NOMZECH - sem2-kolo1.docx

KOLOKWIUM – NOMZECH

Pojęcie hartowności:

Hartownością nazywamy zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej. O hartowności stali (przy określonych warunkach austenityzowania i chłodzenia) decyduje skład chemiczny austenitu, zależny głównie od składu chemicznego stali.

Cechy związane z hartownością:

·         Utwardzalność – mierzona największą możliwą do uzyskania twardością w danych warunkach austenityzowania;

·         Przehartowalność – mierzona głębokością utwardzenia przy określonej szybkości chłodzenia;

Krytyczna szybkość chłodzenia:

Jest to najmniejsza szybkość chłodzenia przy której austenit ulega przemianie w martenzyt.

Średnica krytyczna:

Jest miarą przehartowalności; średnica pręta, w którym po zahartowaniu w ośrodku o danej intensywności chłodzenia uzyskuje się w rdzeniu strukturę z określonym minimalnym udziałem martenzytu, wyrażonym w procentach.

Hartowanie:

·         Martenzytyczne zwykłe:

­            Oziębianie prowadzi się w sposób ciągły z szybkością większą od szybkości krytycznej do temp. niższej od Ms, a nawet Mf (stale konstrukcyjne nisko- i średniowęglowe);

­            Struktura martenzytu z austenitem szczątkowym oraz innymi składnikami (węgliki, wtrącenia niemetaliczne);

­            Twardość 40 – 65 HRC;

­            Duża wytrzymałość, granica plastyczności;

­            Małe wartości właściwości plastycznych i udarności;

·         Martenzytyczne stopniowe:

­            Oziębianie do temperatury wyższej o 30 – 50˚C od temperatury Ms, wytrzymanie w tej temp. do wyrównania temp. w całym przekroju, studzenie do temp. otoczenia;

­            Uzyskujemy taką samą strukturę jak przy hartowaniu martenzytycznym zwykłym, lecz przy znacznie mniejszy naprężeniach i odkształceniach;

·         Bainityczne zwykłe (ciągłe):

­            Oziębianie z szybkością mniejszą od szybkości krytycznej (tak aby mogła zachodzić przemiana bainityczna);

­            Głównym składnikiem struktury jest bainit przy ewentualnej obecności austenitu szczątkowego i martenzytu;

­            Lepsze niż w stanie ulepszonym cieplnie właściwości plastyczne, większa udarność i wytrzymałość zmęczeniowa;

­            Niższa granica plastyczności i sprężystości;

·         Bainityczne izotermiczne:

­            Oziębianie w kąpieli chłodzącej o temperaturze wyższej od Ms (250-400˚C), wytrzymanie izotermiczne (do zakończenia przemiany bainitycznej), chlodzenie do temp. pokojowej z dowolną szybkością;

­            Struktura bainitu (ewentualnie z austenitem szczątkowym);

­            Stosowane w celu znacznego zmniejszenia odkształceń oraz uzyskania większej ciągliwości i udarności niż przy utwardzaniu cieplnym na tę samą twardość;

­            Po tym hartowaniu nie jest wymagane odpuszczanie;

·         Powierzchniowe:

­            Bardzo szybkie nagrzanie warstwy wierzchniej przedmiotu do temperatury austenityzowania, szybkie chłodzenie;

­            W zależności od sposobu nagrzewania wyróżnia się: indukcyjne, płomieniowe, laserowe, elektronowe, kąpielowe;

­            Wyższa temperatura niż podczas hartowania objętościowego;

­            Można wyróżnić strefy w strukturze: martenzytyczną (martenzyt skryto- lub drobnoiglasty), przejściową (martenzyt i ferryt) oraz rdzenia (nie występują zmiany struktury);

­            Hartowanie to stosuje się do stali węglowych i niskostopowych konstrukcyjnych 

(0,25 – 0,5 % C)

­            Zwiększenie twardości i wytrzymałości zmęczeniowej z zachowanie plastyczności rdzenia, zmniejszenie odkształceń, zwiększenie odporności na ścieranie

(do żeliwa szarego i sferoidalnego);

Odpuszczanie:

·         Niskie:

­            W zakresie temperatury do 250˚C w czasie 1 – 3 h przy chłodzeniu z dowolną szybkością;

