Docsity
Docsity

Przygotuj się do egzaminów
Przygotuj się do egzaminów

Studiuj dzięki licznym zasobom udostępnionym na Docsity


Otrzymaj punkty, aby pobrać
Otrzymaj punkty, aby pobrać

Zdobywaj punkty, pomagając innym studentom lub wykup je w ramach planu Premium


Informacje i wskazówki
Informacje i wskazówki

Obróbka cieplna - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2, Notatki z Materiały inżynieryjne

W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: obróbka cieplna stopów żelaza.

Typologia: Notatki

2012/2013

Załadowany 14.03.2013

mellow_99
mellow_99 🇵🇱

4.3

(26)

170 dokumenty

1 / 13

Toggle sidebar

Ta strona nie jest widoczna w podglądzie

Nie przegap ważnych części!

bg1
75 JW
Rys. 5.20. Zakresy temperatury wy arzana stali w!glowych na tle wykresu elazo-cmentyt
Wy arzanie normalizuj!ce (normalizowanie) polega na nagrzaniu stali ok. 30-50°C
powy ej Ac3 lub Acm (w przypadku stali nadeuktoidalnych), wygrzaniu w tej temperaturze i
studzeniu w spokojnym powietrzu w celu uzyskania drobnego ziarna i równomiernego
roz"o enia sk"adników strukturalnych. Stosunkowo krótkie czasy wygrzewania i do#$ szybkie
ch"odzenie w spokojnym powietrzu powoduje uzyskanie korzystnej struktury drobnoziarnistej
(rys. 5.5). Normalizowanie polepsza w"asno#ci wytrzyma"o#ciowe stali i w pewnych
przypadkach poprawia jej przydatno#$ do obróbki mechanicznej przez skrawanie.
Normalizowanie stosuje si! te cz!sto przed dalsz% obróbk% ciepln% w seryjnej produkcji
celem nadania stali jednakowej struktury wyj#ciowej, co ma wp"yw na w"asno#ci stali po
obróbce cieplnej.
Wy arzanie zupe!ne ni si! od normalizowania tylko sposobem studzenia stali.
Polega na nagrzaniu stali powy ej Ac3 i nast!pnie powolnym studzeniu (zwykle z piecem) do
temperatury poni ej Ar1, w celu zupe"nego przekrystalizowania stali. Dalsze studzenie mo e si!
ju odbywa$ na wolnym powietrzu. Wy arzaniu temu poddaje si! szczególnie stale stopowe, w
przypadku których szybko#$ ch"odzenia w spokojnym powietrzu po normalizowaniu jest tak
du a, e mo e ju doprowadzi$ do zahartowania. Stal po wy arzaniu zupe"nym ma dobr%
plastyczno#$, ma"% twardo#$ i dobr% obrabialno#$.
Wy arzanie niezupe"ne jest to wygrzewanie stali podeutektoidalnej w zakresie temperatury
Ac1 Ac3 i studzenie do temperatury poni ej Ar1 w celu cz!#ciowego przekrystalizowania stali.
Jako celowa obróbka cieplna ten rodzaj wy arzania jest rzadziej stosowany.
Wy arzanie sferoidyzuj"ce (sferoidyzowanie) polega na nagrzaniu do temperaturyty bliskiej Ac1
(nieco wy szej), wygrzewaniu w tej temperaturze i studzeniu w celu sferoidyzacji w!glików.
Czas wygrzewania jest stosunkowo d"ugi i mo e wynosi$ od kilku do kilkudziesi!ciu godzin. W
wyniku wy arzania sferoidyzuj%cego otrzymuje si! struktur! ziarnistego cementytu w osnowie
ferrytycznej (rys. 5.21). Cementyt ziarnisty powstaje przez koagulacj! podczas wygrzewania w
temperaturze bliskiej Ac1. Zaokr%glenie wydziele& cementytu nast!puje w tych warunkach przez
d% no#$ tej fazy do zmniejszenia energii powierzchniowej. Struktura taka charakteryzuje si!
ma"% twardo#ci%, co zapewnia optymaln% podatno#$ na odkszta"cenia plastyczne przy obróbce
plastycznej na zimno, a tak e dobr% skrawalno#$. W stali eutektoidalnej i nadeutektoidalnej
wy arzanie sferoidyzuj%ce pozwala otrzyma$ korzystn% struktur! wyj#ciow% do hartowania pod
warunkiem, e cementyt b!dzie drobny i równomiernie roz"o ony w osnowie ferrytu (rys, 5.21).
docsity.com
pf3
pf4
pf5
pf8
pf9
pfa
pfd

