Szkolenie 2010
Dr inż. Ryszard Gorockiewicz
marotii_goro@interia.pl
Szkolenie 2010
Dr inż. Ryszard Gorockiewicz
marotii_goro@interia.pl
Procesy obróbki cieplnej -
nazewnictwo
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
Obróbka cieplna - proces
technologiczny złożony z jednej lub kilku
operacji, w wyniku których zmienia się
właściwości mechaniczne i
fizykochemiczne metali i stopów w
stanie stałym.
Zmiany właściwości wynikają ze zmian
strukturalnych, a te z przemian fazowych
wywołanych działaniem temperatury,
czasu
oraz środowiska.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
Operacja – cykl cieplny złożony z kilku
zabiegów (nagrzewanie, wygrzewanie i
chłodzenie), którego celem jest nagrzanie
(ochłodzenie) wsadu do określonej
temperatury, wygrzaniu (wychłodzeniu) w
tej temperaturze i ochłodzeniu (nagrzaniu)
do temperatury otoczenia.
Schemat operacji złożonej z:
Obróbka cieplna
Podział
Ze względu na obszar
zmian strukturalnych
Objętościowa
Powierzchniowa
Ze względu na czynniki
powodujące zmiany
strukturalne
Zwykła
Działanie temperatury
i czasu
Złożona
Cieplno-chemiczna
Cieplno-plastyczna
Cieplno-magnetyczna
Działanie temperatury,
czasu i środowiska
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
Grzanie
podnoszenie i ewentualnie
utrzymywanie temperatury
pośrednie
wsad uzyskuje ciepło od Źródła
ciepła, którym może być płomień
gazowy lub rozżarzony element grzejny
(wymiana ciepła pomiędzy dwoma
ośrodkami o różnych temperaturach)
bezpośrednie
wykorzystanie zjawiska zamiany energii,
np. elektrycznej w cieplną (nagrzewanie
indukcyjne, elektrostatyczne, katodowe)
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
Rodzaje grzania
Paliwowe Elektryczne
Płomieniowe Kąpielowe Elektrodowe
Elektronowe
Promiennikowe
Indukcyjne
Konwekcyjne Jarzeniowe
Laserowe
Kondukcyjne
Oporowe
Plazmowe
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
Płytami
metalowymi
RODZAJE CH£ODZENIA
Naturalne Wymuszone
Konwekcyjne
W powietrzu Nadmuchowe
Z piecem Pęcherzykowo-konwekcyjne Natryskowe
Masą wsadu Zanurzeniowe
Kondukcyjne
Ośrodki
fluidalne
Roztwory
związków
nieorganicznych
Oleje roślinne
Oleje mineralne
zwykłe
Oleje mineralne
z dodatkami uszla-
chetniającymi
Oleje mineralne
szybkochłodzące
Oleje mineralne
wysokotemperatu-
rowe
Techniczna próżnia
Powietrze
Gazy obojętne
Mieszaniny gazów
obojętnych i
redukujących
Atmosfery
ochronne
Płyty, matryce,
formy (mogą
być chłodzone
wodą
Zimne
Gorące
Olejowe
Rodzaje chłodziw
Ciekłe
Gazowe
Ciała stałe
Roztwory związków
organicznych
Emulsje wodno-
olejowe
Mgła wodna
Woda
Wodne
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
Sposoby wymiany ciepła
Przewodzenie
Unoszenie
Promieniowanie
Przejmowanie ciepła - łączne występowanie
przewodzenia i unoszenia ciepła ewentualnie
promieniowania , np. wymiana ciepła pomiędzy
powierzchnią ciała stałego i stykającym się z nim
płynem.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
PODSTAWOWE OPERACJE
OBRÓBKI CIEPLNEJ ZWYKŁEJ
Wyżarzanie
Hartowanie
Odpuszczanie
Przesycanie
Starzenie
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
WYŻARZANIE
Wyżarzanie to operacja zwykłej obróbki cieplnej
polegająca na nagrzaniu stali do określonej temperatury,
wynikającej z rodzaju wyżarzania, wygrzaniu w tej
temperaturze i wolnym chłodzeniu (studzeniu) w celu
uzyskania struktur zbliżonych do stanu równowagi.
Wyżarzanie – rodzaje
ujednoradnianie
norma
lizują
ce
zupełn
e
niezupełne
odprężanie
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
HARTOWANIE
Hartowaniem nazywamy operację prowadzącą do
powstania struktury martenzytycznej lub bainitycznej.
