Laboratorium z Materiałoznawstwa
Temat:	Obróbka cieplna i cieplno-chemiczna
Autor:	Tomasz Dutka	Grupa: 3		Grupa lab.: 3
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Prowadzący: Dr inż. Franciszek Ciura					Data wykonania: 25.05.07 / Piątek
Ocena:

I. Wstęp teoretyczny:

Obróbka cieplna - to proces technologiczny mający na celu zmiany własności materiału i uzyskanie określonych własności fizykochemicznych, za pomocą odpowiedniego działania czynnikiem cieplnym (składa się z podgrzania stali, wyżarzania i odpowiedniego chłodzenia) .

Obróbka cieplno - chemiczna - to proces mający na celu uzyskanie odpowiednich własności fizykochemicznych (żaroodporność, odporność na ścieranie) na drodze dyfuzyjnej zmiany składu chemicznego warstw wierzchnich.

Wyżarzanie - zabieg cieplny polegający na nagrzaniu elementu stalowego do odpowiedniej temperatury, przetrzymaniu w tej temperaturze, a następnie powolnym chłodzeniu. Ma ono na celu przede wszystkim przybliżenie materiału do stanu równowagi.

Wyróżniamy następujące rodzaje wyżarzania:

• odprężające

• rekrystalizujące

• ujednoradniające

• niezupełne

• zupełne

• normalizujące

• z przemianą izotermiczną

• sferoidyzujące

Wyżarzanie sferoidyzujące

Przeprowadzane w temperaturze zbliżonej do temperatury przemiany austenitycznej. Zwykle najpierw wygrzewa się w temperaturze około 15° C powyżej linii PSK wykresu żelazo-węgiel, następnie 15° C poniżej tej temperatury, po czym następuje powolne schładzanie. Taki zabieg powoduje przemianę cementytu płytkowego w postać kulkową, sferoidalną, co podwyższa obrabialność skrawaniem stopu. Takiemu wyżarzaniu poddaje się stale, staliwa i żeliwa.

Wyżarzanie normalizujące

Stosujemy aby uzyskać jednorodną strukturę drobnoziarnistą, oraz polepszyć własności mechaniczne. Stosowane jest głównie do stali podeutektoidalnych. Najpierw nagrzewamy stal do temperatury 30 - 50° C powyżej linii Ac₃, następnie wygrzewamy i studzimy w spokojnym powietrzu. Dla stali nadeutektoidalnych stosuje się tzw. Normalizowanie niezupełne (temperatury wygrzewania znajdują się w zakresie A₁ - Ac_m).

Hartowanie stali podeutektoidalnych.

Stale podeutektoidalne hartuje się w temperaturach 30-50˚C wyższych od Ac₃. Dolna granica tego zakresu wynika z konieczności ujednorodnienia austenitu pod względem zawartości węgla, ponieważ po przemianie podczas nagrzewania austenit powstały w obszarach gdzie wcześniej występował perlit ma znacznie większą zawartość węgla, niż ten występujący w obszarach wcześniejszego ferrytu. Przegrzanie materiału powyżej górnej granicy Ac₃ + 50˚C. Może doprowadzić do nadmiernego rozrostu ziarna austenitu a tym samym spowodować zmniejszenie odporności na pękanie.

Odpuszczanie niskie

Jest wykonywane przy temperaturze 150 - 250 ˚C i stosowane dla narzędzi do pracy na zimno, sprawdzianów i sprężyn. Celem takiego dopuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych z zachowaniem wysokiej twardości, wytrzymałości i odporności na ścieranie przy małej odporności na pękanie. Struktura stali po takim odpuszczaniu nazywana jest martenzytem niskoodpuszczonym.