Podgląd częściowego tekstu

Pobierz Obróbka cieplna - Notatki - Materiałoznastwo - Część 2 i więcej Notatki w PDF z Materiały inżynieryjne tylko na Docsity!

Rys. 5.20. Zakresy temperatury wy arzana stali w!glowych na tle wykresu elazo-cmentyt

Wy arzanie normalizuj!ce (normalizowanie) polega na nagrzaniu stali ok. 30-50°C powy ej Ac3 lub Acm (w przypadku stali nadeuktoidalnych), wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu w spokojnym powietrzu w celu uzyskania drobnego ziarna i równomiernego roz"o enia sk"adników strukturalnych. Stosunkowo krótkie czasy wygrzewania i do#$ szybkie ch"odzenie w spokojnym powietrzu powoduje uzyskanie korzystnej struktury drobnoziarnistej (rys. 5.5). Normalizowanie polepsza w"asno#ci wytrzyma"o#ciowe stali i w pewnych przypadkach poprawia jej przydatno#$ do obróbki mechanicznej przez skrawanie. Normalizowanie stosuje si! te cz!sto przed dalsz% obróbk% ciepln% w seryjnej produkcji celem nadania stali jednakowej struktury wyj#ciowej, co ma wp"yw na w"asno#ci stali po obróbce cieplnej. Wy arzanie zupe!ne ró ni si! od normalizowania tylko sposobem studzenia stali. Polega na nagrzaniu stali powy ej Ac3 i nast!pnie powolnym studzeniu (zwykle z piecem) do temperatury poni ej Ar1 , w celu zupe"nego przekrystalizowania stali. Dalsze studzenie mo e si! ju odbywa$ na wolnym powietrzu. Wy arzaniu temu poddaje si! szczególnie stale stopowe, w przypadku których szybko#$ ch"odzenia w spokojnym powietrzu po normalizowaniu jest tak du a, e mo e ju doprowadzi$ do zahartowania. Stal po wy arzaniu zupe"nym ma dobr% plastyczno#$, ma"% twardo#$ i dobr% obrabialno#$. Wy arzanie niezupe"ne jest to wygrzewanie stali podeutektoidalnej w zakresie temperatury Ac1 Ac3 i studzenie do temperatury poni ej Ar1 w celu cz!#ciowego przekrystalizowania stali. Jako celowa obróbka cieplna ten rodzaj wy arzania jest rzadziej stosowany.

Wy arzanie sferoidyzuj"ce (sferoidyzowanie) polega na nagrzaniu do temperaturyty bliskiej Ac (nieco wy szej), wygrzewaniu w tej temperaturze i studzeniu w celu sferoidyzacji w!glików. Czas wygrzewania jest stosunkowo d"ugi i mo e wynosi$ od kilku do kilkudziesi!ciu godzin. W wyniku wy arzania sferoidyzuj%cego otrzymuje si! struktur! ziarnistego cementytu w osnowie ferrytycznej (rys. 5.21). Cementyt ziarnisty powstaje przez koagulacj! podczas wygrzewania w temperaturze bliskiej Ac1. Zaokr%glenie wydziele& cementytu nast!puje w tych warunkach przez d% no#$ tej fazy do zmniejszenia energii powierzchniowej. Struktura taka charakteryzuje si! ma"% twardo#ci%, co zapewnia optymaln% podatno#$ na odkszta"cenia plastyczne przy obróbce plastycznej na zimno, a tak e dobr% skrawalno#$. W stali eutektoidalnej i nadeutektoidalnej wy arzanie sferoidyzuj%ce pozwala otrzyma$ korzystn% struktur! wyj#ciow% do hartowania pod warunkiem, e cementyt b!dzie drobny i równomiernie roz"o ony w osnowie ferrytu (rys, 5.21).

