93 (126)

186

l-idra Pękalski Grzegorz Pękalsli

13.1. Zabiegi obróbki cieplnej

Wśród zabiegów obróbki cieplnej wyróżnia się nagrzewanie, wygrzewanie i chłodzenie. Jak wynika ze schematu zamieszczonego na rys. 13.1, obróbka cieplna może mieć bardziej złożony charakter.

5222"

Nagrzewanie

CZAS. t

Rys. 13.1. Zmiana temperatury podczas obróbki cieplnej i zabiegi obróbki cieplnej

13.1.1. Hartowanie stali

Przebieg przemiany austenitu podczas chłodzenia jest węzłowym zagadnieniem obróbki cieplnej stali. Można je analizować (jeśli zachodzą w warunkach równowagi termodynamicznej) na podstawie wykresu Fe-Fe₃C. Na tymi wykresie parametr czasu jest pominięty, gdyż warunki równowagi wymagają teoretycznie nieskończenie małej szybkości zmian temperatury.

W warunkach rzeczywistych szybkość grzania, a zwłaszcza szybkość chłodzenia są niekiedy bardzo duże (warunki nierównowagowe). Wtedy przebiegi przemian fazowych wyznacza nie tylko skład chemiczny i temperatura, ale i czas. Szybkość zmian istotnie wpływa na temperaturę, w której zachodzi przemiana. W warunkach braku równowagi mogą też w wielu wypadkach wystąpić przemiany, które nie występują w warunkach chłodzenia równowagowego.

Wpływ szybkości chłodzenia na przebieg przemiany austenitu przedstawiono na _ wykresach CTPi lub CTPc. Przykłady takich wykresów dla stali przedeutektoidalnej _T. pokazano na rys. 13.2.

Wykresy należy rozpatrywać w powiązaniu z wykresem równowagi Fe-Fe₃C. Z wykresu Fe-FejC wynika, że w stalach przedcutektoidalnych w czasie chłodzenia

przemiana austenitu rozpoczyna się w temperaturze A_ri (punkt przecięcia linii stopu

%

z linią G-S) od wydzielania się z niego ferrytu. Podczas dalszego powolnego chłodzenia wydzielanie się ubogiego w węgiel ferrytu powoduje zwiększenie jego zawartości w austenicie (aż do 0,77% węgla w temperaturze przemiany eutcktoidalnej). Z tego austenitu powstaje w temperaturze 727 °C (/1|) perlit. Dalsze obniżanie temperatury nie wywołuje już przemian. Struktura stali przedeutektoidalnej składa się zatem z ferrytu i perlitu o budowie płytkowej.

Zwiększenie szybkości chłodzenia (zwiększenie przechłodzenia) powoduje obniżenie temperatury wydzielania fenylu i przemiany eutektoidalnej. Skutkiem tego przechłodzenia, w stosunku do stanu równowagowego, w strukturze stopu zwiększa się udział perlitu, a maleje udział ferrytu. Powstały w tych warunkach eutektoid jest także bardziej drobnodyspersyjny niż perlit powstający w warunkach równowagowych. W miarę obniżania temperatury przemiany (ale przy jej dyfuzyjnym charakterze) wzrasta stopień dyspersji i twardość powstających mieszanin. Mimo że wszystkie są mieszaniną płytkową ferrytu i cementytu nazywa się je: perlitem, sorbitem i tro-ostytem.

Rys. 13 2. Wykresy przemiany przechodzonego austenitu w stali niestopowej przedeutektoidalnej: a - ferryt, P - perlit. S - sorbit, T - troostyt. B - bainit. M - martenzyt: a) wykres czas-tempcratura-przemiana, przy chłodzeniu izotcrmicznym (CTP,), b) wykres czas-tcmperatufa-przemiana. przy chłodzeniu ciągłym (CTPJ

W temperaturze niższej niż temperatura najmniejszej trwałości austenitu (T_m ~ 550 °C - rys. 13.2), ale wyższych niż temperatura początku przemiany martenzytycznej (A/,) przebieg rozpadu austenitu jest bardziej złożony. W tym zakresie temperatury ruchliwość atomów Fe jest tak mała, żc przebudowa sieci austenitu w sieć ferrytu drogą dyfuzyjną nic jest możliwa. Jednocześnie ruchliwość atomów węgla w obu roztworach stałych (ferryt i austenit) jest jeszcze znaczna. Dlatego przemiana austenitu w tym zakresie temperatury ma charakter bezdyfuzyjno-dyfuzyjny. Przebudowa sieci krystalicznej odbywa się bezdyfuzyjnie - a powstający ferryt ma postać igieł. Atomy węgla tworzą natomiast w ferrycie lub austenicie, krótkie i cienkie blaszki cementytu (lub węglika e w pobliżu temperatury A/,). Taka przemiana austenitu nazywa się przemianą