Obróbka cieplna - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Obróbka cieplna - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (675.6 KB)
12 strona
445Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: obróbka cieplna stopów żelaza
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 12
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
08_Obrobka_cieplna cz1.pdf

63 JW

5. OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ELAZA

Zwi!zek mikrostruktury z w"asno#ciami mechanicznymi stali

W asno!ci wytrzyma o!ciowe i technologiczne stali s" zwi"zane z jej mikrostruktur" zale#n"

w zasadniczy sposób od obróbki cieplnej, tj. od ró#norodnych zabiegów cieplnych, którym stal

podlega a. Wykorzystuj"c fizykochemiczne zjawiska wyst$puj"ce przy ogrzewaniu i ozi$bianiu

stali mo#na doprowadzi% do wytworzenia si$ w niej najbardziej po#"danych sk adników

strukturalnych, nadaj"cych je okre!lone w asno!ci wytrzyma o!ciowe.

I tak np. w celu wykonania obróbki skrawaniem stal wy#arza si$ zmi$kczaj"co lub

normalizuje, w wyniku czego powstaje struktura ferrytyczno-perlityczna, odznaczaj"ca si$ ma "

twardo!ci" i wytrzyma o!ci", ale do!% znaczn" ci"gliwo!ci". W asno!ci takie u atwiaj"

wykonanie obróbki wiórowej, wi$c w tym przypadku s" one po#"dane w procesie wytwarzania

elementu konstrukcyjnego.

Natomiast w gotowym wyrobie, podlegaj"cym znacznym napr$#eniom, struktura ferrytyczno-

perlityczna cz$sto nie zapewnia wystarczaj"cej wytrzyma o!ci i twardo!ci. W celu polepszenia

tych w asno!ci, przy jednoczesnym uzyskaniu dobrej ci"gliwo!ci i udarno!ci, stosuje si$

ulepszanie cieplne, polegaj"ce na hartowaniu i odpuszczaniu w odpowiednio wysokiej

temperaturze, w wyniku czego powstaje struktura sorbityczna. Stal w stanie ulepszonym jest

materia em konstrukcyjnym znacznie bardziej warto!ciowym ni# ta sama stal w stanie

nieulepszonym. Dlatego jest regu ", #e wysokojako!ciow" stal konstrukcyjn", zw aszcza

stopow", nale#y stosowa% jedynie w stanie ulepszonym.

Z kolei wyroby podlegaj"ce !cieraniu (np. narz$dzia) powinny odznacza% si$ bardzo du#"

twardo!ci". Wykorzystuje si$ wtedy wysok" twardo!% jak" odznacza si$ struktura

martenzytyczna powstaj"ca przy hartowaniu.

Obróbka cieplna zwyk a jest to rodzaj obróbki cieplnej, w wyniku której uzyskuje si$ zmiany

w asno!ci metali i stopów b$d"ce g ównie funkcj" temperatury i czasu.

Czasem jednak "czy si$ równie# zabiegi obróbki cieplnej z odkszta caniem-plastycznym, z

dzia aniem pola magnetycznego lub te# z dzia aniem chemicznym !rodowiska. Mamy wówczas

do czynienia odpowiednio z obróbk" cieplno-plastyczn", cieplno-magnetyczn" lub cieplno-

chemiczn".

Zwi!zek obróbki cieplnej z przemianami fazowymi

Aby do danego stopu mo#na by o stosowa% poszczególne rodzaje obróbki cieplnej, np.

operacje hartowania i odpuszczania lub przesycania i starzenia, powinny si$ w nim dokonywa%

przemiany fazowe, tj. np. podczas nagrzewania stopu powinne zachodzi% przemiany alotropowe

lub powinna wyst$powa% wyra&na zmiana rozpuszczalno!ci pewnych jego sk adników.

Na podstawie wykresu równowagi fazowej danego uk adu mo#na ustali% jak; rodzaj obróbki

cieplnej mo#na zastosowa% do danego stopu i w jakich zakresach temperatury nale#y t$ obróbk$

przeprowadzi%.

