Ocena zagrożeń przy obróbce cieplnej i cieplno-chemicznej

OBRÓBKA CIEPLNA

Obróbka materiałów metalowych polegająca na

odpowiednim nagrzewaniu,

wygrzewaniu i chłodzeniu do żądanych temperatur i

z określoną szybkością, w celu zmiany

własności stopu w stanie stałym. Celem

stosowania operacji i zabiegów obróbki cieplnej jest

np. zmiana własności mechanicznych i plastycznych

poprzez zmianę struktury. Operacje te przeprowadza

się również z zastosowaniem dodatkowych

czynników np. obróbki mechanicznej lub chemicznej.

Podstawowymi parametrami, które decydują o

przemianach fazowych są: szybkość nagrzewania,

temperatura wygrzewania, czas nagrzewania,

wygrzewania i chłodzenia oraz szybkość chłodzenia w

zależności od temperatury wygrzewania. Nagrzewanie

i chłodzenie materiału może przebiegać w sposób

ciągły lub stopniowy. Podczas nagrzewania

stopniowego rozróżnia się: podgrzewanie,

nagrzewanie do temperatury pośredniej i

dogrzewanie, nagrzewanie do temperatury

wygrzewania. Podobnie podczas chłodzenia

stopniowego wyróżniamy pojęcia: podchładzanie,

chłodzenie do temperatury pośredniej oraz

wychładzanie - chłodzenie do temperatury końcowej.

Chłodzenie powolne (w piecu, spokojnym powietrzu)

nazywamy studzeniem, natomiast chłodzenie szybkie

(w wodzie, oleju) nazywamy oziębianiem. Ochłodzenie

i trzymanie materiału w temperaturze poniżej 0st

nazywamy wymrażaniem.

PRZEMIANY FAZOWE PODCZAS

OBRÓBKI CIEPLNEJ

• przemiana austenityczna
• przemiany podczas chłodzenia
• przemiana perlityczna
• przemiana bainityczna
• przemiana martenzytyczna
• przemiany podczas odpuszczania

PROCESY OBRÓBKI

CIEPLNEJ

Wyżarzanie - to zabiegi cieplne, których celem

jest uzyskanie struktury w obrabianym materiale

zbliżonej do stanu równowagi termodynamicznej.

Wyżarzanie polega na nagrzaniu materiału do

określonej temperatury, wygrzaniu w tej

temperaturze i chłodzeniu z odpowiednią

szybkością. Ze względu na temperaturę, w której

wyżarzanie przebiega, dzieli się je na wyżarzanie:

z przekrystalizowaniem i bez

przekrystalizowania.

Hartowanie polega na nagrzaniu stali do
temperatury austenityzowania, krótkim wygrzaniu w
tej temperaturze i oziębieniu z szybkością
umożliwiającą uzyskanie struktury martenzytycznej
lub bainitycznej. Podczas hartowania stali
niestopowych oraz stali niskostopowych materiał
nagrzewamy do temperatury 30-50C powyżej linii
GSK. Natomiast stale wysokostopowe (nierdzewne,
szybkotnące) nagrzewamy do temperatur znacznie
wyższych (1100-1200C) w celu rozpuszczenia się w
austenicie węglików i maksymalnego nasycenia
roztworu stałego pierwiastkami stopowymi.
W zależności od sposobu chłodzenia wyróżnia się
hartowanie zwykłe (ciągłe), stopniowe oraz z
przemianą izotermiczną.

Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do
temperatury powyżej granicznej rozpuszczalności
drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i
szybkim chłodzeniu w celu zatrzymania
rozpuszczonego składnika w roztworze stałym. W
wyniku przesycania poprawia-ją się właściwości
plastyczne natomiast zmniejsza się wytrzymałość i
twardość. Przesycanie jest szeroko stosowane do
stali Cr-Ni o strukturze austenitycznej w celu
rozpuszczenia węglików i uzyskania jednorodnej
struktury austenitycznej, co zwiększa odporność na
korozję międzykrystaliczną oraz do uszlachetniania
wysokostopowych stali żarowytrzymałych i stali o
specjalnych właściwościach magnetycznych.

Starzenie polega na nagrzaniu stopu uprzednio
przesyconego do temperatury poniżej granicznej
rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej
temperaturze i powolnym chłodzeniu. Podczas procesu z
roztworu przesyconego wydziela się składnik znajdujący się
w nadmiarze w postaci drobnodyspersyjnych faz. Jeżeli
proces starzenia zachodzi w temperaturze pokojowej to nosi
nazwę starzenia samorzutnego lub naturalnego. Starzenie
powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i
twardości oraz pogorszenie plastyczności.
Połączone procesy przesycania i starzenia określa się
wspólną nazwą utwardzanie wydzieleniowe. Utwardzaniu
wydzieleniowemu poddawane są stopy charakteryzujące się
zmienną rozpuszczalnością jednego ze składników w stanie
stałym i ma zastosowanie do umacniania metali
nieżelaznych oraz stopowych stali austenitycznych i
ferrytycznych.

