operator_obrabiarek_skrawa_722[02].O1.06

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Leon Zujko

RozróŜnianie cech charakterystycznych obróbki cieplnej,
cieplno-chemicznej, plastycznej i odlewnictwa 722[02].O1.06

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Podstawy obróbki cieplnej

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Wykonywanie obróbki cieplnej

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Wiadomości podstawowe o obróbce cieplno-chemicznej

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2.

Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Podstawy obróbki plastycznej

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Podstawy odlewnictwa

4.5.1. Materiał nauczania.

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

5. Sprawdzian osiągnięć

6. Literatura

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej obróbki cieplnej

i ciepln-ochemicznej, plastycznej i odlewnictwa.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ
ukształtowane, abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy
z poradnikiem,

−

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do osiągnięcia załoŜonych
celów kształcenia,

−

zestaw pytań sprawdzających, czy opanowałeś juŜ podane treści,

−

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz

ukształtować umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy – zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,

−

literaturę uzupełniającą.

Gwiazdka oznaczono pytania i ćwiczenia, których rozwiązanie moŜe Ci sprawiać

trudności. W razie wątpliwości zwróć się o pomoc do nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Schemat układu jednostek modułowych

722[02].O1.04

Wykonywanie pomiarów

warsztatowych

722[02].O1.01

Przestrzeganie przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpoŜarowej

i ochrony środowiska

722[02].O1.03

Wykonywanie rysunków

części maszyn

z wykorzystaniem programu

CAD

722[02].O1.07

Rozpoznawanie części

maszyn, mechanizmów

i urządzeń transportu

wewnątrzzakładowego

722[02].O1

Techniczne podstawy

zawodu

722[02].O1.02

Posługiwanie się

dokumentacją techniczną

722[02].O1.06

RozróŜnianie cech

charakterystycznych

obróbki cieplnej, cieplno-

chemicznej, plastycznej

i odlewnictwa

722[02].O1.05

Dobieranie materiałów

konstrukcyjnych,

narzędziowych

i eksploatacyjnych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

–

zinterpretować podstawowe prawa i zjawiska fizyczne wykorzystywane w procesach
obróbki cieplnochemicznej, odlewania i obróbki plastycznej,

–

wyjaśnić procesy obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej,

–

scharakteryzować hartowanie,

–

scharakteryzować odpuszczanie,

–

scharakteryzować wyŜarzanie,

–

scharakteryzować obróbkę cieplno-chemiczną,

–

sklasyfikować metody odlewania,

–

scharakteryzować proces wykonywania części maszyn metodami odlewania,

–

sklasyfikować obróbkę plastyczną metali,

–

scharakteryzować proces wykonywania części maszyn za pomocą obróbki plastycznej,

–

określić wady i zalety wykonywania części maszyn metodami odlewania i za pomocą
obróbki plastycznej,

–

posłuŜyć się Polskimi Normami, dokumentacją technologiczną oraz katalogami,

–

zastosować zasady bezpieczeństwa pracy oraz ochrony przeciwpoŜarowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Podstawy obróbki cieplnej

4.1.1. Materiał nauczania

We współczesnej technice istnieje wymóg zmniejszania cięŜaru i objętości

(materiałochłonności) wyrobów przemysłowych przy zachowaniu lub zwiększaniu ich
efektów

technicznych.

Powstały

przesłanki

poszukiwania

nowych

tworzyw

konstrukcyjnych  o  wymaganych  właściwościach,  a  takŜe  nadawania  im  takich  właściwości
w procesach  produkcyjnych.  Jednym  z  takich  procesów  produkcyjnych  jest  obróbka  cieplna,
która jest zabiegiem lub połączeniem zabiegów cieplnych, pod wpływem, których zmienia się
w  stanie  stałym  struktura  stopów,  a  tym  samym  ich  właściwości  mechaniczne,  fizyczne
i chemiczne.  Obrabiać  cieplnie  moŜna  przedmioty  wykonane  ze  stopów  Ŝelaza,  ze  stopów
metali  nieŜelaznych,  a  takŜe  z  czystych  metali.  Obróbka  cieplna  jest  najczęściej  jedną
z końcowych operacji procesu technologicznego gotowego wyrobu. Niekiedy obróbkę cieplną
stosuje  się  w  celu  ułatwienia  obróbki  plastycznej  lub  skrawaniem  i  wtedy  występuje  ona
odpowiednio wcześniej.

Istotę obróbki cieplnej stali stanowią zmiany struktury zachodzące podczas zabiegów

cieplnych, a które zaleŜne są od temperatury i czasu trwania zabiegów. W ich wyniku
następuje zmiana budowy wewnętrznej materiału (bez celowej zmiany jego składu
chemicznego), następstwem, której jest zmiana właściwości mechanicznych.

Przez zabieg cieplny rozumiemy cykl zmian temperatury rozpoczynający się i kończący

w  temperaturze  otoczenia.  Składa  się  on  z  trzech  etapów:  nagrzewania,  wygrzewania
i chłodzenia.  Zabiegi  cieplne  mogą  się  róŜnić  między  sobą  szybkością  nagrzewania
i chłodzenia oraz wysokością temperatury i czasem wygrzewania. Obróbka cieplna polega na
nagrzewaniu  materiału  do  odpowiedniej  temperatury,  wygrzewaniu  go  w  tej  temperaturze
przez  określony  czas  a  następnie  jego  chłodzeniu  z  odpowiednią  szybkością.  Taki  obraz
procesu  obróbki  cieplnej  moŜna  przedstawić  na  wykresie  we  współrzędnych  temperatura  –
czas (rys. 1).

Rys. 1. Wykres zmian temperatury w procesie obróbki cieplnej [8].

Zabiegi, podczas których niezaleŜnie od wysokości temperatury wygrzewania kończą się

powolnym chłodzeniem, nazywa się wyŜarzaniem.

Zabiegi, które kończą się szybkim chłodzeniem (oziębianiem) nazywa się hartowaniem,

jeŜeli uprzednio wskutek nagrzewania występował w stali austenit.

W czasie wygrzewania wyrównuje się temperatura w objętości całego przedmiotu

i zachodzą określone przemiany fazowe lub strukturalne. Często proces nagrzewania
i wygrzewania określa się jednym pojęciem – grzanie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Grzanie moŜe być przeprowadzane w sposób ciągły lub stopniowy. Nie zawsze jest

wymagane grzanie całego przedmiotu, często obrabiamy cieplnie tylko jakiś fragment
przedmiotu lub nawet tylko określoną powierzchnię. Będziemy więc wyróŜniać grzanie
całkowite, częściowe i powierzchniowe.

Poprawny proces grzania powinien być szybki, ale równocześnie powinien zapewniać

równomierność grzania by nie spowodować uszkodzenia grzanego przedmiotu.

Do grzania przedmiotów stosuje się róŜnego typu piece ogrzewane prądem elektrycznym,

gazem,  rzadziej  ropą.  Niektóre  piece,  np.  muflowe,  mają  tzw.  atmosferę  ochronną
zabezpieczającą  powierzchnię  grzanego  przedmiotu  przed  niekorzystnymi  zmianami
(utlenianie,  odwęglanie).  Na  rys.  2  podano  przykłady  pieców  do  nagrzewania.  Od  rodzaju
i typu  pieca  zaleŜy  szybkość  i  równomierność  nagrzewania.  Największą  szybkość
nagrzewania  i  jednocześnie  największą  równomierność  grzania  moŜna  zapewnić  stosując
piece  kąpielowe  z  kąpielą  solną  lub  metalową.  Do  najnowszych  rozwiązań  naleŜą  piece
próŜniowe.  Najczęściej  stosuje  się  je  do  hartowania  i  wyŜarzania.  Przedmioty  obrabiane
w piecach  próŜniowych  mniej  się  odkształcają  w  porównaniu  z  tradycyjnymi  sposobami
obróbki.  Powierzchnia  przedmiotu  jest  całkowicie  zabezpieczona  przed  utlenianiem,
odwęglaniem  i  innymi  niepoŜądanymi  zjawiskami.  Unika  się  kłopotliwego  czyszczenia
przedmiotu.

Rys. 2. Schematy pieców do nagrzewania: a) z wysuwanym trzonem, b) kąpielowego [8].

Chłodzenie polega na obniŜaniu temperatury obrabianych cieplnie przedmiotów od

temperatury wygrzewania do temperatury otoczenia (najczęściej). Chłodzenie do temperatury
niŜszej,  więc  poniŜej  0°C,  nazywa  się  wymraŜaniem.  Przy  szybkim  obniŜaniu  temperatury
mówimy,  Ŝe  przedmiot  jest  oziębiany,  przy  powolnym,  naturalnym  –  studzony.  Chłodzenie
moŜe  być  przeprowadzane  jako  ciągłe,  przerywane  i  stopniowe.  Chłodzenie  ciągłe
przeprowadza  się  w  jednym  ośrodku  chłodzącym,  np.  w  powietrzu  lub  w  kąpieli,  i  jest
najprostszym  i  najczęściej  stosowanym  sposobem  chodzenia.  Chłodzenie  przerywane  polega
na  obniŜaniu  temperatury  do  pewnej  wartości  pośredniej;  po  jej  osiągnięciu  przedmiot
przenosi się do innego ośrodka o innej prędkości chłodzenia. Chłodzenie stopniowe polega na
obniŜaniu  temperatury  do  wartości  pośredniej  i  przetrzymywaniu  w  tej  temperaturze  przez
pewien  czas  wystarczający  do  wyrównania  temperatury  w  przedmiocie  lub  zajścia
określonych  przemian.  Ośrodkami  chłodzącymi  mogą  być  gazy  (powietrze  atmosferyczne),
ciecze  –  tzw.  kąpiele  hartownicze  (woda,  oleje,  kąpiele  solne,  ołowiowe)  i  ciała  stałe  (płyty
miedziane,  stalowe).  Przy  chłodzeniu  (  równieŜ  nagrzewaniu)  jest  poŜądana  równomierna
zmiana  temperatury  w  całej  chłodzonej  masie  materiału,  poniewaŜ  zbyt  duŜa  róŜnica
temperatur  moŜe  wywołać  napręŜenia  osłabiające  a  w  skrajnym  przypadku  mogą
spowodować nawet jego zniszczenie.

Wartość temperatury, czas wygrzewania i szybkość chłodzenia zaleŜą od rodzaju obróbki

cieplnej i od materiału. JeŜeli dla danego materiału będziemy zmieniać te parametry
(temperaturę, czas, szybkość), to skutki obróbki będą róŜne.

RozróŜnia się trzy podstawowe rodzaje obróbki cieplnej: wyŜarzanie, hartowanie

i przesycanie. Aby zrozumieć ich istotę, zapoznamy się z przemianami, jakie zachodzą w stali
w czasie ogrzewania i chłodzenia.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Przemiany w stali podczas grzania

Właściwości stali zaleŜą od jej składu chemicznego i charakteru budowy. W celu

zrozumienia  przemian,  jakie  następują  w  stalach  podczas  obróbki  cieplnej,  naleŜy
przeanalizować  wykres  równowagi  faz  stopów  Ŝelazo-węgiel.  Na  rys.  3  pokazano  część
wykresu  Ŝelazo-cementyt;  obejmuje  on  stale  w  zakresie  przemian  w  stanie  stałym.  Na
podstawie  tego  wykresu  moŜna  określić  zmiany,  jakie  zachodzą  w  stalach  w  stanie  stałym
podczas  powolnego  nagrzewania  oraz  ich  strukturę.  śelazo  będące  podstawowym
składnikiem stopu moŜe występować w dwóch odmianach alotropowych:

−

elazo

(Fe

), jest trwała do temperatury 910

C (punkt G),

−

elazo

(Fe

) występujące powyŜej tej temperatury trwałe do temperatury 1401

Zarówno w Ŝelazie

, jak i

rozpuszcza się w stanie stałym węgiel. Roztwór stały węgla

w Ŝelazie

nazywa się ferrytem, a roztwór stały węgla w Ŝelazie

austenitem. Temperatura

powstawania austenitu zaleŜy od zawartości węgla i jest określona na wykresie linią GSE(A

), a jej najniŜsza wartość 723

C występuje przy zawartości węgla 0,80 % C. Węgiel, który

nie wchodzi do roztworu tworzy cementyt ( węglik Ŝelaza Fe

C), który jest bardzo twardy, ale

kruchy.

Punkt S zwany eutektoidalnym, dzieli stale pod względem budowy na stale o zawartości

węgla poniŜej 0,80% (podeutektoidalne) i stale o zawartości węgla powyŜej 0,80%
(nadetektoidalne).

Stale o małej zawartości węgla mają strukturę, w skład, której wchodzi ferryt i perlit

(mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu), natomiast stale nadetektoidalne wykazują
w strukturze obecność duŜej ilości perlitu oraz cementytu.

Rys. 3

Cześć układu równowagi Ŝelazo-cementyt [9].

W uproszczeniu moŜna przyjąć, Ŝe ogrzewanie do temperatury 723°C (linia A

) nie

powoduje  zmian  w  budowie  wewnętrznej  stali.  Po  przekroczeniu  temperatury  723°C.
następuje  powolna  przemiana  perlitu  w  austenit.  Przy  dalszym  podwyŜszeniu  temperatury
w stalach  podeutektoidalnych  (  zawiera  <  0,8%  węgla)  w  austenicie  rozpuszcza  się  ferryt,
a w stalach  nadeutektoidalnych  (zawierających  >0,8%  węgla)  –  cementyt.  PowyŜej  linii  A

dla stali podeutektoidalnych i powyŜej linii A

dla stali nadeutektoidalnych istnieje tylko

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

austenit. Opisane przemiany zachodzą dość wolno. Właśnie w celu zapewnienia czasu
wystarczającego dla pełnego zajścia odpowiedniej przemiany stosuje się wygrzewanie

Poza przemianami fazowymi i strukturalnymi obróbka cieplna moŜe spowodować zmianę

wielkości ziarn. Z zasady poŜądana jest budowa drobnoziarnista, gdyŜ zapewnia ona wyŜszą
udarność stali. Podczas przemiany perlitu w austenit zawsze, niezaleŜnie od wielkości ziaren
perlitu, powstają drobne ziarna austenitu. Dalsze podwyŜszanie temperatury sprzyja zanikaniu
granic pomiędzy niektórymi ziarnami, następuje rozrost ziaren. Skłonność do rozrostu ziaren
zaleŜy od składu chemicznego stali. W stalach zwanych gruboziarnistymi rozrost ziaren
następuje prawie zaraz po przekroczeniu temperatury A

, w stalach zwanych

drobnoziarnistymi drobne ziarna utrzymują się do pewnej temperatury często znacznie
wyŜszej od temperatury przemiany A

dopiero po jej osiągnięciu następuje gwałtowny rozrost

ziaren.

Rys. 4.

Schemat zmiany wielkości ziarna podczas nagrzewania i chłodzenia stali eutektoidalnej

[6].