Hartowanie martenzytyczne polega na nagrzaniu
stali do temperatury austenityzowania, wygrzaniu
w tej temperaturze i chłodzeniu z szybkością
większą od krytycznej.
W czasie hartowania bainitycznego stosuje się
podczas chłodzenia wygrzewanie izotermiczne w
temperaturze wyższej od M
s
aż do zajścia
przemiany na bainit lub stosuje się chłodzenie z
szybkością mniejszą od krytycznej dla stali
wykazujących wyodrębniony obszar bainityczny.
Hartowanie – austenityzowanie
Temperatura
austenityzowania
Ac
3
Ac
1
HARTOWANIE
Objętościowe
Powierzchniowe
Martenzytyczne
Bainityczne
Zwykłe
Stopniowe
Przerywane
Natryskowe
Patentowanie
Z wymrażaniem
Płomieniowe
Indukcyjne
Laserowe
Plazmowe
Bez przetopienia
Z przetopieniem
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
HARTOWNOŚĆ
Hartowność stali - zdolność stali do
utwardzania się w głąb w wyniku
hartowania.
O hartowności stali współdecydują:
utwardzalność,
przehartowalność.
Utwardzalność - podatność stali na
hartowanie, miarą której jest największa
twardość możliwa do uzyskania.
Utwardzalność jest zależna od zawartości
węgla w austenicie i udziału martenzytu w
strukturze (a te zależą od zawartości węgla w
stali i parametrów austenityzowania).
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Przehartowalność - podatność stali na hartowanie,
miarą której jest grubość warstwy zahartowanej.
Na przehartowalność wpływają: stężenie węgla i
pierwiastków stopowych w austenicie; stopień
jednorodności austenitu oraz wielkość jego ziarn
(wielkości te zależą od parametrów
austenityzowania); obecność nie rozpuszczonych
wydzieleń węglików, tlenków i azotków (zależą od
procesów metalurgicznych i parametrów
austenityzowania stali).
O grubości warstwy zahartowanej przedmiotu
decyduje ponadto szybkość chłodzenia (zależy
od intensywności chłodzenia, wymiarów i
kształtu przedmiotu, stopnia upakowania
przedmiotów we wsadzie).
Szybkość chłodzenia musi być większa od tzw.
szybkości krytycznej, która z kolei jest zależna
od składu chemicznego stali.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Pojęcia związane z hartownością:
średnica krytyczna D
n
- średnica pręta, w którym po
zahartowaniu w ośrodku o określonej intensywności
chłodzenia, w osi przekroju poprzecznego uzyskuje się
strukturę złożoną z co najmniej n % martenzytu,
współczynnik intensywności chłodzenia H – wielkość
określająca zdolność chłodzącą ośrodka chłodzącego (dla
wody H=1, dla oleju H=0.25 – 0.45, dla chłodzenia gazowego
H<0.20,
próba Jominie´go – znormalizowania próba hartowania
płaszczem wodnym powierzchni czołowej próbek określonego
kształtu. Dla stali węglowych , nisko- i średniostopowych
stosowana jest próbka walcowa Φ25x100 mm.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
ODPUSZCZANIE
Odpuszczanie polega na nagrzaniu stali zahartowanej do temperatury niższej
od Ac
1
, wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu do temperatury pokojowej.
ODPUSZCZANIE
Niskie
Średnie
Wysokie
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Odpuszczanie niskie - wykonywane jest w
temperaturze 150250
o
C i stosowane głównie dla
narzędzi, sprężyn, sprawdzianów, przedmiotów
hartowanych powierzchniowo. Celem tej operacji jest
usunięcie naprężeń hartowniczych z zachowaniem
dużej twardości, wytrzymałości i odporności na
ścieranie przy minimalnej ciągliwości.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Odpuszczanie średnie - odbywa się w temperaturze
z zakresu 250500
o
C i stosowane jest do sprężyn,
resorów, matryc i innych części maszyn od których
wymaga się znacznej twardości, wytrzymałości i
sprężystości przy dość dobrej ciągliwości.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Odpuszczanie wysokie - odbywa się w
temperaturze z zakresu 500Ac
1
o
C i ma
zastosowanie do elementów maszyn
podlegającym zmiennym obciążeniom, a
zwłaszcza narażonych na uderzenia, np.
koła zębate, wały korbowe, części silników
lotniczych i samochodowych, części
podwozi samochodowych itp., od których
wymaga się dużej ciągliwości i udarności
przy dobrej wytrzymałości i twardości.
