plik


ÿþWykBad 11 Henryk Adrian Obróbka cieplna Obróbka cieplna  dziedzina technologii obejmujca zespóB zabiegów wywoBujcych polepszenie wBasno[ci wywoBujcych polepszenie wBasno[ci mechanicznych i fizykochemicznych metali i stopów powodowane zmianami struktury w stanie staBym w wyniku dziaBania temperatury, czasu oraz dziaBania o[rodka Rodzaje obróbki cieplnej Obróbka cieplna zwykBa Obróbka cieplno-chemiczna Obróbka cieplno-mechaniczna Obróbka cieplno-mechaniczna Obróbka cieplno-magnetyczna Obróbka cieplna zwykBa W przypadku obróbki cieplnej zwykBej zmiany struktury i wBasno[ci s spowodowane zmianami temperatury s spowodowane zmianami temperatury i czasu Klasyfikacja procesów obróbki cieplnej zwykBej Obróbka cieplno-chemiczna Podczas obróbki cieplno-chemicznej istotny wpByw na skBad chemiczny, struktur i wBasno[ci warstwy struktur i wBasno[ci warstwy wierzchniej wpBywa tak|e o[rodek, w którym zachodzi obróbka. Inne rodzaje obróbki cieplnej Obróbka cieplno-chemiczna Operacja obróbki cieplnej Operacja obróbki cieplnej cz[ procesu technologicznego wykonywanego w sposób cigBy, wykonywanego w sposób cigBy, przewa|nie na jednym stanowisku roboczym (np. Hartowanie, odpuszczanie, wy|arzanie) Zabiegi obróbki cieplnej Cz[ciami operacji obróbki cieplnej s zabiegi obróbki cieplnej: nagrzewanie, wygrzewanie, chBodzenie Rodzaje wy|arzaD Wy|arzanie  nagrzanie do okre[lonej temperatury, wygrzanie w tej temperaturze i chBodzenie z szybko[ci umo|liwiajc otrzymanie struktury bardziej zbli|onej do stanu równowagowego Cele wy|arzaD Zmniejszenie twardo[ci i tym samym uBatwienie obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej na zimno Uzyskanie struktury bardziej wBa[ciwej z punktu Uzyskanie struktury bardziej wBa[ciwej z punktu widzenia dalszych operacji obróbki cieplnej lub innych operacji technologicznych Zmniejszenie napr|eD wBasnych Ogólny podziaB wy|arzaD Zakres temperatur 400  1250oC Wy|arzanie z przekrystalizowaniem Wy|arzanie bez przekrystalizowania Wy|arzanie bez przekrystalizowania Wy|arzanie ujednoradniajce Homogenizowanie  dBugotrwaBe wy|arzanie  kilka do kilkudziesiciu godzin w wysokich temperaturach (1000-1250oC) w celu zmniejszenia niejednorodno[ci chemicznej krysztaBów pierwotnych i nastpne chemicznej krysztaBów pierwotnych i nastpne powolne chBodzenie do temperatur podkrytycznych. Skuteczno[ operacji w du|ym stopniu zale|y od skBadu chemicznego stali Wy|arzanie ujednoradniajce Wy|arzanie to jest kosztowne, w zasadzie ogranicza si do wlewków stali stopowych i niekiedy odlewów staliwnych. Powoduje znaczny rozrost ziarna które mo|na rozdrobni drog przeróbki plastycznej (wlewki) lub normalizowania albo ulepszania (odlewy). GBówny cel wy|arzania GBówny cel wy|arzania w stalach stopowych konstrukcyjnych jest poprawa wBasno[ci mechanicznych (wydBu|enia, przew|enia, udarno[) w kierunku poprzecznym  zmniejszenie anizotropii. w kierunku poprzecznym  zmniejszenie anizotropii. W stalach nadeutektoidalnch (np. Bo|yskowych) zmniejszenie segregacji wglików i pasmowo[ci struktury. Skuteczno[ homogenizowania poprawia si drog wstpnej przeróbki plastycznej Normalizowanie Polega na nagrzaniu stali do temperatury zazwyczaj 30-do 50oC powy|ej Ac3 lub Acm i nastpnie spokojnym chBodzeniu do temperatur podkrytycznych. Czynnikiem decydujcym o strukturze jest dwukrotne przekrystalizowanie materiaBu podczas grzania i chBodzenia. Nastpuje