Przemiana odwrotna — austenitu w perlit, a więc zachodząca podczas chłodzenia, nie

powoduje zmiany wielkości ziarna. Z drobnoziarnistego austenitu otrzymujemy po
przemianie drobnoziarnisty perlit, z gruboziarnistego austenitu — gruboziarnisty perlit
(rys. 4).

Przemiany w stali podczas chłodzenia

Jak pamiętamy podczas chłodzenia, po wydzieleniu się z austenitu ferrytu (poczynając od

przemiany A

, dla stali podeutektoidalnych) lub cementytu (poczynając od przemiany A

dla

stali nadeutektoidalnych) z pozostałego austenitu zawierającego 0,8% C w stałej temperaturze
przemiany A

następuje wykrystalizowanie mieszaniny płytek cementytu i ferrytu – powstaje

perlit.

Wykrystalizowanie płytek cementytu wymaga znacznych przesunięć atomów, a więc

konieczny  jest  odpowiedni  czas  dla  ich  uformowania.  Związek  pomiędzy  czasem,
temperaturą i charakterem przemiany przedstawia się na wykresach zwanych wykresami CTP
lub teŜ – ze względu na kształt krzywych – wykresami C (rys. 5). Na tych wykresach krzywa
oznaczana  symbolem  p  określa  początek  przemiany  austenitu  w  perlit,  krzywa  oznaczana
symbolem  k  określa  koniec  tej  przemiany.  Naniesione  na  ten  wykres  linie  oznaczone
symbolem u określają róŜne szybkości chłodzenia

Opisana poprzednio przemiana austenitu na perlit płytkowy zachodzi przy powolnym

chłodzeniu, oznaczonym na wykresie symbolem u

Przy większych szybkościach chłodzenia

)

cementyt nie zdąŜy uformować się w postaci wyraźnych płytek i krystalizuje się

w postaci drobnych ziarn – powstaje struktura zwana perlitem drobnym. Chłodząc
z szybkością u

otrzymujemy bardzo drobny cementyt, wykrywalny dopiero przy obserwacji

zgładu pod mikroskopem elektronowym. Taką strukturę, złoŜoną z bardzo drobnego
cementytu i ferrytu, nazywa się bainitem górnym. Przy sposobie chłodzenia określonym linią
v

, otrzymuje się charakterystyczne igły widoczne pod mikroskopem metalograficznym. Igły

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

te  składają  się  z  bardzo  drobnych  płytek  cementytu  i  ferrytu.  Strukturę  taką  nazywa  się
bainitem  dolnym.  Wszystkie  struktury  otrzymane  po  tych  przemianach,  a  wiec  struktura
perlitu i struktura bainitu, składają się z dwóch faz: cementytu i ferrytu.

Przemiana austenitu na perlit jest przemianą dyfuzyjną. (dyfuzja – proces

rozprzestrzeniania  się  cząsteczek  w  gazie,  cieczy  lub  ciałach  stałych  pod  wpływem  róŜnicy
ciśnień  parcjalnych).  Im  większe  przechłodzenie,  tym  wolniej  przebiega  dyfuzja.  Przy
szybkości  chłodzenia  większej  od  szybkości  krytycznej  (v

= v

) przemiana dyfuzyjna nie

zdąŜy  zajść.  Natomiast  w  pewnej  bardzo  niskiej  temperaturze  zachodzi  zupełnie  inna,
bezdyfuzyjna  przemiana  austenitu  na  strukturę  jednofazową,  zwaną  martenzytem.  Początek
tej  przemiany  określa  na  wykresie  linia  M

Martenzyt jest silnie przesyconym roztworem

węgla w Ŝelazie

(Fe

). Objętość martenzytu jest większa niŜ objętość austenitu. Powoduje

to powstanie w materiale napręŜeń ściskających i przyczynia się do zahamowania przemiany
austenitu na martenzyt. Pozostały austenit nazywa się austenitem szczątkowym; moŜna
zmniejszyć jego ilość przez dalsze obniŜenie temperatury.

Rys. 5

Wykres przemian przechłodzonego austenitu [1].

Na połoŜenie krzywych C i linii M

i M

zasadniczy wpływ ma zawartość węgla i udział

pierwiastków  stopowych.  Przy  małej  zawartości  węgla  trwałość  austenitu  jest  bardzo  mała,
początek  przemiany  austenitu  na  perlit  zachodzi  po  bardzo  krótkim  czasie.  Krytyczna
szybkość  chłodzenia  (najmniejsza  szybkość  chłodzenia,  przy  której  z  austenitu  o  danej
zawartości węgla powstaje martenzyt) jest bardzo duŜa.

W stalach o zawartości poniŜej 0,2% C praktycznie stosowane sposoby chłodzenia nie

zapewniają osiągnięcia prędkości krytycznej koniecznej dla uzyskania struktury
martenzytycznej. Dlatego stali tych nie hartuje się. Wzrost zawartości węgla, a takŜe dodanie
do stali takich pierwiastków, jak nikiel, chrom, wolfram i molibden – powodują opóźnienie
początku przemiany austenitu na perlit i zmniejszenie krytycznej szybkości chłodzenia.

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Co stanowi istotę obróbki cieplnej?
2.  Jakie przemiany zachodzą w stali podczas nagrzewania i wygrzewania?
3.  Jak się zmienia wielkość ziarna podczas nagrzewania stali eutektoidalnej?
4.  Jakie zmiany struktury zachodzą w stali podczas chłodzenia?
5.  Jaki wpływ na strukturę stali ma szybkość chłodzenia podczas obróbki cieplnej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz temperaturę przemiany austenitycznej dla stali niestopowej 15(C15), 25 (C25),

45 (C45), na podstawie wykresu Fe-C.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zidentyfikować stal niestopową 15(C15), 25 (C25), 45 (C45),
2)  zidentyfikować zachodzące przemiany podczas nagrzewania stali i jej wygrzewania,
3)  wyznaczyć temperaturę przemiany austenitycznej na podstawie wykresu Fe-C,
4)  zaprezentować wykonane ćwiczenie,
5)  dokonać oceny,
6)  zapisać wyniki przeprowadzonego ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

wykres Fe-C,

−

PN,

−

literatura,

−

filmy dydaktyczne,

−

foliogramy.

Ćwiczenie 2

Wyznacz przemiany strukturalne zachodzące podczas nagrzewania, wygrzewania

i chłodzenia dla stali podeutektoidalnej, etektoidalnej i nadetektoidalnej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zidentyfikować stal podeutektoidalną, etektoidalną i nadetektoidalną na wykresie Fe-C,
2) określić przemiany zachodzące podczas nagrzewania stali i jej wygrzewania oraz podczas

chłodzenia,

3) wyznaczyć temperaturę przemiany na podstawie wykresu Fe-C,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie,

dokonać oceny,

6) zapisać wyniki przeprowadzonego ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

wykre Fe-C,

−

PN,

−

literatura,

−

foliogramy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić istotę obróbki cieplnej?

2) rozróŜnić przemiany strukturalne zachodzące w stali podczas

nagrzewania i wygrzewania?

3) wyjaśnić, jakie zmiany strukturalne zachodzą w stali podczas

chłodzenia?

4) scharakteryzować zabiegi stosowane w obróbce cieplnej?

5) rozróŜnić materiały, które moŜna poddawać obróbce cieplnej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Wykonywanie obróbki cieplnej

4.2.1. Materiał nauczania

WyŜarzanie

WyŜarzanie polega na nagrzaniu stopu do określonej temperatury (rys. 6), wygrzewaniu

w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu (studzeniu). Fazy otrzymane po tej obróbce są
zgodne ze stanem równowagi stopu.

RozróŜnia się następujące rodzaje wyŜarzania: ujednorodniające, normalizujące, zupełne,

zmiękczające, odpręŜające, rekrystalizujące i odpuszczające (wyŜarzanie odpuszczające,
zwane odpuszczaniem, stosuje się po hartowaniu).

Rys. 6. Zakresy temperatur wyŜarzania i hartowania stali [5].

WyŜarzanie ujednorodniające (homogenizowanie) powoduje usunięcie niejednorodności

chemicznej ziaren roztworu stałego i częściowo faz wydzielonych na granicach ziarn.
Stosowane jest do wyŜarzania wlewków i odlewów staliwnych.

WyŜarzanie normalizujące (normalizowanie) stosuje się w celu uzyskania równomiernej

i rozdrobnionej struktury. Polega na nagrzaniu stali do temperatury o 30–50°C powyŜej A

lub A

(w zaleŜności od tego, czy stal jest podeutektoidalna, czy nadeutektoidalna),

wygrzewaniu w tej temperaturze przez czas niezbędny do stworzenia struktury austenitycznej
i następnie chłodzeniu w spokojnym powietrzu. Normalizowanie polepsza właściwości
mechaniczne stali, bywa teŜ stosowane jako obróbka przygotowująca do hartowania czy do
ratowania stali przegrzanych.

WyŜarzanie zupełne jest właściwie odmianą wyŜarzania normalizującego, róŜni się od

niego tylko powolniejszym chłodzeniem, początkowo razem z piecem, a następnie
w spokojnym powietrzu. Po wyŜarzaniu zupełnym stal odznacza się dobrą ciągliwością, małą
twardością i dobrą obrabialnością.

WyŜarzanie zmiękczające (sferoidyzujące) polega na wygrzewaniu stali w temperaturze

50°C. PowyŜej A

i chłodzeniu z przetrzymaniem w stałej temperaturze nieco poniŜej A

lub (częściej) na wahadłowym podgrzewaniu do temperatury powyŜej A

i studzeniu do

temperatury poniŜej A

(od 680°C do 740°C). Następuje przerywanie siatki cementytu

i formowanie tzw. cementytu kulkowego występującego na tle ferrytu. Taki proces nazywa
się sferoidyzacją. Powoduje ona obniŜenie twardości, zwiększenie elastyczności i poprawę
obrabialności stali.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyŜarzanie odpręŜające ma na celu zmniejszenie napręŜeń własnych powstających

w czasie  odlewania,  kucia,  spawania,  obróbki  plastycznej  na  zimno  czy  nawet  podczas
zgrubnego  skrawania.  W  czasie  tej  obróbki  temperatura  wygrzewania  stali  powinna  być
niŜsza  od  temperatury  rekrystalizacji,  w  której  mogłyby  zachodzić  przemiany  fazowe  lub
strukturalne. Chłodzenie powinno być powolne, przewaŜnie wraz z piecem.

WyŜarzanie rekrystalizujące stosuje się w celu usunięcia skutków zgniotu wywołanego

obróbką plastyczną na zimno. Wymaga nagrzania do temperatury wyŜszej od temperatury
rekrystalizacji.

Hartowanie

Hartowanie polega na nagrzaniu stali o 30–50

CpowyŜej temperatury przemiany A

lub

1,3

(rys. 6), wygrzaniu w tej temperaturze aŜ do otrzymania struktury austenitycznej

(w stalach

podeutektoidalnych)

lub

austenityczno-cementytowej

stalach

nadeutektoidalnych), a następnie na oziębianiu z szybkością najczęściej większą od szybkości
krytycznej.  Celem  tej  obróbki  cieplnej  jest  uzyskanie  bardzo  twardej  struktury
martenzytycznej.  Twardość  martenzytu  w  zaleŜności  od  zawartości  węgla  wynosi
40–64 HRC.  Stosowane  są  równieŜ  odmiany  hartowania  dające  struktury  bainityczne,  na
przykład hartowanie z przemianą izotermiczną.

W zaleŜności od sposobu chłodzenia rozróŜnia się hartowanie zwykłe, przerywane,

stopniowe  i  z  przemianą  izotermtczną  (izotermiczne).  Dla  oziębiania  stali  niestopowych
o zawartości  0,45–65%  C  odznaczających  się  bardzo  duŜą  szybkością  krytyczną,  stosuje  się
wodę.  Stale  o  większej  zawartości  węgla  z  dodatkiem  na  przykład  chromu,  niklu,  wolframu
moŜna chłodzić w oleju lub nawet w strumieniu spręŜonego powietrza. Szybkość chłodzenia
w hartowanym przedmiocie jest największa na powierzchni i maleje w kierunku rdzenia. Przy
odpowiednio duŜych przekrojach materiał jest zahartowany tylko do pewnej głębokości, dalej
w  głąb  tworzą  się  w  kolejności  struktury  bainityczne  i  perlityczne.  Zdolność  do  hartowania
w głąb  nazywa  się  hartownością.  W  zaleŜności  od  moŜliwej  do  uzyskania  grubości  warstwy
zahartowanej  rozróŜnia  się  stale  głęboko  i  płytko  hartujące  się.  Hartowność  stali  znacznie
podwyŜszają chrom i nikiel.

W wielu przypadkach celem obróbki cieplnej jest uzyskanie tylko twardej odpornej na

cieranie powierzchni przy zachowaniu w miarę ciągliwego rdzenia. Stosuje się wtedy

hartowanie powierzchniowe. Polega ono na bardzo szybkim nagrzaniu warstwy
powierzchniowej i szybkim chłodzeniu jej w wodzie lub powietrzu tak, Ŝe hartuje się tylko ta
warstwa materiału, która osiągnęła temperaturę hartowania. W zaleŜności od sposobu
nagrzewania warstwy wierzchniej rozróŜnia się hartowanie powierzchniowe:

−

płomieniowe – z nagrzewaniem warstwy wierzchniej od płomienia gazu (rys. 7a),

−

indukcyjne – z nagrzewaniem warstwy wierzchniej za pomocą szybkozmiennych prądów
indukcyjnych (rys. 7b),

−

kąpielowe – z nagrzewaniem warstwy wierzchniej przez zanurzenie w nagrzanej do
odpowiedniej temperatury kąpieli solnej lub metalowej.
Głębokość warstwy zahartowanej po hartowaniu powierzchniowym zwykle wynosi

0,4–2 mm.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 7. Hartowanie: a) płomieniowe, b) indukcyjne, 1) przedmiot hartowany, 2) warstwa nagrzewana.

3) warstwa zahartowana, 4) palnik, 5) wzbudnik, 6) urządzenie do chłodzenia [8].

Odpuszczanie

Odpuszczanie stosuje się do przedmiotów uprzednio zahartowanych. Polega ono na

nagrzaniu (rys. 7) zahartowanej stali do temperatury poniŜej przemiany A

, wygrzaniu w tej

temperaturze  i  schłodzeniu  (najczęściej  z  dowolną  szybkością).  Stal  o  strukturze
martenzytycznej  jest  bardzo  twarda,  ale  teŜ  krucha  i  mało  plastyczna.  Ponadto  hartowanie
powoduje  powstanie  często  bardzo  znacznych  napręŜeń  wewnętrznych.  Celem  odpuszczania
jest  właśnie  złagodzenie  tych  negatywnych  skutków  hartowania  kosztem  niezbyt  duŜego
obniŜenia twardości. RozróŜnia się odpuszczanie:

−

niskie, przeprowadza się je w zakresie temperatur 150–250

C w celu usunięcia napręŜeń

hartowniczych, przy zachowaniu wysokiej twardości i wytrzymałości. Wskutek podgrzania
stali następuje zamiana austenitu szczątkowego na martenzyt, który równocześnie zamienia
się na martenzyt regularny, zwany teŜ martenzytem odpuszczania,

−

rednie, prowadzi się je w zakresie temperatur 350–450°C co pozwala na utrzymanie

dość wysokiej granicy spręŜystości i twardości materiału przy dostatecznej plastyczności.
Następuje zamiana struktury martenzytycznej na bardzo drobną strukturę perlityczną,

−

wysokie, przeprowadza się je w temperaturze wyŜszej od 500°C, ale niŜszej od
temperatury przemiany A

. Wytworzony w tym zakresie temperatur perlit składa się

z bardzo drobnego cementytu kulkowego i ferrytu. Odpuszczanie wysokie powoduje
wzrost ciągliwości i udarności materiału przy dostatecznie duŜej wytrzymałości.

