to moze troche tak teoretycznie:
1.Hartowanie.
Hartowanie stali jest zabiegiem cieplnym stosowanym w wielu przypadkach do wyrobów z stali węglowej czy stopowej, zarówno konstrukcyjnej jak i narzędziowej. Hartowaniu podlega większość stali węglowych wyższej jakości, stale do patentowania, stale do stopowe do nawęglania i ulepszania cieplnego, stale sprężynowe i resorowe, stale na łożyska toczne i zaworowe oraz wszystkie stale narzędziowe.
W większości wypadków celem hartowania jest uzyskanie wysokiej twardości, wysokiej odporności na ścieranie, dużej trwałości ostrza narzędzi skrawających, jak również uzyskanie struktury wyjściowej dla późniejszych zabiegów cieplnych, w rezultacie których otrzymuje się optymalne własności mechaniczne ( ulepszanie cieplne ).
Hartowanie polega na nagrzaniu stali do zakresu austenitycznego, wygrzaniu dla ujednorodnienia austenitu i późniejszym szybkim chłodzeniu dla uzyskania warunków przemiany austenitu w strukturę martenzytyczną lub strukturę bainityczną.
Z rozważań nad termiczną przemianą stali przy chłodzeniu wynika, że w miarę zwiększania stopnia przechłodzenia ( obniżenie temperatury przemiany izotermicznej ) okres czasu, w którym austenit jest trwały i ogólny czas przemiany austenitu początkowo maleje, po czym rośnie.
W zachowaniu się austenitu przy przemianach izotermicznych decydującą rolę odgrywają dwa czynniki: pierwszy to stopień przechłodzenia, który w miarę wzrostu zwiększa szybkość krystalizacji i ilość zarodków, a drugi to szybkość procesów dyfuzyjnych. W pierwszym okresie przemiany, kiedy ogólny czas przemiany austenitu maleje przeważa czynnik przechłodzenia, natomiast w drugim czynnik dyfuzyjny, wiadomo bowiem, że obniżanie temperatury wyraźnie zwalnia szybkość dyfuzji.
Rys.1.1.Krzywa izotermicznego rozpadu austenitu w stali podeutektoidalnej
Temperatura, w której okres inkubacyjny ( okres czasu, w którym przemiana nie ujawnia się ) a zarazem ogólny czas przemiany austenitu w struktury przejściowe jest najmniejszy, ma dla hartowania znaczenie istotne. Wielkość okresu inkubacyjnego ma bezpośredni wpływ na tzw. prędkość krytyczną hartowania, która jest najmniejszą prędkością przy chłodzeniu ciągłym gwarantującą powstanie struktury martenzytycznej.
Przy chłodzeniu z prędkością mniejszą od krytycznej otrzymuje się w stali mieszaniny struktur bainityczno - martenzytycznych, czy perlityczno - bainitycznych ( rys.1.2 ).
Rys.1.2.Zależność temperatury przemiany perlitycznej
i martenzytycznej od szybkości chłodzenia.
W praktyce hartowanie dzieli się na:
a) obróbkę na wskroś,
obróbkę powierzchniową.
W pierwszej cały przedmiot nagrzewa się do temperatury austenitycznej i cały chłodzi się z prędkością nadkrytyczną. W drugiej nagrzewa się tylko warstwę wierzchnią przedmiotów, zazwyczaj znacznie powyżej temperatur krytycznych po czym chłodzi się w wodzie.
Począwszy od pewnej, ściśle określonej dla każdej stali temperatury, przemiana austenitu zachodzi bezdyfuzyjnie i otrzymuje się wówczas strukturę zwaną martenzytem. Przemiana martenzytyczna nie zachodzi izotermicznie do końca, natomiast wymaga ciągłego obniżania temperatury.
Temperatura początku przemiany martenzytycznej Ms, podobnie końca przemiany Mf zależy od zawartości węgla i w miarę jego wzrostu ulega obniżeniu.
Jak widać z wykresu, w temperaturze pokojowej koniec przemiany martenzytycznej osiągany jest dla stali do zawartości węgla poniżej 0,5 %. Przy wyższych zawartościach węgla i przy chłodzeniu do temperatury pokojowej, przemiana martenzytyczna nie osiąga końca, a stopień przemiany austenitu w martenzyt maleje. Tak otrzymany austenit nosi miano szczątkowego i jego ilość wpływa silnie na własności mechaniczne i technologiczne przedmiotów hartowanych.
W warunkach chłodzenia ciągłego przebieg krzywych rozpadu w stosunku do rozpadu izotermicznego jest nieco inny. Temperatury początku i końca rozpadu w wyższych temperaturach ulegają przesunięciu w prawo ( do dłuższych okresów czasu ) jak również w dół ( do niższych temperatur ).