OBRÓBKA CIEPLNO-CHEMICZNA

Obróbka podczas której zmiany strukturalne

materiału uzyskiwane są nie tylko za pomocą

zabiegów cieplnych, ale również celowo

spowodowanym działaniem chemicznym

ośrodka, w którym przedmiot się wygrzewa.

Do obróbki cieplno-chemicznej zalicza się

m.in.: nawęglanie, azotowanie,

aluminiowanie, naborowywanie, nachromowy

wanie, nakrzemowywanie, nasiarczanie.

RODZAJE OBRÓBKI CIEPLNO-

CHEMICZNEJ

Ogólnie dzieli się na:

•dyfuzyjne nasycanie niemetalami (nawęglanie,

azotowanie, utlenianie, siarkowanie,

borowanie, krzemowanie),

•dyfuzyjne nasycanie metalami (aluminiowanie,

chromowanie, cynkowanie,

tytanowanie),

• dyfuzyjne nasycanie wieloskładnikowe

(węgloazotowanie, węglotytanowanie

siarkowęgloazotowanie).

Do ważniejszych rodzajów obróbki cieplno-
chemicznej należą: nawęglanie, azotowanie i
cyjanowanie, czyli węglo-azotowanie.
Nawęglanie, zwane również cementowaniem,
polega na wzbogacaniu powierzchniowej warstwy
przedmiotu w węgiel, zwykle na głębokość 0,5 ÷
2 mm, przez dłuższe wygrzewanie w
temperaturze 890÷930°C, w ośrodku
wydzielającym węgiel. Nawęglanie stosuje się do
przedmiotów stalowych o zawartości węgla do
0,25%. Znalazło ono szerokie zastosowanie w
budowie maszyn podczas produkcji kół zębatych,
tulei, osi, czopów, wałów korbowych, wałów
rozrządu itp.

Azotowanie polega na nasyceniu warstwy
powierzchniowej przedmiotu azotem. Przedmioty
azotowane umieszcza się w szczelnie zamkniętej
komorze pieca, do której doprowadza się suchy
amoniak (NH

) rozkładający się pod wpływem

wysokiej temperatury (500 ÷ 850°C) na azot i
wodór. Azot w stanie atomowym jest
absorbowany przez stal, tworząc trwałe azotki
żelaza, glinu i innych składników stopowych.

• Cyjanowanie polega na nasyceniu powierzchni
przedmiotów stalowych jednocześnie węglem i azotem
w temperaturze 500 ÷ 950° C. Po zahartowaniu i
odpuszczeniu zyskuje się twardą i odporną na ścieranie
warstwę powierzchniową.
W zależności od rodzaju ośrodka wydzielającego węgiel i
azot rozróżnia się cyjanowanie kąpielowe i gazowe.
Głównymi zaletami cyjanowania są: skrócenie czasu
procesu w stosunku do czasu nawęglania, uzyskanie
bardzo twardych powłok odpornych na ścieranie,
stosunkowo niska temperatura procesu.
Do ważniejszych wad cyjanowania zalicza się:
niebezpieczeństwo zatrucia pracowników parami soli
cyjanowych oraz konieczność częstego kontrolowania
składu, kąpieli.

• ruchome elementy obsługiwanych

maszyn, w szczególności:
- obracające się głowice frezarskie lub
rewolwerowe, uchwyty tokarskie,
wrzeciona, śruby, wały, itp.,
- miejsca zbiegania się obracających
elementów maszyn, np. koła zębate,
koła cierne, koła pasowe, koła
łańcuchowe, itp.,
- narzędzia poruszające się ruchem
prostoliniowym, np.: piły ramowe i
taśmowe,

• przemieszczające się elementy

maszyn, przemieszczane przedmioty,
np.: suport maszyn (strugarki
porzeczne, tokarki, itp.), ruchome
stoły maszyn (frezarki, strugarki,
szlifierki, itp.),
ostre, wystające i chropowate
elementy maszyn, np.: elementy
konstrukcyjne maszyn, narzędzia,
wióry, zadziory na obrabianych
przedmiotach, itp.,

• ostre, wystające i chropowate

elementy maszyn, np.: elementy
konstrukcyjne maszyn, narzędzia,
wióry, zadziory na obrabianych
przedmiotach, itp.,

• spadające elementy maszyn, np.:

ciężkie obrabiane przedmioty,
uchwyty, imadła, konik, itp.,

• śliskie i nierówne powierzchnie wokół

maszyn (np.: w skutek rozprysku lub
rozlania się płynów technologicznych
(oleje, płyny chłodzące, itp.),
powierzchnie gorące lub zimne
( gorące powierzchnie, części maszyn
i obrabianych przedmiotów, gorącą
wodę, płyn chłodzący, olej i parę),

• wyrzut obrabianych elementów lub

narzędzi podczas skrawania metali
np. wiórów odprysków, przedmiotów
obrabianych, uszkodzonych narzędzi

• zagrożenia związane z porażeniem

prądem elektrycznym

• mikroklimat (głównie wysoka lub

niska temperatura)

IDENTYFIKACJA ZAGROŻEŃ PRZY

OBRÓBCE CIEPLNEJ I

CIEPLNOCHEMICZNEJ

• płomień
• promieniowanie podczerwone

(cieplne)

• rozpryski płynnego metalu, gorący

żużel, odpryski gorącego metalu

• kontakt z gorącymi przedmiotami
• łuk elektryczny

OCENA ZAGROŻEŃ PRZY

OBRÓBCE CIEPLNEJ I CIEPLNO-

CHEMICZNEJ

• na „gorących” stanowiskach pracy

wyposażonych w źródła intensywnego
promieniowania termicznego występują
zagrożenia zdrowia ze strony
promieniowania optycznego oraz często
zagrożenia mechaniczne (wywołane np.:
odpryskami stopionego metalu i żużlu),
iskrami oraz bezpośrednim kontaktem z
płomieniem.

• stanowiska gorące występują m.in. w

hutach metali i szkła, odlewniach,
walcowniach, przy piecach hartowniczych i
obrotowych w cementowniach, przy
wysokotemperaturowych piecach
laboratoryjnych. Zagrożenia termiczne są
przyczyną oparzeń gałki ocznej i mogą
wywołać kataraktę. Zagrożenia termiczno-
mechaniczne mogą prowadzić do urazów
gałki ocznej lub wniknięcia do niej ciała
obcego,

• podstawową funkcją sprzętu

ochrony oczu i twarz chroniącego
przed czynnikami termicznymi
jest ochrona oczu i twarzy przed:

• gorącymi odpryskami ciał stałych

(metali, szkła itp.)
-rozbryzgami stopionych metali;
-intensywnym promieniowaniem
cieplnym;

Skutki oddziaływania na

pracownika

Skutkami długotrwałej pracy bez użycia
środków ochronnych mogą być:
uszkodzenia gałki ocznej, oparzenia,
oraz choroby takie jak żelazica i
miedzica które są rodzajami pylicy płuc,
powstają w skutek długotrwałego
wdychania tlenku żelaza.

SPOSOBY

PRZECIWDZIAŁAŃ

• wyżarzanie jest zabieganiem cieplnym polegającym na nagrzaniu

do odpowiedniej temperatury, wygrzaniu go w tej temperaturze i
chłodzeniu do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia po
wyżarzaniu w temperaturze wyższej do temperatury przemian
powinna być niewielka.

• wyżarzanie ujednorodniające (homogenizacja) najczęściej jest

stosowane do wlewów ze stali stopowych, które po odlaniu
wykazują niejednorodność składu chemicznego powstałą podczas
krzepnięcia stali.

• wyżarzanie normalizujące ma na celu otrzymanie równomierniej

budowy drobnoziarnistej , która zapewnia lepsze właściwości
mechaniczne niż gruboziarniste.

• wyżarzanie zmiękczające stosuje się głównie do tych stali , w

których występują duże kryształy cementytu w perlicie oraz siatka
cementytu otaczająca pierwotne ziarna austenitu.

• wyżarzanie odprężające stosuje sie w celu

usunięcia lub zmniejszania naprężeń własnych

powstałych w materiale wskutek zgrubnej obróbki

skrawaniem, odlewania, spawania lub obróbki

plastycznej odbywającej sie w temperaturze niższej

od temperatury na zimno.

• hartowanie jest zabiegiem cieplnym polegającym

na grzaniu stali do temperatury wyższej o około 30 C

do temperatury zmiany A3, wygrzaniu jej w tej

temperaturze.

• hartowanie powierzchniowe polega na

nagrzewaniu materiału do właściwej temperatury

tylko jego powierzchni. Rdzeń materiału nie jest

nagrzewany, zatem podczas obróbki nie zmienia

swych właściwości. Zależnie od sposobu nagrzewania

rozróżnia się hartowanie powierzchniowe:

płomieniowe, indukcyjne i kąpielowe.

• odpuszczanie do przedmiotów ze stali, które

były uprzednio poddane hartowaniu , stosuje sie
jeszcze dalszą obróbkę cieplną. Polega ona na
nagrzaniu hartowanej stali do temperatury
niższej od temperatury przemiany A1wygrzaniu
w tej temperaturze i chłodzeniu najczęściej na
powietrzu, niekiedy w oleju. Zasadniczym celem
wyżarzania odpuszczającego (odpuszczania)
jest zmniejszanie naprężeń w sali hartowanej i
następnie zmniejszanie jej kruchości i twardości
oraz zwiększanie właściwości plastycznej i
sprężystych. Podczas ogrzewania zahartowanej
stali zachodzą w niej zmiany polegające na
powstawaniu nowych faz.

Document Outline