Odpuszczanie wysokie prowadzi do znacznego zmniejszenia twardości warstwy

wierzchniej i nieznacznego w głębi materiału, w efekcie występuje wyrównanie twardości
w całym przekroju. Stale po wysokim odpuszczaniu odznaczają się korzystnym zestawieniem
właściwości wytrzymałościowych i plastycznych. Hartowanie w połączeniu z odpuszczaniem
wysokim lub średnim nazywa się często ulepszaniem cieplnym.

Przesycanie stali

Często roztwory stałe występujące w stopach metali przy obniŜaniu ich temperatury

wykazują zmniejszenie zdolności do rozpuszczania jednego składnika w drugim. Na przykład
Ŝ

elazo

maksymalną ilość atomów węgla moŜe przyjąć do swojej sieci w temperaturze

723°C. Ta graniczna rozpuszczalność wynosi 0,02%. Z wykresu równowagi Ŝelazo-cementyt
wynika, Ŝe przy chłodzeniu (powolnym) ferryt będzie uboŜał w węgiel, będzie się wydzielać
nowa faza – kryształy cementytu trzeciorzędowego. JeŜeli zastosujemy chłodzenie o duŜej
szybkości, to węgiel nie zdąŜy wykrystalizować się w postaci cementytu i pozostanie w sieci
Ŝ

elaza

. Powiemy, Ŝe powstał roztwór przesycony. Fazowo jest on niezgodny z fazami

istniejącymi  w  stanie  równowagi  w  temperaturze  otoczenia,  zgodny  jest  natomiast  z  fazami
istniejącymi  w  temperaturze  wygrzewania.  Istotą  przesycania  jest  więc  uzyskanie
w temperaturze  otoczenia  struktury  odpowiadającej  fazowo  temperaturze  odpowiednio
wyŜszej.  W  tym  celu  stop  nagrzewa  się  powyŜej  temperatury  określonej  krzywą  granicznej

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

rozpuszczalności, wygrzewa w tej temperaturze i następnie szybko schładza. Przesycanie stali
niskowęglowych  zabezpiecza  przed  wydzieleniem  na  granicach  ziarn  ferrytu  siatki  kruchego
cementytu.  Dzięki  temu  obróbka  ta  znacznie  podwyŜsza  właściwości  plastyczne  stali
i znajduje  zastosowanie  do  blach  przeznaczonych  do  głębokiego  tłoczenia.  Przesycanie
stosuje  się  równieŜ  do  stali  kwasoodpornych  (stale  o  strukturze  austenitycznej),  a  takŜe  do
stopów aluminium i niektórych stopów miedzi.

Wady obróbki cieplnej
Do najczęściej spotykanych wad przedmiotów obrobionych cieplnie moŜna zaliczyć:

−

miękkie plamy, stanowiące na powierzchni przedmiotu miejsca o znacznie obniŜonej
twardości,

−

odwęglanie, polegające na zmniejszeniu zawartości węgla w przypowierzchniowej
warstwie przedmiotu, powodowanym chemicznym działaniem ośrodka,

−

przegrzanie, którego skutkiem jest nadmierny rozrost ziarn materiału przedmiotu,
powodowany zbyt wysoką temperaturą lub zbyt długim czasem grzania,

−

przepalanie, przejawiające się znacznym przegrzaniem oraz nieodwracalnymi zmianami
na granicach ziarn,

−

przewęglenie, polegające na nadmiernym nasyceniu węglem warstwy przypowierzchniowej
przedmiotu,

−

utlenianie wewnętrzne, polegające na utlenianiu się warstwy przypowierzchniowej
przedmiotu wzdłuŜ granic ziarn.

4.2.2 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Na czym polega wyŜarzanie?
2.  Jakie rozróŜniamy odmiany wyŜarzania?
3.  Na czym polega hartowanie stali?
4.  Na czym polega odpuszczanie?
5.  Na czym polega przesycanie stali?
6.  Jakie mogą wystąpić wady obróbki cieplnej?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Ustal temperaturę wyŜarzania normalizującego dla stali 45 (C45), 40H(41Cr4), 18G2A

(P460N).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) ustalić temperaturę wyŜarzania dla określonej stali i rodzaju zabiegu na podstawie

dostępnej literatury,

2)  dokonać oceny,
3)  zaprezentować wykonane ćwiczenie,
4)  zapisać wyniki.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

wykres Fe-C,

−

literatura.

Ćwiczenie 2

Dobierz temperaturę hartowania i odpuszczania niskiego, środowisko chłodzące i sposób

chłodzenia dla przedmiotu wykonanego ze stali 45 (C45).

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  dobrać temperaturę hartowania,
2)  dobrać temperaturę odpuszczania niskiego,
3)  określić  sposoby  chłodzenia  przy  hartowaniu  w  zaleŜności  od  kształtu  i  wielkości

przedmiotu,

4)  określić jak sprawdzić jakość wykonanego hartowania,
5)  rozpoznać strukturę stali po hartowaniu i odpuszczaniu,
6)  zaprezentować wykonane ćwiczenie,
7)  zapisać wyniki przeprowadzonego ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

PN,

−

filmy dydaktyczne, foliogramy,

−

literatura.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić, na czym polega wyŜarzanie?

2) wyjaśnić, na czym polega hartowanie?

3) wyjaśnić, na czym polega odpuszczanie?

4) dobrać rodzaj wyŜarzanie?

5) dobrać temperaturę nagrzania do hartowania?

6) dobrać rodzaj odpuszczanie?

7) zastosować przepisy bhp, ppoŜ. i ochrony środowiska podczas

obróbki cieplnej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Wiadomości podstawowe o obróbce cieplno-chemicznej

4.3.1. Materiał nauczania

Obróbka cieplno-chemiczna polega na zmianie składu chemicznego warstwy wierzchniej

materiału  wskutek  aktywnego  oddziaływania  środowiska  na  jego  powierzchnie.  Obok
temperatury występuje tu nowy czynnik obróbki – środowisko aktywne chemicznie. Podstawą
obróbki  cieplno-chemicznej  jest  zjawisko  dyfuzji,  której  intensywność  rośnie  wraz  ze
wzrostem temperatury i czasu wygrzewania. Zjawisko dyfuzji polega na przenikaniu atomów
ze  środowiska,  na  przykład  węgla,  azotu  lub  innych  pierwiastków  w  głąb  obrabianego
materiału.

Do najwaŜniejszych rodzajów obróbki cieplno-chemicznej naleŜą: nawęglanie,

azotowanie, cyjanowanie (łączne nasycanie powierzchni węglem i azotem). Stosuje się
równieŜ nasycanie warstwy wierzchniej takimi pierwiastkami, jak: aluminium, krzem, chrom,
bor i inne.

Nawęglanie stosuje się do elementów maszyn, od których wymaga się twardej, odpornej

na  ścieranie  powierzchni  i  ciągliwego  rdzenia.  Nawęglanie  jest  procesem  polegającym  na
dyfuzyjnym  nasycaniu  warstwy  wierzchniej  stali  węglem  w  celu  nadania  jej  zdolności  do
hartowania.  Nawęgla  się  stale  o  zawartości  węgla  nie  przekraczającej  0,30%  C.  Sieć
przestrzenna Ŝelaza

moŜe pomieścić tylko niewielkie ilości węgla. Znacznie więcej węgla

moŜe przyjąć sieć Ŝelaza

. Dlatego przy nawęglaniu stal podgrzewa się powyŜej przemiany

. Praktycznie, w zaleŜności od zawartości węgla w stali, przyjmuje się temperaturę

nawęglania  od  880°C  do  940°C.  Środowisko  słuŜące  do  nawęglania  nazywa  się
karboryzatorem  i  moŜe  być  stałe,  ciekłe  lub  gazowe.  Czas  nagrzewania  zaleŜy  od
temperatury  wygrzewania,  aktywności  środowiska  nawęglającego  i  wymaganej  grubości
warstwy  nawęglania,  którą  przyjmuje  się  najczęściej  od  0,5  do  2,5  mm.  PodwyŜszanie
temperatury,  a  takŜe  wydłuŜanie  czasu  wygrzewania  prowadzi  do  zwiększenia  grubości
warstwy  nawęglanej,  ale  powoduje  teŜ  znaczny  rozrost  ziarn  w  całej  objętości  materiału.
W celu  stworzenia  struktury  drobnoziarnistej  po  nawęglaniu  naleŜy  stal  normalizować.  Po
normalizowaniu przeprowadza się hartowanie. Temperatura hartowania powinna być większa
od przemiany A

1,3

tj. około 750

C. W celu odpręŜenia stali po hartowaniu stosuje się niskie

odpuszczanie  w  temperaturze  około  180°C.  Zespół  kolejno  po  sobie  następujących  operacji
nawęglania,  hartowania  i  odpuszczania  jest  nazywany  węgloutwardzaniem  cieplnym.  Dla
mało  odpowiedzialnych  elementów  maszyn  po  nawęglaniu  moŜna  ograniczyć  obróbkę
cieplną do hartowania. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe nawęglanie bez hartowania warstwy nawęglanej
nie miałoby znaczenia praktycznego.

Azotowanie polega na nasyceniu wierzchniej warstwy stali azotem. W podwyŜszonej

temperaturze  azot  łatwo  wiąŜe  się  z  Ŝelazem  tworząc  roztwory  stałe  i  związki  chemiczne.
W obecności  takich  dodatków  stopowych  jak  aluminium,  chrom  i  molibden  tworzy  z  nimi
odpowiednie  azotki.  Azotki  te odznaczają się bardzo duŜą twardością, większą od twardości
martenzytu.  Proces  azotowania  znacznie  utrudnia  węgiel.  Dlatego  do  azotowania  nie  nadają
się stale wysokowęglowe. Praktycznie azotowanie stosuje się do stali stopowych, szczególnie
do  stali  zawierających  aluminium,  gdyŜ  aluminium  tworzy  z  azotem  najtwardsze  azotki.
Azotowanie  przeprowadza  się  zazwyczaj  po  ulepszaniu  cieplnym  (po  hartowaniu
i odpuszczaniu)  i  po  obrobieniu  powierzchni  na  ostateczny  wymiar.  Przedmioty  do
azotowania umieszcza się w specjalnych piecach, przez które przepływa amoniak, i wygrzewa
przez  około  30  godzin  w  temperaturze  520–540°C.  Grubość  warstewki  nasyconej  azotem
przewaŜnie  nie  przekracza  0,8  mm.  Azotowanie  prawie  nie  wpływa  na  zmianę  wymiarów.
Powierzchnie azotowane odznaczają się duŜą odpornością na ścieranie i na korozję.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Cyjanowanie (węgloazotowanie kąpielowe) jest to proces nasycania warstwy wierzchniej

węglem  i  azotem. W zaleŜności od temperatury obróbki intensywniejsze jest nawęglanie lub
azotowanie. W temperaturze 800–850°C zachodzi głównie nawęglanie i wobec tego warstwa
nasycona  wymaga  hartowania.  W  temperaturze  niŜszej  –  ok.  500°C,  dominuje  azotowanie
i warstwa  cyjanowana  nie  wymaga  hartowania.  Po  cyjanowaniu  w  wysokich  temperaturach
grubość  warstwy  dochodzi  do  0,3  mm,  w  niskich  temperaturach  –  tylko  do  0,04  mm.
Cyjanowanie wymaga krótkiego czasu wygrzewania, przewaŜnie 20–30 minut. Powierzchnie
cyjanowane  odznaczają  się  przewaŜnie  bardzo  duŜą  twardością  i  odpornością  na  ścieranie.
Obróbkę tę stosuje się głównie do narzędzi skrawających i części przyrządów pomiarowych.

Najczęściej cyjanowanie przeprowadza się w ciekłych kąpielach stopionego cyjanku sodu

NaCN lub cyjanku wapna Ca(CN)

. Obecnie, stosuje się równieŜ węgloazotowanie w gazach

zawierających węgiel i azot.

Obróbka cieplna stopów metali nieŜelaznych

Znaczne zmiany właściwości mechanicznych i innych uzyskuje się równieŜ po

zastosowaniu  obróbki  cieplnej  do  stopów  metali  nieŜelaznych.  Stopy  aluminium  z  miedzią,
a takŜe  z  manganem  i  krzemem,  uzyskują  wysokie  właściwości  wytrzymałościowe  dopiero
po  obróbce  cieplnej  zwanej  przesycaniem.  Obróbka  ta  polega  na  podgrzewaniu  stopu  do
temperatury,  w  której  składnik  stopowy  w  odpowiednio  większym  stopniu  rozpuszcza  się
w aluminium,  wygrzaniu  w  tej  temperaturze,  a  następnie  na  szybkim  oziębianiu  w  celu
zatrzymania  tego  składnika  w  roztworze.  Taki  roztwór  jest  roztworem  przesyconym.  Przez
pewien  czas,  rzędu  kilku  godzin,  stop  po  przesycaniu  wykazuje  bardzo  dobre  właściwości
plastyczne,  przy  nie  zmienionych  właściwościach  wytrzymałościowych.  Czas  ten
wykorzystuje się do prowadzenia obróbki plastycznej.

W stopie przesyconym, a więc niezgodnym z warunkiem równowagi, występują

tendencje  do  powrotu  do  stanu  równowagi.  Stop  „przygotowuje  się”  do  wydzielenia  fazy
przesycającej,  koncentrując  w  pewnych  miejscach  sieci  aluminium  atomy  składnika
przesycającego. Częściowo moŜe nastąpić teŜ wydzielenie fazy przesycającej, ale o strukturze
innej  niŜ  w  stanie  równowagi.  Przemianom  tym  towarzyszy  wzrost  napręŜeń wewnętrznych,
co  w  efekcie  powoduje  znaczny  wzrost  właściwości  wytrzymałościowych.  Procesy  takie
nazywa  się  starzeniem.  Starzenie  w  temperaturze  otoczenia  przebiega  samorzutnie  i  nazywa
się  starzeniem  naturalnym.  Proces  starzenia  przebiegający  w  podwyŜszonej  temperaturze
nazywa  się  starzeniem  sztucznym.  Po  starzeniu  stopy  aluminium  tracą  dobre  właściwości
plastyczne, a zyskują znacznie lepsze właściwości wytrzymałościowe.