Wpływ temperatury odpuszczania na
własności mechaniczne zahartowanej stali o
stężeniu 0,4%C
A%
Z
50
25
12,
5
R
m
Re
A
Z
H
B
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
ODPUSZCZALNOŚĆ STALI – skłonność stali
zahartowanej do utraty twardości w wyniku
odpuszczania w temperaturze 600
o
C.
Kruchość odpuszczania - zmniejszenie się
udarności i/lub podwyższenie temperatury
progu kruchości stali odpuszczanej.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
•
Kruchość odpuszczania I rodzaju -
występuje w stalach odpuszczanych w
temperaturze z zakresu ok. 300
o
C
niezależnie od szybkości chłodzenia po
odpuszczaniu (wiązana jest z rozpadem
austenitu szczątkowego),
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Kruchość odpuszczaniu II rodzaju -
występuje w stalach wolno chłodzonych (z piecem
lub na powietrzu) z temperatury odpuszczania
wyższej od 450
o
C.
(Do kruchości odpuszczania są skłonne stale nisko-
i średniowęglowe zawierające Mn, Cr lub Cr z Ni
albo Cr z Mn, zawierające powyżej 0,001 %P.
Również zanieczyszczenia Sb, As i Sn mogą
powodować tę kruchość. Stale skłonne do
kruchości odpuszczania należy po wysokim
odpuszczaniu chłodzić w oleju lub nawet w wodzie.
Skłonność stali do kruchości odpuszczania
ogranicza dodatek ok. 0,3 % Mo.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
OBRÓBKA PODZEROWA (wymrażanie)
- polega na chłodzeniu stali bezpośrednio
po hartowaniu do temperatury niższej od
0
o
C (nawet do temperatury ciekłego
azotu), wychłodzeniu w tej temperaturze i
następnie podgrzaniu do temperatury
pokojowej.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Szybkości chłodzenia i podgrzewania
powinny być powolne, aby zapobiec
mikropęknięciom detali.
Obróbka umożliwia zmniejszenie udziału
austenitu szczątkowego w strukturze
stali, a przez to wzrost twardości i
stabilizację wymiarów obrabianych
przedmiotów. Stosowana jest do stali o
temperaturze M
f
niższej od 0
o
C.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
PRZESYCANIE
Przesycanie - polega na nagrzaniu stali
austenitycznej lub ferrytycznej, a głównie stopów
metali nieżelaznych, charakteryzujących się
zmienną rozpuszczalnością jednego ze
składników w roztworze stałym, do temperatury
wyższej o ok. 3050
o
C od granicznej
rozpuszczalności wydzielanego składnika w
roztworze stałym, wygrzaniu w tej temperaturze i
następnie szybkim chłodzeniu do temperatury
pokojowej.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Rys. Fragment układu równowagi z ograniczoną, zmienną rozpuszczalnością
składnika B w składniku A.
W wyniku przesycania
uzyskuje się roztwór
stały przesycony,
niezgodny fazowo ze
stanem równowagi.
Twardość i
wytrzymałość stanu
przesyconego są niższe,
lecz wykazuje on
zwiększenie własności
plastycznych.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
STARZENIE
Starzenie polega na nagrzaniu stopu
uprzednio przesyconego do temperatury
niższej od temperatury przesycenia,
wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
W czasie starzenia następuje
wydzielanie w przesyconym roztworze
stałym składnika znajdującego się w
nadmiarze, w postaci faz o wysokiej
dyspersji.
Starzenie powoduje umocnienie,
przejawiające się zwiększeniem
własności wytrzymałościowych i
zmniejszenie własności plastycznych.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej –
nazewnictwo
Rys. Zależność twardości od dyspersji fazy wydzielonej podczas
starzenia
W czasie starzenia
następuje
wydzielanie w
przesyconym
roztworze stałym
składnika
znajdującego się w
nadmiarze, w
postaci faz o
wysokiej dyspersji.
Starzenie powoduje
umocnienie,
przejawiające się
zwiększeniem
własności
wytrzymałościowyc
h i zmniejszeniem
własności
plastycznych.
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej – nazewnictwo
Rys. Wykres wpływu temperatury i czasu starzenia na
twardość stopu
przesyconego
Szkolenia seminaryjne TEAM próżnia
Ryszard Gorockiewicz: Procesy obróbki cieplnej - nazewnictwo
Utwardzanie cieplne - połączenie operacji
hartowania i niskiego odpuszczania.
Ulepszanie cieplne - połączenie operacji
hartowania z odpuszczaniem średnim lub wysokim.
Martempering - hartowanie martenzytyczno-
bainityczne.
Utwardzanie wydzieleniowe - połączenie
operacji przesycania i starzenia.