Hartowanie i odpuszczanie stali węglowych PDF

Preview

Summary

prof. dr hab. inż. Dionizy Czekaj, prof. zw. PG...

Description

14.07.2019

OneNote

Hartowanie i odpuszczanie stali węglowych 24 marca 2019 20:47

Hartowanie polega na nagrzaniu stali do temperatur występowania austenitu, wygrzaniu jej, czyli austenityzowaniu, a następnie szybkim ochłodzeniu w celu uzyskania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Wygrzewanie przeprowadzane jest w temperaturze 30-50°C powyżej A3 dla stali podetektoidalnych lub 30-50°C powyżej A1 dla stali nadeutektoidalnych. Martenzyt i bainit to struktury nierównowagowe, niezgodne z wykresem Fe —Fe3C. Po hartowaniu zawsze stosuje się odpuszczanie.

Wykresy CTP (czas-temperatura-przemiana)

Austenit przechłodzony - austenit który nie przeszedł jeszcze przemiany poniżej temperatury A1 Temperatura najmniejszej trwałości austenitu - wyznacza ją punkt krzywej najbliższy osi temperatur, odległość tego punktu od krzywej nazywa się czasem najmniejszej trwałości austenitu. Krytyczna szybkość chłodzenia - najmniejsza szybkość chłodzenia, przy której austenit ulega przemianie w martenzyt Austenit szczątkowy to austenit który nie uległ przemianie w martenzyt w czasie oziębiania stali do zakończenia chłodzenia. Im więcej węgla w stali tym niższa temperatura zakończenia przemiany austenitu w martenzyt, a więc tym więcej austenitu szczątkowego. Można go usunąć poprzez wymrażanie (obróbkę podzerową) która polega na chłodzeniu przedmiotu zaraz po zahartowaniu, w ośrodku chłodzącym o temperaturze niższej od temperatury otoczenia. Przemiana martenzytyczna to przemiana fazowa austenitu przechłodzonego w martenzyt, polegająca przebudowie regularnej, ściennie centrowanej sieci austenitu na tetragonalną przestrzennie centrowaną sieć martenzytu. Najważniejsze cechy: • Bezdyfuzyjna • Zachodzi tylko w zakresie temperatur od Ms do Mf • Zachodzi tyko przy obniżaniu temperatury • Sieci krystaliczne martenzytu i austenitu są zorientowane wobec siebie pod określonym kątem • Martenzyt w stalach średnio i wysoko węglowych ma postać płytek • Wzrost każdej płytki przebiega z szybkością rozchodzenia się dźwięku w stali • Płytki nie mogą przecinać granic ziarn austenitu ani innych płytek • Naprężenia rozciągające oraz odkształcenia plastyczne ułatwiają przemianę martenzytyczną Martenzyt to przesycony roztwór stały węgla w Feα. Nadmierne atomy węgla zniekształcają sieć krystaliczną, czego wynikiem są naprężenia powodujące bardzo dużą twardość i wytrzymałość martenzytu. Im więcej węgla, tym większa twardość martenzytu. W zahartowanych stalach podetektoidalnych zawartość węgla w martenzycie jest równa zawartości węgla w stali, zaś w stalach nadeutektoidalnych zawartość węgla zależy od temperatury austenityzowania. Ma postać igieł nachylonych względem siebie pod kątem 60 lub 120°.

https://onedrive.live.com/redir?resid=C707AEEB26C542E1%215650&page=Edit&wd=target%28Semestr II%2FMateriałoznawstwo - wejściówki.o… 1/3

14.07.2019

OneNote

Przemiana bainityczna jest to przemiana austenitu przechłodzonego w bainit. Jest przemianą pośrednią między przemianą perlityczną (dyfuzyjną) a martenzytyczną (bezdyfuzyjną). Zachodzi w zakresie temperatur od 550°C do Ms, czyli kiedy możliwa jest dyfuzja atomów węgla lecz nie żelaza. W temperaturach powyżej 350°C powstaje bainit górny, a poniżej bainit dolny. Igły bainitu dolnego są nachylone do siebie pod kątem 60° lub 120°. Bainit to mieszanina dwóch faz: Przesyconego węglem ferrytu tworzącego osnowę i bardzo drobnych wydzieleń węglików - cementytu lub żelaza ε.

Rodzaje hartowania W zależności od przebiegu chłodzenia po austenityzowaniu rozróżnia się hartowanie: • Zwykłe - polega na chłodzeniu przedmiotu z szybkością większą od krytycznej, w cieczy o temperaturze pokojowej, celem uzyskania struktury martenzytycznej w całym przekroju przedmiotu. Powoduje największe naprężenia. • Stopniowe - polega na dwustopniowym chłodzeniu przedmiotu, najpierw z szybkością większą od krytycznej w cieczy o temperaturze wyższej od Ms (kąpiel solna), gdzie wytrzymuje przez czas potrzebny do wyrównania temperatury w całym przekroju, nie dłużej jednak niż czas trwałości austenitu, następnie chłodzi się przedmiot przez zakres przemiany martenzytycznej ze znacznie mniejszą szybkością (powietrze). Celem tej metody jest uzyskanie struktury martenzytycznej w całym przekroju oraz zmniejszenie naprężeń hartowniczych. Wspólną cechą hartowania zwykłego i stopniowego jest jednakowa końcowa struktura martenzytyczna (najtwardsza i wytrzymała ale krucha). Stąd oba zabiegi określa się mianem hartowania martenzytycznego. Konieczne jest odpuszczanie. • Z przemianą izotermiczną - polega na chłodzeniu z szybkością większą od krytycznej w temperaturze wyższej od Ms, przetrzymaniu do przemiany całego austenitu w bainit, a następnie dalszym chłodzeniu na powietrzu. Celem tej metody jest znacznie zmniejszenie odkształceń, zwiększenie plastyczności i udarności, przy zachowaniu stosunkowo wysokiej twardości i sprężystości. Nie wymaga odpuszczania.

Naprężenia hartownicze powstają podczas oziębiania przedmiotu z szybkością większą od krytycznej, są ich dwa rodzaje: • Cieplne - powstają wskutek różnicy temperatur pomiędzy powierzchnią a rdzeniem przedmiotu, są tym większe im większy jest przekrój przedmiotu • Strukturalne - wywołane przez przemianę martenzytyczną Naprężenia usuwa się w procesie odpuszczania. Odpuszczanie - zjawiska zachodzące podczas nagrzewania metastabilnych struktur zahartowanych stali. Struktura zahartowanej stali złożona z martenzytu i pewnej ilości austenitu szczątkowego jest metastabilna, a trwałość tych faz wynika z całkowitego zamrożenia dyfuzji. Nagrzewanie stali do temperatur leżących poniżej A1 reaktywuje dyfuzję, wywołując przemiany prowadzące do powrotu do stanu równowagi. Do temperatury 80°C martenzyt nie ulega zmianom. Powyżej wyróżnia się cztery stadia przemian: 1. Stadium 80 - 200°C Wydzielają się bardzo cienkie płytki metastabilnego węglika żelaza ε, w pobliżu których zawartość węgla, stopień tetragonalnośći martenzytu i związane z nim naprężenia sieci zmniejszają się. 2. Stadium 200 - 300°C Postępuje proces wydzielania z martenzytu węglika, a więc w roztworze spada zawartość węgla, zanika tetragonalność martenzytu, a więc i naprężenia działające na austenit szczątkowy, dzięki czemu przemienia się on w martenzyt regularny (bez tetragonalnego

https://onedrive.live.com/redir?resid=C707AEEB26C542E1%215650&page=Edit&wd=target%28Semestr II%2FMateriałoznawstwo - wejściówki.o… 2/3

14.07.2019

OneNote

zniekształcenia). Wynikiem jest struktura złożona z częściowo przesyconego węglem roztworu żelaza α i podmikroskopowych wydzieleń węglika ε, zwana martenzytem odpuszczonym. 3. Stadium 260 - 400°C Wydziela się pozostały nadmiar węgla z ferrytu, zanika węglik ε, a powstaje cementyt. Ostatecznie w temperaturze 400°C roztwór uzyskuje równowagową zawartość węgla i zanikają naprężenia własne w sieci krystalicznej, a więc martenzyt ulega przekształceniu w mieszaninę ferrytu i bardzo drobnego cementytu. 4. Stadium 400 - A1 Zachodzi proces koagulacji (dyfuzyjnego wzrostu większych cząstek kosztem mniejszych) oraz rekrystalizacja ferrytu, będącego pod wpływem zgniotu spowodowanego przemianą austenitu w martenzyt. Strukturę w tym stadium nazywa się sorbitem - mieszanina bardzo drobnych zaokrąglonych cząstek cementytu w osnowie ferrytu. Odpuszczanie to również operacja obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu i wygrzaniu zahartowanej stali w temperaturze poniżej A1 oraz powolnym studzeniu. Celem odpuszczania jest uzyskanie optymalnego zespołu właściwości przedmiotu. Zależnie od temperatury wyróżnia się odpuszczanie: • Niskie 150 - 250°C - ma na celu zmniejszenie naprężeń hartowniczych, przy zachowaniu jak najwyższej twardości i odporności na ścieranie. • Średnie 250 - 500°C - ma na celu uzyskanie jak najwyższej granicy sprężystości oraz wytrzymałości na rozciąganie przy zadowalającej plastyczności, • Wysokie 500 - A1 - ma na celu uzyskanie wysokie wytrzymałości, wysokiej plastyczności i wytrzymałości zmęczeniowej. Powstająca w jego wyniku struktura sorbityczna ma najkorzystniejszy zestaw właściwości mechanicznych, dlatego ten rodzaj nazywa się ulepszaniem cieplnym.

https://onedrive.live.com/redir?resid=C707AEEB26C542E1%215650&page=Edit&wd=target%28Semestr II%2FMateriałoznawstwo - wejściówki.o… 3/3...