Obróbkę cieplną polegającą na przesycaniu, a następnie starzeniu nazywa się

utwardzaniem dyspersyjnym. Podgrzanie stopu w ciągu 2–3 minut do temperatury 200°C
powoduje ponowne odzyskanie dobrych właściwości plastycznych i pogorszenie właściwości
wytrzymałościowych. Zjawisko to nazywa się nawrotem. W 2–3 godziny po podgrzaniu stop
znowu traci dobre właściwości plastyczne i zyskuje dobre właściwości wytrzymałościowe.
Do stopów aluminium stosuje się równieŜ wyŜarzanie zmiękczające i rekrystalizujące.

Stopy magnezu z aluminium, cynkiem i innymi pierwiastkami równieŜ obrabia się

cieplnie. Najczęściej stosuje się wyŜarzanie zmiękczające, ujednorodniające oraz utwardzanie
dyspersyjne.

Zabiegi obróbki cieplnej stosuje się równieŜ do stopów miedzi. W celu zmniejszenia

wytrzymałości  i  poprawienia  właściwości  plastycznych  stopów  stosuje  się  wyŜarzanie
zmiękczające  lub  rekrystalizujące.  Dla  podwyŜszenia  właściwości  wytrzymałościowych
niektóre  stopy,  np.  brązy,  berylowe,  poddaje  się  utwardzaniu  dyspersyjnemu,  Do  brązów
aluminiowych (brązale) stosuje się hartowanie i odpuszczanie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Aluminiowanie, zwane inaczej aliterowaniem lub kaloryzowaniem, polega na

wprowadzeniu glinu do stali. Proces nasycania glinem odbywa się w mieszaninie
sproszkowanego aluminium, tlenku aluminium i chlorku amonu w temperaturze około 900°C.

Grubość warstwy wzbogaconej w glin zaleŜy od czasu trwania procesu. Po 24 godzinach

osiąga się warstwę grubości 1 mm, zawierającą około 50% Al.

Aluminiowaniu poddaje się przedmioty przeznaczone do pracy w podwyŜszonej

temperaturze w atmosferze utleniającej. Utworzona na warstwie aluminium warstwa tlenków
chroni metal podłoŜa przed dalszym utlenianiem. Wadą tych warstw jest ich kruchość.

Bezpieczeństwo pracy przy obróbce cieplnej i cieplno-chemicznej

W oddziałach obróbki cieplnej pracownikowi zagraŜa cały szereg szkodliwych dla

zdrowia czynników fizycznych i chemicznych. PodwyŜszona temperatura w pomieszczeniach
jest przyczyną zakłócenia w ustroju człowieka równowagi wodnej i solnej. RóŜnica tej
temperatury z temperaturą zewnętrzną powoduje przyspieszoną wymianę powietrza i moŜe
stać się przyczyną schorzeń dróg oddechowych i narządów ruchu. Promieniowanie świetlne i
podczerwone stwarza zagroŜenie dla oczu.

Cały szereg substancji chemicznych stosowanych lub powstających w procesie obróbki

cieplnej  moŜe  stać  się  przyczyną  powaŜnych  zatruć.  Zatruciem  groŜą;  tlenek  węgla  (czad),
powstający  jako  niepełny  produkt  spalania,  arkoleina  (produkt  rozkładu  olejów
organicznych), związki cyjanowe, kwas solny, ołów i wiele innych. Do organizmu człowieka
substancje  te  przenikają  właściwymi  sobie  drogami,  a  mianowicie  przez  układ  oddechowy,
pokarmowy,  błonę  śluzową,  a  takŜe  przez  skórę.  Ze  względu  na  niewielkie,  ale
systematycznie  odbierane  dawki  substancji  trujących  objawy  zatrucia  mogą  być  przez  długi
okres niezauwaŜalne lub lekcewaŜone.

Wysoka temperatura i cały szereg materiałów palnych stwarzają zagroŜenie poŜarowe,

często teŜ istnieje niebezpieczeństwo wybuchu. Szczególnie silne zagroŜenie występuje przy
piecach próŜniowych. Przedostanie się do komory pieca nawet niewielkich ilości oleju, wody
lub powietrza moŜe spowodować wybuch.

W celu zmniejszenia istniejącego zagroŜenia pracownicy oddziałów obróbki cieplnej

muszą znać ogólne i szczegółowe przepisy bhp dotyczące obsługiwanych urządzeń oraz
bezwzględnie ich przestrzegać, stosować środki ochrony osobistej.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Na czym polega nawęglanie?
2.  W jakich środowiskach przeprowadza się nawęglanie?
3.  W jakim celu stosujemy azotowanie?
4.  Na czym polega cyjanowanie?
5.  Na czym polega aluminiowanie?
6.  Jakie zagroŜenia bhp występują przy obróbce cieplnej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zaplanuj procesu nawęglania wałka wykonanego ze stali stopowej 20 HG (20MnCr5)

w środowisku stałym.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z istotą procesu nawęglania,
2)  ustalić temperaturę nawęglania,
3)  określić kolejność zabiegów nawęglania,
4)  dobrać skład środowiska nawęglającego,
5)  ustalić obróbkę cieplną po nawęglaniu,
6)  określić sposób sprawdzenia jakość wykonanego nawęglania,
7)  stosować przepisy bhp podczas procesu obróbki cieplnej,
8)  zaprezentować wykonane ćwiczenie,
9)  zapisać wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

PN, poradniki,

−

foliogramy, filmy dydaktyczne,

−

literatura.

Ćwiczenie 2

Zaplanuj proces azotowania uzębienia koła zębatego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  zapoznać się z zasadami wykonania azotowania,
2)  dobrać stal nadającą się do azotowania,
3)  przewidzieć zabiegi procesu azotowania określonego przedmiotu,
4)  dobrać warunki wykonania azotowania,
5)  zaprezentować wykonane ćwiczenie,
6)  zapisać wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

−

poradniki,

−

filmy dydaktyczne, foliogramy.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić istotę nawęglania?

2) określić, w jakich środowiskach chemicznych następuje nawęglanie?

3) zaplanować proces nawęglania określonego przedmiotu?

4) wyjaśnić, na czym polega azotowanie?

5) wyjaśnić, na czym polega aluminiowanie?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4 Podstawy obróbki plastycznej

4.4.1. Materiał nauczania

Odkształcenia spręŜyste i plastyczne

Wszystkie metale i stopy mają budowę krystaliczną. Rysunek 8 przedstawia

schematycznie typową strukturę polikryształu złoŜoną z wielu monokryształów, to jest
pojedynczych ziarn o róŜnych orientacjach osi i płaszczyzn sieci krystalicznych. Ziarna są
oddzielone warstewkami zanieczyszczeń i wtrąceń niemetalicznych.

Monokryształy mają róŜne defekty, przede wszystkim dyslokacje, których istnienie

umoŜliwia obróbkę plastyczną (odkształcenie monokryształu o idealnie regularnej siatce
wymaga ogromnych sił).

Rys. 8.

Schemat polikryształu [8].

Wywierając siłę na monokryształ, przy wzrastających napręŜeniach, powodujemy zmiany

odległości atomów w siatce krystalicznej wiąŜe się z tym pewna zmiana (przyrost lub ubytek)
objętości. Stan ten jest jednak nietrwały – po usunięciu obciąŜenia odkształcenie to zwane
odkształceniem spręŜystym, znika i monokryształ wraca do stanu początkowego.

Jeśli napręŜenie w monokrysztale stanie się odpowiednio duŜe. wystąpi – niezaleŜnie od

odkształcenia  spręŜystego  –  odkształcenie  plastyczne  (to  znaczy  odkształcenie  trwałe).
Mechanizm  tego  odkształcenia  moŜe  być  róŜny,  ale  zawsze  polega  ono  na  wzajemnym
przemieszczaniu  się  całych  warstw  atomów.  Najczęściej  odkształcenie  plastyczne  jest
wywołane poślizgiem.

Odkształcenie plastyczne jest trwałe – nie znika po usunięciu napręŜeń zewnętrznych.

MoŜe być teŜ znacznie większe niŜ odkształcenie spręŜyste. Podczas odkształcenia
plastycznego objętość materiału nie ulega zmianie – fakt ten ma podstawowe znaczenie dla
projektowania procesów obróbki plastycznej i ich oprzyrządowania.

Jak juŜ stwierdziliśmy, defekty struktury krystalicznej umoŜliwiają praktyczną realizację

obróbki  plastycznej,  czyli  wystąpienie  poślizgu  przy  stosunkowo  niewielkim  napręŜeniu
Jednak  w  miarę  wzrostu  odkształcenia  liczba  dyslokacji  rośnie,  co  powoduje  z  kolei
utrudnienie  dalszych  przemieszczeń  warstw  atomów.  Zjawisko  to,  ograniczające  powaŜnie
obróbkę  plastyczną,  nazywamy  umocnieniem.  Umocnienie  powoduje  wzrost  twardości
i polepszenie właściwości mechanicznych jednak przy znacznym zmniejszeniu plastyczności.

Przechodząc do polikryształu stwierdzimy, Ŝe jego odkształcenie spręŜyste polega na

niezaleŜnym, jednoczesnym odkształceniu spręŜystym wszystkich ziarn (monokryształów).
Natomiast odkształcenie plastyczne polikryształu jest bardziej złoŜone, gdyŜ występują tu
jednocześnie dwa zjawiska:

−

odkształcenia plastyczne poszczególnych ziarn,

−

przemieszczenie wzajemne ziarn.
W rezultacie powstaje struktura ukierunkowana, z ziarnami wydłuŜonymi (rys. 9).

Zjawisko to nazywamy zgniotem. Metal ze zgniotem charakteryzuje się duŜymi napręŜeniami
wewnętrznymi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Metal z duŜym zgniotem i silnie umocniony jest mało podatny na dalszą obróbkę

plastyczną. MoŜna mu przywrócić pierwotne właściwości plastyczne przez ogrzanie do
odpowiednio wysokiej temperatury; zajdą wówczas kolejno następujące zjawiska:

−

nawrót (zdrowienie), polegający na częściowej odbudowie struktury i zmniejszeniu
napręŜeń wewnętrznych, jednak bez istotnych zmian kształtu i wymiarów ziarn,

−

rekrystalizacja, czyli całkowita odbudowa struktury, z likwidacją umocnienia i zgniotu
(ziarna przybierają pierwotne wymiary).

Rys. 9.

Zgniot – kolejne fazy [8].

Po rekrystalizacji i ostudzeniu metalu moŜna go powtórnie odkształcać plastycznie. Dla

róŜnych gatunków stali temperatura rekrystalizacji wynosi orientacyjnie 750–950°C; zaleŜy
ona takŜe od zgniotu (im zgniot większy, tym temperatura rekrystalizacji niŜsza).

Uwzględniając zjawisko rekrystalizacji moŜna odróŜnić dwa podstawowe sposoby

obróbki plastycznej:

−

obróbka na zimno, prowadzona poniŜej temperatury rekrystalizacji. Występuje
umocnienie i zgniot, obróbka wymaga duŜych napręŜeń, a moŜliwości znacznych
odkształceń są ograniczone.

−

obróbka  na  gorąco,  prowadzona  powyŜej  temperatury  rekrystalizacji.  Nie  występuje
zgniot  ani  umocnienie,  do  wywołania  odkształceń  nie  są  potrzebne  duŜe  napręŜenia.
Odkształcenia mogą być dowolnie duŜe.
Wybór  właściwej  temperatury  obróbki  plastycznej  na  gorąco  jest  bardzo  waŜny.  NaleŜy

bowiem  pamiętać,  Ŝe  metal  stygnie  –  szczególnie,  gdy  w  trakcie  obróbki  występują  dłuŜsze
przerwy  (na  przykład  przy  kuciu).  Aby  więc  w  końcowej  fazie  obróbki  zachodziła  jeszcze
rekrystalizacja, temperatura początkowa, w której prowadzimy przeróbkę plastyczną nie moŜe
być  niska.  Nie  moŜe  ona  równieŜ  być  zbyt  wysoka,  gdyŜ  grozi  wystąpieniem  szkodliwego
zjawiska  powodującego  nadmierny  rozrost  ziarn  (skutek  „przegrzanie”  materiału).  Przy
jeszcze wyŜszej temperaturze (bliskiej topnienia) następuje przepalenie, czyli utlenienie ziarn
na ich granicach. Materiał przepalony nadaje się jedynie do przetopu jako złom.

RozróŜnia się podstawowe sposoby obróbki plastycznej:

−

kucie,

−

walcowanie,

−

ciągnienie,

−

tłoczenie.
Kucie jest najstarszym sposobem obróbki plastycznej – polega na plastycznym

odkształceniu  metalu  przez  zgniatanie  naciskiem  wywieranym  uderzeniowo  (kucie  na
młotach)  lub  statycznie  (kucie  na  prasach  lub  walcach  kuźniczych  –  prasowanie,  kucie
walcami).  W  wyniku  kucia  otrzymujemy  surówkę  określonej  części  maszynowej  zwaną
odkuwką.  Kucie  najczęściej  jest  obróbką  plastyczną  na  gorąco:  znane  są  jednak  liczne
przykłady stosowania w przemyśle kucia na zimno. RozróŜniamy następujące odmiany kucia
(rys. 10):

−

kucie swobodne za pomocą kowadeł płaskich (rys.10 a),

−

kucie swobodne za pomocą kowadeł kształtowych (rys. 10 b),

−

kucie w matrycy otwartej (rys. 10 c),

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

kucie w matrycy zamkniętej (rys. 10 d),

−

wyciskanie (rys. 10 e).

Rys. 10. Odmiany kucia [8].

Kucie swobodne i matrycowe (a–d) moŜe być wykonane na młocie lub na prasie,

wyciskanie  –  tylko  na  prasie.  Wyciskanie  jest  nowoczesnym  sposobem  kucia,  stosowanym
w wielu  branŜach  do  wydajnej  produkcji  dokładnych  wyrobów.  Przykład  z  rys.  10e
przedstawia  wyciskanie  współbieŜne,  podczas  którego  metal  pod  wpływem  nacisku  stempla
uplastycznia się (na zimno) i wypływa przez kształtowy otwór.

Kucie swobodne stosuje się w produkcji małoseryjnej oraz podczas napraw; jest to

typowa obróbka na gorąco.

Kucie swobodne niewielkich przedmiotów moŜna wykonywać ręcznie (za pomocą

róŜnych  młotów  ręcznych  i  innych  narzędzi  kowalskich,  na  kowadle),  co  jest  cięŜką  pracą  i
występuje  przewaŜnie  w  rzemiośle  (takŜe  artystycznym),  a  stosunkowo  rzadko
w przemysłowych  pracach  remontowych.  W  przemyśle  kucie  swobodne  wykonuje  się  na
młotach  mechanicznych  (części  małe  i  średniej  wielkości)  lub  na  prasach  hydraulicznych
(przedmioty duŜe – masy rzędu setek ton).

