Nom -3 PDF

Preview

Summary

Download Nom -3 PDF

Description

NOM KOLOKWIUM NUMER 3 •

PRZEMIANY: •

PRZEMIANA BAINITYCZNA Bainit – mieszanina ferrytu przesyconego węglem i bardzo drobnych węglików.

Ma charakter mieszany: bez dyfuzyjny i dyfuzyjny przemieszczania węgla. Zachodzi przy przechłodzeniu stali do temperatury w zakresie ok. 450÷200°C. W wyniku przemiany powstaje bainit, będący mieszaniną ferrytu przesyconego węglem i węglików o dużej dyspersji. W obszarach przechłodzonego austenitu o małym stężeniu węgla i wysokiej temperaturze Ms zachodzi bezdyfuzyjna przemiana martenzytyczna . W obszarach austenitu o dużym stężeniu węgla następuje jednocześnie dyfuzyjny proces wydzielania bardzo drobnych cząstek cementytu o dużej dyspersji. W wyniku tego tworzą się nowe obszary niskowęglowego austenitu, ulegające następnie bezdyfuzyjnej przemianie martenzytycznej. W obszarach, które uległy przemianie martenzytycznej, podczas dalszego chłodzenia następuje wydzielanie cementytu oraz węglika. Rozrost bainitu jest kontrolowany szybkością dyfuzji węgla w austenicie, a nie szybkością przemiany martenzytycznej. W zależności od temperatury przechłodzenia wyróżnia się : bainit górny i dolny.

•

Przemiana martenzytyczna Austenit przechłodzony poniżej temperatury Ms, bez udziału dyfuzji przemienia się w martenzyt(przesycony roztwór węgla w Feα). Istotą pm. jest przebudowa sieci austenitu (RCS) na tetragonalną przestrzennie centrowaną sieć martenzytu, bez udziału dyfuzji. Co oznacza nie wielkie przemieszczanie atomów. Przemiana martenzytyczna zachodzi pod warunkiem

ciągłego obniżania temperatury w zakresie od temperatury początku przemiany Ms, do temperatury Mf jej końca. Wartości temperatury Ms i Mf

zależą od składu chemicznego austenitu i obniżają się ze zwiększeniem stężenia węgla w austenicie. Przemiana martenzytyczna rozpoczyna się od utworzenia w austenicie embrionów. Z upływem czasu przemiany następuje autokataliza polegająca na przyspieszeniu zarodkowania. Granice ziarn martenzytu są położone wzdłuż nieodkształconej i nieulegającej obrotowi płaszczyzny austenitu,zwanej płaszczyzną habitus. Przemiana martenzytyczna może przebiegać: atermicznie, wybuchowo, izotermicznie. W wyniku przemiany martenzytycznej w stalach mogą utworzyć się dwa rodzaje martenzytu listwowy, płytkowy. Czasem może powstać austenit szczątkowy, który jest spowodowany przez, że austenit podlega coraz większym napręzeniom ściskającym hamującym przemianę lub obniżenie tenp. Ms i Mf wraz ze wzrostem węgla w stali.

•

PRZEMIANA PERLIETYCZNA Ochłodzeniu austenitu nieznacznie poniżej temperatury Ar1. W jej wyniku z austenitu powstaje mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu i cementytu zwana perlitem. Przemiana perlityczna jest przemianą dyfuzyjną, związaną z przegrupowaniem atomów węgla i zachodzącą przez zarodkowanie oraz rozrost zarodków. Przemiana perlityczna przebiega również przez wzrost czołowy utworzonych wcześniej płytek.