rozdrobnienie ziarna pod warunkiem, |e szybko[ grzania w zakresie przemian fazowych jest dostatecznie du|a ( nie mniejsza ni| 4o/min.) a szybko[ chBodzenia jest wiksza ni| przy wy|arzaniu zupeBnym ale mniejsza od krytycznej Normalizowanie jest celowe w nastpujcych przypadkach: Gdy struktura jest gruboziarnista i niejednorodna NastpiB rekrystalizacyjny rozrost ziarna po krytycznym odksztaBceniu plastycznym Dla struktur po pierwotnej krystalizacji (np. spoiny, odlewy) Dla cz[ci wykazujcych krucho[ wskutek procesów starzenia Dla wyrobów z drobnoziarnistych stali odtlenianych za pomoc Al, w celu zwikszenia odporno[ci na starzenie Dla wszystkich cz[ci ze stali konstrukcyjnych, które maj niedostateczn cigliwo[ lub zbyt nisk granic plastyczno[ci, które nie bd ulepszane cieplnie Przed hartowaniem Normalizowanie Celem normalizowania stali nadeutektoidalnych jest wyeliminowanie lub zmniejszenie siatki wlików oraz przygotowanie struktur dla pózniejszego przygotowanie struktur dla pózniejszego wy|arzania sferodyzujcego i otrzymania sferoidytu wysokodyspersyjnego. Normalizowanie PrzykBad struktury po przed i po normalizowaniu Wy|arzanie zupeBne i izotermiczne Wy|arzanie zupeBne - krótkotrwaBe austenityzowanie (1 - 2 h) w temperaturach 30 - 50 oC powy|ej Ac3 , Acm i powolnym chBodzeniu (z piecem) w zakresie przemiany perlitycznej przemiany perlitycznej Cel: obni|enie twardo[ci i poprawa cigliwo[ci dla dalszych operacji technologicznych, (np. obróbka skrawaniem, obróbka plastyczna na zimno) a ponadto rozdrobnienie ziarna i ujednorodnienie struktury wy|arzanie niezupeBne W celu skrócenia cyklu wy|arzania zupeBnego stosuje si wy|arzanie niezupeBne, w zakresie temperatur Ac1 a Ac3 lub Acm. Otrzymana struktura jest jednak niejednorodna i twardo[ wy|sza ni| po wy|arzaniu zupeBnym. Stosowane wic do podrzdnych celów, np dla uBatwienia cicia na piBach prtów przeznaczonych do kucia na gorco Wy|arzanie izotermiczne Wy|arzanie izotermiczne - odmiana chBodzenia cigBego z kontrolowan szybko[ci chBodzenia Wy|arzanie izotermiczne W porównaniu z wy|arzaniem zupeBnym skraca si czas 2 do 3 razy a struktura cechuje si lepsz obrabialno[ci i ni|sz twardo[ci, szczególnie dla cz[ci maszyn ze stali stopowych do nawglania i cz[ci maszyn ze stali stopowych do nawglania i ulepszania cieplnego. Temperatura - w zale|no[ci od skBadu chemicznego i wielko[ci przekroju. Przy du|ych przekrojach wy|sze temperatury. Czas wytrzymania ok 1.5 razy dBu|szy od wynikajcego z wykresu CTPi. Wy|arzanie sferoidyzujce Cel: Nadanie postaci sferoidalnej wglikom i w wyniku tego uzyskanie minimalnej twardo[ci, minimalnej twardo[ci, dobrej skrawalno[ci dobrej podatno[ci do przeróbki plastycznej na zimno Wy|arzanie sferoidyzujce W stalach nadeutektoidalnych stopowych jednym z gBównych celów sferoidyzowania jest optymalizacja wBasno[ci u|ytkowych po hartowaniu i niskim odpuszczaniu. hartowaniu i niskim odpuszczaniu. Od postaci i stopnia dyspersji wglików zale|y skBad chemiczny austenitu ilo[ i posta wglików po hartowaniu Wy|arzanie sferoidyzujce zakresy temperatur Wy|arzanie sferoidyzujce Wy|arzanie rekrystalizujce Celem wy|arzania jest przywrócenie wBasno[ci plastycznych metalu po przeróbce plastycznej na zimno. OdksztaBcenie plastyczne na zimno powoduje OdksztaBcenie plastyczne na zimno powoduje umocnienie metalu: wzrost twardo[ci i wBasno[ci wytrzymaBo[ciowych, spadek