Martenzyt - (przesycony roztwór C w Fe_α) metastabilna faza stopu żelaza i węgla powstała podczas szybkiego schłodzenia z prędkością większą od prędkości krytycznej z temperatury w której występuje austenit. Przemiana ta ma charakter bezdyfuzyjny i polega na przebudowie sieci krystalicznej RSC (sieć Regularna Ściennie Centrowana) na sieć TPC (sieć Tetragonalna Przestrzennie Centrowana). Temperatura początku i końca przemiany martenzytycznej w dużym stopniu zależy od zawartości węgla w stopie. Martenzyt ma strukturę drobnoziarnistą. Ziarna obserwowane pod mikroskopem na zgładzie mają kształt igieł przecinających się pod kątem około 60°. W rzeczywistości martenzyt posiada strukturę listwową lub płytkową. Listwy występują najczęściej w postaci pakietów składających się z wielu listew. Martenzyt jest fazą bardzo twardą i kruchą, powstaje w czasie hartowania stali.

Cechy charakterystyczne przemiany martenzytycznej :

• bezdyfuzyjna

• duża szybkość-zbliżona do prędkości rozchodzenia się dźwięku w stali-(1000-7000m/s)

• zachodzi w wyniku tworzenia się nowych igieł(nie zaś rozrastania się starych)

• istnieje wzajemne ukierunkowanie krystalograficzne martenzytu względem austenitu; np wg.Kudriumowa - Sachsa płaszczyzna {110}_M odpowiada {111}_A→ ścinanie sieci, efektem tego jest obecność na zgładzie metalograficznym charakterystycznego reliefu w postaci igieł M ułożonych pod kątami 60⁰ i 120⁰(wynik przecięcia płytek lub listw M z pow. zgładu)

• warunkiem dalszego przebiegu przemiany M jest ciągłe obniżanie temperatury. Po przekroczeniu temp. M_f - końca przemiany - pozostaje pewna ilość austenitu nieprzemienionego(szczątkowego, objętość właściwa M>4% od tej cechy A )

Własności stali po zahartowaniu:

Stal zyskuje na twardości, wytrzymałość, wzrasta jej granica plastyczności i sprężystości, maleje zaś udarność, wydłużenie, przewężenie i obrabialność. Podczas hartowania stali powstają naprężenia własne pierwszego, drugiego i trzeciego rodzaju, równoważące się wewnątrz danego przedmiotu bez udziału naprężeń zewnętrznych. Naprężenia trzeciego rodzaju są spowodowane naruszeniem prawidłowego rozmieszczenia atomów w strukturze krystalicznej i mają charakter lokalny. Naprężenia drugiego i trzeciego rodzaju nazywane są naprężeniami strukturalnymi lub mikronaprężeniami.

Własności po odpuszczeniu

W wyniku odpuszczenia zwiększają się wszystkie wskaźniki określające plastyczność (wydłużenie, przewężenie) i odporność na pękanie (udarność), natomiast obniżają się własności wytrzymałościowe, a także twardość HB. Obróbka cieplna składająca się z hartowania i wysokiego odpuszczania nazywana jest ulepszaniem cieplnym. Podczas odpuszczania następuje usuwanie naprężeń własnych powstałych podczas hartowania. Im wyższa temperatura odpuszczania, tym w większym stopniu zachodzi odprężanie materiału.

Wnioski:

- w miarę wzrostu temperatury hartowania obserwujemy znaczny wzrost twardości.

- wzrost twardości następuje przy hartowaniu powyżej temp. eutektoidalnej. Jednak pożądany

rezultat daje dopiero hartowanie w temp. 850˚C, czego efektem jest ponad trzykrotny wzrost twardości.

Jest to spowodowane tym, że austenit w temp. niższych jest niejednorodny. Austenit powstały z perlitu ma

znacznie większą twardość od tego powstałego z ferrytu, co stwarza konieczność ujednorodnienia struktury.

- hartowanie stosujemy aby poprawić własności wytrzymałościowe,

- odpuszczenie stosujemy aby zmniejszyć naprężenia w stali po zahartowaniu, jest więc to proces optymalizujący własności plastyczne i wytrzymałościowe.

---