Rys.5.21. Cementyt ziarnisty (sferoidyt) w stali o zawarto#ci ok. 1% C. Traw. 5% nitalem.x

Wy arzanie zmi#kczaj!ce (zmi!kczanie) jest to wy arzanie maj%ce na celu zmniejszenie twardo#ci. Przeprowadza si! je zwykle w temperaturze bliskiej Ac

Wy arzanie rekrystalizuj!ce (rekrystalizowanie) jest to wy arzanie stali utwardzonej plastycznie na zimno, w temperaturze wy szej od temperatury pocz%tku rekrystalizacji, w celu usuni!cia skutków zgniotu i uzyskania okre#lonej wielko#ci ziarna. W praktyce wy arzanie rekrystalizuj%ce stosuje si! najcz!#ciej jako zabieg mi!dzyoperacyjny, który usuwa skutki zgniotu, co umo liwia wykonywanie dalszych operacji obróbki plastycznej na zimno. Zakres temperatury wy arzania rekrystalizuj%cego jest podany na rys. 5.20.

Wy arzanie odpr# aj!ce ma na celu usuni!cie napr! e& mo liwie bez wprowadzenia zmian strukturalnych w stali. Napr! enia wyst!puj% w odlewach, spoinach materia"ach odkszta"conych plastycznie oraz hartowanych. Napr! enia te mog% by$ w pewnych przypadkach tak znaczne, e powoduj% powstawanie p!kni!$ w materiale. Aby temu zapobiec, stosuje si! wy arzanie odpr! aj%ce, polegaj%ce na nagrzaniu i wygrzaniu przedmiotu w temperaturze poni ej Ac1 i powolnym studzeniu Zale nie od rodzaju materia"u oraz od przyczyn wywo"uj%cych napr! enia stosuje si! ró n% temperatur! (rys. 5.20) i ró ny czas wygrzewania. Na ogó" im wy sza temperatura, tym krótszy czas wygrzewania (do kilku godzin).

5.4. Hartowanie Hartowanie polega na nagrzewaniu przedmiotu do temperatury, w której nast!puje wytworzenie struktury austenitu, i nast!pnie szybkim ch"odzeniu w wodzie lub oleju w celu otrzymania struktury martenzytycznej. Temperatur! hartowania stali okre#la si! w zale no#ci od temperatur Ac1 Ac3 Acm. Optymalna temperatura hartowania stali podeutektoidalnych jest zwykle wy sza o 30 50°C od temperatury Ac3, a stali eutektoidalnych i nadeutektoidalnych - wy sza o 30 50°C od Acm. Zakres temperatury hartowania stali w!glowych podany jest schematycznie na rys. 5.22 na tle wykresu elazo-cementyt.