plastycznych. Przyczyn umocnienia jest wzrost defektów sieciowych (dyslokacji i wakansów) Wy|arzanie rekrystalizujce Grzanie metalu umocnionego zmniejsza jego energi wewntrzn i przywraca stopniowo jego wBasno[ci, które miaB przed odksztaBceniem. Proces ten przebiega w dwu stadiach przebiega w dwu stadiach zdrowienie rekrystalizacja zdrowienie zdrowienie - poni|ej temperatury rekrystalizacji. W stalach mikkich zachodzi w zakresie 200-300oC. Maleje gsto[ defektów punktowych i nastpuje przegrupowanie punktowych i nastpuje przegrupowanie dyslokacji. Podczas zdrowienia malej napr|enia wBasne natomiast nie zmieniaj si wBasno[ci mechaniczne rekrystalizacja rekrystalizacja zachodzi przy temperaturze rekrystalizacji, Tr=0.4Tt polega na odbudowie struktury drog powstawania zarodków nowych nieodksztaBconych ziarn i ich wzro[cie. Rekrystalizacja likwiduje skutki zgniotu a gsto[ dyslokacji zmniejsza si do poziomu przed odksztaBceniem. W stali temperatura rekrystalizacji ro[nie ze wzrostem zawarto[ci wgla i pierwiastków stopowych Wy|arzanie rekrystalizujce Wygrzewanie w temperaturach przekraczajcych Tr powoduje rozrost ziarn, zale|ny od skBadu chemicznego i stopnia zgniotu szczególnie, je[li stopieD odksztaBcenia byB zbli|ony do zgniotu stopieD odksztaBcenia byB zbli|ony do zgniotu krytycznego. Dla |elaza i mikkich stali zgniot krytyczny wynosi 5 do 15 %. W stali w temperaturach powy|ej 650oC zachodzi gwaBtowny rozrost ziarn, powodujcy krucho[ Wy|arzanie rekrystalizujce Temperatura i szybko[ rekrystalizacji zale| od skBad chemiczny i struktura wyj[ciowa stopieD zgniotu i jego warunki (temperatura , rodzaj i szybko[ odksztaBcenia Wy|arzanie odpr|ajce W szeregu procesach technologicznych, takich jak: spawanie, przeróbka plastyczna na zimno, szlifowanie, szlifowanie, obróbka cieplna, odlewanie powstaj napr|enia wBasne, jedno- lub wieloosiowe. Wy|arzanie odpr|ajce W konstrukcjach stalowych szczególnie niebezpieczne sa trójosiowe napr|enia wBasne, gdy| sprzyjaj pkaniu kruchemu nawet w materiaBach o wysokich wBasno[ciach plastycznych. materiaBach o wysokich wBasno[ciach plastycznych. W procesach obróbki cieplnej napr|enia wBasne mog powodowa odksztaBcenia lub spadek wBasno[ci wytrzymaBo[ciowych. Wy|arzanie odpr|ajce Dla usunicia napr|eD wBasnych stosuje si wy|arzanie odpr|ajce, polegajce na nagrzaniu w zakresie 400 - 650oC i powolnym chBodzeniu (zazwyczaj z piecem) do temperatury otoczenia. (zazwyczaj z piecem) do temperatury otoczenia. Istot odpr|enia cieplnego jest obni|enia granicy plastyczno[ci lub peBzania w podwy|szonych temperaturach i umo|liwienie zaj[cia odksztaBceD plastycznych w obszarach, gdzie napr|enia te granice przekraczaj Wy|arzanie odpr|ajce Dla wikszo[ci stali granica peBzania w temperaturaze 600-650oC wynosi 2 - 6 kG/mm2. Do tego wic rzdu mo|na obni|y warto[ napr|eD wBasnych. warto[ napr|eD wBasnych. Wy|arzanie to nie powinno zmienia struktury i wBasno[ci, wic temperatura wy|arzania zale|y od poprzednich operacji Wy|arzanie odpr|ajce Zazwyczaj stosuje si nastpujce temperatury odpr|ania: odlewy 500 - 650oC po przeróbce plastycznej na gorco 600 - 650oC po przeróbce plastycznej na gorco 600 - 650 C cz[ci spawane ze stali wglowych 500 - 650oC cz[ci spawane ze stali stopowych 650 - 700oC po odksztaBceniu plastycznym na zimno 400 - 450oC po obróbce cieplnej 400 - 500oC Czas wygrzewania wynosi zwykle ok. 2 min. na 1mm przekroju