W obróbce na wskroś rozróżnia się trzy metody hartowania:
a) hartowanie zwykłe,
hartowanie stopniowe,
c) hartowanie izotermiczne.
Hartowanie zwykłe polega na nagrzaniu stali do temperatury Ac3 + ( 30 - 50oC ), wygrzaniu przez czas konieczny dla uzyskania jednorodnego austenitu z następnym chłodzeniem w wodzie, oleju lub na powietrzu w temperaturze 18 - 20oC. W wyniku tego zabiegu otrzymuje się strukturę martenzytyczną, martenzytyczno - austenityczną lub martenzytyczno - austenityczno - cementytową ( w stalach nadeutektoidalnych ). W wyniku chłodzenia przedmiotów po hartowaniu w przedmiotach tych powstają naprężenia, które są wynikiem powstającej w tym czasie różnicy temperatur pomiędzy warstwą zewnętrzną a wewnętrzną przedmiotu. Naprężenia te nie znikają nawet po wyrównaniu się temperatury rdzenia i warstwy zewnętrznej i wywołują w rdzeniu naprężenia rozciągające, a w warstwie zewnętrznej naprężenia ściskające. Naprężenia te nazywane są naprężeniami cieplnymi. W stali poza naprężeniami cieplnymi występują jeszcze naprężenia pochodzące od przemian strukturalnych. Naprężenia strukturalne dodają się do naprężeń cieplnych, przy czym najbardziej niebezpieczny moment nastaje wtedy, gdy naprężenia rozciągające osiągają wartości, przy których spójność materiału zostaje zniszczona.
Naprężenia wewnętrzne, jeżeli nawet nie doprowadzają do zniszczenia przedmiotów wywołują często odkształcenie się i krzywienie przedmiotów hartowanych. Zmniejszenie do minimum naprężeń jest jednym z ważniejszych problemów obróbki przez hartowanie, z tych powodów hartowanie izotermiczne i stopniowe, prowadzące do znacznego zmniejszenia naprężeń nabiera szczególnego znaczenia.
Hartowanie stopniowe polega na nagrzaniu stali do temperatury wyższej od A3 (zwykle nieco wyższej niż przy hartowaniu zwykłym ) wygrzaniu dla uzyskania jednorodnej struktury , z następnym oziębieniem w kąpieli solnej lub metalowej o temperaturze wyższej od temperatury Ms ( początku przemiany martenzytycznej ) danej stali, wygrzanie przez czas krótszy od okresu inkubacji i dalszym powolnym chłodzeniu. W rezultacie takiej obróbki otrzymuje się strukturę martenzytyczną, a więc twardość tę samą co przy hartowaniu zwykłym, lecz znacznie mniejsze naprężenia własne. Zmniejszenie naprężeń jest wynikiem zmniejszenia różnicy temperatur austenizacji i pierwszego ośrodka chłodzącego. Naprężenia strukturalne pozostają bez zmiany.
Hartowanie izotermiczne wykonuje się podobnie jak stopniowe, lecz wygrzewanie w kąpieli solnej lub metalowej odbywa się do zajścia całkowitej przemiany austenitu w baninit. Struktura bainityczna jest mniej twarda niż martenzytyczna, lecz naprężenia własne są bardzo małe. Naprężenia cieplne maleją podobnie jak przy hartowaniu stopniowym a naprężenia strukturalne również zmniejszają się, ponieważ struktura bainityczna ma mniejszą objętość właściwą niż struktura martenzytyczna.
Zarówno hartowanie stopniowe jak i izotermiczne daje pozytywne efekty wtedy, jeżeli cały przekrój obrabianych przedmiotów zostaje oziębiony w ośrodku pośrednim z szybkością ponad krytyczną. Osiągnięcie tego celu jest trudne, dlatego hartowanie stopniowe i izotermiczne może być stosowane jedynie do przedmiotów o małych przekrojach.
Hartowanie powierzchniowe przeprowadza się w sposób zapewniający szybkie doprowadzenie do warstwy wierzchniej przedmiotów obrabianych dużych ilości ciepła. Im szybciej ciepło zostanie doprowadzone do warstwy i im mniej zostanie z niej odprowadzone w głąb wskutek przewodzenia, tym łatwiej zostanie osiągnięta temperatura austenizacji w warstwie. Hartowanie powierzchniowe przeprowadza się zasadniczo trzema metodami: płomieniową, kąpielową i indukcyjną.
Metoda płomieniowa polega na nagrzaniu przedmiotów palnikami acetylenowo - tlenowymi o dużej wydajności cieplnej. Najczęściej są to palniki ze specjalnymi końcówkami dostosowanymi do kształtu obrabianego przedmiotu. Ponieważ warstwa nagrzewana szybko stygnie musi być natychmiast chłodzona. Chłodzenie realizuje się zazwyczaj natryskiem
wodnym z dysz umieszczonych przy końcówkach palnikowych. W zależności od kształtu przedmiotu stosuje się metodę posuwową lub posuwowo - obrotową. Grubość warstwy zahartowanej regulować można zmieniając temperaturę płomienia, odległość palnika czy dyszy wodnej od przedmiotu, najczęściej jednak przez zmianę szybkości ruchu zespołu hartującego wzdłuż przedmiotu.
Hartowanie kąpielowe polega na nagrzaniu całego przedmiotu lub jego części w kąpieli solnej lub metalowej o temperaturze wyższej od temperatury hartowania zwykłego o 200 - 300oC. W tych warunkach głębokość hartowania reguluje się czasem zanurzenia. Metoda ta nie znajduje szerszego zastosowania ponieważ nie gwarantuje pewności i powtarzalności wyników.
Przy hartowaniu indukcyjnym wykorzystuje się zjawisko noskórkowości prądów indukcyjnych. Zasadniczym elementem pieca jest generator prądu o wysokiej częstotliwości 100 - 1000 kHz. Bezpośrednie urządzenie grzejne to cewka pierwotna tzw. wzbudnik, przez którą przepływa prąd. Stroną wtórną jest nagrzewany przedmiot. Prądy wzbudzone w przedmiocie tzw. prądy wirowe ( Foucoulta ) gromadzą się przy powierzchni przedmiotu powodując, dzięki oporowi omowemu, szybkie nagrzewanie warstwy powierzchniowej. Głębokość warstwy reguluje się częstotliwością prądu, a przy stałej częstotliwości czasem nagrzewania. Hartowanie indukcyjne realizuje się metodą procesu jednoczesnego lub ciągłego. Przy pierwszej przedmioty nagrzewa się, a następnie schładza przez szybkie zanurzenie w zbiorniku z wodą lub natryskiem wodnym po usunięciu cewki grzejnej. Przy drugiej stosowanej do przedmiotów długich, przedmiot wykonuje ruch obrotowy i posuwowy względem cewki i tuż pod nią znajdującej się dyszki natrysku wodnego. Szybkość nagrzewania w metodzie indukcyjnej jest bardzo duża, czas grzania wynosi kilka do kilkudziesięciu sekund.
Hartowanie powierzchniowe przeprowadza się dla stali węglowych o zawartości węgla 0,4 - 0,6% oraz nisko stopowych o zawartości węgla 0,3 - 0,6%, rzadziej stosuje się dla stali narzędziowych.
Stale konstrukcyjne węglowe i stopowe mogą być przed hartowaniem powierzchniowym ulepszone cieplnie.
2.Odpuszczanie.
Przedmioty hartowane posiadają jak już wyżej wspomniano znaczne naprężenie własne, które mogą łatwo doprowadzić do zniszczenia ich w czasie eksploatacji a nawet w czasie magazynowania. W celu zmniejszenia naprężeń, a w wielu wypadkach w celu obniżenia własności wytrzymałościowych ( Rm, Re, HB ) i podniesienia własności plastycznych, jak również dla uzyskania optymalnych własności mechanicznych przeprowadza się po hartowaniu wyżarzenie w temperaturach poniżej A1. Wyżarzenie takie nosi powszechnie nazwę odpuszczania.
Stal węglowa po hartowaniu posiada strukturę martenzytyczno - austenityczną lub martenzytyczno - austenityczno - węglikową. Przy odpuszczaniu ulega zmianie zarówno struktura martenzytyczna jak i austenityczna, natomiast węgliki nie ulegają zmianie.
W praktyce stosuje się trzy rodzaje odpuszczania:
a) niskie - 150 - 250oC, stosowane głównie dla narzędzi,
średnie - 250 - 450oC, stosowane dla elementów konstrukcyjnych, które winne wykazywać wysokie własności wytrzymałościowe, a jednocześnie zwiększoną udarność np. sprężyny, resory,
c) wysokie - 450 - 650oC, stosowane do elementów konstrukcyjnych, które przy zachowaniu dostatecznie wysokiej wytrzymałości winne mieć wysokie własności plastyczne, a szczególnie udarność.
Przedmioty hartowane i wysoko odpuszczone na twardość taką samą jak przy wyżarzaniu, charakteryzują się w stosunku do wyżarzonych wyższą plastycznością i udarnością. Hartowanie i wysokie odpuszczanie nosi nazwę ulepszania cieplnego.
3.Wyżarzanie.
Wyżarzanie jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu stopu do odpowiedniej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze i studzeniu do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia po wygrzaniu w temperaturze wyższej od temperatury przemian powinna być niewielka, gdyż szybkie chłodzenie uniemożliwiłoby powstanie faz zgodnych ze stanem równowagi stopu. Po wyżarzeniu w zakresie temperatury poniżej przemian szybkość chłodzenia może być zasadniczo dowolna, gdyż nie zachodzą w tym zakresie żadne przemiany fazowe.
