OBRÓBKA CIEPLNA I SPAWALNICTWO
KRZYWA HARTOWNOŚCI
Jest to wykres przedstawiający spadek twardości stali (podawany w HRC) wraz ze wzrostem odległości od czoła próbki
KRYTYCZNA ŚREDNICA CHŁODZENIA(metoda Jominy'ego)
To średnica pręta, przy której po zahartowaniu w ośrodku o określonej zdolności chłodzącej uzyskuje się w osiowej części przekroju strukturę o określonej zawartości martenzytu (nie mniej niż 50%). Średnicę krytyczną w ogólnym znaczeniu oznacza się symbolem Dk,
ODPUSZCZANIE
Jest to rodzaj obróbki cieplnej, której poddawana jest stal wcześniej zahartowana. Celem odpuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych oraz zmiana własności fizycznych zahartowanej stali, a przede wszystkim zmniejszenie twardości, a podniesienie udarności zahartowanej stali.
a) niskie:
przeprowadza się je w temperaturach w granicach 150-250 °C. Celem jego jest usuniecie naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu w strukturze wysokiego udziału martenzytu, a przez to zachowanie wysokiej twardości. Stosuje się przy narzędziach.
b) średnie:
przeprowadza się je w temperaturach w granicach 250-500 °C. Stosowane w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości i sprężystości przy znacznym obniżeniu twardości. Stosowane przy obróbce sprężyn, resorów, części mechanizmów pracujących na uderzenie np. młoty, części broni maszynowej, części samochodowych itp.
c) wysokie:
przeprowadza się je w temperaturach powyżej 500 °C w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości przy niskiej twardości. Stal odpuszczana wysoko nadaje się do obróbki skrawaniem.
ULEPSZANIE CIEPLNE
Jest obróbką cieplną polegającą na połączeniu hartowania z wysokim odpuszczaniem. Stosowany na odpowiedzialne wyroby stalowe, które poddawane są obróbce skrawaniem, takie jak wały okrętowe i samochodowe, wały korbowe, części broni maszynowej itp. Prowadzi do:
- wzrostu właściwości plastycznych (udarności, wydłużenia do zerwania, przewężenia)
- wzrostu wytrzymałości na rozciąganie
- wzrostu odporności na pękanie
- spadku twardości
WYŻARZANIE
Jeden z zabiegów obróbki cieplnej polegający na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, wytrzymaniu przy tej temperaturze oraz następnym powolnym studzeniu. Celem obróbki jest przybliżenie stanu materiału do warunków równowagi.
a) normalizujące - obróbka cieplna polegająca na nagrzaniu materiału do temperatury 30 °C- 50 °C, powyżej temperatury Ac3, wygrzaniu i studzeniu na powietrzu. Celem wyżarzania jest uzyskanie jednorodnej struktury drobnoziarnistej (poprawienie własności wytrzymałościowych). Stosuje się je głównie dla stali podeutektoidalnych.
b) rekrystalizujące- obróbka cieplna polegająca na nagrzaniu materiału do temperatury wyższej od temperatury rekrystalizacji, wygrzaniu i studzeniu z dowolną szybkością. Celem wyżarzania jest spowodowanie zajścia rekrystalizacji w stalach odkształconych plastycznie na zimno
c) odprężające- obróbka cieplna polegająca na nagrzaniu materiału do temperatury niższej od Ac1, wygrzaniu i wolnym studzeniu. Celem wyżarzania jest usunięcie naprężeń odlewniczych, spawalniczych, cieplnych oraz spowodowanych przeróbką plastyczną na zimno. Nie dokonuje się zmiana struktury stali.
STOPY ALUMINIUM
tworzywa metaliczne otrzymane przez stopienie aluminium z jednym lub większą liczbą metali (bądź z niemetalami), celowo wytworzone dla uzyskania żądanych właściwości.
a) duraluminium- to ogólna nazwa stopów metali, zawierających głównie aluminium oraz dodatki stopowe: zwykle miedź, mangan, magnez, często także krzem, żelazo i inne. Przeznaczony do przeróbki plastycznej. Gęstość duraluminium to ok. 2800 kg/m. Po poddaniu stopu przesycaniu, a następnie starzeniu (utwardzanie wydzieleniowe), posiada on wysoką wytrzymałość mechaniczną: wytrzymałość doraźna ponad 400 MPa. Najlepsze własności wytrzymałościowe uzyskuje po starzeniu naturalnym. Zastosowanie: m.in. w lotnictwie do części konstrukcyjnych, skateboardingu.
b) siluminy- stop aluminium z dodatkiem krzemu, oraz innymi (o mniejszym udziale procentowym) dodatkami takimi jak miedź, magnez, mangan i nikiel, odporny na korozję, o dobrej lejności, małym skurczu i małą skłonnością do pękania, popularny w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym. Siluminy maja bardzo dobre właściwości odlewnicze, tzn. dobrą lejność, mały skurcz, dokładnie wypełniają formę, tworzą skoncentrowaną jamę usadową i nie wykazują skłonności do pękania. Dodatki stopowe, takie jak magnez i miedź zwiększają wytrzymałość, nikiel poprawia odporność korozyjną stopu.