Stabilizowanie Stabilizowanie kilka do kilkadziesit godzin w temperaturze do 150OC. Cel - zmniejszenie zmian wymiarowych podczas dBugotrwaBego skBadowania i eksploatacji Rodzaje hartowania Hartowanie ma na celu uzyskanie maksymalnej twardo[ci stali. Polega na nagrzaniu stali do temperatury hartowania, wygrzaniu w tej temperaturze i nastpnym chBodzeniu wygrzaniu w tej temperaturze i nastpnym chBodzeniu z szybko[ci pozwalajc uzyska struktur martenzytyczn lub bainityczn. W zale|no[ci od tego, jaka objto[ elementu hartowanego jest nagrzana do temperatury hartowania, rozró|niamy hartowanie objto[ciowe hartowanie powierzchniowe Temperatura hartowania W zale|no[ci od zaw. C. Szybko[ chBodzenia Aby zahartowa stal, nale|y przedmiot chBodzi z szybko[ci wiksz od krytycznej, która zale|y od hartowno[ci stali Orientacyjnie przyjmuje si, |e krytyczne szybko[ci chBodzenia dla stali wglowych wynosz 1000  100oC/s w zale|no[ci od skBadu chemicznego, dla stali stopowych ok. 100  10oC/s Szybko[ chBodzenia Krytyczna szybko[ chBodzenia jest tylko jednym z kryteriów doboru o[rodka chBodzcego. Inny wa|ny czynnik to wielko[ i zBo|ono[ ksztaBtu przedmiotu i wynikajce napr|enia cieplne i przedmiotu i wynikajce napr|enia cieplne i strukturalne. Je[li wybrany ze wzgldu na krytyczn szybko[ chBodzenia o[rodek powoduje nadmierne odksztaBcenia lub pknicia, to nale|y zmieni gatunek stali na inny o wikszej hartowno[ci, co umo|liwi zastosowanie o[rodka o mniejszej intensywno[ci chBodzenia. Zasada idealnego hartowania krytyczn szybko[ chBodzenia nale|y osign w zakresie najmniejszej trwaBo[ci austenitu. najmniejszej trwaBo[ci austenitu. W pozostaBych zakresach temperatur, a zwBaszcza w czasie przemiany martenzytycznej szybko[ ta powinna by znacznie mniejsza Hartowanie Podczas przemiany martenzytycznej powstaj du|e napr|enia strukturalne powodujce odksztaBcenia a nawet powodujce odksztaBcenia a nawet pknicia. Stale o du|ej szybko[ci krytycznej chBodzi si w wodzie, o mniejszej za[  w olejach lub innych o[rodkach Rodzaje hartowania objto[ciowego Hartowanie martenzytyczne zwykBe ( z chBodzeniem cigBym) Hartowanie martenzytyczne stopniowe Hartowanie martenzytyczne stopniowe Hartowanie bainityczne z przemian izotermiczn Rodzaje hartowania objto[ciowego Hartowanie martenzytyczne zwykBe Twardo[ zahartowanych stali podeutektoidalnych prawie wyBcznie zale|y od zawarto[ci zale|y od zawarto[ci wgla. Hartowanie stopniowe Hartowanie stopniowe przeprowadza si stosujc jako o[rodek chBodzcy olej hartowniczy lub sól azotanowo- hartowniczy lub sól azotanowo- azotynow. Oleje s stosowane do 200  230oC, natomiast sole mog by stosowane w zakresie 180-400oC Hartowanie bainityczne z przemian izotermiczn Po tym rodzaju hartowania otrzymuje si struktur wyBcznie lub w przewa|ajcym stopniu bainityczn. Hartowanie to skBada si z nastpujcych zabiegów: Austenityzowanie Austenityzowanie ChBodzenie szybkie do odpowiedniej temperatury Wytrzymanie w kpieli chBodzcej o temperaturze wy|szej od Ms (zwykle 200 do 400oC) do zakoDczenia przemiany bainitycznej DochBadzanie do temperatury otoczenia z dowoln szybko[ci Hartowanie bainityczne GBówny cel hartowania izotermicznego jest osignicie wy|szych wBasno[ci plastycznych i udarno[ci ni| to jest mo|liwe po ulepszaniu cieplnym. cieplnym. Struktura bainityczna ma wy|sze wydBu|enie, przew|enie i udarno[ w porównaniu z sorbitem o tej samej twardo[ci. Ponadto