−

Do kucia swobodnego oprócz młota przy kuciu ręcznym uŜywa się licznych narzędzi,
jak: narzędzia umieszczane na kowadle (czasem z nim połączone), słuŜące do podparcia
części kutej. Mogą to być podstawki półokrągłe do kucia wałków, trzpienie do kucia
pierścieni, podstawki pierścieniowe do dziurawienia i wiele innych.

−

Narzędzia przejmujące uderzenia młota i przekazujące je kutej części; są to na przykład
siekiery kowalskie do odcinania, odsadzki róŜnych kształtów, trzpienie do dziurawienia.

−

Narzędzia  do  manipulowania  kutym  przedmiotem  –  przede  wszystkim  róŜne  kleszcze
kowalskie;  do  kucia  lekkich  części  (do  kilkunastu  kilogramów)  uŜywa  się  kleszczy
ręcznych,  a  do  przedmiotów  cięŜkich  –  kleszczy  połączonych  z  róŜnymi  urządzeniami
dźwigowymi  –  Ŝurawiami,  suwnicami  itp.  Do  kucia  swobodnego  cięŜkich  przedmiotów
stosuje się teŜ specjalne maszyny – manipulatory, sterowane przez operatora zdalnie.

−

Narzędzia  do  pomiaru  odkuwki  w  czasie  procesu  kucia.  Charakterystycznym  sposobem
ich  uŜycia  jest  pomiar  gorącej  części.  Podstawowym  narzędziem  są  macki  kowalskie,
stosowane  łącznie  i  przymiarem  kreskowym,  wystarczające  dla  dokładności  osiąganych
przy  kuciu  swobodnym,  Macki  ustawione  na  konkretny  wymiar  mogą  być  równieŜ
uŜywane  jako  sprawdziany;  co  kilka  lub  kilkanaście  uderzeń  młota  kontroluje  się,  czy
kuty  przedmiot  juŜ  ten  wymiar  osiągnął.  Aby  przyspieszyć  sprawdzanie  (co  jest  bardzo
waŜne,  bo  kuty  przedmiot  stygnie),  stosuje  się  macki  wielokrotne,  do  kontroli  wielu
wymiarów.
Rysunek  11  przedstawia  narzędzia  do  kucia  swobodnego.  Kucie  swobodne  moŜe

obejmować róŜne zabiegi: spęczanie (powiększanie przekroju poprzecznego), wydłuŜanie
(zmniejszanie przekroju), dziurowanie, gięcie, skręcanie, cięcie i inne.

ZaleŜnie od stopnia złoŜoności kutej części cały proces moŜe być wykonany po jednym

nagrzaniu materiału lub z grzaniem miedzyoperacyjnym. Kwalifikowany kowal moŜe odkuć
swobodnie nawet bardzo skomplikowane części. Przykład zabiegów kucia widełek
przedstawiony jest na rys. 12, warto zwrócić uwagę na gięcie (d) i wydłuŜanie (c, d).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kucie matrycowe stanowi podstawowy sposób kucia w przemyśle maszynowym, ogólnie

wykonywany na gorąco, chociaŜ niektóre operacje mogą obejmować takŜe kucie na zimno
(odcinanie wypływki, kalibrowanie).

Matryce kuźnicze są zamocowane do poduszki bijaka młota bądź do stołu i suwaka

prasy. Do mocowania matryc (rys. 13) wykorzystuje się ich zakończenia w postaci
„jaskółczych ogonów” i komplet klinów. Najczęściej stosuje się matryce otwarte, z rowkiem
na wypływkę.

Rys. 11. Narzędzia do kucia swobodnego [3].

Przed kuciem w matrycy otwartej nie potrzeba dokładnie dobierać masy kutego

materiału, gdyŜ jego nadmiar znajdzie się w wypływce. NaleŜy ją jednak na końcu procesu
obciąć, co wymaga dodatkowego zabiegu lub nawet oddzielnej operacji.

Kucie matrycowe skomplikowanej części wymaga wielu zabiegów, które moŜna

wykonać dwoma sposobami:

−

przez kucie w kilku operacjach,

−

przez kucie w jednej, złoŜonej operacji z uŜyciem matrycy wielowykrojowej.
Kucie matrycowe przeprowadza się na młotach albo prasach mechanicznych (śrubowych

lub  korbowych).  Przy  kuciu  na  młocie  konieczna  jest  większa  liczba  uderzeń;  oznaką
zakończenia  operacji  jest  wzajemne  uderzenie  o  siebie  płaszczyzn  czołowych  matryc
z charakterystycznym  metalicznym  dźwiękiem.  Kucie  na  prasie  śrubowej  ogranicza  się  do
paru skoków prasy, a kucie na prasie korbowej odbywa się przy jednym ruchu suwaka. Kucie
matrycowe  na  prasie  korbowej  jest  więc  najbardziej  wydajne,  lecz  prasa  taka  jest  bardzo
kosztowna.  Ponadto  ten  sposób  kucia  wymaga  umiejętnego  grzania  materiału,  aby
powstawała minimalna zgorzelina, która przy tym rodzaju kucia nie odpryskuje od odkuwki,
jak to się dzieje przy kuciu na młocie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 12

Kolejne zabiegi kucia swobodnego widełek [8].

Rys. 13.

Matryce kuźnicze zamocowane na młocie [8].

Rys. 14. Kucie matrycowe: a) jednowykrojowe z wypływką w matrycy otwartej, b) wielowykrojowe

z wypływką w matrycy otwartej, e) w matrycy zamkniętej bez wypływki [3].

Młoty do kucia moŜemy podzielić na szabotowe i bezszabotowe, Do kucia swobodnego

są  uŜywane  tylko  młoty  szabotowe:  rys.  15  przedstawia  młot  szabotowy  parowo-powietrzny
do  kucia  swobodnego.  Szabota  l  jest  cięŜkim  odlewem  staliwnym  lub  Ŝeliwnym  (czasem
oddzielnie zafundamentowanym), na którym jest osadzona poduszka 2 z kowadłem dolnym 3.
W  prowadnicach  korpusu  4  porusza  się  pionowo  bijak  5  z  górnym  kowadłem  6.  Do
poruszania bijaka słuŜy cylinder 7 dwustronnego działania, który moŜe być zasilany parą lub
spręŜonym  powietrzem  –  zaleŜnie  od  lokalnych  moŜliwości.  Tłok  tego  cylindra  zarówno
wznosi  do  góry  bijak  w  czasie  jego  ruchu  jałowego,  jak  i  przyspiesza  go  w  czasie  ruchu
roboczego. Operator młota do kucia swobodnego moŜe regulować w szerokim zakresie skok
bijaka. częstość jego ruchów i siłę uderzeń.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 15.

Młot szabotowy parowo-powietrzny: 1) szabota, 2) poduszka, 3) kowadło dolne, 6) kowadło górne,

7) cylinder [8].

Do kucia matrycowego mogą być równieŜ stosowane młoty parowo-powietrzne z tym, Ŝe

w porównaniu z podobnymi młotami do kucia swobodnego mają one inaczej rozwiązaną
szabotę oraz dokładniejsze prowadzenie bijaka. Do poduszki i bijaka są zamocowane –
zamiast kowadeł – matryce, dolna i górna.

Rys. 16. Maszyny do obróbki plastycznej: a) młot spręŜarkowy, b) prasa hydrauliczna (obcinanie

wypływki):1) szabota, 2) bijak, 3) zawór, 4) tłok spręŜarki, 5) silnik, 6) korbowód, 7) stempel,
8) okrojnik, 9) suwak, 10) układ sterowania maszyny do obróbki plastycznej: a) młot spręŜarkowy,
b) prasa hydrauliczna (obcinanie w y pływki) [9].

Do kucia matrycowego słuŜą równieŜ młoty bezszabotowe – przeciwbieŜne, parowo-

powietrzne  (rys.  17).  Młot  taki  ma  dwa  bijaki  o  ruchach  sprzęŜonych  przez  połączenie
cięgnami.  Brak  tu  szaboty,  przez  co  młot  jest  łatwiejszy  do  zainstalowania  niŜ  młot
szabotowy;  nie  jest  teŜ  źródłem  silnych  drgań  przenoszących  się  na  otoczenie.  Mioty
przeciwbieŜne są przeznaczone do kucia matrycowego duŜych części.

Wielkość młota charakteryzują dwa parametry: masa bijaka (ściślej masa części

ruchomych)  w  kilogramach  lub  energia  uderzenia  w  kilodŜulach.  Masa  bijaka  miotów
spręŜarkowych  wynosi  od  około  50  do  1000  kg;  młotów  parowo-powietrznych  –  od  ok.
500 kg  do  20000  kg.  KaŜdy  młot  moŜna  scharakteryzować  przez  podanie  energii  jego
uderzenia  zaleŜnej  nie  tylko  od  masy  bijaka,  lecz  równieŜ  od  jego  prędkości.  Energia  ta
wynosi  od  około  J  dla  małych  młotów  spręŜarkowych  do  500  KJ  dla  duŜych  młotów
przeciwbieŜnych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys 17

Schemat młota przeciwbieŜnego [8].

Walcowanie

Zasadą walcowania jest plastyczne kształtowanie metalu między obracającymi się

napędzanymi  walcami  (rys.  18);  zmienia  się  wówczas  zarówno  przekrój,  jak  i  długość
walcowanego  materiału.  Walcowanie  jest  głównie  procesem  hutniczym,  mającym  na  celu
otrzymanie  kształtowników  o  róŜnym  przekroju  (rys.  18),  drutu,  blachy  i  taśmy  oraz  rur.
Walcowanie  jest  zasadniczo  obróbką  na  gorąco,  ale  w  niektórych  przypadkach  (blachy
karoseryjne) walcuje się takŜe na zimno (wykańczające). Współcześnie coraz częściej stosuje
się walcowanie

Rys. 18. Zasada walcowania i przykłady walcowanych kształtów [8].

Walcarka (rys. 19) zawiera korpus, zwany klatką walcowniczą, z odpowiednią liczbą

narzędzi  –  walców  napędzanych  przez  silnik  elektryczny  za  pośrednictwem  przekładni
z kołem  zamachowym.  Walce  mogą  być  gładkie  –  na  przykład  do  walcownia  blachy  lub
profilowe,  tworzące  kolejne  kalibry  (kształty  przestrzeni  pomiędzy  walcami).  Na  rys.  20
widzimy  przykład  walców  z  trzema  kalibrami  utworzonymi  przez  współpracujące  bruzdy
(wytoczenia  walca);  słuŜą  one  do  kolejnego  –  w  trzech  przejściach  –  walcowania
dwuteownika. Walce są napędzane za pośrednictwem końcówki- rozety specjalnego kształtu

Rys. 19.

Schemat walcarki [8].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 20

Przykład kalibrów walców [8].

Walcarki mogą mieć róŜne liczby i układy walców – od najprostszego przypadku, gdy

w klatce  są  tylko  dwa  walce  (układ  „duo”),  aŜ  do  bardzo  złoŜonych  układów  z  wieloma
roboczymi  i  pomocniczymi  walcami  (rys.  21)  Walcarka  moŜe  zawierać  walce  oporowe
(o większej  średnicy  niŜ  robocze),  a  takŜe  dodatkowe  walce  pionowe  do  obróbki  krawędzi
walcowanej  płyty.  Walcarki  mogą  być  jednokierunkowe,  o  pracy  ciągłej,  lub  rewersyjne  (ze
zmianą  kierunku  ruchu  obrotowego).  Walcarka  „trio”  (rys.  26  b)  słuŜy  do  walcowania  ze
zmianą kierunku przejścia materiału, jednak bez zmiany kierunku ruchu obrotowego walców.

Rys. 21. Układy walców [8].

Największe walcarki przeznaczone do obróbki wlewków otrzymanych w stalowni, to

walcarki -zgniatacze. Dopiero po tym wstępnym przeformowaniu wlewka na duŜe półwyroby
(kęsiska, blachówki) moŜna przystąpić do właściwego walcowania róŜnych wyrobów
hutniczych.

Specjalnymi sposobami walcuje się rury. W pierwszym etapie, stosując specjalną

walcarkę o skośnych walcach, otrzymuje się stosunkowo krótką, grubościenną tuleję, która
następnie jest obrabiana na innych walcarkach.

Tłoczenie

Materiałem wyjściowym do tłoczenia jest blacha lub taśma (czasem drut lub rura). W czasie

tłoczenia  –  które  najczęściej  odbywa  się  na  zimno  –  odkształcenia  plastyczne  zachodzą
praktycznie tylko w dwóch kierunkach, to znaczy. grubość materiału prawie nie zmienia się (poza
pewnymi  specjalnymi  przypadkami  tłoczenia  z  pocienianiem  ścianek).  Jeśli  więc  za  pomocą
tłoczenia  otrzymamy  z  płaskiej  blachy  naczynie  walcowe,  to  grubość  jego  ścianki  lub  denka
będzie bardzo zbliŜona do grubości wyjściowego materiału.

Znamy dwa zasadnicze sposoby tłoczenia, z których kaŜdy ma wiele odmian (rys. 22):

−

cięcie (wykrawanie) (rys. 22 a), w czasie którego następuje oddzielenie materiału. Jeśli
ciecie wykonuje się na prasie, za pomocą odpowiedniego przyrządu, nazywamy je
wykrawaniem,

−

kształtowanie w czasie którego następuje zmiana kształtu i wymiarów. Kształtowanie
dzieli się na:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

•

gięcie (rys. 22 b), polegające na odkształcaniu blachy wzdłuŜ linii prostych (cześć
giętą moŜna dokładnie „rozwinąć” na płaszczyźnie),

•

ciągnienie  (rys.  22  c),  którego  istotą  jest  przeciąganie  blachy  za  pomocą  stempla
przez  otwór  matrycy;  powstaje  w  ten  sposób  przestrzenne  naczynie,  którego  nie
moŜna  rozwinąć  na  płaszczyźnie  (uwaga:  ciągnienie  w  tym  znaczeniu  nie  ma
Ŝ

adnego związku z procesem ciągnienia opisanym w następnym punkcie).

Rys. 22. Sposoby tłoczenia [8].

Do tłoczenia słuŜą róŜne prasy – najczęściej mechaniczne, rzadziej hydrauliczne. Są to

prasy mimośrodowe (do mniejszych wytłoczek) lub większe prasy korbowe (mają one inną
budowę niŜ korbowe prasy kuźnicze). Czasem, w produkcji małoseryjnej, stosuje się prasy
ś

rubowe.

Prasy do tłoczenia są maszynami uniwersalnymi; do wykonania określonych operacji

uŜywamy specjalnych przyrządów ustawianych na prasach – tłoczników. Prasy są tak
konstruowane, aby wymiana tłoczników była moŜliwie szybka (nie przekraczająca kilkunastu
minut). Z powodu ogromnej wydajności tłoczenia przezbrajanie pras jest bardzo częste –
łatwo moŜna bowiem przez parę dni wyprodukować taką ilość wytłoczek, która wystarczy na
produkcję kwartalną.