UTWARDZANIE WYDZIELENIOWE
Utwardzanie wydzieleniowe lub umocnienie wydzieleniowe (nieściśle nazywane też umocnieniem/utwardzeniem dyspersyjnym) - metoda obróbki cieplnej metali, prowadząca do zwiększenia ich wytrzymałości mechanicznej. Wzmocnienie/umocnienie jest efektem wydzielenia rozpuszczonego składnika z przesyconego roztworu stałego, co w temperaturze niższej prowadzi w efekcie do zmiany struktury i właściwości stopu. Etapy procesu:
a) przesycanie- polega na nagrzaniu metalu do temperatury niższej, niż temperatura, w której mogłyby się pojawiać pierwsze krople ciekłego stopu, ale na tyle wysokiej, aby stop o danym składzie był jednofazowy i wygrzaniu stopu w tej temperaturze w celu uzyskania jednorodnego roztworu stałego. Przy szybkim schłodzeniu otrzymuje się przesycony roztwór stały, w stanie metastabilnym. Otrzymana struktura jest na ogół nietrwała, gdyż składnik stopowy znajdujący się w roztworze w nadmiernej ilości wykazuje tendencję do wydzielenia się. Przesycanie w niewielkim stopniu podwyższa właściwości mechaniczne stopów i w zasadzie poprzedza starzenie.
b) starzenie- kolejny etap obróbki cieplnej stopów metali uprzednio przesyconych, polega na wygrzaniu ich w temperaturze niższej od temperatury przesycenia w celu wydzielenia z roztworu stałego przesyconego fazy (lub faz) o odpowiednim stopniu dyspersji, zawierającej składnik stopowy, znajdujący się w roztworze w nadmiarze. Może skutkować niemal dwukrotnym zwiększeniem wytrzymałości, przy mniejszej, ale wciąż stosunkowo dużej, ciągliwości. Dobre starzenie wymaga czasu i zachowania odpowiedniej temperatury procesu. Starzenie w temperaturze podwyższonej nazywa się przyspieszonym albo sztucznym, w temperaturze otoczenia - naturalnym albo samorzutnym. W niektórych przypadkach starzenie zachodzi z udziałem faz pośrednich oraz stref Guiniera - Prestona, będących kompleksami, w których segregują się atomy rozpuszczone w sieci rozpuszczalnika.
HARTOWANIE- rodzaj obróbki cieplnej materiału polegający na nagrzaniu danego materiału do odpowiedniej temperatury zwanej temperaturą hartowania, wytrzymaniu w tej temperaturze przez czas konieczny do przebudowy struktury wewnętrznej materiału (głównie przemian fazowych) oraz następnym odpowiednio szybkim schłodzeniu. Po tak przeprowadzonym zabiegu w materiale powstają lokalne koncentracje naprężeń powodujące zwykle wzrost własności wytrzymałościowych: twardości, wytrzymałości, granicy plastyczności i sprężystości oraz odporności na ścieranie kosztem wzrostu kruchości oraz spadku plastyczności i wydłużenia.
a) objętościowe-polega na nagrzaniu elementu na wskroś i może być realizowane z różnymi prędkościami studzenia.
b) powierzchniowe- metoda, w której nie nagrzewa się całego przedmiotu (hartowanie na wskroś), lecz tylko powierzchnię przedmiotu. W związku z tym tylko warstwa powierzchniowa podlega hartowaniu. Stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest utwardzenie tylko fragmentów powierzchni przedmiotu. Istnieje kilka metod hartowania powierzchniowego.
c) martenzytyczne- polega na ciągłym chłodzeniu w jednym ośrodku; w wypadku stali węglowych jest nim woda. Jest to najłatwiejszy sposób hartowania, ale wywołujący największe naprężenia hartownicze.
d) bainityczne (izotermiczne)- jest hartowaniem, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna. Nagrzany przedmiot utrzymuje się w kąpieli z roztopionej saletry lub ołowiu, w temperaturze powyżej początku przemiany martenzytycznej. Nazwa metody pochodzi od faktu, iż kąpiel zachowuje stałą temperaturę. W hartowaniu tego typu nie powstaje martenzyt, lecz następuje rozpad austenitu na inne fazy, np. bainit, dając stali własności podobne jak po hartowaniu z odpuszczaniem
HARTOWNOŚĆ
Cecha stali określająca zdolność do hartowania się w głąb na strukturę martenzytyczną. Czynniki wpływające na hartowność:
• skład chemiczny stali; stale niestopowe mają niską hartowność, zwiększa to węgiel i dodatki stopowe (oprócz kobaltu)rozpuszczone w austenicie
• wielkość ziarna austenitu; stale gruboziarniste maja większą hartowność;
• jednorodność austenitu; bardziej jednorodny austenit zwiększa hartowność;
• nierozpuszczone cząstki węglików, tlenków, azotków — zmniejszają hartowność