Obróbka cieplna i cieplno-chemiczna stali

1. Obróbka cieplna

Zabieg wywołujący polepszenie właściwości mechanicznych i fizyczno-chemicznych metali i stopów, spowodowany zmianami struktury w wyniku zmian temperatury, czasu oraz ośrodka. Podstawowymi rodzajami obróbki cieplnej stali są:

• operacje wyżarzania,

• operacje hartowania

• operacje odpuszczania,

• operacje przesycania,

• operacje starzenia.

1.2 Wyżarzanie

Operacja obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu w celu otrzymania struktury bardziej zbliżonej do stanu równowagi.

Wyróżnia się kilka rodzajów wyżarzania stali, z których każdy ma na celu osiągnięcie określonych własności materiału, często bardzo różniących się pomiędzy sobą.

• Ujednorodniające

• Normalizujące

• Zupełne

• Niezupełne

• Sferoidyzujące

• Zmiękczające

• Rekrystalizujące

• Odprężające

1.2 Hartowanie

Polega na nagrzewaniu przedmiotu do temperatury, w której następuje wytworzenie struktury austenitu, i następnie szybkim chłodzeniu w wodzie lub oleju w celu utrzymania struktury martenzytycznej.

• Zywkłe

• Stopniowe

• Bainityczne

1.3 Odpuszczanie

Zabieg, który zwiększa plastyczność i ciągliwość, i zmniejsza naprężenie własne. Odpuszczanie jest więc końcowych zabiegiem obróbli cieplnej stali konstrukcyjnej, ustalających ostateczne właściwości.

• Niskie

• Średnie

• Wysokie

1.4 Przesycanie

Operacja cieplna polegająca na:

- nagrzaniu stali do temperatury, w której wydzielona faza przechodzi do roztworu stałego, tj. powyżej temperatury granicznej rozpuszczalności,

- wygrzaniu w tej temperaturze

- oziębieniu w celu zatrzymania rozpuszczonego składnika w roztworze przesyconym. Stan ten jest nietrwały i stop dąży do przejścia w stan równowagi, co może nastąpić stosunkowo łatwo, np. po podgrzaniu. W tanie przesyconym stop ma większą plastyczność, natomiast twardość i wytrzymałość ulegają zmniejszeniu

1.5 Starzenie

Polega na nagrzaniu i wytrzymaniu uprzednio przesyconego roztworu w temperaturze znacznie niższej od temperatury granicznej rozpuszczalności w celu wydzielenia o odpowiednim stopniu dyspersji składnika lub składników znajdujących się w nadmiarze w przesyconym roztworze stałym.

2. Obróbka cieplno-chemiczna

Obróbka cieplno-chemiczna, stosuje się w celu uzyskania wysokiej twardości warstwy powierzchniowej przedmiotu, przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Zapewnia to dużą odporność na ścieranie i wysoką wytrzymałość na obciążenia dynamiczne, a w niektórych przypadkach zabezpiecza stal przed korozją.

Obróbka cieplno-chemiczna polega na dyfuzyjnym wprowadzeniu do przypowierzchniowej warstwy przedmiotu obcego pierwiastka, celem spowodowania odpowiednich zmian jej własności.

Obróbkę cieplno-chemiczną przeprowadza się w środowisku bogatym w składnik dyfundujący do stali. W większości przypadków stosuje się środowisko gazowe i wówczas w czasie obróbki zachodzą trzy podstawowe procesy:

• Dysocjacja - polega na rozkładzie cząsteczek gazu i utworzeniu aktywnych atomów pierwiastka dyfundującego

• Adsorpcja - polegająca na wchłanianiu wolnych atomów przez powierzchnię metalu

• Dyfuzja - polega na przemieszczaniu się obcych atomów w sieci przestrzennej obrabianego metalu

Z pośród różnych procesów obróbki cieplno-chemicznej najczęściej są stosowane:

• Nawęglanie

• Azotowanie

• Węgloazotowanie

2.1 Węgloutwardzanie cieplne

Zespół operacji polegających na kolejnym dyfuzyjnym nasycaniu węglem przypowierzchniowych stref przedmiotu. W wyniku tego pocesu uzyskuje się twardą, odporną na ścieranie warstwę powierzchniową przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. W niektórych przypadkach stosuje się wzbogacanie węglem do określonego stężenia warstw powierzchniowych przedmiotu, odwęglonych w poprzedzających operacjach technologicznych.

2.2 Azotowanie

Dyfuzyjne nasycanie azotem przypowierzchniowych stref przedmiotu. Zależnie od celu azotowania i sposobu jego przeprowadzania rozróżnia się:

• Azotowanie utwardzające,

• Azotowanie przeciwkorozyjne

Azotowanie powoduje utwardzenie stref przypowierzchniowych bez dodatkowej obróbki cieplnej. Dlatego azotowaniu poddaje się stale uprzednio ulepszone cieplnie przy czym temperatura ich odpuszczania jest nieco wyższa od temperatury azotowania utwardzającego.

2.3 Węgloazotowanie

Stosuje się do narzędzi ze stali szybkotnących, jako końcowy zabieg mający na celu podwyższenie powierzchniowej twardości, odporności na ścieranie, a także żaroodporności. Najczęściej stosowanymi w praktyce procesami są węgloazotowanie kąpielowe w roztopionych solach, zawierających zwykle cyjanek sodu, potasu, chlorek sody, baru, węglan sodu.

4

---