Tłoczniki, zaleŜnie od przeznaczenia, mogą być wykrojnikami, wyginakami,

ciągownikami  lub  tłocznikami  złoŜonymi  (na  przykład  słuŜącymi  jednocześnie  do
wykrawania  i  ciągnienia).  Przykładowo  opiszemy  prosty  tłocznik  (rys.  24)  –  ciągownik  do
naczynia  walcowego  z  kołnierzem:  półwyrobem  jest  tu  krąŜek  blachy.  Ciągownik  ma  układ
„odwrócony”,  to  znaczy  stempel  l  jest  zamocowany  do  płyty  podstawowej  6,  a  matryca  2  –
do płyty głowicowej 7.

Rys 23. Kształtowanie wytłoczek: a) wytłaczanie, b) przetłaczanie, c) dotłaczanie. 1) stempel, 2) dociskacz,

3) matryca, 4) krąŜek blachy, 5) wytłoczka (miseczka) [9].

WaŜnymi elementami tłocznika są: dociskacz 3, na który działa za pomocą popychaczy 4

tak zwana poduszka prasy (duŜa spręŜyna umieszczona pod stołem prasy lub siłownik

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

pneumatyczny)  oraz  wyrzutnik  5,  uruchamiany  specjalnym  zderzakiem  podczas  powrotnego
ruchu  suwaka.  Dociskacz  jest  konieczny  przy  ciągnieniu  z  cienkiej  blachy,  gdyŜ  zapobiega
tworzeniu  się  fałd  na  kołnierzu  podczas  wciągania  blachy  do  matrycy.  Płyta  głowicowa  jest
mocowana w suwaku prasy za pomocą czopa 8.

Rys. 24.

Przykład ciągownika: 1) stempel, 2) matryca, 3) dociskacz, 4) popychacze, 5) wyrzutnik, 6) płyta

podstawowa, 7) płyta głowicowa, 8) czop [8].

Tłocznictwo ma wiele zastosowań, szczególnie w przemyśle samochodowym. Produkcja

nadwozi wymaga uŜycia wielu pras i tysięcy specjalnych tłoczników – od zupełnie małych aŜ
do ogromnych (o masie ponad 20 t), bardzo skomplikowanych i kosztownych urządzeń.

Ciągnienie

Polega na odkształceniu plastycznym metalu podczas przeciągania przez otwór

w ciągadle lub między nienapędzanymi rolkami. Za pomocą ciągnienia zmniejsza się przekrój
materiału wyjściowego, nadając mu zamierzony kształt. Ciągnienie ma podobne zastosowania
jak walcowanie. Jest to proces hutniczy słuŜący do wytwarzania dokładnych prętów, drutu i
rur. W stosunku do walcowania jest to proces wykańczający.

Rysunek 25 przedstawia zasadę niektórych odmiany ciągnienia. Narzędzia do ciągnienia

wykonuje się głównie z węglików spiekanych. Z uwagi na duŜe tarcie materiału o ciągadło
konieczne jest obfite smarowanie.

Maszyny do ciągnienia – ciągarki mogą być dwóch typów: łańcuchowe – o ruchu

prostoliniowym do krótkich prętów oraz bębnowe, do drutu i cienkich rurek nawijanych na
bęben.

Ciągnienie zasadniczo jest obróbką na zimno, lecz często konieczne jest wyŜarzenie

pośrednie  dla  usunięcia  zgniotu.  Zmniejszenie  powierzchni  przekroju  po  przejściu  przez
ciągadło  nie  jest  duŜe  (najwyŜej  30%,  a  dla  ciągów  kalibrujących  około  10%),  dlatego  do
wykonania  na  przykład  cienkiego  drutu  z  pręta  walcowanego  trzeba  wykonać  nawet
kilkadziesiąt ciągów – przez coraz mniejsze ciągadła.

Rys. 25

Ciągnienie (przykłady): a) ciągnienie w stałym ciągadle, b) ciągnienie rury na krótkim trzpieniu,

c) ciągnienie rury bez trzpienia, d) ciągnienie miedzy rolkami [8].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Bezpieczeństwo i higiena pracy podczas obróbki plastycznej

Obróbka plastyczna na gorąco jest bardziej niebezpieczna niŜ obróbka na zimno, gdyŜ

wysoka temperatura, odpryski zgorzeliny (czasem na odległość kilku metrów), moŜliwość
upuszczenia gorącego przedmiotu podczas przenoszenia zagraŜają wszystkim częściom ciała
pracownika (w obróbce plastycznej na zimno zagroŜone są głównie ręce). Niebezpieczna jest
teŜ i wymagająca odpowiednich kwalifikacji obsługa pieców do grzania metalu.

Obsługując mioty lub prasy naleŜy szczególnie dbać o prawidłowe zamocowanie

narzędzi i przyrządów. Matryce na młocie muszą być na przykład starannie zaklinowane,
gdyŜ ich spadnięcie spowodowałoby bardzo, powaŜny wypadek.

Statystyki przemysłowe notują duŜą liczbę wypadków przy pracy na prasach do

tłoczenia, spowodowanych głównie lekcewaŜeniem niebezpieczeństwa i niestaranną obsługą.
Znane są tu liczne urządzenia zabezpieczające takie jak:

−

wyłączniki  wielokrotne;  przy  obsłudze  jednoosobowej  operator  musi  nacisnąć
jednocześnie  dwa  wyłączniki,  a  przy  obsłudze  brygadowej  duŜych  pras  jest  tyle
wyłączników  (oddalonych  od  siebie  i  od  strefy  roboczej),  ilu  ludzi  liczy  brygada.  Jeśli
więc wyłączniki te są we właściwym stanie, wypadek jest niemoŜliwy,

−

siatki i kraty ochronne; jeśli są one odsunięte (na przykład przy zakładaniu materiału do
tłoczenia) prasy nie moŜna uruchomić,

−

fotokomórki reagujące na pojawienie się obcego ciała (np. ręki) w strefie roboczej
i zatrzymujące natychmiast prasę.
Szczególnie niebezpieczne i wymagające wysokich kwalifikacji są prace przy

przezbrajaniu  pras  i  młotów,  gdyŜ  zagraŜa  tu  nagłe  opuszczenie  bijaka  lub  suwaka.  Wiele
maszyn  ma  specjalne  urządzenia  do  zawieszania  elementu  ruchomego  w  górnym  skrajnym
połoŜeniu.  W  razie  ich  braku  naleŜy  zastosować  na  przykład  drewniane  słupy  podpierające
suwak prasy.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Na czym polega obróbka plastyczna?
2.  Jakie znasz metody obróbki plastycznej?
3.  Jakie są zalety obróbki plastycznej?
4.  Na czym polega walcowanie?
5.  Jakie wyroby powstają w procesie walcowania?
6.  Jak dzielimy kucie swobodne?
7.  Na czym polega kucie matrycowe?
8.  Jakie rozróŜniamy operacje tłoczenia?
9.  Jakie są podstawowe zasady bhp podczas obróbki plastycznej?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj identyfikacji procesów obróbki plastycznej na podstawie wykonanych części

maszyn i półwyrobów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zidentyfikować proces obróbki plastycznej na podstawie oględzin części maszyn,
2) opisać zidentyfikowany proces obróbki plastycznej,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) dokonać oceny,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

foliogramy, filmy dydaktyczne,

–

literatura.

Ćwiczenie 2

Porównaj kształtowanie wytłoczek – określ etapy ich kształtowania oraz niezbędne

wyposaŜenie.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

2)  zapoznać się z metodami kształtowania,
3)  zdefiniować odmiany kształtowania,
4)  określić zakres ich zastosowania,
5)  określić jakie wady mogą wystąpić przy kształtowaniu i jakie są ich przyczyny,
6)  zaprezentować wyniki.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

foliogramy, filmy dydaktyczne,

–

literatura.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić, na czym polega obróbka plastyczna?

2) rozrónić sposoby obróbki plastycznej?

3) scharakteryzować proces walcowania?

4) scharakteryzować proces kucia swobodnego?

5) wskazać elementy składkowe procesu kucia matrycowego?

6) określić zagroŜenia wystękujące podczas obróbki plastycznej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Podstawy odlewnictwa

4.5.1. Materiał nauczania

Modele odlewnicze

Odlewy z Ŝeliwa wykonuje się najczęściej w formach z masy formierskiej, zwanych

formami piaskowymi. Aby przygotować taką formę, naleŜy uŜyć modelu odlewniczego.
SłuŜy on do utworzenia w masie formierskiej odpowiedniego zagłębienia (wnęki),
wypełnianego następnie ciekłym metalem.

Model odlewniczy odtwarza więc w pewien sposób kształt przyszłego odlewu. RóŜnice

wymiarów i kształtu modelu, gotowego odlewu oraz obrobionej części są jednak dość
znaczne (rys. 26).

Rys. 26. Porównanie części odlewu i modelu [8].

Wymiary modelu muszą uwzględniać skurcz odlewniczy metalu (od 0,7% do -2%);

model musi więc mieć nieco większe wymiary niŜ odlew.

Naddatków na skurcz nie podaje się bezpośrednio na rysunku modelu, lecz model

wymiaruje  się  tak  samo  jak  odlew  (jak  gdyby  skurczu  nie  było),  a  wartość  skurczu
w procentach  podaje  się  na  rysunku.  Modelarz  nie  potrzebuje  obliczać  wymiarów  modelu,
gdyŜ  posługuje  się  specjalnym  przymiarem  o  odpowiednio  dłuŜszych  działkach
(„skurczówką”).  Jeśli  na  przykład  na  rysunku  modelu  podano  skurcz  l,5%,  to  skurczówka
o nominalnej  długości  l  m  będzie  miała  w  rzeczywistości  długość  1015  mm  (działki
„milimetrowe” będą więc odpowiednio dłuŜsze).

Model musi dać się wyjąć z formy bez jej uszkodzenia, a więc jego ścianki powinny być

odpowiednio pochylone. Pochylenia te wynoszą 0,5–3° – zaleŜnie od sposobu formowania
(większe przy formowaniu ręcznym) i od wysokości modelu (im model wyŜszy, tym
pochylenie mniejsze).

Model odtwarza jedynie zewnętrzne kształty odlewu. Jeśli gotowy odlew ma wewnątrz

otwór, forma musi zawierać odpowiedni rdzeń, a model ma słuŜyć równieŜ do zaformowania
gniazd, w które ten rdzeń zostanie włoŜony. Części modelu odtwarzające gniazda rdzeni
noszą nazwę znaków rdzeniowych.

Poza tym musimy pamiętać, Ŝe odlew (a więc i model) ma inne wymiary niŜ gotowa

obrobiona część, gdyŜ zawiera naddatki obróbkowe. Naddatki te zaleŜą od wymiarów odlewu
jako całości, wymiaru zawartego między powierzchniami, na których przewidujemy naddatki
oraz od klasy odlewu. Naddatki dla róŜnych rodzajów odlewów są ujęte Polskimi Normami.
Odlewy Ŝeliwne średnich rozmiarów (poniŜej 1000 mm) i średnich klas mają naddatki od
około 3 do 7 mm.

Modele moŜna wykonywać z drewna, metalu (na przykład stopów aluminium)

i z tworzyw sztucznych. Modele drewniane nadają się do formowania ręcznego w produkcji

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

małoseryjnej  –  za  pomocą  takiego  modelu  moŜna  wykonać  kilkaset  form.  Przy  formowaniu
maszynowym  są  niezbędne  modele  metalowe  (muszą  „wytrzymać”  wykonanie  do
kilkudziesięciu  tysięcy  form)  lub  z  tworzyw  sztucznych  (nieco  mniej  trwale  niŜ  metalowe,
lecz tańsze).

Model moŜe być jednolity, gdy zostaje zaformowany w jednej połówce formy, lub

dzielony  –  zwykle  na  dwie  części,  odpowiadające  wnękom  odlewniczym  w  obu  połówkach
formy.  Wybór  płaszczyzny  podziału  modelu  i  formy  ma  duŜe  znaczenie  dla  przebiegu
formowania.  Płaszczyzna  ta  powinna  przechodzić  przez  największy  przekrój  odlewu,  a  jeśli
jest to moŜliwe – model powinien być niedzielony.

Rys. 27. Płyta modelowa [8].

Modele do formowania maszynowego są na stałe przymocowane do płyty podmodelowej

(rys. 27), tworząc razem płytę modelową. Jeśli model jest dzielony, mamy łącznie dwie płyty
modelowe; będzie tak równieŜ wówczas, gdy jedna płyta zawiera tylko znak rdzeniowy
i model układu wlewowego.

Masa formierska i rdzeniowa

Masę formierską do odlewów Ŝeliwnych sporządza się głównie z czystego piasku

kwarcowego  (do  90%  zawartości)  oraz  z  niewielkich  ilości  spoiwa  (róŜne  glinki),  pyłu
węglowego  i  wody.  Pył  węglowy  dodany  do  masy  chroni  ją  przed  przypaleniem
i przywieraniem  do  odlewu.  Do  formowania  ręcznego  stosuje  się  dwa  rodzaje  masy:
przymodelową – o lepszych właściwościach, z niewielką ilością zanieczyszczeń, oraz gorszą
masę wypełniającą. Do formowania maszynowego stosowana jest masa jednolita.

Masa formierska jest wytwarzana w odlewni w specjalnych urządzeniach; odpowiednio

dozowane składniki masy są mieszane, spulchniane i przesiewane. Większość tworzywa
stanowi masa uŜywana (z wybitych form), jedynie kilkanaście procent stanowią składniki
ś

wieŜe – w tym oczywiście woda.

Masa formierska musi odznaczać się ogniotrwałością, wytrzymałością mechaniczną

(konieczną

dla

zabezpieczenia

formy

przed

zniszczeniem

podczas

zalewania),

przepuszczalnością (aby powstające gazy nie rozsadziły formy), ponadto plastycznością
i spoistością.

Rdzenie są wytwarzane z innego rodzaju masy, zwanej masą rdzeniową. Powinna ona

mieć znacznie lepsze właściwości i być bardziej zróŜnicowana zaleŜnie od rodzaju formy i jej
wielkości, a takŜe od sposobu wytwarzania rdzeni. Spoiwem w masach rdzeniowych są róŜne
składniki, pochodzenia zarówno organicznego (oleje roślinne, róŜne Ŝywice), jak
i nieorganicznego (szkło wodne, glinki, cement).

Formy piaskowe i ich przygotowanie.

Formy wykonuje się w skrzynkach formierskich, czyli odpowiednio sztywnych,

metalowych ramach bez dna. zaopatrzonych w uchwyty i otwory do ustalania wzajemnego
połoŜenia za pomocą sworzni.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Kompletna forma mieści się co najmniej w dwóch skrzynkach (rys. 28) z odpowiednią

liczbą rdzeni. WaŜną częścią formy jest układ wlewowy, formowany za pomocą oddzielnych
modeli, zawierający zbiornik wlewowy, układ kanałów doprowadzających ciekły metal do
wnęki formierskiej i układ kanałów przelewowych („nadlewów”).

Kanały doprowadzające odgrywają teŜ rolę osadników róŜnych zanieczyszczeń, które

zbierają się w poziomym odcinku kanału – belce ŜuŜlowej. Cały układ wlewowy po wybiciu
formy musi być, oczywiście, odcięty od właściwego odlewu.