•

Jakie informacje możemy odczytać z wykresy CTP? Ilościowe dane dotyczące zależności struktury i własności stali od temperatury i czasu przemiany austenitu przechłodzonego zawierają wykresy CTP – czas temperatura–przemiana. W zależności od sposobu chłodzenia dla różnych gatunków stali są opracowywane wykresy: CTPi – przy chłodzeniu izotermicznym, CTPc – anizotermiczne przy chłodzeniu ciągłym Na ich podstawie można przewidywać: skłonność austenitu do przemiany dyfuzyjnej, Konieczną szybkość do zahartowania, Strukturę jaka powstanie po określonej przemianie w danej temp. CTP- zależność struktury i własności od szybkości chłodzenia materiału. Wykresy te otrzymuje się w wyniku chłodzenia próbek danej stali z różnymi szybkościami rejestrowania punktów początku i końca przemian(np. metodą dylatacyjną). W temp. otoczenia badane są własności próbek (najczęściej twardość). Wyniki te nanosi się na wykres. Tak skonstruowany wykres nosi nazwę CTPc( ciągłe).Dość zbliżony wykres można otrzymać przez kontrolowane szybkie chłodzenie próbek do określonych tem_. i wytrzymywanie izotermiczne.

•

Szybkość chłodzenia Zależy od rodzaju ośrodka chłodzącego. Najintensywniej w wodzie i wodnych roztworach, a ośrodkami łagodnie hartującymi – oleje, sprężone powietrze. Wyróżniamy ciągłe lub stopniowe obniżanie temperatury elementu. Chłodzenie z małą szybkością jest nazywane studzeniem , natomiast z szybkością dużą – oziębianiem. Wytrzymanie elementu obrabianego cieplnie w pośredniej lub docelowej temperaturze podczas chłodzenia jest nazywane wychładzaniem.

•

Krytyczna szybkość chłodzenia Jest to najmniejsza szybkość chłodzenia, przy której uzyskamy jeszcze strukturę całkowicie martenzytyczną. Im mniejsza jest szybkość krytyczna tym większa jest hartowność stali. Każda większa od krytycznej dająca też martenzyt nazywa się nadkrytyczną, a każda mniejsza podkrytyczną. Średnica krytyczna to taka średnica materiału, przy której w rdzeniu otrzymujemy strukturę 50% martenzytyczną. Im materiał ma mniejszą szybkość krytyczną, tym średnica materiału jest większa. Na szybkość krytyczna chłodzenia(średnice krytyczna) wpłvwaia dwa czynniki:zawartość węgla i składników stopowych w austenicie(węgiel i dodatki stopowe, z wyjątkiem kobaltu, zwiększają hartowność)- wielkość ziarna austenitu przed rozpoczęciem chłodzenia(im większe ziarno, tym mniejsza hartowność i większa szybkość chłodzenia.

•

Hartowanie martenzytyczne Polega na nagrzaniu stali do temperatury austenityzowania(zależy ona od składu chemicznego stali, głownie od zawartości węgla), wygrzaniu w tej temperaturze i oziębieniu z szybkością większą od krytycznej w celu uzyskania struktury martenzytycznej zwykłe polega na ciągłym chłodzeniu w jednym ośrodku; w wypadku stali węglowych jest nim woda. Jest to najłatwiejszy sposób hartowania, ale wywołujący największe naprężenia hartownicze.

•

Hartowanie objętościowe Gdy austenityzowanie obejmuje całą objętość obrabianego cieplnie przedmiotu, a grubość warstwy zahartowanej zależy wyłącznie od własności materiału i szybkości chłodzenia

•

Hartowanie powierzchniowe Metoda, w której nie nagrzewa się całego przedmiotu (hartowanie na wskroś), lecz tylko powierzchnię przedmiotu. W związku z tym tylko warstwa powierzchniowa podlega hartowaniu. Stosowane wszędzie tam, gdzie wymagane jest utwardzenie tylko fragmentów powierzchni przedmiotu. Istnieje kilka metod hartowania

powierzchniowego. Zasadniczym warunkiem hartowania powierzchniowego jest szybkie intensywne nagrzewanie. Ilość energii cieplnej doprowadzana w jednostce czasu musi być dużo większa od ilości, jaka może przenikać w głąb elementu. Również chłodzenie musi być dostatecznie intensywne, aby przeważająca ilość ciepła zgromadzona w warstwie wierzchniej została odprowadzona przez ośrodek chłodzący. •

Hartowanie ciągłe i stopniowe Hartowanie ciągłe - Polega na szybkim chłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle wodnej lub olejowej, poniżej temperatury początku przemiany martenzytycznej, aż do temperatury otoczenia lub najlepiej do temperatury końca przemiany martenzytycznej. Szybkość chłodzenia powinna być dobrana tak, by nie nastąpiły odkształcenia hartownicze. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne niż w oleju. Hartowanie stopniowe - Polega na szybkim chłodzeniu w kąpieli hartowniczej, zwykle ze stopionej saletry, do temperatury nieco powyżej temperatury przemiany martenzytycznej i przetrzymaniu w tej temperaturze, by nastąpiło wyrównanie temperatur w całym przekroju przedmiotu. W drugiej fazie, już w kąpieli wodnej lub olejowej, następuje dalsze chłodzenie, w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaletą tej metody jest uniknięcie naprężeń hartowniczych. Wymaga jednak dużej wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej.

•

Hartowanie bainityczne i izotermiczne ciągłe Hartowanie bainityczne stosuje się chłodzenie z szybkością mniejszą od krytycznej lub z wygrzewaniem izotermicznym w warunkach zapewniających przebieg przemiany bainitycznej. Hartowanie izotermiczne ciągłe oziębianie w kąpieli solnej (powyżej Ms czas ukończenia przemiany bainitycznej), chłodzenie na powietrzu; zmiana naprężenia, duża udarność, twardość niższa od martenzytu.

•

Odpuszczanie polega na nagrzaniu stali zahartowanej do temperatury niższej od Ac1, wygrzaniu w tej temperaturze i ochłodzeniu do temperatury pokojowej. W zależności od temperatury odpuszczanie może być: • Niskie (150–250oC), stosowane do narzędzi. Zmniejsza naprężenia hartownicze, przy zachowaniu najwyższej twardości i odporności na ścieranie. • Średnie (250–500oC), stosowane do sprężyn, resorów, młotów pneumatycznych. Ma na celu uzyskanie jak najwyższej granicy sprężystości, wytrzymałości zmęczeniowej, wytrzymałości na rozciąganie przy zadawalającej plastyczności.

• Wysokie (500oC–Ac1) stosowane do elementów maszyn o prostym kształcie (tuleje, osie,sworznie). Ma na celu uzyskanie optymalnego zespołu właściwości mechanicznych, wysokiej wytrzymałości i plastyczności oraz wytrzymałości zmęczeniowej. Operacja hartowania i wysokiego odpuszczania nosi nazwę ulepszania cieplnego.

•

•

•

Przesycanie polega na nagrzaniu stopu do temperatury wyższej o ok. 30÷50°C od granicznej rozpuszczalności w celu rozpuszczenia wydzielanego składnika (w stalach najczęściej cementytu trzeciorzędowego) w roztworze stałym, wygrzaniu w tej temperaturze i następnie szybkim chłodzeniu. W wyniku przesycania stop uzyskuje strukturę jednofazową. W przypadku stali austenitycznych strukturę stanowi austenit przesycony węglem. Własności wytrzymałościowe stali po przesycaniu ulegają wprawdzie niewielkiemu zmniejszeniu, lecz zwiększają się własności plastyczne. Hartowność cecha stali określająca zdolność do hartowania się w głąb na strukturę martenzytyczną. Czynniki wpływające na hartowność: • skład chemiczny stali; stale niestopowe mają niską hartowność; hartowność zwiększa węgiel i dodatki stopowe (oprócz kobaltu) rozpuszczone w austenicie; • wielkość ziarna austenitu; stale gruboziarniste maja większą hartowność; • jednorodność austenitu; bardziej jednorodny austenit zwiększa hartowność; • nierozpuszczone cząstki węglików, tlenków, azotków — zmniejszają hartowność. Miary hartowności Najpowszechniej stosowaną metodą określania hartowności stali jest proba Jominy’ego hartowania od czoła. Metoda ta polega na oziębianiustrumieniem wody, czołowej powierzchni probki walcowej o średnicy 25 mm i długości 100 mm, po austenityzowaniu w warunkach zalecanych dla danego gatunku stali. Na probkach zahartowanych w tych warunkach wykonuje się proby twardości. Następnie sporządza się wykres twardości w funkcji odległości od czoła probki , zwany krzywą hartowności. Sposobem określania hartowności o wiele bardziej pracochłonnym od metody Jominy’ego jest metoda polegająca na hartowaniu w stałych warunkach prętow z danego gatunku stali o rożnych średnicach i wyznaczaniu rozkładu twardości na przekroju poprzecznym każdego pręta wzdłuż średnicy. Wyniki proby podaje się w postaci wykresu twardości w funkcji odległości od środka probki wzdłuż średnicy

•

Zastosowanie ulepszacza i i utwardzenia cieplnego Utwardzalność- zdolność stali do utwardzania się przy hartowaniu(określana przez maks. twardość mierzona na powierzchni stali, którą uzyskano po optymalnych parametrach hartowania); wyższa zawartość węgla(do 0,9%)=wyższa twardość

Utwardzanie wydzieleniowe- przesycanie i starzenie Utwardzanie cieplne- hartowanie i niskie odpuszczanie; zwiększa twardość, usuwa naprężenia Ulepszanie cieplne- hartowanie i wysokie odpuszczanie(580-680°C); zwiększenie stosunku Re do Rm; rozdrobnienie struktury, wys skrawalność. Hartowanie i niskie odpuszczanie wykonane łącznie są nazywane utwardzaniem cieplnym. Hartowanie i wysokie odpuszczanie stanowią łącznie tzw. ulepszanie cieplne. Miarą skuteczności ulepszania cieplnego jest stosunek Re : Rm.

Starzenie - Starzenie stopu – obróbka cieplna, której poddawany jest wcześniej przesycony stop metali (zazwyczaj stop żelaza). Proces ten powoduje poprawę właściwości wytrzymałościowych i twardości oraz pogorszenie plastyczności.Polega na nagrzaniu stopu przesyconego do temperatury poniżej granicznej rozpuszczalności drugiego składnika, wygrzaniu w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu. Podczas procesu z roztworu przesyconego wydziela się składnik znajdujący się w nadmiarze w postaci faz drobnodyspersyjnych. Sorbit – składnik strukturalny stali, mieszanina ferrytu i cementytu o dyspersji zmniejszającej się wraz ze wzrostem temperatury.Cechuje się wysokimi parametrami wytrzymałościowymi i plastycznymi wyżarzanie(def.)- 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: a) ujednorodniające (wysoka temp. w okolicach temp eutektycznej intensywne procesy dyfuzyjne -> ujednorodnienie składu chemicznego) b) normalizujące (rozdrobnienie ziarna) c) odprężające (spadaja naprezenia własne) d) zmiękczające(steroidyzujace) ( zwiekszenie plastyczności materiału ) e) rekrystalizujące (ponowna rekrystalizacja , własciwości wytrzymałosciowe rosna a plastyczne maleja , f) stabilizujące (stabilizacja wymiarów) Obróbka cieplna zwykła – zbiorcza nazwa obróbek materiałów metalowych polegających na odpowiednim nagrzewaniu, wygrzewaniu i chłodzeniu do zadanych temperatur i z określoną szybkością, w celu zmiany własności stopu w stanie stałym.

Celem stosowania operacji i zabiegów obróbki cieplnej jest np. zmiana własności mechanicznych i plastycznych poprzez zmianę struktury wyzarzanie z Przemiany alotropowe lub bez (na czym polega i cel) Przemiana alotropowa, w metaloznawstwie przemiana jednej struktury krystalicznej w inną (np. przemiana austenitu w perlit), zachodząca w wyniku nagrzewania lub chłodzenia, pociągająca za sobą zmianę własności fizycznych. -> powyżej temp , eutektoidalnej bedzie przechodzic przemiane alotropową (istnieje austenit) do szybkości chłodzenia na co wpływa przy przmeianach i jak wpływa na strukture materialu...