Rys. 5.22. Zakres temperatury hartowania stali w!glowych

5.5. Hartowanie powierzchniowe

Hartowanie powierzchniowe polega na szybkim nagrzaniu cienkiej warstwy powierzchniowej przedmiotu do temperatury powy ej Ac3 (temperatury austenityzacji) i ozi!bieniu z du % szybko#ci% niezb!dn% do uzyskania struktury martenzytycznej w tej warstwie. Celem hartowania powierzchniowego jest nadanie warstwie powierzchniowej wysokiej twardo#ci i odporno#ci na #cieranie, przy zachowaniu ci%gliwego rdzenia. Hartowaniu powierzchniowemu poddaje si! stale w!glowe o zawarto#ci 0,4-0,6% oraz stale niskostopowe o zawarto#ci 0,3-0,6% C. Elementy, od których wymaga si! wi!kszej wytrzyma"o#ci, przed hartowaniem powierzchniowym poddaje si! ulepszaniu cieplnemu, tj. hartowaniu i wysokiemu odpuszczaniu. Najcz!#ciej stosowanymi metodami hartowania powierzchniowego s%: a ) hartowanie p"omieniowe — polegaj%ce na nagrzewaniu powierzchni p"omieniem gazowym, zwykle acetylenowo-tlenowym, za pomoc% palnika o du ej wydajno#ci, i na intensywnym ozi!bieniu strumieniem wody; b ) hartowanie indukcyjne — polegaj%ce na nagrzewaniu warstwy powierzchniowej przedmiotu pr%dami wirowymi, wzbudzonymi przez pr%d zmienny o wielkiej cz!stotliwo#ci p"yn%cy we wzbudniku w postaci uzwojenia, i nast!pnie szybkim ozi!bianiu natryskiem wodnym; c ) hartowanie k%pielowe — polegaj%ce na nagrzewaniu powierzchni przez krótkie zanurzenie do k%pieli solnej lub metalowej i nast!pnie ozi!bieniu; d ) hartowanie kontaktowe lub oporowe, przy którym powierzchnia przedmiotu nagrzewa si! w miejscu styku elektrody w postaci rolki dociskowej z powierzchni przedmiotu na skutek oporu omowego; e ) hartowanie elektrolityczne, podczas którego grzanie odbywa si! w elektrolicie wskutek przep"ywu pr%du o du ym nat! eniu przez elektrolit, przy czym katod% jest przedmiot nagrzewany. Stosowane jest równie hartowanie z grzaniem powierzchniowym laserowym, elektronowym i plazmowym. Wspóln% cech% metod hartowania powierzchniowego jest zapewnienie tak szybkiego nagrzewania, aby przedmiot osi%gn%" temperatur! hartowania tylko do pewnej zadanej g"!boko#ci. Temperatura warstwy powierzchniowej przy szybkim nagrzewania przekracza zwykle znacznie (o ok. 100°C) w"a#ciw% temperatur! hartowania, a jednak nie wywiera ujemnego wp"ywu na w"asno#ci stali, gdy czas nagrzewania jest du o krótszy ni przy hartowaniu zwyk"ym i praktycznie rozrost ziarn nie wyst!puje. Wszystkie metody hartowania powierzchniowego wymagaj% bardzo dok"adnego opracowania warunków nagrzewania i #cis"ego dostosowania ich do kszta"tu i %danej charakterystyki hartowanej powierzchni. Wybór jednej z metod hartowania powierzchniowego oraz sposób wykonania zabiegu zale % m.in. od wielko#ci i kszta"tu obrabianych przedmiotów, od ich ilo#ci oraz od %danej g"!boko#ci utwardzenia. Hartowanie p"omieniowe pozwala na osi%gni!cie g"!boko#ci zahartowania od oko"o 2 do 8 mm, przy minimalnej #rednicy przedmiotu 20 mm. Na wyniki hartowania maj% wp"yw takie czynniki, jak: wydajno#$ palnika, kszta"t jego ko&cówek, szybko#$ posuwu palnika lub przedmiotu, odleg"o#$ palnika od powierzchni, czas up"ywaj%cy mi!dzy ko&cem grzania a pocz%tkiem ch"odzenia, intensywno#$ ch"odzenia. Zale nie od kszta"tu i wielko#ci hartowanego przedmiotu rozró nia si! dwa sposoby hartowania: hartowanie jednoczesne obrotowe oraz hartowanie ci%g"e posuwowe lub posuwowo- obrotowe. Metoda jednoczesnego hartowania polega na nagrzewaniu od razu ca"ej powierzchni przedmiotu i po osi%gni!ciu w"a#ciwej temperatury na jej szybkim och"odzeniu. Najcz!#ciej spotykan% odmian% tego sposobu jest hartowanie obrotowe, w czasie którego palnik jest nieruchomy, a przedmiot obraca si! z okre#lon% pr!dko#ci% - rys. 5.24. Sposób ten stosowany jest do przedmiotów okr%g"ych o niewielkich #rednicach.

Rys. 5.24. Hartowanie powierzchniowe p"omieniowe jednoczesne obrotowe

Metoda hartowania ci%g"ego polega na post!powym ci%g"ym nagrzewaniu powierzchni i post!puj%cym za nim ozi!bianiu ci%g"ym za pomoc% natryskiwacza znajduj%cego si! za palnikiem. Metod! t! stosuj! si! do przedmiotów o du ej powierzchni p"askiej – rys. 5.25, lub krzywoliniowej, d"ugich przedmiotów walcowych (hartowanie posuwowo-obrotowe – rys. 5. oraz przedmiotów o du ej #rednicy. Hartowaniu p"omieniowemu poddaje si! przedmioty wykonane ze stali w!glowych o zawarto#ci 0,45 0,60% C oraz niektóre gatunki stali manganowych chromowych i chromowo- wanadowych. Najwi!ksze zastosowanie ta metoda hartowania znalaz"a przy miejscowym utwardzaniu du ych cz!#ci maszyn produkowanych pojedynczo lub w niewielkich seriach. Stosowana jest równie przy hartowaniu kó" z!batych o du ych modu"ach oraz wa"ów o du ych #rednicach I d"ugo#ci do 10 m. Hartowanie indukcyjne (rys. 5.27) pozwala na osi%gni!cie mniejszych g"!boko#ci zahartowania ni przy hartowaniu p"omieniowym (ok. 0,2 - 5 mm). G"!boko#$ warstwy, w której indukuj% si! pr%dy wirowe mo na obliczy$ za pomoc% empirycznego wzoru:

gdzie:! - oporno#$ w"a#ciwa " - przenikalno#$ magnetyczna f - cz!stotliwo#$ pr%du w Hz Przenikalno#$ magnetyczna stali w!glowej gwa"townie maleje w temperaturze przemiany magnetycznej (punkt Curie) i przy dalszym nagrzewaniu prawie nie ulega zmianie. G"!boko#$ przenikania pr%dów wirowych wynosi dla:

f

d C "#

[mm ] f

austenitu:d

[mm] f

ferrytu: d

Fe

Fe

%

&

#ci#le dostosowany do kszta"tu i wymiarów przedmiotu. Podobnie jak przy hartowaniu p"omieniowym, równie przy hartowaniu indukcyjnym rozró nia si! dwie podstawowe metody hartowania: hartowanie jednoczesne obrotowe oraz hartowanie ci%g"e posuwowe lub posuwowo- obrotowe – rys. 5.

Rys. 5.28. Schemat hartowania indukcyjnego ci%g"ego, posuwowo-obrotowego; l - wzbudnik dwuzwojowy, 2 - natryskiwacz, 3 - przedmiot

Ogólna zasada hartowania indukcyjnego jest podobna do hartowania p"omieniowego z t% ró nic%, e w miejscu palników umieszczony jest wzbudnik, który bardzo cz!sto spe"nia rol! natryskiwacza. W przemy#le najwi!ksze zastosowanie znalaz"o hartowanie indukcyjne, a nast!pnie p"omieniowe. Inne metody hartowania powierzchniowego jak: k%pielowe, kontaktowe czy elektrolityczne, stosowane s% sporadycznie.

5.6. Hartowno$% i utwardzalno$% stali Cechami charakteryzuj%cymi stal zahartowan% s% utwardzalno#$ i hartowno#$. Poj!cia te s% zbie ne, gdy okre#laj% w"asno#ci stali zahartowanej, które s% #ci#le od siebie uzale nione. Przez utwardzalno#$ rozumie si! zdolno#$ stali do utwardzania si! przy hartowaniu, a okre#la j% maksymalna twardo#$ mierzona na powierzchni stali, któr% uzyskano przy optymalnych parametrach hartowania. Twardo#$ po hartowaniu jest zale na od zawarto#ci w!gla w stali. Wy sza zawarto#$ w!gla w martenzycie zwi!ksza twardo#$ stali, ale tylko do zawarto#ci ok. 0,9% C. W stalach nadeutektoidalnych, dla których optymaln% temperatur% hartowania jest Ac1 + 30°C, zawarto#$ w!gla w martenzycie po hartowaniu jest sta"a, zmienia si! natomiast ilo#$ cementytu, który jednak nie wp"ywa w sposób istotny na zmian! twardo#ci. Z kolei przez hartowno$% rozumie si! g"!boko#$ na jak% stal da si! zahartowa$. Miar% hartowno#ci jest wi!c grubo#$ strefy zahartowanej. Przy hartowaniu przedmiotów stalowych nie nast!puje zwykle zahartowanie na wskro#, gdy szybko#$ ch"odzenia jest wi!ksza na powierzchni, a mniejsza w rdzeniu. Rozk"ad szybko#ci ch"odzenia na przekroju okr%g"ego pr!ta podczas hartowania przedstawiono w przybli eniu lini% ci%g"% na rys. 5.28a. Je eli szybko#$ hartowania w #rodkowej cz!#ci pr!ta b!dzie mniejsza od krytycznej szybko#ci hartowania Vkr to pr!t nie zahartuje si! na wskro#, jego struktura w rdzeniu b!dzie si! sk"ada"a z perlitu i bainitu, a g"!boko#$ strefy zahartowanej b!dzie równa tylko grubo#ci warstwy zakreskowanej.

Strefa nie zahartowana

Rys. 5.29. Hartowanie pr!ta stalowego Vkr - krytyczna szybko#$ ch"odzenia. Vp - szybko#$ ch"odzenia powierzchni. Vr - szybko#$ ch"odzenia rdzenia

Na rysunku 5.29 przedstawiono równie wykres CTP, na którym naniesiono linie szybko#ci ch"odzenia: powierzchni – Vp i rdzenia - Vr próbki oraz zaznaczono szybko#$ krytyczn% Vkr. Jest oczywiste, e ze zmniejszeniem krytycznej szybko#ci hartowania wzrasta g"!boko#$ warstwy zahartowanej. Tak wi!c, im mniejsza jest Vkr dla danej stali, tym wi!ksza jest jej hartowno#$. Warto#$ Vkr jest #ci#le zwi%zana z szybko#ci% przemiany austenitu w struktury perlityczne, a zatem z po"o eniem krzywej pocz%tku przemiany na wykresie CTP, które z kolei zale ne jest od gatunku stali. G"!boko#$ warstwy zahartowanej zmienia si! tak e zale nie od u ytego #rodka ozi!biaj%cego. Je eli #rodek ozi!biaj%cy szybciej b!dzie odbiera" ciep"o ze stali, to na wi!kszej g"!boko#ci od powierzchni stal b!dzie ch"odzona z szybko#ci% wi!ksz% od krytycznej. Na przyk"ad warstwy zahartowane w przedmiotach ch"odzonych w wodzie s% grubsze ni warstwy po hartowaniu w oleju. Jako g"!boko#$ warstwy zahartowanej przyjmuje si! zwykle umownie odleg"o#$ od powierzchni do pocz%tku warstwy o strukturze pó"martenzytycznej, czyli do tej warstwy przekroju, w której struktura sk"ada si! w 50% z martenzytu i w 50% ze struktur niemartenzytycznych. Najwi!ksza #rednica pr!ta okr%g"ego, przy której zachodzi zahartowanie na wskro# (tj. w #rodku pr!ta b!dzie 50% martenzytu), nazywana jest #rednic% krytyczn% Do. Stref! pó"martenzytyczn% mo na "atwo okre#li$ na podstawie bada& mikrostruktury lub, co jest "atwiejsze, na podstawie pomiarów twardo#ci. Nale y zaznaczy$, e twardo#$ strefy pó"martenzytycznej, podobnie jak twardo#ci martenzytu, zale y od zawarto#ci w!gla i dla ró nych gatunków stali b!dzie inna.

Metody okre$lania hartowno$ci Metoda krzywych U. Hartowno#$ i #rednic! krytyczn% dla danego gatunku stali mo na okre#li$ metod% pomiaru twardo#ci na przekroju poprzecznym zahartowanej próbki. W tym celu poddaje si! hartowaniu w tych samych warunkach kilka próbek ró nych #rednicach, nast!pnie przecina si! je i dokonuje pomiaru twardo#ci wzd"u #rednicy próbki. Wyniki pomiarów nanosi si! na wykres, który wygl%dem przypomina liter! U (rys. 5.30). St%d metoda ta nosi nazw! krzywych U. W celu pe"nego scharakteryzowania hartowno#ci badanej stali, wyniki pomiarów twardo#ci dla wszystkich próbek nanosi si! na jeden zbiorczy wykres. Na rysunku 5. przedstawione s% dwa wykresy zbiorcze dla stali w!glowej o zawarto#ci 0,4% C i stali chromowej o zawarto#ci 0,45% C i 1,0% Cr. Twardo#$ struktury pó"martenzycznej dla stali o tej zawarto#ci w!gla wynosi ok. 45 HRC. Jak wida$ na wykresie, stal stopowa ma wi!ksz% hartowno#$, gdy próbka o #rednicy 50 mm zahartowa"a si! na wskro# ( Do = 50 mm), natomiast

Rys. 5.32 Kszta"t i wymiary próbki do badania hartowno#ci metod% Jominy'ego; na tle próbki krzywa rozk"adu twardo#ci wzd"u tworz%cej

Rys.5.33. Pasmo hartowno#ci dla stali w!glowej o zaw. ok. 0,50% C

5.7. Odpuszczanie

Hartowanie martenzytyczne jest pierwszym etapem obróbki cieplnej stali konstrukcyjnych. Ma"a plastyczno#$ i du e napr! enia w"asne uniemo liwiaj% bezpo#rednie stosowanie stali konstrukcyjnej w takim stanie, jaki otrzymuje si! po hartowaniu. Niezb!dny jest nast!pny zabieg cieplny - odpuszczanie, który zwi!ksza plastyczno#$ i ci%gliwo#$, a zmniejsza napr! enia w"asne. Odpuszczanie jest wi!c ko&cowym zabiegiem obróbki cieplnej (ulepszania cieplnego) stali konstrukcyjnej, ustalaj%cym ostatecznie jej w"asno#ci. Wyj%tek stanowi tu jedynie hartowanie bainityczne, po którym odpuszczanie nie jest wymagane. Odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanej stali do temperatury ni szej od temperatury przemiany eutektoidalnej i ch"odzeniu do temperatury otoczenia. Zale nie od stosowanej temperatury rozró nia si! odpuszczanie niskie, #rednie i wysokie. Odpuszczanie niskie przeprowadza si! w zakresie temperatury 150-250°C celem usuni!cia napr! e& hartowniczych, przy zachowaniu du ej twardo#ci i odporno#ci na #cieranie. Stosuje si! g"ównie do stali narz!dziowych. Odpuszczanie #rednie przeprowadza si! w zakresie temperatury 250-500°C w celu uzyskania przez stal du ej wytrzyma"o#ci i spr! ysto#ci. Twardo#$ ulega przy tym do#$ znacznemu obni eniu. Tego rodzaju odpuszczaniu poddaje si! spr! yny, resory, matryce, cz!#ci silników, samochodów itp. Odpuszczanie wysokie przeprowadza si! w zakresie temperatury powy ej 500°C i poni ej Acl. Ma ono na celu m.in. uzyskanie mo liwie najwy szej udarno#ci dla danej stali, przy jednoczesnym zwi!kszeniu stosunku Re do Rm. Stal konstrukcyjna odpuszczona wysoko po hartowaniu uzyskuje struktur! sorbityczn% i odznacza si! z regu"y wy sz% granic% plastyczno#ci i wy szym wyd"u eniem i przew! eniem ni ta sama stal o strukturze perlitycznej. Podczas wysokiego odpuszczania, poza zmianami strukturalnymi, zachodzi

jednocze#nie prawie ca"kowite usuni!cie napr! e& powsta"ych podczas hartowania. Odpuszczanie wysokie stosuje si! do wi!kszo#ci stali konstrukcyjnych. Temperatur! i czas odpuszczania dobiera si! w zale no#ci od w"asno#ci, jakie maj% by$ otrzymane. Schemat zmian w"asno#ci mechanicznych stali konstrukcyjnych w zale no#ci od temperatury odpuszczania przedstawiony jest na rys. 5.34.

Rys. 5.34. Zmiana w"asno#ci mechanicznych stali konstrukcyjnej w zale no#ci od temperatury odpuszczania

Krucho$% odpuszczania. Temperatura odpuszczania i szybko#$ ch"odzenia przy odpuszczaniu maj% znaczny wp"yw na udarno#$ konstrukcyjnej stali stopowej. W przypadku powolnego ch"odzenia stali po odpuszczaniu krzywa charakteryzuj%ca jej udarno#$ ma dwa minima: dla oko"o 300°C i oko"o 500 ÷ 600°C. Jest to zjawisko tzw. krucho#ci odpuszczania pierwszego i drugiego rodzaju.

Rys. 5.35. Wp"yw temperatury odpuszczania i szybko#ci ch"odzenia po odpuszczaniu na udarno#$ stali Krucho#$ odpuszczania pierwszego rodzaju powstaje podczas odpuszczania w temperaturze oko"o 300°C niezale nie od sk"adu chemicznego stali i szybko#ci ch"odzenia po odpuszczaniu (rys. 5.35 i 5.36). Z tego wzgl!du nale y unika$ odpuszczania w tym zakresie temperatury.

Starzenie polega na nagrzaniu i wytrzymaniu uprzednio przesyconego roztworu w temperaturze znacznie ni szej od temperatury granicznej rozpuszczalno#ci w celu wydzielenia o odpowiednim stopniu dyspersji sk"adnika lub sk"adników znajduj%cych si! w nadmiarze w przesyconym roztworze sta"ym. W przypadku niektórych stopów procesy starzenia zachodz% ju w temperaturze otoczenia, co nosi nazw! starzenia naturalnego (samorzutnego). W czasie starzenia zachodz% zmiany strukturalne zbli aj%ce sk"ad stopu do stanu równowagi. Wydzielanie si! w czasie starzenia sk"adnika (znajduj%cego si! w przesyconym roztworze sta"ym) w postaci skupie& lubfaz o du ej dyspersji powoduje utwardzanie stopu. Z tego wzgl!du po"%czenie zabiegów przesycenia i starzenia nosi nazw! utwardzania wydzieleniowego. W stalach niskow!glowych przeznaczonych do g"!bokiego t"oczenia, a tak e w stalach kot"owych starzenie jest niekorzystne, gdy obni a plastyczno#$ i powoduje krucho#$. Zjawisko to wyst!puje silniej w stalach nieuspokojonych, gdy oprócz w!gla w ferrycie rozpuszczony jest tak e azot, który tworzy z elazem faz! mi!dzyw!z"ow% Fe 4 N. Szybkie ch"odzenie np. od temperatury walcowania powoduje zatrzymanie prawie ca"ej ilo#ci rozpuszczonych sk"adników w ferrycie, które nast!pnie wydzielaj% si! podczas starzenia, zw"aszcza na granicach ziarn. Starzenie mo e zachodzi$ ju w temperaturze otoczenia, zw"aszcza w ci%gu d"u szych okresów czasu, i powoduje pogorszenie w"asno#ci plastycznych stali.