Rys. 28. Forma piaskowa [8].

Formę moŜna wykonać ręcznie lub maszynowo. Przy formowaniu ręcznym uŜywamy na

ogół drewnianego modelu dzielonego (lub w prostszych przypadkach – jednolitego). Przebieg
formowania ręcznego jest następujący:

−

połówkę modelu 1 kładzie się na płycie podmodelowej 2 wewnątrz skrzynki i obsypuje
pudrem formierskim. W tej skrzynce będzie dolna połowa formy (rys. 29 a),

−

skrzynkę wypełnia się masą formierską – najpierw przesiewając przez sito masę
przymodelową, potem sypiąc szuflą masę wypełniającą,

−

masę ubija się, zgarnia jej nadmiar do wyrównania z brzegiem skrzynki i nakłuwa dla
lepszego odprowadzania gazów (rys. 29 b),

−

skrzynkę odwraca się, oczyszcza i wygładza płaską powierzchnię formy. Na połówkę
modelu tkwiącą w masie nakłada się drugą połówkę, ustalając je wzajemnie kołeczkami.
Ustawia się modele układu wlewowego. Stawia się drugą skrzynkę i ustalają sworzniami.
Obsypuje się pudrem model i płaszczyznę dolnej połowy formy (rys. 29 c),

−

wypełnia się masą górną skrzynkę, postępując jak w przypadku dolnej skrzynki, po czym
wyjmuje się modele układu wlewowego i wykonuje zbiornik wlewowy za pomocą
narzędzia formierskiego podobnego do łyŜeczki,

−

ostroŜnie zdejmuje się górną skrzynkę, obraca i stawia obok dolnej (na rys. 29 e jest
pokazana tylko ta dolna skrzynka). Po ostukaniu modeli drewnianym młotkiem wyjmuje
się je z obu skrzynek,

−

do dolnej skrzynki wkłada się rdzenie i montuje obie skrzynki, ustalając je wzajemnie
sworzniami i otrzymując kompletną formę (rys. 29).
Formę wykonaną wg opisanego sposobu zalewa się bezpośrednio po jej wykończeniu,

w stanie wilgotnym. W niektórych przypadkach połówki form suszy się przed ich
zmontowaniem i zalaniem, co zapewnia większą wytrzymałość form z tym, Ŝe masy
formierskie do form „na sucho” róŜnią się nieco składem od mas do form „na mokro”.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 29. Przebieg formowania ręcznego

[8].

Rys. 30

Przebieg formowania maszynowego [8].

W produkcji wielkoseryjnej i masowej stosuje się formowanie maszynowe ze

zmechanizowanymi  czynnościami  narzucania  masy  formierskiej,  jej  zagęszczania  (ubijania)
i wyjmowania  modeli.  RównieŜ  odwracanie  skrzynek  jest  zmechanizowane  i  nie  wymaga
wysiłku  fizycznego.  Formowanie  mechaniczne  zapewnia  znaczny  wzrost  wydajności  pracy,
polepsza  warunki  pracy  i  jakość  form.  NaleŜy  jednak  pamiętać,  Ŝe  ręcznie  moŜna  wykonać
bardziej skomplikowane formy niŜ sposobem maszynowym.

W czasie formowania maszynowego wykonuje się, na oddzielnych maszynach

formierskich, obie połówki formy. Zamiast jednego dzielonego modelu (drewnianego) mamy
tu dwie metalowe płyty modelowe. Jest wiele typów maszyn formierskich; cykl pracy
maszyny formierskiej poznamy na przykładzie jednej z nich (rys. 30):

−

umieszczenie na płycie podmodelowej l z modelem 2 skrzynki formierskiej 3 (rys. 30 a),

−

nasypanie masy formierskiej ze specjalnego urządzenia zasilającego (rys. 35 b),

−

zagęszczenie masy przez wstrząsanie i prasowanie (rys. 30 c),

−

obrócenie stołu z formą (rys. 30 d),

−

podniesienie płyty i wyjęcie modelu (rys. 30 e).

Rdzenie wykonuje się za pomocą specjalnych form, zwanych rdzennicami; mogą one być

drewniane  (w  produkcji  małoseryjnej)  lub  metalowe.  Rdzeń  formuje  się  przez  nasypanie
masy  (z  odpowiednim  zagęszczeniem)  do  rdzennicy  po  jej  zamkniecie  stosuje  się  teŜ  róŜne
czynności dodatkowe, jak np. zbrojenie drutem. Po otworzeniu rdzennicy rdzeń moŜna wyjąć,
do  czego  jednak  niezbędne  są  pochylenia  ścianek  rdzennicy  —  analogiczne  do  pochyleń
ś

cianek modeli. Rdzenie moŜna wytwarzać ręcznie lub maszynowo. Stosowane są róŜne

maszyny do wytwarzania rdzeń naprzykład strzelarki. W czasie pracy strzelarki masa

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

rdzeniowa jest wrzucana (z jednoczesnym zagęszczaniem) do rdzennicy uderzeniem
spręŜonego powietrza.

Rdzenie w przeciwieństwie do form – muszą być zawsze utwardzone, gdyŜ bez tego

mogłyby rozsypać się nawet przed zalaniem formy. Rdzenie utwardza się dwoma sposobami:

−

przez suszenie w podwyŜszonej temperaturze, w czasie kilku godzin,

−

sposobem chemicznym, co wymaga odpowiedniego spoiwa w masie rdzeniowej; często
stosuje się w tym celu szkło wodne – rdzeń zostaje wówczas utwardzony w czasie kilku
sekund pod działaniem dwutlenku węgla.

Topienie metali

Przez topienie (lub wytapianie) metali rozumiemy proces, w którym otrzymuje się ciekły

metal o określonych właściwościach (na przykład składzie chemicznym). NaleŜy więc
odróŜnić „topienie” – proces odlewniczy – od „topnienia”, rozumianego jako zjawisko
fizyczne przejścia w stan ciekły.

Do topienia metali są stosowane róŜne piece odlewnicze o budowie uzaleŜnionej głównie

od rodzaju metalu; omówimy najwaŜniejsze z nich.

eliwiak jest piecem do topienia Ŝeliwa (rys. 31). Ma on kształt walca średnicy do około

1,5 m i wysokości ponad 6 m. Zewnętrzny płaszcz pieca jest wykonany z blachy stalowej,
a wewnętrzna wykładzina z cegły szamotowej (gatunek tej cegły ma duŜy wpływ na proces
topienia Ŝeliwa).

Wsad – ładowany do Ŝeliwiaka przez okno wsadowe za pomocą róŜnego rodzaju

urządzeń – zawiera surówkę ą złom Ŝeliwny (czasem i stalowy), koks i topniki (na przykład
wapno  hutnicze).  Koks  pali  się  w  Ŝeliwiaku  (powietrze,  często  uprzednio  podgrzane,  jest
wdmuchiwane  dyszami  ze  skrzyni  powietrznej  otaczającej  piec)  i  temperatura  wsadu  –
w miarę  jak  opada  on  w  dół  —  jest  coraz  wyŜsza.  Na  poziomie  dysz  temperatura  sięga
1800°C,  surówka  i  złom  topią  się;  część  koksu  nie  ulega  spaleniu,  lecz  rozpuszcza  się
w wytworzonym Ŝeliwie, wpływając na jego skład chemiczny i strukturę.

Stopione Ŝeliwo gromadzi się w trzonie pieca. Na powierzchni cieczy zbierają się róŜne

zanieczyszczenia, tworząc ŜuŜel, spuszczany górnym otworem. Po spuszczeniu ŜuŜla zostaje
otwarty dolny otwór i Ŝeliwo spływa do kadzi, z której następnie są zalewane formy. Większe
Ŝ

eliwiaki są wyposaŜone w zbiorniki pośrednie na ciekłe Ŝeliwo, podgrzewane np. gazem.

eliwiak nie jest zasadniczo piecem o pracy ciągłej (jak naprzykład wielki piec), a cykl

jego pracy trwa kilkanaście godzin. śeliwiak moŜna wygasić i powtórnie rozpalić w miarę
potrzeby.

Rys. 31. śeliwiak [8].

Rys. 32. Piec tyglowy stały [8].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Metale nieŜelazne – stopy aluminium, cynku, miedzi, magnezu – topi się najczęściej

w piecach tyglowych stałych (rys. 32) lub przechylnych. Piece te są opalane paliwem ciekłym
(ropa, mazut) lub gazowym (gaz ziemny). Stosowane są równieŜ piece elektryczne.

Zalewanie form i wykańczanie odlewów

Formy piaskowe naleŜy zalewać w niezbyt długim czasie po ich wykonaniu, aby nie

dopuścić np. do zbytniego wysuszenia form. WaŜna jest teŜ temperatura ciekłego metalu,
niŜsza zazwyczaj o kilkadziesiąt stopni od temperatury spustu z pieca.

ZaleŜnie od masy odlewu zalewanie formy odbywa się za pomocą róŜnych kadzi

odlewniczych. Małe formy moŜna zalewać łyŜką ręczną (rys. 33 a) lub kadzią widłową
(rys. 33 b).

Rys. 33. Małe kadzie odlewnicze: a)łyŜka ręczna, b) kadź widłowa [8].

Zalewanie duŜych form wymaga uŜycia róznorodnej budowy kadzi suwnicowych na

przykład. kadzie syfonowe (rys. 34 a) oraz kadzie dolnospustowe (rys. 34 b) z zatyczką
w dnie.

Rys. 34. DuŜe kadzie odlewnicze a) kadź syfonowa, b) kadź z zatyczką [8].

Stygnięcie odlewów wykonanych w formach piaskowych moŜna podzielić na dwa etapy:

stygniecie w formach (od kilku do ponad 100 godzin, zaleŜnie od masy odlewu) oraz
stygnięcie po wybiciu z formy (zazwyczaj nieco krótsze).

Wybijanie form w rzadszych przypadkach odbywa się ręcznie – łomami, oskardami i tym

podobnie  i  dotyczy  duŜych  odlewów.  Najczęściej  formy  wybija  się  za  pomocą  róŜnych
urządzeń  pneumatycznych  lub  elektrycznych,  jak  na  przykład  kraty  wibracyjne  (o  duŜej
częstości  drgań)  lub  wstrząsowe  (o  większej  amplitudzie,  a  mniejszej  częstości).  Masa
z rozbitych  form  przelatuje  przez  kratę  i  zostaje  przetransportowana  do  formierni  w  celu
przeróbki  i  powtórnego  uŜycia.  Większe  trudności  występują  przy  wybijaniu  rdzeni,  co
czasem  wymaga  pracy  ręcznej.  Wybijanie  form  i  oczyszczanie  odlewów  są  najcięŜszymi
pracami w odlewni.

Ostudzone formy wykańcza się, co polega przede wszystkim na usunięciu układów

wlewowych  przez  odtrącenie,  np.  w  kruchych  odlewach  Ŝeliwnych,  lub  obcięcie.  Następnie
naleŜy  starannie  oczyścić  odlew z resztek przywartej masy formierskiej i rdzeniowej, co jest
waŜne  ze  względu  na  trwałość  narzędzi  w  późniejszej  obróbce  wiórowej  odlewu.  Małe
odlewy  oczyszcza  się  w  obrotowych  bębnach,  większe  przez  piaskowanie  lub  innymi
podobnymi sposobami. Po kontroli jakości odlewy często poddajemy malowaniu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wady odlewnicze i ich naprawa

Wady odlewnicze moŜna podzielić na następujące główne grupy:

−

wady kształtu i wymiarów,

−

wady powierzchni,

−

nieciągłość materiału,

−

wady wewnętrzne,

−

wady materiału.
Wady te dla uŜytku kontroli jakości w odlewni są szczegółowo poklasyfikowane

i oznaczane umownymi symbolami.

Podstawowe znaczenie dla dokładności wymiarowej odlewu ma stan modeli i rdzennic.

Jeśli są one np. nadmiernie zuŜyte, powoduje to nieuniknione wady wymiarów lub kształtu
odlewu.

DuŜy wpływ na jakość odlewu ma proces formowania, który moŜe powodować

powstanie wad kształtu i powierzchni odlewu.

Stan masy formierskiej – niewłaściwy rodzaj masy lub za niski jej stopień zagęszczenia

w  formie  prowadzi  do  wad  powierzchni,  jak  guzy,  strupy,  rakowatość,  zapiaszczenie  itp.
Odlewy  z  takimi  wadami  mają  bardzo  grubą  warstwę  zanieczyszczonego  materiału,
niemoŜliwą  do  usunięcia  podczas  obróbki  wiórowej.  Niewłaściwe  zagęszczenie  masy  moŜe
takŜe powodować powaŜne wady kształtu, gdy np. przy montaŜu formy pewne jej fragmenty
odpadną.

Przyczyną wielu wad odlewniczych moŜe być niewłaściwy montaŜ formy. Jeśli

wzajemne  ustalenie  skrzynek  formierskich  jest  nieprawidłowe,  powstaje  przestawienie
odlewu.  Za  małe  obciąŜenie  górnej  skrzynki  w  czasie  zalewania  formy  moŜe  spowodować
zalewki.  Niewłaściwa  konstrukcja  układu  wlewowego  moŜe  powodować  wady  wewnętrzne-
jak jamy i rzadzizny skurczowe. Widzimy więc, Ŝe o jakości odlewu decyduje zarówno jego
konstrukcja,  jak  i  wszystkie  elementy  procesu  technologicznego:  jakość  modeli  i  rdzeni,
konstrukcja  formy,  proces  formowania,  montaŜ  formy,  przygotowanie  wsadu  i  topienia
metalu, wreszcie zalewanie formy.

Wiele wad odlewniczych moŜna usunąć naprawiając odlew. Stosuje się róŜne sposoby

naprawy  wad  odlewniczych,  przede  wszystkim  spawanie  gazowe  i  elektryczne  (takŜe
odlewów  Ŝeliwnych).  Przed  spawaniem  cały  odlew  naleŜy  podgrzać  do  temperatury  kilkuset
stopni w celu uniknięcia napręŜeń wewnętrznych. Inne sposoby naprawy wadliwych odlewów
to lutowanie mosiądzem, metalizacja lub miejscowe zalewanie ciekłym metalem. W pewnych
przypadkach  odlewy  moŜna  prostować  (np.  wykonane  z  Ŝeliwa  ciągliwego).  Naprawa
niektórych wad odlewniczych jest jednak niemoŜliwa lub nieopłacalna i wówczas odlew musi
być złomowany.

Nowoczesne metody wytwarzania odlewów

W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat powstało wiele nowych metod odlewania,

umoŜliwiając zwiększenie wydajności procesu technologicznego i polepszenie jakości
odlewów.

Nowszym rozwiązaniem form piaskowych są formy skorupowe; wykonywane w nich

odlewy (najczęściej z wyŜszych gatunków Ŝeliwa) odznaczają się wysoką dokładnością,
a proces formowania moŜe być łatwo zmechanizowany.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 35. Schemat formy skorupowej [8].

