• Obróbka cieplna cz. I
• Obróbka cieplna cz. I
• Obróbka cieplna cz. I
• Obróbka cieplna cz. I
przemiana
alotropowa
Repetytorium
+ Fe
3
C
III
+ Fe
3
C
III
eutectoidal
transformation
Repetytorium
Wpływ zawarto
ś
ci w
ę
gla
na wła
ś
ciwo
ś
ci stali
2
Repetytorium
(wła
ś
ciwo
ś
ci austenitu podano dla stali wysokostopowej,
dla której jest on trwały w temperaturze pokojowej)
HB
HB
R
m
3
10
4
,
3
≅≅≅≅
≅≅≅≅
m
e
R
R
65
,
0
≅≅≅≅
]
[
)
.
(%
650
300
MPa
C
wag
R
m
⋅⋅⋅⋅
××××
++++
≅≅≅≅
(dla stali przedeutektoidalnych)
(R. Haimann)
Fe
α
αα
α
Fe
3
C
ferryt
austenit
stopowy
perlit
płytkowy
R
m
[MPa]
245
-
300
∼∼∼∼
750
800
R
e
(R
0,2
) [MPa]
137
-
150
∼∼∼∼
300
500
A
10
[%]
50
-
40
∼∼∼∼
50
8
÷÷÷÷
10
HB
75
800
90
∼∼∼∼
200
200
÷÷÷÷
260
PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ (na przykładzie stopów
ż
elaza)
OC – proces technologiczny obejmuj
ą
cy zespół operacji, np. grzanie, chłodzenie materiałów
w stanie stałym,
- wynikiem OC s
ą
zmiany struktury a wi
ę
c wła
ś
ciwo
ś
ci materiału, np. stali.
Teoretyczne podstawy OC s
ą
nauk
ą
o przemianach zachodz
ą
cych w materiałach wskutek:
- zmiany temperatury, czasem równie
ż
ci
ś
nienia,
- wpływie szybko
ś
ci grzania i chłodzenia na mechanizmy i kinetyk
ę
tych przemian,
(+ -)
(L.A. Dobrza
ń
ski)
( -)
Schemat zabiegów OC
(L.A. Dobrza
ń
ski)
(gwałtowny rozwój)
(-+)
(L.A. Dobrza
ń
ski)
(gwałtowny rozwój)
(-+)
(L.A. Dobrza
ń
ski)
E
n
e
rg
ia
s
w
o
b
o
d
n
a
F
Przemiana dyfuzyjna
perlit
⇒
⇒
⇒
⇒
austenit
a) konieczne przegrzanie o
∆∆∆∆
T dla uzyskania nap
ę
dzaj
ą
cej przemian
ę
∆∆∆∆
F,
(nazywana
austenityzowaniem
)
Celem austenityzowania jest zwykle otrzymanie
jednorodnego
oraz
drobnoziarnistego
austenitu co wpływa z kolei na przebieg przemian podczas chłodzenia.
(+)
A
1
A
c1
austenit
perlit
Temperatura
E
n
e
rg
ia
s
w
o
b
o
d
n
a
F
∆∆∆∆
F
(
αααα
p
+ Fe
3
C)
⇒
⇒
⇒
⇒
γγγγ
S
727°C
∆∆∆∆
T
0,02 %C
6,67 %C
0,77 %C
b) powstanie zarodków austenitu na granicy mi
ę
dzyfazowej,
c) ro
ś
ni
ę
cie zarodków
⇒
ziarna austenitu niejednorodnego,
d) ujednorodnienie ziaren austenitu,
(+)
(R. Haimann)
●
na szybko
ść
przemiany (w warunkach grzania ci
ą
głego) wpływa:
- szybko
ść
nagrzewania
→
warto
ść
przegrzania
∆∆∆∆
T
→
szybko
ść
dyfuzji atomów C
- budowa perlitu,
- tym szybciej im drobniejsze płytki w perlicie,
- najwolniej gdy cementyt kulkowy,
w stalach nieeutektoidalnych austenityzowanie ko
ń
czy si
ę
w wy
ż
szych temperaturach (musz
ą
ulec rozpuszczeniu
fazy przyeeutektoidalne -ferryt lub Fe
3
C
II
)
(+)
wykres dla stali eutektoidalnej
Samorzutny proces rozrostu ziaren austenitu
●
pocz
ą
tkowo po przemianie ziarna s
ą
bardzo drobne (du
ż
a LZ
←
b. du
ż
a pow. zarodkowania),
●
zwi
ę
kszenie temperatury lub czasu wygrzewania
→
rozrost ziaren
●
stale gruboziarniste
– skłonne do rozrostu ziaren natychmiast (ju
ż
w
γγγγ
niejednorodnym),
●
stale drobnoziarniste
– drobne wydzielenia innych faz hamuj
ą
rozrost ziaren (teoria barier)
(ruch granic dopiero po rozpuszczeniu lub koagulacji tych faz),
(+!)
(R. Haimann)
stale gruboziarniste
stale drobnoziarniste
- niestopowe (specjalnie uspokojone)
(np. tlenki, azotki Al)
- stopowe (dodatki lub mikrododatki)
(np. w
ę
gliki Ti, V, W)
Przemiana dyfuzyjna
austenit
⇒
⇒
⇒
⇒
perlit
●
przemiana eutektoidalna przechłodzonego austenitu
- izotermiczne wygrzewanie w temp. A
r1
= A
1
-
∆∆∆∆
T
(przechłodzenie stałe),
- ci
ą
głe chłodzenie (nieprzerwany wzrost przechłodzenia),
●
zarodki dwufazowe (na granicach ziaren austenitu) ale nie obie fazy jednocze
ś
nie
(uwa
ż
a si
ę
,
ż
e pierwszy zarodkuje Fe
3
C co ułatwia zarodkowanie ferrytu itd.)
,
γγγγ
0,77
→
→
→
→
(
α
0,02
+Fe
3
C
6,67
)
●
ro
ś
ni
ę
cie zarodka
→
płytkowa kolonia perlitu
- wzrost kolonii perlitu jest ró
ż
ny w kierunku
czołowym i bocznym (Mehl)
●
budowa płytkowa, gdy
ż
zapewnia
(+!)
●
budowa płytkowa, gdy
ż
zapewnia
najwi
ę
ksz
ą
szybko
ść
przemiany
,
- pó
ź
niejsze wy
ż
arzanie
→
sferoidyzacja Fe
3
C,
(R. Haimann)
Ró
ż
nie zorientowane kolonie perlitu w stali eutektoidalnej, trawione Mi1Fe
(A. Krajczyk)
Kinetyka przemiany austenit
→
→
→
→
perlit (przy
∆
T = const)
●
krzywa kinetyki przemiany
- charakterystyczny kształt litery S,
- wyst
ę
puje okres inkubacji,
- chwilowa szybko
ść
przemiany zale
ż
y od
stopnia zaawansowania przemiany,
●
szybko
ść
przemiany v = f (
∆∆∆∆
T) ,
dla danego
∆∆∆∆
T jest okre
ś
lana umownie
w punkcie przegi
ę
cia krzywej (maksymalna),
- wykazuje maksimum przy
∆∆∆∆
T
≅≅≅≅
175 K,
- pó
ź
niej maleje z powodu utrudnie
ń
w dyfuzji C,
k
v
∆∆∆∆
T = const
∼∼∼∼
550
°
C
= 727
°
C
(+!)
v
p
p
k
Krzywe kinetyki przemiany perlitycznej
dla ró
ż
nych przechłodze
ń
(ka
ż
da w warunkach izotermicznych)
(R. Haimann)
v
0
Wykres izotermicznej przemiany austenitu - CTPi
p
k
⇐
Perlit grubopłytkowy
⇐
Perlit drobnopłytkowy
⇐
⇐
⇐
⇐
bainit górny
←
←
←
←
sorbit hartowania (płytki widoczne przy pow. ok. 500x)
←
troostyt hartowania (płytki niewidoczne pod
mikroskopem optycznym)
krzywa chłodzenia
T
m
●
dyfuzyjna przemiana perlityczna od temperatury A
r1
do T
m
(
∆
T
≅
175 K)
⇒
mieszanina płytkowa
- odległo
ść
mi
ę
dzy płytkami od 1,0 do 0,1
µ
m,
- płytki ferrytu około 7 razy grubsze od płytek cementytu,
(+!!!)
CTPi dla stali eutektoidalnej (0,77 %C)
⇐
⇐
⇐
⇐
bainit górny
⇐
⇐
⇐
⇐
bainit dolny
⇐
⇐
⇐
⇐
martenzyt
(R. Haimann)
Wpływ szybko
ś
ci chłodzenia (przechłodzenia) na wła
ś
ciwo
ś
ci perlitu
• im wi
ę
ksze przechłodzenie
∆∆∆∆
T tym mniejsza odległo
ść
mi
ę
dzypłytkowa (s) w perlicie
R
p 0,2
= -85,9 + 8,3 s
-1/2
600
700
800
900
cementyt
R
p 0,2
MPa
(+)
s
50
500
70
90
110
130
ferryt
s
-1/2
, mm
-1/2
Ś
rednia
odległo
ść
mi
ę
dzypłytkowa
s [
µ
m]
0,6-1,0
0,25-0,30
0,10-0,15
Twardo
ść
HB
180-250
250-350
350-450
(B. Ku
ź
nicka)
Przemiana perlityczna w stalach nieeutektoidalnych
●
w stopach nieeutektoidalnych, w warunkach nierównowagi (znaczne
przechłodzenia) tworzy si
ę
perlit drobnopłytkowy o zawarto
ś
ci w
ę
gla
odbiegaj
ą
cej od 0,77% nazywany
quasi-eutektoidem
(
quasi-perlitem
),
●
po przechłodzeniu do temp.
T
q
nawet w stalach o małej zawarto
ś
ci C
powstaje sam drobnopłytkowy quasi-perlit (twardy i nieci
ą
gliwy),
●
zjawisko sztucznego zwi
ę
kszania udziału perlitu w strukturze
wykorzystywane jest, np. w niskow
ę
glowych spawalnych stalach
konstrukcyjnych (przy
ś
pieszone chłodzenie austenitu na powietrzu),
II
(+!!!)
●
w stalach zaeutektoidalnych zjawisko to mo
ż
na wykorzysta
ć
do likwidacji Fe
3
C
II
ale tracimy np. na skrawalno
ś
ci,
CTPi dla stali przedeutektoidalnej
CTPi dla stali zaeutektoidalnej
quasi-eutektoid
T
q
Obszar quasi-eutektoidu w zale
ż
no
ś
ci
od przechłodzenia przed przemian
ą
perlityczn
ą
.
T
q
T
q
(R. Haimann)
CTPi – warunki izotermiczne
CTPc – chłodzenie ci
ą
głe
(L.A. Dobrza
ń
ski)
(+)
(R. Haimann)
Wykres CTPc stali niestopowej (0,35% C)
twardo
ść
HV
Cechy przemiany perlitycznej w warunkach nierównowagi:
●
przemiana dyfuzyjna (
∆
T
→
zarodek
→
ro
ś
ni
ę
cie zarodka)
●
wykazuje okres inkubacji, w którym nast
ę
puje wst
ę
pna dyfuzja w
ę
gla w austenicie,
●
produktem przemiany jest płytkowa mieszanina ferrytu i cementytu,
●
zarodki perlitu powstaj
ą
na granicach ziaren austenitu i wrastaj
ą
w metastabilny austenit,
●
mo
ż
e zachodzi
ć
w warunkach izotermicznych oraz podczas ci
ą
głego chłodzenia,
(+)
●
mo
ż
e zachodzi
ć
w warunkach izotermicznych oraz podczas ci
ą
głego chłodzenia,
●
przebiega do ko
ń
ca,
●
im wi
ę
ksze przechłodzenie, tym drobniejsze płytki perlitu,
●
w stopach nieeutektoidalnych – quasi-eutektoid o zawarto
ś
ci w
ę
gla ró
ż
nej od 0,77%,
(płytkowa mieszanina zajmuje wi
ę
ksz
ą
obj
ę
to
ść
w strukturze ni
ż
w warunkach równowagi)