Technologie Materiałowe II Wykład 2 Technologia wyżarzania stali

Transkrypt

1 KATEDRA INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I SPAJANIA ZAKŁAD INŻYNIERII SPAJANIA Technologie Materiałowe II Wykład 2 Technologia wyżarzania stali 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 Wyżarzanie Wyżarzanie ( ang.: annealing) nagrzanie wsadu do określonej temperatury, wygrzanie w tej temperaturze i zazwyczaj powolne chłodzenie z szybkością pozwalającą na otrzymanie struktury w stanie równowagi lub zbliżonej do tego stanu. Wyżarzanie przebiegające powyżej temp. przemian A 1, A 3 i A cm wyżarzanie ujednaradniające wyżarzanie normalizujące wyżarzanie zupełne Wyżarzanie przebiegające powyżej lub poniżej temp. przemian A 1, A 3 wyżarzanie zmiękczające (sferoidyzujące) Wyżarzanie przebiegające poniżej temp. przemiany A 1 wyżarzanie rekrystalizujące wyżarzanie odprężające 2

3 Wyżarzanie Wyżarzanie ujednaradniajace (homogenizowanie) ang.: homogenizing Temperatura, C Chłodzenie Cel W powietrzu Zmniejszenie miejscowych niejednorodności składu chemicznego, powstałych podczas krystalizacji Zastosowanie W hutach, dla wlewków staliwnych (najczęściej ze stali stopowych) przed walcowaniem Możliwe wady Rozrost ziarn Odwęglenie powierzchni 3

4 Wyżarzanie Wyżarzanie normalizujące ang.: normalizing Temperatura, C Chłodzenie Cel Zastosowanie C powyżej A c3 lub A cm W powietrzu Uzyskanie jednolitej drobnoziarnistej struktury, a tym samym podwyższenie właściwości mechanicznych stali. usunięcie siatki cementytu w warstwach nawęglonych, usunięcie pasmowości w wyrobach walcowanych, uzyskanie jednolitej struktury w całej objętości wyrobu (najczęściej w odkuwkach), dla części hartowanych, które uległy dużym odkształceniom, ujednorodnienie struktury wyrobów spawanych 4

5 Wyżarzanie zupełne i izotermiczne ang.: full annealing Temperatura, C C powyżej A c3 lub A cm Chłodzenie b. powolne ( razem z piecem) wyż. zupełne szybkie podchodzenie do temp. leżącej w zakresie przemiany perlitycznej; wygrzanie w tej temperaturze do całkowitej przemiany austenitu w perlit, następnie dowolne chłodzenie wyż. izotermiczne Cel Uzyskanie struktury zbliżonej do stanu równowagi Zastosowanie dla określenia ilości ferrytu i perlitu w stali podeutektoidalnej dla stali stopowych hartujących się przy chłodzeniu na powietrzu 5

6 Wyżarzanie sferoidyzujące (zmiękczające) ang.: spheroidizing annealing Temperatura bliska A c1 Chłodzenie b. powolne w zakresie temp A 1 Cel Sferoidyzacja cementytu płytkowego; uzyskanie niskiej twardości i obrabialności stali. Sferoidyt struktura składająca się z cementytu kulkowego w osnowie ferrytu Zastosowanie obniżenie twardości (w stalach nadeutektoidalnych) zwiększenie plastyczności (przed przeróbką plastyczną na zimno) stosowane często dla stali narzędziowych (wysokowęglowych) przed obróbka mechaniczną i hartowaniem 6

7 Wyżarzanie sferoidyzujące (zmiękczające) ang.: spheroidizing annealing 7

8 Wyżarzanie rekrystalizujące ang.: recrystallization annealing Temperatura, Chłodzenie Cel Zastosowanie powyżej temp. rekrystalizacji, dla stali C na powietrzu przebudowa struktury ziaren w stali; nawrót właściwości mechanicznych sprzed zgniotu dla wyrobów uprzednio poddanych obróbce plastycznej na zimno 8

9 Odkształcenie plastyczne metali polikrystalicznych 9

10 Zmiany właściwości mechanicznych i fizycznych metalu po zgniocie: właściwości wytrzymałościowe rosną (R m, R e, twardość) plastyczność maleje ( KV, A 5, przewężenie) konduktywność (przewodnictwo elektryczne) maleje potencjał elektrochemiczny maleje 10

11 Wytrzymałość Zakres wytrzymałości metali i stopów technicznych Wpływ wad budowy krystalicznej na właściwości mechaniczne Wytrzymałość teoretyczna wiskersy Zakres gęstości wad budowy krystalicznej w metalach i ich stopach Gęstość wad budowy krystalicznej 11

12 REKRYSTALIZACJA METALI Metal odkształcony nie ma równowagi termodynamicznej, a stąd skłonność do procesów, które obniżają energie wewnętrzną układu. Jeżeli metal po zgniocie poddać wyżarzaniu to w strukturze zachodzą zmiany, które można podzielić na 3 etapy: Zdrowienie Rekrystalizacja Rozrost ziaren (rekrystalizacja wtórna) 12

13 REKRYSTALIZACJA METALI Zdrowienie Przy nagrzaniu metalu zgniecionego do temperatur niewysokich (T < Tr) następuje częściowe usuniecie naprężeń w sieci krystalicznej. nie ma widocznych zmian w strukturze właściwości mechaniczne zmieniają się nieznacznie poprawia się przewodność elektryczna i odporność na korozję. 13

14 REKRYSTALIZACJA METALI Rekrystalizacja Proces ten przebiega w temperaturach wyższych od tzw. temperatury rekrystalizacji Tr Polega na tworzeniu się nowych zarodków nieodkształconych ziaren, które następnie rozrastają się. następuję przebudowa struktury na drobnoziarnistą, następuję nawrót właściwości mechanicznych 14

15 REKRYSTALIZACJA METALI Tr = Tt [K] = 0,3 0,4 Tt temperatura topnienia [K] Tr temp. rekrystalizacji [K] 15

16 REKRYSTALIZACJA METALI Zmiany metalu odkształconego plastycznie w zależności od temperatury. 16

17 REKRYSTALIZACJA METALI Obróbka plastyczna na zimno w temperaturach poniżej Tr Obróbka plastyczna na gorąco w temperaturach powyżej Tr Fe Tr [ C] 450 Temp. wyżarzania rekrystalizującego [ C] Temp. przeróbki plastycznej na gorąco [ C] Cu Al ~

18 Rozrost ziaren Wielkość ziarna w metalu rekrystalizowanym zależy od: stopnia zgniotu, temperatury wyżarzania czasu wyżarzania. Zwiększenie temperatury i czasu wyżarzania prowadzi do rozrostu ziaren. Dla każdego metalu istnieje tzw. zgniot krytyczny, który powoduje bardzo duży rozrost ziaren w procesie rekrystalizacji 18

19 Wyżarzanie odprężające ang.: stress relieving annealing Temperatura Chłodzenie poniżej 650 C na powietrzu lub z piecem Cel usunięcie naprężeń w wyrobie bez wprowadzania zmian strukturalnych Zastosowanie (dla stali) po kuciu na gorąco C po spawaniu C po obróbce plastycznej na zimno C Stabilizowanie ang.: stabilizing Temperatura Chłodzenie Cel Zastosowanie poniżej 150 C na powietrzu lub z piecem usunięcie naprężeń własnych oraz zmniejszenie samorzutnych zmian strukturalnych i objętościowych narzędzia pomiarowe 19