Forma składa się z dwóch części o stosunkowo cienkich ściankach. Wykonuje się ją

z mieszaniny piasku kwarcowego, Ŝywicy syntetycznej i innych składników. Masa ta zostaje
rozprowadzona  na  gorącej  płycie  modelowej  lub  rdzennicy.  Na  skutek  złoŜonych  reakcji
chemicznych  masa  utwardza  się  i  otrzymuje  się  połówkę  formy  skorupowej.  Dwie  takie
połówki  skleja  się  (wstawiając  ewentualnie  rdzenie)  i  umieszcza  w  skrzynce,  obsypując
piaskiem  wypełniającym.  Odlewy  skorupowe  są  szeroko  stosowane  w  przemyśle
samochodowym.

Na oryginalnym pomyśle jest oparta metoda wytapianych modeli rys. 36. Model jest tu

wykonany  z  łatwo  topliwego  materiału  (wosk,  stearyna,  czasem  odpowiednie  tworzywo
sztuczne)  i  słuŜy  do  wykonania  tylko  jednej  formy.  Potrzeba  więc  znacznej  liczby  modeli,
które  otrzymuje  się  w  specjalnych  metalowych  matrycach.  Model  –  lub  najczęściej  zespół
modeli  ze  wspólnym  układem  wlewowym  (metoda  ta  najlepiej  nadaje  się  do  odlewania
niewielkich  części)  –  zanurza  się  parokrotnie  w  ciekłej  mazie  ceramicznej,  szybko
utwardzającej  się.  Następnie  zespół  modelowy  otoczony  skorupą  ceramiczną  umieszcza  się
w skrzynce formierskiej, obsypując masą wypełniającą. Modele usuwa się przez wytopienie,
po  czym  form  wypala  się  celem  utwardzenia  formy.  Metodą  wytapianych  opłaca  się
stosować do otrzymywania skomplikowanych części, na ogół o niewielkiej masie.

Rys. 36. Przygotowanie i odlewanie metodą wytapianych modeli: a) wykonanie modelu. b) wykonanie

formy,  c)  wytapianie  i  zalewanie  formy.  1)  wzorzec,  2)  półmatryca,  3)  wykonywanie  połówek
matrycy  ze  stopu  ZnAl, 4) gotowa matryca, 5) wypełnienie matrycy masą, 6) model wytapiany,
7) zestaw modeli z układem wlewowym, 8) zanurzenie zestawu w zawiesinie pyłu w krzemianie
etylu,  9)  obsypanie  pyłem  lub  drobnym  piaskiem  i  suszenie,  10)  wytopienie  modeli,
11) wypalanie formy, 12) topienie metalu, 13) zalewanie formy [9].

Do wytwarzania odlewów z metali nieŜelaznych – głównie stopów aluminium i cynku

stosuje się formy metalowe nazywane kokilami (rys. 37). Kokile są formami wielokrotnego
uŜytku w odróŜnieniu od innych form (uŜytek jednorazowy); mogą być zalewane
grawitacyjnie lub pod ciśnieniem.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 37. Schemat kokili: 1, 2, 3) elementy rdzenia dzielonego [8].

Odlewanie ciśnieniowe stosowane jest w produkcji seryjnej. Metal zalewana jest do

formy  pod  ciśnieniem  czasem  dość  znacznym  (ponad  300  MPa),  za  pomocą  pracującej
maszyny  odlewniczej.  Wydajność  pracy  jest  bardzo  duŜa,  a  odlewy  dokładne,  o  gładkich
powierzchniach.  MoŜna  otrzymać  bardzo  cienkie  ścianki  –  nawet  poniŜej  l  mm.  Odlewanie
ciśnieniowe  jest  podstawowym  sposobem  otrzymywania  odlewów  ze  stopów  aluminium
i cynku  w  przemyśle  motoryzacyjnym.  Znamy  wiele  rodzajów  odlewniczych  maszyn
ciśnieniowych;  na  rys.  38  przykładowo  jest  pokazany  schemat  maszyny  z  „zimną  komorą”
ciśnienia.  Metal  zostaje  wlany  do  komory  l,  skąd  tłok  2  wtłacza  go  do  formy  3.  Cykl  pracy
maszyny obejmuje ponadto otwarcie formy i wypchnięcie gotowego odlewu.

Na koniec wspomnimy o odlewaniu w formach wirujących. MoŜe to być odlewanie

odśrodkowe (rys. 39a), odpowiednie dla części typu tuleja, rura lub pierścień. Forma jest tu
zwykle metalowa i odtwarza jedynie zewnętrzną powierzchnię odlewu; wnętrze odlewu jest
ograniczone swobodną powierzchnią ciekłego metalu. Oś wirującej formy moŜe być pozioma
(odlewanie długich rur) lub pionowa (odlewanie krótkich tulei lub pierścieni). Sposób ten jest
teŜ stosowany do wylewania duŜych panewek łoŜyskowych.

Rys. 38. Zasada odlewania w ciśnieniowej maszynie odlewniczej: 1) „.zimna” komora maszyny, 2) tłok,

3) forma [8].

Odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym (rys. 39 b) odbywa się w normalnych formach

piaskowych  ukształtowanych  w  ten  sposób,  Ŝe  centralny  wlew  leŜy  na  pionowej  osi
wirowania,  a  na  obwodzie  formy  znajdują  się  wnęki  formierskie.  W  ten  sposób  odlewa  się
zwykle  kilka  części  w  jednej  formie.  Ciśnienie  wywołane  silą  odśrodkową  zapewnia  lepsze
wypełnienie formy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Rys. 39. Odlewanie w formach wirujących: a) odśrodkowe w formie metalowej, b) pod ciśnieniem

odśrodkowym w formie piaskowej [8].

Bezpieczeństwo i higiena pracy w odlewnictwie

W odlewni występują liczne zagroŜenia zdrowia, a nawet Ŝycia ludzkiego. NajwaŜniejsze

z nich to:

−

znaczny stopień zapylenia i nasycenia powietrza szkodliwymi substancjami,

−

wysoka temperatura i moŜliwość wyprysków ciekłego metalu,

−

duŜy hałas, szczególnie przy oczyszczaniu i wybijaniu odlewów,

−

znaczny wysiłek fizyczny konieczny w niektórych pracach (np. przy formowaniu
ręcznym lub ręcznym wybijaniu form).

W związku z tym wiele prac w odlewni nie moŜe być wykonywanych przez

młodocianych (poniŜej 18 roku Ŝycia), a takŜe przez kobiety; dotyczy to szczególnie prac
wymagających znacznego wysiłku. Na ten temat obowiązują liczne szczegółowe przepisy,
które średni personel techniczny musi dobrze znać i bezwzględnie ich przestrzegać.

Zanieczyszczenie powietrza w odlewni naleŜy często kontrolować, a urządzenia

wentylacyjne i odpylające muszą być zawsze sprawne, Od ich stanu w znacznej mierze
zaleŜy poziom bhp w odlewni.

Do prac odlewniczych niezbędne są środki ochrony osobistej:

−

ubrania ochronne (fartuchy, kapelusze i kaptury, rękawice) skórzane i azbestowe oraz
okulary ochronne (obsługa pieców do topienia metalu, zalewanie form),

−

nauszniki lub wkładki dla ochrony przed hałasem (formowanie mechaniczne, wybijanie
form, oczyszczanie odlewów),

−

hełmy ochronne (transport suwnicami, obsługa urządzeń do ładowania wsadu).
WaŜną rolę, szczególnie przy formowaniu ręcznym, odgrywa właściwe oświetlenie,

które stale musi być utrzymywane w dobrym stanie technicznym.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie są etapy procesu wytwarzania odlewów w formach piaskowych.
2.  Jakie materiały stosujemy do wyrobu mas formierskich?
3.  Jakie znasz rodzaje formowania?
4.  Do czego słuŜą rdzenie?
5.  Jakie surowce stosujemy na odlewy?
6.  Czym charakteryzuje się urządzenia do topienia wsadu?
7.  Jakie znacz specjalne metody wytwarzania odlewów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Ustal kolejność czynności podczas wykonywania form odlewniczych piaskowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  rozpoznać dokumentację rysunkową odlewu,
2)  zaplanować kolejność czynności podczas wykonywaniu formy piaskowej,
3)  uwzględnić wielkości produkcji, sposób formowania rdzeni, układu wlewowego,
4)  dokonać zapisu ustaleń,
5)  zaprezentować wykonane ćwiczenie.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

dokumentacja rysunkowa odlewu,

–

foliogramy, filmy dydaktyczne,

–

literatura.

Ćwiczenie 2

Ustal sposób usunięcia utwardzeń i napręŜeń cieplnych w odlewach Ŝeliwnych

utrudniających ich obróbkę skrawaniem.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)  rozpoznać podstawowe wady odlewnicze,
2)  określić czynniki powodujące utwardzenie odlewu,
3)  rozróŜnić czynniki mające wpływ na napręŜenia w odlewie,
4)  określić sposób usunięcia wady,
5)  zaprezentować wykonane ćwiczenie,
6)  zapisać wyniki przeprowadzonego ćwiczenia.

WyposaŜenie stanowiska pracy:

–

foliogramy, filmy dydaktyczne,

–

literatura.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) scharakteryzować etapy procesu wytwarzania procesu?

2) rozróŜnić materiały stosowane na masy formierskie?

3) scharakteryzować metody formowania?

4) zidentyfikować surowce stosowane na odlewy?

5) rozróŜnić specjalne metody wytwarzania odlewów?

6) rozróŜnić wady odlewów?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

nstrukcja dla ucznia

1.  Przeczytaj uwaŜnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.  Test  zawiera  20  zadań.  Do  kaŜdego  zadania  podane  są  cztery  moŜliwe  odpowiedzi,

z których tylko jedna jest prawidłowa.

5. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce

znak X. W przypadku pomyłki naleŜy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6. Zadania wymagające prostych obliczeń, powinieneś wykonać przed wskazaniem

poprawnego wyniku. Wskazanie odpowiedzi nawet poprawnej bez uzasadnienia, nie
będzie uznane.

7. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
8. Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóŜ jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

9. Na rozwiązanie testu masz 45 minut.

Powodzenia

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Ulepszanie cieplne polega na przeprowadzeniu procesu

a)  nawęglania i odpuszczania.
b)  azotowania i odpuszczania.
c)  hartowania i odpuszczania.
d)  wygrzewania.

2. Minimalna zawartość węgla w stali niestopowej umoŜliwiająca jej zahartowanie wynosi

a)  0,25%C.
b)  0,30%C.
c)  0,40%C.
d)  0,10%C.

3. Perlitem nazywamy

a) drobnoziarnistą mieszaninę ferrytu i cementytu.
b) roztwór stały węgla w Ŝelazie

c) węglik Ŝelaza.
d) mieszaninę cementytu i austenitu.

4. Hartowanie powierzchniowe polega na nagrzaniu

a)  materiału na wskroś a następnie szybkim schłodzeniu.
b)  powierzchni materiału do właściwej temperatury i szybkim chłodzeniu.
c)  materiału na wskroś i powolnemu schłodzeniu.
d)  powierzchni materiału do właściwej temperatury i powolnym chłodzeniu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. Zasadniczym celem odpuszczania jest

a)  zmniejszenie napręŜeń, kruchości i twardości stali.
b)  zlikwidowanie napręŜeń wewnętrznych stali.
c)  ujednolicenie struktury stali.
d)  zwiększenie twardości.

6. Celem nawęglania stali jest

a) zwiększenie zawartości węgla w warstwie wierzchniej stali o małej zawartości węgla

(poniŜej 0,25%C).

b) zwiększenie zawartości węgla w całym przedmiotu wykonanym ze stali o małej

zawartości węgla (poniŜej 0,25%C).

c) usunięcie węgla z powierzchni stali.
d) uzyskanie twardej odpornej na ścieranie powierzchni przy zachowaniu dobrej

plastyczności rdzenia.

7. Cyjanowanie to proces

a)  nawęglania.
b)  azotowania.
c)  nawęglania z jednoczesnym azotowaniem.
d)  aluminiowania.

8. Uzyskanie struktury drobnoziarnistej moŜliwe jest podczas wyŜarzania

a)  zmiękczającego
b)  rekrystalizującego
c)  normalizującego
d)  odpręŜającego.

9. Zabieg cieplny, w wyniku, którego powstaje w stali struktura zwana martenzytem to

a)  odpuszczanie.
b)  wyŜarzanie zupełne.
c)  hartowanie.
d)  wyŜarzanie rekrystalizujące.

10. Zabieg cieplny celem, którego jest usunięcie napręŜeń hartowniczych nazywamy

a)  wyŜarzaniem ujednoradniającym
b)  odpuszczaniem.
c)  aluminiowaniem.
d)  wyŜarzaniem odpręŜającym.

11. Modele wykonane z parafiny stosuje się przy odlewaniu

a)  odśrodkowym.
b)  w formach skorupowych.
c)  według metody wytapianych modeli.
d)  w formach metalowych.

12. Podstawowym składnikiem masy formierskiej jest

a)  torf.
b)  piasek.
c)  Ŝwir.
d)  glina.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13. Rdzeń odlewniczy stosuje się w formie odlewniczej w celu

a)  odtworzenia wewnętrznych kształtów odlewów.
b)  odtworzenia zewnętrznych kształtów odlewów.
c)  zmniejszenia objętości odlewów.
d)  doprowadzeniu metalu do formy.

14. Formy metalowe stosuje się przy odlewaniu

a)  kokilowym.
b)  w formach skorupowych.
c)  w formach wirujących.
d)  precyzyjnym.

15. Proces obróbki plastycznej, w którym trwałe odkształcenie materiału uzyskuje się wskutek

zgniatania go przez uderzanie młota, naciskiem prasy lub walców nazywa się
a)  walcowaniem.
b)  ciągnieniem.
c)  kuciem .
d)  tłoczeniem.

16. Pręty, kształtowniki oraz blachy powstają w wyniku

a)  kucia swobodnego.
b)  kucia matrycowego.
c)  walcowania.
d)  tłoczenia.

17. Tłoczenie to proces obróbki plastycznej na zimno i gorąco obejmujący operacje

a)  cięcia i kształtowania.
b)  wyciskania.
c)  kucia swobodnego.
d)  walcowania.

18. PoŜądane właściwości materiału na odlewy to

a)  plastyczność.
b)  tłoczność.
c)  lejność i skurcz odlewniczy.
d)  kowalność.

19. Ciągnienie stosowane jest przy produkcji

a)  odkuwek.
b)  drutów.
c)  kęsów.
d)  kształtowników.

20. Produkt powstający w wyniku krzepnięcia ciekłego metalu w formie to

a)  odkuwka.
b)  walcówka.
c)  odlew.
d)  wytłoczka.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko ...............................................................................

RozróŜnianie cech charakterystycznych obróbki cieplnej, cieplno-
chemicznej, plastycznej i odlewnictwa

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Numer

zadania

Odpowiedź

Punktacja

Razem: