PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPÓW ŻELAZA HARTOWANIE I ODPUSZCZANIE

Podobne dokumenty
OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. II. Przemiany austenitu przechłodzonego

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

OBRÓBKA CIEPLNA. opracował dr inż. Stanisław Rymkiewicz

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPÓW ŻELAZA HARTOWANIE I ODPUSZCZANIE

Wykład 8. Przemiany zachodzące w stopach żelaza z węglem. Przemiany zachodzące podczas nagrzewania

Obróbka cieplna stali

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ

Obróbka cieplna stali

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPÓW ŻELAZA WYŻARZANIE 1. POJĘCIA PODSTAWOWE 2. PRZEMIANY PRZY NAGRZEWANIU I POWOLNYM CHŁODZENIU STALI 3.

Technologia obróbki cieplnej. Grzanie i ośrodki grzejne

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. III. Hartowanie i odpuszczanie, obróbka cieplno-chemiczna

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. I. Wyżarzanie

Akademia Morska w Szczecinie Instytut InŜynierii Transportu Zakład Techniki Transportu. Materiałoznawstwo i Nauka o materiałach

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

Wykresy CTPi ułamek Na podstawie krzywych kinetycznych tworzy się wykresy CTP

OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ŻELAZA. Cz. III. Hartowanie i odpuszczanie, obróbka cieplno-chemiczna

Technologie Materiałowe II Wykład 3 Technologia hartowania stali

Przemiana martenzytyczna

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Ćwiczenie 6 HARTOWNOŚĆ STALI. 1. Cel ćwiczenia. 2. Wprowadzenie

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

ĆWICZENIE Nr 7. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

PIERWIASTKI STOPOWE W STALACH

Odpuszczanie (tempering)

Wykład 9 Obróbka cieplna zwykła

6. OBRÓBKA CIEPLNO - PLASTYCZNA

SPRAWOZDANIE Z MATERIAŁOZNAWSTWA - LABORATORIUM OBRÓBKA CIEPLNA STALI

Wykresy CTP Kinetyka przemian fazowych ułamek objętości Na podstawie krzywych kinetycznych tworzy się wykresy CTP

1. POJĘCIA PODSTAWOWE Definicja obróbki cieplnej

Wykresy równowagi układu żelazo-węgiel. Stabilny żelazo grafit Metastabilny żelazo cementyt

Stale narzędziowe - stopy przeznaczone na narzędzia tj. przedmioty służące do rozdzielania i rozdrabniania materiałów bądź nadawania kształtu przez

TERMITOWA SPAWALNOŚĆ BAINITYCZNYCH STALI SZYNOWYCH (NA PRZYKŁADZIE CRB1400, PROFIL 60E1/2)

Stale narzędziowe. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Technologie Materiałowe II Wykład 2 Technologia wyżarzania stali

Rysunek 6.1 Klasyfikacja obróbki cieplnej zwykłej.

Technologie Materiałowe II

Nowoczesne stale bainityczne

STALE STOPOWE KONSTRUKCYJNE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zespół Szkół Samochodowych

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

Nauka o materiałach. Temat 4. Metody umacniania metali. Definicja

Definicja OC

Nauka o materiałach. Temat 4. Metody umacniania metali. Definicja

STALE STOPOWE KONSTRUKCYJNE

Ćwiczenie nr 2 Temat: Umocnienie wydzieleniowe stopu Al z Cu + umocnienie stali

Stopy żelaza z węglem

STABILNOŚĆ STRUKTURALNA STALI P92 W KSZTAŁTOWANYCH PLASTYCZNIE ELEMENTACH RUROCIĄGÓW KOTŁÓW ENERGETYCZNYCH ANDRZEJ TOKARZ, WŁADYSŁAW ZALECKI

Obróbka cieplna stali

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Zakład Metaloznawstwa i Odlewnictwa

8. OBRÓBKA CIEPLNA I CIEPLNO-CHEMICZNA STALI. Opracował: dr inż. Bogdan Pawłowski

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

Naprężenia i odkształcenia spawalnicze

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

Technologie wytwarzania metali. Odlewanie Metalurgia proszków Otrzymywanie monokryształów Otrzymywanie materiałów superczystych Techniki próżniowe

KRYSTALIZACJA METALI I STOPÓW. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA GORĄCO

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

Metaloznawstwo II Metal Science II

ĆWICZENIE Nr 5. Laboratorium Inżynierii Materiałowej. Akceptował: Kierownik Katedry prof. dr hab. B. Surowska. Opracował: dr inż.