W zwi"zku z tym proces obróbki cieplnej stali nale#y rozpatrywa%, korzystaj"c wykresu

równowagi fazowej uk adu #elazo-cementyt (rys. 5.1). Temperatury równowagi faz w tym

uk adzie oraz temperatury przemian (punkty krytyczne) przyj$to powszechnie oznacza% liter" A z odpowiednim wska&nikiem. Najni#sza z tych temperatur A1 odpowiada równowadze austenitu z ferrytem i cementytem (linia PSK). Temperatura A2 jest temperatur" przemiany magnetycznej ferrytu (linia MO). Temperatura A3, wyznaczona przez punkty le#"ce na linii GS, jest temperatur" graniczn" równowagi austenitu z ferrytem. Temperatura Acm (linia SE) to graniczna temperatura równowagi austenitu z cementytem wtórnym.

Aby odró#ni% temperatury pocz"tku i ko'ca przemian podczas nagrzewania od tych#e

temperatur podczas ch odzenia dodaje si$ do litery A wska&nik c w przypadku nagrzewania lub wska&nik r w przypadku ch odzenia (np. Ac1, Ar3).

docsity.com

64 JW

Rys. 5.1. Fragment wykresu równowagi fazowej #elazo-cementyt

5.1. Podstawowe przemiany fazowe w stali zwi!zane z obróbk! ciepln! Przemiany fazowe w stali s" wynikiem tego, #e wskutek zmiany warunków, np. temperatury,

jeden stan staje si$ mniej trwa y ni# drugi. To w a!nie jest przyczyn" przemian zachodz"cych w

stali. Nale#y zaznaczy%, #e mo#e w niej wyst$powa% kilka podstawowych struktur, a istot"

najwa#niejszych przemian jest w a!nie przej!cie jednej struktury w drug". Tymi podstawowymi

strukturami s":

W procesach obróbki cieplnej stali wyst$puj" nast$puj"ce podstawowe przemiany

I. Przemiana ferrytu w austenit

Fe (C) ! Fe"(C)

II. Przemiana austenitu w ferryt

Fe "(C) ! Fe (C)

III. Przemiana perlitu w austenit

(Fe (C) + Fe3C) ! Fe"(C)

IV. Przemiana austenitu w struktury perlityczne (lub bainityczne)

Fe"(C) ! Fe (C) + Fe3C

V. Przemiana austenitu w martenzyt

Fe"(C) ! Fe ’ (C)

VI. Przemiana martenzytu w mieszanin$ ferrytu i cementytu

Fe’ (C) ! Fe (C) + Fe3C

ferryt Fe (C)

austenit Fe"(C)

martenzyt Fe '(C)

perlit (Fe (C)+Fe3C)

sta y roztwór w$gla w #elazie ,

sta y roztwór w$gla w #elazie " ,

sta y, przesycony roztwór w$gla w #elazie

(jest to faza metastabilna),

eutektoidalna mieszanina ferrytu Fe (C) i cementytu Fe3C.

docsity.com

65 JW

5.1.1. Przemiana perlitu w austenit

Przemiana perlitu w austenit przebiega powy#ej temperatury równowagi austenitu z ferrytem i

cementytem. Przemiana ta ma charakter dyfuzyjny, tj. zachodzi rozpuszczanie si$ cementytu i

równomierne rozmieszczanie si$ w$gla w austenicie drog" dyfuzji. W zwyk ych warunkach

stosunkowo szybkiego nagrzewania stali wyst$puje opó&nienie przemiany i konieczne jest

podwy#szenie temperatury, aby przemiana zasz a w okre!lonym czasie. Perlit przegrzany

powy#ej temperatury Ac1 przemienia si$ w austenit z ró#n" szybko!ci", zale#nie od stopnia przegrzania. Szybko!% przebiegu tej przemiany zale#y równie# w znacznym stopniu od pocz"t-

kowej struktury stali, tj. od stopnia dyspersji cementytu i od jego kszta tu. Im drobniejsze s"

cz"stki cementytu, a tym samym wi$ksza ich ogólna powierzchnia, tym szybciej zachodz"

opisane przemiany.

Zabieg cieplny polegaj"cy na wygrzewaniu stali w celu wytworzenia struktury austenitu przed

ch odzeniem nazywany jestaustenityzowaniem.

4.1.2. Zmiana wielko#ci ziarna austenitu

Przekroczenie temperatury przemiany Ac1 zaznacza si$ raptownym zmniejszeniem ziarn to znaczy nowo powsta e ziarna austenitu s" zawsze bardzo drobna i w zasadzie ich wymiary nie

zale#" od wielko!ci ziarn perlitu, z którego utworzy si$ austenit. Rozdrobnienie ziarna austenitu

w czasie przemiany jest zwi"zane z tworzeniem si$ du#ej liczby zarodków nowych ziarn na

olbrzymiej i bardzo rozwini$tej powierzchni granicznej mi$dzy ferrytem i cementytem.

Dalsze nagrzewanie (lub wygrzewanie) po dokonanej przemianie wywo uje rozrost ziarn

austenitu (rys. 5.2 i 5.3).

Rys. 5.2. Schemat zmiany wielko!ci ziarna stali eutektoidalnej w czasie nagrzewania

powy#ej temperatury A1

Zjawisko rozrostu jest procesem samorzutnym, gdy# jego nast$pstwem jest zmniejszenie

"cznej powierzchni ziarn (zmniejsza si$ energia powierzchniowa), wysoka temperatura

zapewnia dostatecznie szybki przebieg tego procesu.

W praktyce rozró#nia si$ dwa typy stali (rys. 5.3):

stale wykazuj"ce sk onno!% do rozrostu ziarn austenitu, który zaczyna si$ po niewielkim

przekroczeniu temperatury Ac1 stale te nazywamy gruboziarnistymi; stale nie maj"ce sk onno!ci do rozrostu ziarn austenitu bezpo!rednio po przekroczeniu

temperatury Ac1 W stalach tych ziarno zaczyna si$ rozrasta% dopiero po nagrzaniu ich do temperatury ok. 1000°C.

Zbyt wysokie i d ugotrwa e wygrzewanie stali podczas austenityzowania powoduje wi$c

rozrost ziarn austenitu. Z kolei wielko!% ziarna perlitu zale#y od wyj!ciowej wielko!ci ziarna

austenitu, z którego powsta perlit. Im wi$ksze s" ziarna austenitu, tym wi$ksze tworz" si$ na

ogó ziarna perlitu. Powstanie struktury gruboziarnistej jest niepo#"dane, gdy# stal taka

charakteryzuje si$ ni#sz" wytrzyma o!ci" i udarno!ci". Dlatego w czasie austenityzowania stali

sk onnych do rozrostu ziarna nale#y !ci!le przestrzega% okre!lonych temperatury i czasu grzania.

docsity.com

66 JW

Rys. 5.3. Schemat przedstawiaj"cy zmian$ wielko!ci ziarna austenitu w czasie

nagrzewania stali gruboziarnistej (krzywa a) i stali drobnoziarnistej (krzywa b)

Rys. 5.4. Stal w$glowa o zawarto!ci 0,45%C Rys. 5.5. Stal w$glowa o zawarto!ci 0,45% C

w stanie wy#arzonym o strukturze gruboziar- w stanie normalizowanym. Struktura drobno-

nistej. Widoczne ciemne pola perlitu i jasne ziarnista. Traw. 5% Nitalem. Powi$ksz. 100x

ziarna ferrytu. 5% Nital. Powi$ksz.100x

Na rysunku 5.4 przedstawiona jest struktura stali w$glowej podeutektoidalnej o zawarto!ci

0,45% C w stanie przegrzanym, charakteryzuj"cej si$ du#ym ziarnem. Z kolei na rys. 5.5

widoczna jest struktura drobnoziarnista tej samej stali w stanie normalizowanym, tj. po

nagrzewaniu do temperatury tylko ok. 30 # 50 o C powy#ej temperatury A3 i ch odzeniu na

powietrzu.

