna jest średnicą największego przekroju próbki stalowej hartującej się na wskroś w danym ośrodku chłodzącym. Wielkość średnicy krytycznej dla danego gatunku stali wiąże się z rodzajem ośrodka chłodzącego (powietrze, olej, woda).
idealna średnica krytyczna jest to średnica największego przekroju hartującego się na wskroś w idealnej kąpieli hartowniczej, odbierającej ciepło z nieskończenie dużą szybkością. Oddawanie ciepła przez element hartowny uzależnione jest w tym przypadku od jego przewodności cieplnej.
Twardość krytyczna jest to twardość strefy o strukturze zawierającej 50% martenzytu, tj. tak zwanej strefy półmartenzytycznej.
RODZAJE I CHARAKTERYSTYKA OŚRODKÓW CHŁODZĄCYCH
•Woda, roztwory wodne soli, zasad, polimerów
•Oleje hartownicze
•Kąpiele solne i metalowe
•Złoża fluidalne
•Powietrze i inne gazy
PODZIAŁ STOPÓW ŻELAZA. KLASYFIKACJA STALI, STALIWA, ŻELIWA
Stal - stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi, zawierający do ok. 2 % węgla, otrzymany w procesach stalowniczych, przeznaczony na półwyroby i wyroby przerabiane plastycznie.
Stal - stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi, zawierający do ok. 2 % węgla, otrzymany w procesach stalowniczych, przeznaczony na półwyroby i wyroby przerabiane plastycznie.
Staliwo - stop żelaza z węglem i innymi dodatkami stopowymi, zawierający do ok. 2 % węgla, otrzymany w procesach stalowniczych, przeznaczony na odlewy.
Żeliwo - stop odlewniczy żelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi składnikami, zawierający od 2,11 do 6,67% węgla w postaci cementytu i/lub grafitu.
RODZAJE OBRÓBKI CIEPLNEJ STOSOWANE DLA STALI I UZYSKIWANE PO NICH WŁASNOŚCI
• wyżarzanie - zabieg cieplny polegający na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wygrzaniu jej przy tej temperaturze, a następnie studzeniu; rozróżnia się następujące rodzaje wyżarzania: - zupełne (rozdrobnienie ziarn, jednorodna struktura, lepsza plastyczność) - normalizacyjne (jak wyżej tylko inny sposób chłodzenia) - rekrystalizujące (usunięcie skutków zgniotu) - odprężające (zmniejszenie naprężeń własnych)
• hartowanie - zabieg polegający na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wygrzewaniu przez pewien czas, a następnie szybkim oziębieniu w wodzie lub oleju; zwiększenie twardości, wytrzymałości i odporności na ścieranie, zmniejszona wydłużalność i udarność
• odpuszczanie - zabieg stosowany głównie dla stali hartowanych, polegający na ponownym nagrzaniu stali i studzeniu mającym na celu poprawienie wydłużalności i udarności kosztem niewielkiego spadku twardości i wytrzymałości
• przesycanie (starzenie) - nagrzanie stali do temperatury, w której jeden lub więcej składników przechodzi do roztworu stałego, a następnie szybkie chłodzenie; wydzielanie się składnika przesyconego pod postacią drobnej drugiej fazy nosi nazwę starzenia; stal staje się twardsza, bardziej wytrzymała ale mniej ciągliwa i krucha
Naprężenia własne (szczątkowe, rezydualne) - naprężenia w elementach i wyrobach stalowych nie poddanych działaniu obciążeń.
RODZAJE OBRÓBKI CIEPLNEJ STOSOWANE DLA STALIWA I UZYSKIWANE PO NICH WŁASNOŚCI
Wykorzystanie staliw stopowych ma sens tylko po wyżarzaniu ujednorodniającym,, normalizującym lub po ulepszaniu cieplnym, dlatego w normach są podane właściwości mechaniczne dla tych stanów. Podstawowym zabiegiem obróbki cieplnej staliw jest wyżarzanie odprężające, którego celem jest usunięcie naprężeń powstałych podczas krzepnięcia odlewu. Nieusunięte naprężenia mogą powodować zmianę wymiarów odlewu podczas obróbki mechanicznej lub eksploatacji. W skrajnych przypadkach naprężenia odlewnicze prowadzą do pękania odlewu. Wyżarzanie odprężające prowadzi się w temperaturze 500-600 C.
Ważnym zabiegiem obróbki cieplnej odlewów jest wyżarzanie normalizujące. Jego celem jest rozdrobnienie ziarna oraz usunięcie ferrytu Widmanstattena w wyniku przemiany alotropowej α -> γ. Wyżarzanie to odbywa się w zakresie temperatury 850 - 950 C z chłodzeniem w spokojnym powietrzu. Gdy odlew po normalizowaniu stygnie z piecem, wyżarzanie nazywamy zupełnym. Rzadziej wykonuje się wyżarzanie ujednorodniające (950 - 1150 C), którego celem jest usunięcie segregacji chemicznej odlewu.
Staliwa stopowe konstrukcyjne, podobnie jak stale stopowe, najczęściej poddaje się ulepszaniu cieplnemu. Staliwa stopowe, które powinny mieć strukturę austenityczną, poddaje się przesycaniu.
RODZAJE OBRÓBKI CIEPLNEJ STOSOWANE DLA ŻELIWA I UZYSKIWANE PO NICH WŁASNOŚCI
Gdzie :
Ac1 - temp. przem. P w A
Ac3 - temp.końca przem. F w A
(nagrzewanie)
Ar3 - temp.początku wydzielania
się F z A itp.
Ar1 - temp. przemiany A w P
Ponadto :
Ms - temp. początku przemiany
Martenzytycznej
Mf - temp. końca przemiany
martenzytycznej
Wyszukiwarka