Stal - definicja Stal

STALE NARZĘDZIOWE DO PRACY NA GORĄCO

KONSTRUKCJE METALOWE - LABORATORIUM. Produkcja i budowa stali

PRACA DYPLOMOWA MAGISTERSKA

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

Charakterystyka składników - ŻELAZO Duże rozpowszechnienie w przyrodzie ok. 5% w skorupie ziemskiej. Rudy żelaza:

WPŁYW OBRÓBKI CIEPLNEJ NA WYBRANE WŁASNOŚCI STALIWA CHROMOWEGO ODPORNEGO NA ŚCIERANIE

Wpracy przedstawiono wyniki

Inżynieria materiałowa : stal / Marek Blicharski. wyd. 2 zm. i rozsz. - 1 dodr. (PWN). Warszawa, Spis treści. Wstęp 11

Hartowność jako kryterium doboru stali

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

ROZPRAWA DOKTORSKA. Wpływ parametrów obróbki cieplno plastycznej na mikrostrukturę. i wybrane własności spiekanej stali Fe-0,85Mo-0,65Si-1,4C

STALE NARZĘDZIOWE (opracowanie dr Maria Głowacka) I. Ogólna charakterystyka Wysoka twardość Odporność na zużycie ścierne Odpowiednia hartowność

Austenityczne stale nierdzewne

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

Stale narzędziowe - stopy przeznaczone na narzędzia tj. przedmioty służące do: rozdzielania i rozdrabniania materiałów nadawania kształtu przez

Kształtowanie cieplno-plastyczne. Opracował Dr inż. Stanisław Rymkiewicz KIM WM PG

Stale austenityczne. Struktura i własności

Zakres tematyczny. Podział stali specjalnych, ze względu na warunki pracy:

PL B1 (13) B1. (51) IntCl6: C23C 8/26. (54) Sposób obróbki cieplno-chemicznej części ze stali nierdzewnej

EFEKT PAMIĘCI KSZTAŁTU

Stal stopowa - stop żelaza z węglem, zawierający do ok. 2 % węgla i pierwiastki (dodatki stopowe) wprowadzone celowo dla nadania stali wymaganych

ZAGADNIENIA EGZAMINACYJNE

STAL NARZĘDZIOWA DO PRACY NA ZIMNO

STAL DO PRZETWÓRSTWA TWORZYW SZTUCZNYCH

Przemiany alotropowe

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ PRACA DYPLOMOWA INŻYNIERSKA. Autor: Piotr Dziewit

BUDOWA STOPÓW METALI

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ PRACA DYPLOMOWA

Przemiana martenzytyczna

OBRÓBKA PLASTYCZNA METALI

Technologie wytwarzania. Opracował Dr inż. Stanisław Rymkiewicz KIM WM PG

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Wykonywanie obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej 311[20].Z1.01

STRUKTURA STOPÓW CHARAKTERYSTYKA FAZ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

27/36 BADANIE PROCESÓW ODPUSZCZANIA STALI SW7.M PO HARTOWANIU LASEROWYM

EFEKT PAMIĘCI KSZTAŁTU

Transkrypt:

PODSTAWY OBRÓBKI CIEPLNEJ STOPÓW ŻELAZA HARTOWANIE I ODPUSZCZANIE 1. WPŁYW CHŁODZENIA NA PRZEMIANY AUSTENITU 2. MARTENZYT 3. BAINIT 4. WYKRESY CTP 5. HARTOWANIE 6. HARTOWNOŚĆ 7. ODPUSZCZANIE

Przesunięcie temperatur krytycznych wykresu równowagi Fe Fe 3 C w zależności od szybkości nagrzewania i chłodzenia

1.WPŁYW CHŁODZENIA NA PRZEMIANY AUSTENITU Ar 3, Ar cm, Ar 1 temperatury przy chłodzeniu, niższe od równowagowych A 3, A cm, A 1 A 3 A cm A 1 Zgodnie z wykresem Fe-Fe 3 C austenit przy bardzo powolnym chłodzeniu ulega w temperaturze Ar 1, bliskiej równowagowej A 1, przemianie w perlit. W stalach podeutektoidalnych przemiana perlityczna jest poprzedzona wydzielaniem się ferrytu od temperatury Ar 3 W stalach nadeutektoidalnych cementytu wtórnego od temperatury Ar cm. Im większa szybkość chłodzenia, tym niższe są temperatury przemian. Przemiana perlityczna jest przemianą dyfuzyjną.