­            Duża twardość przy możliwie małych naprężeniach własnych (części maszyn);

·         Średnie:

­            W zakresie temperatury 250 – 500˚C;

­            Po odpuszczaniu w temperaturze powyżej 400 - 500˚C uzyskuje się wysoką granicę sprężystości przy dostatecznej plastyczności (sprężyny, resory);

·         Wysokie:

­            Pomiędzy temperaturą 500˚C a Ac1 w czasie 2 – 3 h przy chłodzeniu powolnym lub przyspieszonym;

­            Optymalny kompleks właściwości mechanicznych, tj. duże wartości Rm i Re przy dobrej plastyczności (stale konstrukcyjne);

Utwardzanie cieplne:

To hartowanie i niskie odpuszczanie (do elementów wykonanych na gotowo, poddawanych po obróbce cieplnej jedynie procesom wykańczającym).

Ulepszanie cieplne:

To hartowanie i wysokie lub średnie odpuszczanie (do półwyrobów).

Wyżarzanie:

·         Ujednorodniające:

­            Temperatura 100 - 150˚C < solidus (stal 1000 - 1250˚C) + studzenie;

­            Zmniejszenie miejscowych niejednorodności materiału;

·         Normalizujące:

­            Temperatura 30 – 50˚C powyżej linii Ac3+Acm , studzenie w powietrzu;

­            Otrzymanie równomiernie drobnoziarnistej struktury ferrytu i perlitu;

·         Zupełne:

­            Temperatura jak przy normalizującym + studzenie powolne, z piecem;

­            Otrzymanie struktur równowagowych, zmiękczenie stali;

·         Zmiękczające:

­            Temperatura około Ac1 + dowolne studzenie;

­            Nadanie stali możliwie małej twardości poprzez sferoidyzację cementytu;

·         Rekrystalizujące:

­            Wyżarzanie metalu po zgniocie na zimno (stal 500 – 600˚C);

·         Odprężające:

­            Temperatura niższa niż dla rekrystalizacji;

­            Usunięcie naprężeń własnych;

·         Stabilizujące:

­            Temperatura 100 - 150˚C;

­            Usunięcie naprężeń odlewniczych;

Pojęcie obróbki cieplnej zwykłej:

To proces technologiczny, którego celem jest zmiana właściwości mechanicznych i fizykochemicznych metali i stopów w stanie stałym, przede wszystkim przez wywołanie zmian strukturalnych w wyniku działania temperatury, czasu i środowiska.

Pojęcie obróbki cieplno – chemicznej:

To zespół operacji, których celem jest wytworzenie zmian struktury, a w konsekwencji zmian właściwości użytkowych warstwy wierzchniej metali i stopów w wyniku działania temperatury, czasu i środowiska.

Istota i cel nawęglania:

­            Nawęglanie polega na nasyceniu węglem warstwy wierzchniej elementów wykonanych ze stali węglowych i stopowych o zawartości węgla 0,05 – 0,25% (w temperaturze występowania austenitu 900 - 930˚C);

­            Celem jest wytworzenie warstwy wzbogaconej w węgiel o stężeniu na powierzchni 0,7 – 1,0% i o grubości 0,6 – 1,5 mm (niekiedy większej), która po następnym zahartowaniu ma twardość powyżej 58 HRC;

Wpływ nawęglania na właściwości elementów nawęglonych:

Stale węglowe stosuje się na części mało obciążone, od których wymaga się tylko odporności na ścieranie ze względu na małą hartowność oraz stosunkowo niską granicę plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie stali.

Struktura występująca po nawęglaniu i wolnym chłodzeniu:

·         W strefie zewnętrznej:

­            Perlit, ewentualnie z niewielką ilością cementytu, węgliki stopowe (w stalach stopowych);

·         W strukturze rdzenia:

­            Ferryt i perlit;

Obróbka cieplna po procesie nawęglania – struktura warstwy nawęglonej i struktura rdzenia:

·         W warstwie nawęglonej:

­            Drobnoiglasty martenzyt z węglikami oraz austenit szczątkowy;

·         W strukturze rdzenia:

­            Niskowęglowy martenzyt lub bainit, w niektórych przypadkach z wydzieleniami ferrytu;