W praktyce zależnie od celu rozróżnia się następujące rodzaje wyżarzenia: ujednorodniające, normalizujące, odprężające, zmiękczające, rekrystalizujące, odpuszczające ( omówione wyżej ) i starzące. Rysunek 1.3 przedstawia temperaturę niektórych rodzajów wyżarzenia.
Rys.1.3.Zakres temperatur wyżarzenia stali.
Wyżarzanie ujednorodniające ( homogenizacja ) ma najczęściej zastosowanie do wlewków stali stopowych, które po odlaniu wykazują niejednorodności składu chemicznego powstałe podczas krzepnięcia stali. Wyżarzanie ujednorodniające ma więc na celu usunięcie przez dyfuzję w stanie stałym segregacji dendrytycznej w obszarze ziarn. Ujednorodnienie stali osiąga się przez wygrzewanie wlewków staliwnych w zakresie temperatury 1000 - 1250oC w ciągu 12 - 15 godzin. Po wyżarzeniu ujednorodniającym, które przeprowadza się w hucie, następuje zwykle obróbka plastyczna wlewka, polegająca na kuciu lub walcowaniu.
Wyżarzanie normalizujące ma na celu otrzymanie równomiernej budowy drobnoziarnistej, która ma lepsze własności mechaniczne niż gruboziarnista. Przebieg procesu normalizowania stali zależy w pewnej mierze od jej składu chemicznego. Stale ogrzewa się podczas wyżarzania normalizującego do temperatury austenitu, a następnie wyjęte z pieca przedmioty chłodzi się na powietrzu. Podczas przemiany perlitu w austenit następuje rozdrobnienie ziarna. Odmianą wyżarzania normalizującego jest wyżarzanie zupełne, które różni się od poprzedniego sposobem chłodzenia, podczas tej przemiany chłodzenie przedmiotu nagrzanego tak jak przy wyżarzaniu normalizującym odbywa się w piecu, który stygnie bardzo powoli. Pozwala to na całkowite przeprowadzenie przemian fazowych w stali zgodnie ze stanem równowagi. Dzięki temu uzyskuje się dobrą ciągliwość stali, małą twardość i dobrą obrabialność.
Wyżarzanie zmiękczające polega na nagrzaniu stali do temperatury określonej w przybliżeniu przemianą A1, a następnie studzeniu po długotrwałym ( wielogodzinnym ) wygrzewaniu. Wyżarzanie to ma na celu rozbicie siatki cementytu i uzyskanie cementytu kulkowego na tle ferrytycznym.
Wyżarzanie rekrystalizujące. Materiał poddany w pewnych warunkach obróbce plastycznej wykazuje wybitne zmiany własności. Po obróbce plastycznej, np. po walcowaniu, kuciu lub ciągnieniu, wzrastają wyraźnie wytrzymałość i twardość materiału, a maleje zdolność do dalszych odkształceń plastycznych. Zjawisko to jest tym większe, im większy jest stopień odkształcenia zwanego zgniotem. Umocnienie materiału nie jest zjawiskiem trwałym. Można przez wyżarzanie w odpowiedniej temperaturze przywrócić materiałowi własności plastyczne i wytrzymałościowe, które miał przed zgniotem. W tym celu należy materiał wyżarzyć w temperaturze wyższej od temperatury rekrystalizacji, która dla każdego materiału jest inna. Temperatura rekrystalizacji zależy od następujących czynników: temperatura topnienia materiału, stopień zgniotu, wielkość kryształów pierwotnych, temperaturę, w której dokonano zgniotu i inne.
Wyżarzanie odprężające stosuje się w celu usunięcia lub zmniejszenia naprężeń własnych powstałych w materiale wskutek zgrubnej obróbki skrawaniem, odlewania, spawania lub obróbki plastycznej prowadzonej w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji, czyli na zimno. Wyżarzanie przeprowadzone w celu usunięcia naprężeń własnych, stosowane najczęściej do stali, przeprowadza się w temperaturze nie przekraczającej temperatury przemiany A1 ( zwykle w temp. 550 do 650oC ). Usunięcie naprężeń zależy od czasu i temperatury. Im wyższa jest temperatura, tym krótszy może być czas trwania procesu wyżarzania. Dzięki odprężeniu materiału zapobiega się późniejszym odkształceniom przedmiotów, a nawet w pewnych przypadkach również pęknięciom, które mogłyby wystąpić w czasie pracy naprężonych elementów.
zaczerpniete z jakiejs zszywki (znalezione na necie) i niestey nie wiem komu prawa autorkie przypisac :roll:
)
FaceBook