5.1.3. Przemiana austenitu w struktury perlityczne

Przemiana austenitu w struktury perlityczne (lub bainityczne) przebiega w temperaturze

ni#szej ni# A1. Rozpoczyna si$ przy pewnym przech odzeniu, gdy energia swobodna mieszaniny ferrytu z cementytem (perlitu) stanie si$ mniejsza od energii swobodnej austenitu.

Im ni#sza jest temperatura przemiany, tj. im wi$ksze przech odzenie, tym wi$ksza jest ró#nica

swobodnych energii i tym szybciej przebiega przemiana.

Z drugiej strony przemianie austenitu w perlit towarzyszy dyfuzja po "czona z

przegrupowaniem w$gla, gdy# powstaj" dwie fazy znacznie ró#ni"ce si$ zawarto!ci" w$gla od

austenitu. Ferryt zawiera bardzo ma o w$gla (maks. ok. 0,02%). cementyt za! 6,67% w$gla.

Szybko!% dyfuzji raptownie zmniejsza si$ przy obni#aniu temperatury, w zwi"zku z tym wzrost

przech odzenia powoduje zmniejszenie szybko!ci przebiegu przemiany.

W wyniku "cznego dzia ania obu czynników szybko!% przemiany pocz"tkowo zwi$ksza si$ ze

wzrostem przech odzenia, osi"gaj"c przy pewnej warto!ci przech odzenia swe maksimum, a

potem zmniejsza si$.

docsity.com

67 JW

Wykresy CTP

Przebieg procesu przemiany przech odzonego austenitu wygodnie jest rozpatrywa% na

podstawie wykresów rozpadu austenitu, zwanych wykresami CTP (czas, temperatura,

przemiana). Na wykresach tych naniesione s" linie pocz"tku i ko'ca przemian we

wspó rz$dnych logarytm czasu-temperatura, przy czym rozró#nia si$ wykresy dla przemian

austenitu w warunkach izotermicznych oznaczane CTPi oraz wykresy przemian austenitu w

warunkach ch odzenia ci"g ego, oznaczane CTPc. Na rysunku 4.6 podany jest schematycznie

wykres CTP; dla stali w$glowej eutektoidalnej. Trwa o!% przech odzonego austenitu zmienia si$

w zale#no!ci od temperatury. Dla stali eutektoidalnej przy ma ych przech odzeniach trwa o!%

austenitu jest du#a, nast$pnie zmniejsza si$ i minimum wyst$puje w temperaturze ok. 500°C, po

czym znowu trwa o!% austenitu jest coraz wi$ksza a# do temperatury ok. 200°C, poni#ej której

przech odzony austenit przechodzi w martenzyt.

Wykresy CTPi, buduje si$ wykorzystuj"c krzywe kinetyczne przemiany austenitu, dla

okre!lonego stopnia przech odzenia, wskazuj"ce ilo!% wytworzonego perlitu w zale#no!ci od

czasu jaki up yn" od pocz"tku przemiany.

Rys. 5.6. Wykres CTPi przedstawiaj"cy linie pocz"tku i ko'ca przemian austenitu

przech odzonego w warunkach izotermicznych

Na rysunku 5.7 pokazano kilka krzywych kinetycznych obrazuj"cych przebieg przemiany w

ró#nych temperaturach, a wi$c i przy ró#nych stopniach przech odzenia. Jak wida%, w

pocz"tkowym okresie przemiana odbywa si$ z bardzo ma " pr$dko!ci", jest to tzw. okres

inkubacyjny. Punkty p1, p2, p3 wskazuj" czas, w którym do!wiadczalnie stwierdza si$ pocz"tek przemiany (wytworzone jest ju# wówczas ok. 0,5% perlitu). W miar$ up ywu czasu wzrasta

szybko!% przemiany (szybko!% ta jest maksymalna, gdy przemianie uleg o ok. 50% austenitu),

nast$pnie przebiega ona coraz wolniej, a# wreszcie ko'czy si$ w punktach k1, k2, k3. Z krzywych kinetycznych obrazuj"cych przemian$ austenitu w perlit odmierza si$ czasy od

pocz"tku ch odzenia do pocz"tków i ko'ców przemiany, a odpowiadaj"ce im przy ró#nych

temperaturach punkty p i k rozmieszcza si$ w uk adzie temperatura-log czasu, na prostych poziomych odpowiadaj"cych tym temperaturom. Otrzymuje si$ w ten sposób wykres CTPi, (rys.

5.7 II).

Struktury, jakie otrzymuje si$ w wyniku przemiany, zale#" od stopnia przech odzenia

austenitu, czyli od temperatury przemiany.

Zakres temperatury od A1 do ok. 500°C odpowiada przemianie austenitu w perlit. Perlit utworzony w temperaturze wysokiej przy ma ym stopniu przech odzenia jest grubop ytkowy.

docsity.com

68 JW

Natomiast w miar$ obni#ania temperatury perlit staje si$ coraz drobniejszy, jego p ytki staj" si$

coraz cie'sze i powstaje struktura o stosunkowo du#ym stopniu dyspersji, która nosi nazw$

perlitu drobnego.

Rys. 5.7. Wykres izotermicznych przemian austenitu dla stali eutektoidalnej;

A - austenit, P - perlit, B - bainit, M –martenzyt

Stopie' dyspersji perlitu wp ywa na jego w asno!ci mechaniczne, tak np. twardo!% perlitu

grubego w przypadku stali w$glowej eutektoidalnej wynosi ok. 15 HRC, a perlitu bardzo

drobnego dochodzi do 40 HRC (rys. 5.7).

W stalach podeutektoidalnych i nadeutektoidalnych przemiana perlityczna poprzedzona jest

innymi przemianami strukturalnymi. W stali podeutektoidalnej z austenitu tworzy si$ najpierw

ferryt, a w stalach nadeutektoidalnych przed rozpocz$ciem przemiany perlitycznej wydziela si$ z

austenitu cementyt (rys. 5.8). Dalsza przemiana perlityczna przebiega podobnie, jak w stali

eutektoidalnej. Na rysunku 5.9 podany jest schematycznie wykres CTPi, dla stali w$glowej

podeutektoidalnej, na którym naniesiono dodatkowe linie przemian izotermicznych (dla ró#nych

temperatur) prowadz"cych do powstania odpowiednich struktur. Z kolei rys. 5.10 przedstawia

wykres dla tej samej stali ale przy ch odzeniu ci"g ym (CTPc); zaznaczono równie# linie

ch odzenia prowadz"ce do powstania ró#nych struktur.

Rys. 5.8. Wykres CTP dla stali: a) podeutektoidalnej, b) nadeutektoidalnej

docsity.com

69 JW

Obni#enie temperatury rozpadu austenitu powoduje, #e przemiana zachodzi w warunkach

utrudnionej dyfuzji. Struktura produktów rozpadu austenitu w takich linkach nosi nazw$ bainitu.

W przypadku stali eutektoidalnych przemiana austenitu w bainit zachodzi w temperaturze ok.

500-200°C (rys. 5.6, 5.7), przy czym rozró#nia si$ bainit dolny o strukturze drobnoiglastej i

jeszcze wi$kszym stopniu dyspersji wydziele' cementytu. W odró#nieniu od perlitu ferryt w

bainicie zawiera znacznie wi$cej w$gla (tym wi$cej, im ni#sza by a temperatura przemiany).

Bainit górny wykazuje twardo!% ok. 45 HRC, natomiast twardo!% bainitu dolnego wynosi ok. 55

HRC. T$ stosunkowo du#" twardo!% t umaczy si$ znaczn" dyspersj" struktury oraz

zniekszta ceniem sieci.

Rys. 5.10. Wykres przemian austenitu w warunkach ch odzenia ci"g ego (CTPc) dla

stali podeutektoidalnych

Przyk adowe wykresy CTPi I CTPc dla stali 45 (w$glowa konstrukcyjna wy#szej jako!ci)

przedstawiono odpowiednio na rysunkach 5.11 i 5.12.

Rys. 5.11. Wykres CTPi stali 45

docsity.com

70 JW

Rys. 5.12. Wykres CTPc stali 45

Na wykresach CTPi izotermy reprezentuj" temperatury Ac1, Ac3 lub Acm oraz Ms i Mf. Krzywe

mi$dzy izotermami Ac1 i Ms przedstawiaj" pocz"tek i koniec przemian dyfuzyjnych. Dodatkowa

linia przed krzyw" pocz"tku przemiany odpowiada pocz"tkowi wydzielania ferrytu lub

cementytu (w$glików) w stalach odpowiednio przed- lub zaeutektoidalnych. Czasami na

wykresach umieszcza si$ dodatkowo: krzywa odpowiadaj"c" zaawansowaniu przemian

dyfuzyjnych w 50%, izotermy odpowiadaj"ce uzyskaniu 20, 50 lub 90% martenzytu oraz podaje

twardo!ci struktur- produktów przemian. Na wykresach CTPc ponadto nanoszone s" linie

reprezentuj"ce poszczególne szybko!ci ch odzenia i odpowiadaj"ce im twardo!ci Brinella lub

Vickersa (w kó kach).

5.1.4. Przemiana austenitu w martenzyt Przemiana austenitu w martenzyt zachodzi poni#ej okre!lonej dla danej stali temperatury,

oznaczonej zwykle symbolem Ms (rys. 5.9, 5.10). Temperatura ko'ca przemiany martenzytycznej oznaczona jest przez Mf. W przypadku stali w$glowych temperatury Ms i, Mf obni#aj" si$ wraz ze wzrostem zawarto!ci w$gla i sk adników stopowych, tak #e przy wi$kszej

ich zawarto!ci temperatura Mf mo#e by% ni#sza od 0°C (rys. 5.13) i wobec tego przemiana martenzytyczna zachodzi tylko cz$!ciowo W takim przypadku w strukturze pozostaje pewna

ilo!% tzw. austenitu szcz"tkowego. Ze wzgl$du na nisk" temperatur$ procesu przemiana

martenzytyczna jest przemian" bezdyfuzyjn". W jej wyniku nast$puje przebudowa sieci

sze!ciennej zwartej (regularnej !ciennie centrowanej) austenitu na sie% sze!cienn" centrowan"

(regularn" przestrzennie centrowan") #elaza alfa bez dyfuzji umo#liwiaj"cej wydzielanie w$gla.

Martenzyt w stalach w$glowych jest wi$c przesyconym roztworem sta ym w$gla w #elazie alfa.

Wtr"cony mi$dzyatomowo w$giel zniekszta ca struktur$ #elaza alfa, tak, #e po przemianie

martenzyt ma sie% tetragonaln". Stopie' tetragonalno!ci zwi$ksza si$ proporcjonalnie do

zawarto!ci w$gla w martenzycie; przy zawarto!ci ok. 1,2% C stopie' tetragonalno!ci, czyli

stosunek parametrów sieci c/a. wynosi ok. 1,05.

Makroskopowo martenzyt ma charakterystyczn" struktur$ iglast", co t umaczy si$ tym, #e

martenzyt sk ada si$ z p ytek przesyconego w$glem ferrytu, które w p aszczy&nie przeci$cia

(wykonania szlifu metalograficznego) s" podobne do igie (rys. 5.14).

docsity.com

71 JW

Warunkiem przebiegu przemiany martenzytycznej jest ci"g e obni#anie temperatury w

zakresie od Ms do Mf.. Przy sta ej temperaturze powstawanie martenzytu ustaje. Ponadto przemiana austenitu w martenzyt mo#e zaj!% dopiero przy odpowiednio du#ej szybko!ci

ch odzenia. Najmniejsza szybko!% ch odzenia, w wyniku której austenit przechodzi wy "cznie w

martenzyt, nazywana jest krytyczn! szybko#ci! ch"odzenia Vk (rys. 5.15).

Rys. 5.13. Po o#enie punktów pocz"tku Ms Rys. 5.14. Typowa struktura martenzytu.

i ko'ca Mf przemiany martenzytycznej w Stal 35 zahartowana w wodzie. Traw. 2%

zale#no!ci od zawarto!ci w$gla Nitalem, x500

Rys. 5.15. Przebieg ch odzenia stali z ró#n" szybko!ci" na tle wykresu CTP;

Vk —szybko!% krytyczna ch odzenia

Na kszta t krzywych CTP du#y wp yw maj" sk adniki stopowe dodawane do stali

konstrukcyjnych. Sk adniki te powoduj" przesuni$cie linii pocz"tku i ko'ca przemiany austenitu

w prawo w stosunku do po o#enia tych linii dla stali w$glowych (rys. 5.16a) lub powoduj"

jednoczesne przesuni$cie i zmian$ kszta tu tych linii polegaj"c" na ich rozdwojeniu (rys. 5.16b).

Zjawisko to jest korzystne o tyle, #e krytyczna szybko!% ch odzenia Vk dla stali stopowych jest

w rezultacie znacznie ni#sza ni# w przypadku stali w$glowych.

docsity.com

72 JW

Rys. 4.14. Porównanie po o#enia i kszta tu linii pocz"tku przemiany przech odzonego

austenitu na wykresach CTP: a) dla stali w$glowej i dla stali stopowych zawieraj"cych

pierwiastki nie tworz"ce w$glików, b) dla stali w$glowej i dla stali stopowych

zawieraj"cych pierwiastki w$glikotwórcze

4.1.5. Przemiany zachodz!ce podczas odpuszczania martenzytu

Martenzyt, który powstaje w wyniku szybkiego ch odzenia austenitu, czyli hartowania, jest

struktur" metastabiln", która ju# po niewielkim podgrzaniu zaczyna ulega% przemianom.

Operacja obróbki cieplnej, polegaj"ca na wygrzewaniu zahartowanej stali w zakresie temperatur

le#"cych poni#ej temperatury A1, i nast$pnie ch odzeniu, nosi ogólnie nazw$odpuszczania. Podczas odpuszczania martenzytu w stalach w$glowych i niskostopowych mo#na

obserwowa% kolejno, w poszczególnych zakresach temperatur, nast$puj"ce zmiany:

I. W zakresie temperatury 80-200°C nast$puje przemiana martenzytu tetragonalnego w

martenzyt regularny - zwany te# martenzytem odpuszczonym - co zwi"zane jest z

wydzielaniem w$gla z martenzytu w postaci w$glika $. W$glik ten wykazuje zmienny sk ad

wahaj"cy si$ w granicach Fe2C-Fe3C. Przemiana w tym zakresie temperatury zwi"zana jest ze

skurczem próbki, co mo#na zarejestrowa% za pomoc" bada' dylatometrycznych (rys. 5.17).

Rys. 5.17. Krzywa dylatometryczna przedstawiaj"ca ró#ne stadia przemian

zachodz"cych w czasie odpuszczania stali zahartowanej; %l - przyrost d ugo!ci próbki

docsity.com

73 JW

II. W zakresie temperatury 200 -300°C zachodzi przemiana austenitu szcz"tkowego w martenzyt

odpuszczony i w$glik #elaza, a tak#e zachodzi w dalszym ci"gu wydzielanie w$glika z

martenzytu. Poniewa# obj$to!% w a!ciwa austenitu jest mniejsza ni# martenzytu w tym stadium

przemiany obserwuje si$ rozszerzanie si$ próbki (rys. 5.18).

III. W zakresie temperatury 300-400°C nast$puje zarodkowanie i wzrost wydziele' cementytu

Fe3C, przy czym w$glik $ rozpuszcza si$, a w$giel dyfunduje do rosn"cych wydziele'

cementytu Fe3C. W tym stadium zachodzi równie# intensywny proces zanikania napr$#e'

w asnych. W temperaturze ok. 400°C zawarto!% w$gla w ferrycie osi"ga ju# warto!%

odpowiadaj"c" stanowi równowagi. W czasie tych przemian obserwuje si$ skurcz próbki.

IV. Przy dalszym nagrzewaniu stali zahartowanej powy#ej 400°C nast$puje proces koagulacji

wydziele' cementytu, a wyj!ciowe ig y martenzytu ulegaj" zdrowieniu.- i rekrystalizacji. Przy

najwy#szych temperaturach odpuszczania procesami dominuj"cymi staj" si$ rozrost ziarna i

sferroidyzacja cementytu. Struktura sk ada si$ z ferrytu i cementytu drobnoziarnistego i nosi

nazw$sorbitu (rys. 5.18).

Rys. 5.18. Mikrostruktura stali o zawarto!ci 0,35% C zahartowanej i odpuszczonej w

600°C. Sorbit. Traw. 2% Nitalem. x500

Na rysunku 4.17 przedstawione s" schematycznie kolejne stadia procesów zawodz"cych w

czasie odpuszczania zahartowanej stali.

Rys. 5.19. Schemat przedstawiaj"cy procesy zachodz"ce podczas odpuszczania

zahartowanej stali

docsity.com

74 JW

5.2. Podstawowe rodzaje obróbki cieplnej stali

Schemat klasyfikacji podstawowych operacji obróbki cieplnej zwyk ej stopów #elaza

przedstawiono na rys. 5.20. W obróbce cieplnej stali rozró#nia si$ trzy g ówne grupy operacji

cieplnych: operacje wy#arzania, operacje hartowania i odpuszczania, operacje przesycania i

starzenia. Najwi$ksze znaczenie spo!ród wymienionych rodzajów obróbki cieplnej stali ma

hartowanie martenzytyczne z nast$puj"cym po nim odpuszczaniem, czyli tzw. ulepszanie cieplne

lub utwardzanie cieplne. Ulepszanie cieplne polepsza znacznie ca y zespó mechanicznych

w asno!ci stali i jest obecnie podstawowym rodzajem obróbki cieplnej stali konstrukcyjnych.

5.3. Wy$arzanie

Wy#arzanie jest operacj" obróbki cieplnej polegaj"c" na nagrzaniu stali do okre!lonej

temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym ch odzeniu w celu otrzymania struktury

bardziej zbli#onej do stanu równowagi.

Rozró#nia si$ kilka rodzajów wy#arzania stali, z których ka#dy ma na celu osi"gni$cie

okre!lonych w asno!ci materia u, cz$sto bardzo ró#ni"cych si$ pomi$dzy sob" (rys. 5.20).

Zakresy temperatury, w jakich przeprowadza si$ poszczególne, wa#niejsze rodzaje operacji

wy#arzania, podane s" na rys. 5.21.

Rys. 5.20. Podstawowe operacje obróbki cieplnej zwyk ej stopów #elaza

Wy$arzanie ujednorodniaj!ce (ujednorodnianie, homogenizowanie) polega na nagrzaniu stali do temperatury niewiele ni#szej od temperatury solidusu, d ugotrwa ym wygrzaniu w tej

temperaturze i powolnym ch odzeniu w celu zmniejszenia niejedno-rodno!ci sk adu

chemicznego i struktury. Zakres praktycznie stosowanej temperatur} wynosi ok. 1050-1250°C.

Czas wygrzewania wynosi dla wlewków ok. 12-15 h

Niejednorodno!% sk adu chemicznego wyst$puje w stali na skutek likwacji w czasie

krzepni$cia wlewka oraz segregacji dendrytycznej. Podczas wygrzewana pierwiastki

nierównomiernie roz o#one w stali, np. w$giel lub sk adniki stopowe dyfunduj" z miejsc

bogatszych do ubo#szych, przez co wyrównuje si$ sk ad chemiczny stali. Przez ujednorodnianie

mo#na zmniejszy% w znacznym stopniu segregacj$ dendrytyczn", nie daje si$ natomiast usun"%

likwacji strefowej, co mo#e nast"pi% dopiero przez obróbk$ plastyczn", np. kucie lub

walcowanie.

Wysoka temperatura i d ugi czas wy#arzania ujednorodniaj"cego powoduj" silny rozrost

ziarna i dlatego w celu poprawienia struktury przeprowadza si$ dodatkow" obróbk$ ciepln" —

wy#arzanie normalizuj"ce.

Podczas ujednorodniania zachodz" równie# takie niekorzystne procesy, jak odw$glenie

powierzchniowe i utlenienie powierzchni, co powoduje straty materia u.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome