Technologie Materiałowe II

Transkrypt

1 KATEDRA INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I SPAJANIA ZAKŁAD INŻYNIERII SPAJANIA Technologie Materiałowe II dr inż. Dariusz Fydrych, dr hab. inż. Jerzy Łabanowski, prof.nadzw. PG Kierunek studiów: Inżynieria Materiałowa Studia stacjonarne I stopnia sem. VI Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Plan zajęć z przedmiotu Technologie Materiałowe II Prowadzący przedmiot: dr. inż. Dariusz Fydrych dr hab. inż. Jerzy Łabanowski dfydrych@mech.pg.gda.pl, pok. 127 WM Wykład, 30 godz. poniedziałki 10:15-12:00, sala 264 GG Data Temat wykładu wykładowca Podstawy obróbki cieplnej dr hab. inż. J.Łabanowski, prof. PG Technologia wyżarzania stali dr hab. inż. J.Łabanowski, prof. PG Technologia hartowania stali dr hab. inż. J.Łabanowski, prof. PG 5.03 Obróbka cieplno-chemiczna dr hab. inż. J.Łabanowski, prof. PG Urządzenia do obróbki cieplnej dr hab. inż. J.Łabanowski, prof. PG Spajanie wprowadzenie, spawanie gazowe dr inż. D.Fydrych Spawanie MMA dr inż. D.Fydrych 2.04 Spawalnie SAW, Spawanie MIG/MAG, dr inż. D.Fydrych Spawanie TIG dr inż. D.Fydrych Zgrzewanie dr inż. D.Fydrych Lutowanie dr inż. D.Fydrych 7.05 Naprężenia i odkształcenia spawalnicze dr inż. D.Fydrych Spajalność metali metody oceny dr inż. D.Fydrych Spajalność metali stosowanych w technice dr inż. D.Fydrych Kolokwium zaliczające dr inż. D.Fydrych

3 Laboratorium, 15 godz. Prowadzący laboratorium: dr inż. Dariusz Fydrych, dr inż. Grzegorz Rogalski, dr inż. Jacek Haras mgr inż. Krzysztof Samson sala 40 budynek WM laboratorium spawalnictwa - I połowa semestru Grupa IK - Czwartek 08:15-10:00 Grupa IMP - Czwartek Grupa IMF - Czwartek 12:15-14:00 Grupa IMSiB - czwartek 14:15-16:00 Nr Temat Prowadzący Czwartek 1 Wprowadzenie, BHP, spawanie gazowe dr inż. Dariusz Fydrych, dr inż. Grzegorz Rogalski Spawanie łukowe (MMA, MIG/MAG, TIG, SAW) dr inż. Dariusz Fydrych , Kontrola złączy spawanych dr inż. Jacek Haras , Cięcie, żłobienie i lutowanie mgr inż. Krzysztof Samson , Zgrzewanie metali dr inż. Grzegorz Rogalski , Ocena spawalności stali dr inż. Dariusz Fydrych, dr inż. Grzegorz Rogalski , Zaliczenie ćwiczeń dr inż. Dariusz Fydrych

4 Literatura: 1. Poradnik Inżyniera: Obróbka cieplna stopów żelaza, Red.: W. Luty. WNT, Warszawa Podstawy Materiałoznawstwa. Praca zbiorowa pod red. M.Głowackiej. Politechnika Gdańska 2011, 3. Materiały do ćwiczeń laboratoryjnych z metaloznawstwa. Praca zbiorowa pod red. J.Hucińskiej. Skrypt PG, wyd. 2, Gdańsk Dobrzański L.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT, Warszawa Assonow A.D.: Obróbka cieplna części maszyn. WNT, Warszawa Luty W.: Chłodziwa hartownicze. WNT, Warszawa Moszczyński A., Sobusiak T.: Atmosfery ochronne do obróbki cieplnej. WNT, Warszawa Fabiańczyk J.: Urządzenia do obróbki cieplnej. WSiP, Warszawa 1975.

5 Wprowadzenie Literatura Klimpel A.: Technologia spawania i cięcia metali. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice Ferenc K.: Spawalnictwo. WNT Warszawa Walczak W. i inni: Spawalnictwo ćwiczenia laboratoryjne. Wyd. Politechniki Gdańskiej, Gdańsk, Klimpel A., Mazur M.: Podręcznik spawalnictwa. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice

6 Wprowadzenie 6

7 KATEDRA INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I SPAJANIA ZAKŁAD INŻYNIERII SPAJANIA Technologie Materiałowe II Obróbka cieplna stali Wykład 1: Podstawy obróbki cieplnej dr hab. inż. Jerzy Łabanowski, prof.nadzw. PG Kierunek studiów: Inżynieria Materiałowa Studia stacjonarne I stopnia sem. VI Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

8 OBRÓBKA CIEPLNA Obróbka cieplna proces technologiczny, którego celem jest zmiana właściwości mechanicznych i fizykochemicznych metali i stopów w stanie stałym, przez wywołanie zmian strukturalnych, zawsze w wyniku działania temperatury i czasu, a ponadto środka lub odkształcenia plastycznego. ang. Heat treatment Klasyfikacja obróbki cieplnej zwykłej 8

9 OBRÓBKA CIEPLNA Obróbka cieplna Objętościowa (bulk heat treatment) Powierzchniowa (surface heat treatment) 9

10 OBRÓBKA CIEPLNA Rodzaje obróbki cieplnej PN-EN 10052:1999 Słownik terminów obróbki cieplnej stopów żelaza obróbka cieplna zwykła obróbka cieplno-chemiczna obróbka cieplno-plastyczna obróbka cieplno-magnetyczna 10

11 Operacje i zabiegi obróbki cieplnej Operacja obróbki cieplnej część procesu technologicznego wykonywana w sposób ciągły, przeważnie na jednym stanowisku roboczym. Np. hartowanie, wyżarzanie, odpuszczanie) Zabieg obróbki cieplnej część operacji obróbki cieplnej, np. nagrzewanie, wygrzewanie, chłodzenie 11

12 Operacje i zabiegi obróbki cieplnej Zabiegi obróbki cieplnej 12

13 OBRÓBKA CIEPLNA STALI Przemiany zachodzące w stalach podczas nagrzewania 13

14 OBRÓBKA CIEPLNA STALI Oznaczenie A Ac Ar A 1 A 3 Określenie temperatura równowagi temperatura przemiany przy nagrzewaniu temperatura przemiany przy chłodzeniu temperatura równowagi austenitu z ferrytem i cementytem temp. przemiany eutektoidalnej (linia P-K) graniczna temperatura równowagi austenitu z ferrytem, (linia G-S) A cm graniczna temperatura równowagi austenitu z cementytem drugorzędowym, (linia S-E) 14

15 OBRÓBKA CIEPLNA STALI Fazy układu Fe-Fe3C Ferryt ( ) (od łacińskiego ferrum żelazo) roztwór stały międzywęzłowy węgla w żelazie. Odznacza się dużą plastycznością i niską twardością (HBW~70). Występuje do temp. 910 C, Może rozpuścić max. 0,021% węgla ( w temp. 723 C). Austenit ( ) (od nazwiska angielskiego badacza Austena) roztwór stały międzywęzłowy węgla w żelazie. W warunkach równowagi fazowej, w stopach żelaza z węglem, austenit może występować powyżej temperatury 723 C. Może rozpuścić max. 2,06% węgla ( w temp C). Cementyt (Fe 3 C) Faza miedzymetaliczna węgla i żelaza węglik żelaza o stałej zawartości węgla 6,67%. Faza twarda (HBW~800) i krucha. W zależności od kinetyki powstania rozróżnia się: cementyt pierwszorzędowy Fe3C I cementyt drugorzędowy Fe3C II cementyt trzeciorzędowy Fe3C III 15

16 Struktury układu Fe-Fe3C Ledeburyt (Ld) mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu. Powstaje w wyniku przemiany eutektycznej z roztworu ciekłego o zawartości 4,3% C w stałej temperaturze 1147 C. Ledeburyt jest trwały do temperatury 723 C C L 4,3 Ld ( 2,06 + Fe 3 C) Perlit (P) mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu. Powstaje wskutek przemiany dyfuzyjnej w stanie stałym (eutektoidalnej) z austenitu o zawartości węgla 0,8% w stałej temperaturze 723 C 723 C 0,8 P ( + Fe 3 C) Ledeburyt przemieniony (Ldp) mieszanina eutektyczna perlitu i cementytu. powstaje z ledeburytu w temperaturze 723 C w wyniku przemiany austenitu w perlit C 7237 C 2,06 0, C L 4,3 Ld Fe3C II Fe3C II P Ldp Fe3C I Fe3C I Fe3C I 16

17 Tworzenie się austenitu podczas nagrzewania Mechanizm przemiany perlitu w austenit: przemiana P Fe Fe (przemiana alotropowa) rozpuszczanie Fe 3 C w austenicie Przemiana P jest przemiana dyfuzyjną, (tzn. zachodzi migracja węgla), a z tego wynika, że do ukształtowania nowej struktury wymagany jest pewien czas. 17

18 Wielkość ziarna w stali Podczas przemiany P powstaje duża ilość drobnych zarodków austenitu na granicy międzyfazowej ferrytu i cementytu. Powstają drobne ziarna austenitu. Dalsze długotrwałe wygrzewanie lub podwyższenie temperatury wywołuje procesy rozrostu ziaren. Podczas powolnego chłodzenia wielkość ziaren nie ulega zmianie (austenit ulega przemianie w perlit o takiej samej wielkości ziarna). 18 Im większe są ziarna austenitu, tym większe tworzą się obszary perlitu

19 stale gruboziarniste drobnoziarniste Wpływ wielkości ziarna na właściwości mechaniczne stale drobnoziarniste wykazują dużo wyższą udarność oraz granicę plastyczności w stosunku do stali gruboziarnistych stale gruboziarniste mają lepszą obrabialność (skrawalność) oraz większą hartowność 19

20 stale gruboziarniste drobnoziarniste Stale drobnoziarniste posiadają specjalne dodatki (np. Al), które tworzą bardzo drobne wydzielenia (Al 2 O 3, AlN oraz inne węgliki i azotki), które rozkładają się na granicach ziaren austenitu i tworzą przeszkody rozrostu ziaren. Po przekroczeniu określonej temperatury (ok C) wydzielenia te rozpuszczają się i następuje gwałtowny rozrost ziaren. 20

21 Stal drobnoziarnista jest to stal, której wielkość ziarna austenitu po austenityzacji, przeprowadzonej wg PN, odpowiada wzorcowi nr 5 lub wyższemu. Stal gruboziarnista jest to stal, której wielkość ziarna austenitu po austenityzacji, przeprowadzonej wg PN, odpowiada wzorcowi nr 4 lub niższemu. 21

22 22

23 Przemiany zachodzące w stalach podczas chłodzenia (powolnego) Mechanizm przemiany austenitu w perlit: przemiana 0,8 P Fe Fe (przemiana alotropowa) tworzenie się Fe 3 C (transport węgla na duże odległości) 23

24 Przemiany zachodzące w stalach podczas chłodzenia (powolnego) Cechy przemiany eutektoidalnej austenit perlit przemiana zachodzi samoistnie przy spadku temperatury (poniżej A r1 ), przemiana austenit perlit ma charakter dyfuzyjny, siłą napędową jest różnica energii swobodnej fazy wysoko i niskotemperaturowej, aby przemiana mogła zajść musi nastąpić przechłodzenie austenitu poniżej temperatury równowagi A r1, im większe przechłodzenie, tym większa różnica energii swobodnej faz większa prędkość przemiany. 24

25 Prędkość rozpadu austenitu w zależności od stopnia przechłodzenia Warunkiem koniecznym inicjacji przemiany austenitu jest przechłodzenie poniżej temperatury równowagi termodynamicznej, Im większe jest przechłodzenie, tym większa różnica energii swobodnej faz wzrasta szybkość przemiany, Czynnikiem zmniejszającym szybkość przemiany są procesy dyfuzyjne (im wyższa temperatura tym szybciej zachodzą) W zakresie rosnącej szybkości przemiany mówimy o przemianie perlitycznej W zakresie malejącej szybkości przemiany przemiana bainityczna Przy bardzo dużych przechodzeniach, kiedy nie występują już procesy dyfuzyjne przemiana martenzytyczna 25