cechuje si mniejsz wra|liwo[ci na dziaBanie karbu. Kolejna korzystna cecha hartowania izotermicznego to minimalne zmiany wymiarowe, mniejsze napr|enia wBasne i odksztaBcenia Hartowanie powierzchniowe Polega na szybkim nagrzaniu to temperatury hartowania tylko warstwy wierzchniej i nastpnym szybkim jej ochBodzeniu Wa|niejsze cechy: Wa|niejsze cechy: Nagrzewanie cienkiej warstwy w miejscach, gdzie to jest wymagane Zmniejszenie odksztaBceD hartowniczych Krótki czas obróbki Minimalne utlenianie powierzchni Mo|liwo[ zastpowania stali stopowych przez wglowe i niskostopowe Hartowanie powierzchniowe Sposoby: Hartowanie indukcyjne Hartowanie pBomieniowe Hartowanie pBomieniowe Hartowanie kpielowe Hartowanie kontaktowe Hartowanie elektrolityczne Hartowanie indukcyjne Przy zastosowaniu prdu zmiennego wielkiej czstotliwo[ci Grubo[ warstwy, ´ [cm] ´ ´ ´ Á ´ = 5030 µ Å" f Á - oporno[ wBa[ciwa, &!xcm µ - przenikalno[ magnetyczna, gaus/ersted f  czstotliwo[ prdu, s-1 Hartowanie indukcyjne Do wytwarzania pola magnetycznego w którym nagrzewa si przedmioty u|ywa si specjalnych cewek, tzw. wzbudników, w których pBynie prd dostarczany przez generator prdu pBynie prd dostarczany przez generator prdu zmiennego. Stosuje si czsto[ci prdu od 100 do 1000kHz, umo|liwia uzyskanie grubo[ci warstwy zahartowanej 1 do 3 mm. Hartowanie indukcyjne 1) przedmiot, 2) induktor, 3) natrysk wodny Hartowanie pBomieniowe Nagrzanie powierzchni przedmiotu stalowego za pomoc pBomienia uzyskanego ze spalania gazów i nastpnie szybkim ozibianiu natryskiem wodnym. schemat a) jednoczesne b) cigBe oznaczenia 1 doprowadzenie gazu 2 doprowadzenie wody 3 palnik 4 natrysk wodny Napr|enia hartownicze Powodem pkni i odksztaBceD przy hartowaniu stali s zmiany objto[ciowe przy grzaniu i chBodzeniu. chBodzeniu. Podczas przemiany martenzytycznej objto[ wzrasta o 3%. Napr|enia cieplne Napr|enia strukturalne Napr|enia cieplne schemat powstawania napr|eD Napr|enia strukturalne powstaj wskutek przemian fazowych ³’!± ³’!± ³’!± ³’!± Odpuszczanie stali Polega na wygrzewaniu stali zahartowanej w zakresie temperatur od 120oC do poni|ej A1 oraz nastpne chBodzenie, czasami z wiksz szybko[ci. wiksz szybko[ci. Cel odpuszczania nadanie stali optymalnych wBasno[ci a zwBaszcza zmniejszenie krucho[ci i niekorzystnego stanu napr|eD wBasnych Przemiany podczas odpuszczania Zmiany twardo[ci podczas odpuszczania Krucho[ odpuszczania Rodzaje odpuszczania Niskie 150  250oC Zrednie 250  500oC Wysokie500  A1 Wysokie500  A1 Odpuszczanie Szybko[ chBodzenia po odpuszczaniu zale|y od wra|liwo[ci na krucho[ odpuszczania. Krucho[ odpuszczania. Nieodwracalna 250  400oC Nieodwracalna 250  400oC Odwracalna 400  600oC Krucho[ odpuszczania nieodwracalna Zwizana z wydzielaniem wglików przej[ciowych a w stalach wy|ej wglowych z przemian austenitu szcztkowego. Obni|enie udarno[ci wskutek wzrostu napr|eD wBasnych WpByw temperatury odpuszczania na wBasno[ci stali

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Metaloznawstwo z obróbka cieplna
09 obrobka cieplnochemiczna (5)
IM wykład 5 przemiany w HSS podczas obróbki cieplnej vA
Rozróżnianie cech charakterystycznych obróbki cieplnej,cieplno chemicznej,plastycznej i odlewnictwa
274?2109 operator piecow do obrobki cieplnej
sprawozdanie obrobka cieplna
przemiany obróbki cieplnej
obróbka cieplna spawalnictwo
obrobka cieplna wytłumaczenie

więcej podobnych podstron