Mechanizm przemiany austenitu w perlit przy powolnym chłodzeniu (studzeniu): po przekroczeniu temperatury Ar 1 (temperatura A 1 przy chłodzeniu) na granicach ziaren austenitu powstają zarodki cementytu, zarodki cementytu rozrastają się w głąb ziaren austenitu, tworząc płytki prostopadłe do granic ziaren, austenit otaczający płytki cementytu ubożeje w węgiel i przemienia się w ferryt w postaci płytek po obu stronach cementytu, nadmiar węgla z powstającego ferrytu dyfunduje do otaczającego austenitu, co umożliwia tworzenie nowych zarodków cementytu.

Wpływ prędkości chłodzenia na wykres Fe-Fe 3 C Austenit przechłodzony poniżej około 550º, przy znacznie ograniczonej dyfuzji, ulega przemianie w bainit. Austenit przechłodzony poniżej temperatury M s, bez udziału dyfuzji przemienia się w martenzyt.

Wpływ szybkości chłodzenia stali podeutektoidalnej (0,45%C) na : a) obniżenie temperatury rozpadu austenitu; b) zmiany twardości

Przemiany austenitu przechłodzonego przedstawia się na wykresach CTP (Czas- Temperatura-Przemiana) Przemiana martenzytyczna zachodzi podczas szybkiego chłodzenia austenitu (z szybkością większą od szybkości krytycznej) M s początek przemiany martenzytycznej (start) M f koniec przemiany martenzytycznej (finish) Schemat wykresu CTP stali eutektoidalnej

2. MARTENZYT Istotą przemiany martenzytycznej jest przebudowa sieci austenitu (RSC) na tetragonalną przestrzennie centrowaną sieć martenzytu, bez udziału dyfuzji, co oznacza niewielkie przemieszczenie atomów rzędu ułamka odległości międzyatomowej. Martenzyt zawiera tyle samo węgla co austenit, z którego powstał, czyli znacznie więcej niż może rozpuścić Feα (max.0,022%). Stąd martenzyt definiuje się jako przesycony roztwór stały węgla w Feα.

Komórka strukturalna martenzytu. Wg.: L.A. Dobrzański, Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo WNT, Gliwice - Warszawa 2002 Przyjęcie za podstawę definicji martenzytu sieci RPC Feα jest uzasadnione,gdyż komórka elementarna martenzytu jest prostopadłościanem o podstawie kwadratu, w którym stosunek wysokości do boku podstawy c/a ma wartość nieznacznie przekraczającą 1. Atomy węgla rozmieszczone międzywęzłowo na środkach dłuższych krawędzi zniekształcają sieć Feα, co wywołuje duże naprężenia oraz znaczną twardość i wytrzymałość.

Ilustracja bezdyfuzyjnej przemiany austenitu w martenzyt

Mechanizm przemiany martenzytycznej Przemiana alotropowa Feγ Feα, polegająca na nieznacznych przesunięciach płaszczyzn sieciowych, bez udziału dyfuzji. Zarodkowanie ziaren martenzytu w mikroobszarach fazy macierzystej, odznaczających się nadmiarem energii swobodnej, tj. koncentracją naprężeń wywołanych szybkim chłodzeniem i skupieniem dyslokacji i/lub błędów ułożenia. Wzrost zarodków z szybkością rzędu 10 7 m/s i utworzenie martenzytu listwowego, płytkowego i szeregu typów pośrednich (martenzyt listwowy ma kształt listwy o szerokości rzędu 0,1-1 µm, proporcjach 1:7:30, martenzyt płytkowy ma kształt soczewki). Płytki martenzytu obserwowane w mikroskopie świetlnym mają postać igieł, dlatego stosuje się też określenie igły martenzytu. Wzrost kryształu martenzytu hamują sąsiednie kryształy i granice ziaren austenitu, a przemiana kontynuowana jest przez tworzenie nowych kryształów, co wymaga coraz niższej temperatury. Dlatego przemiana zachodzi podczas ciągłego chłodzenia w zakresie temperatur M s M f. Z drobnoziarnistego austenitu powstaje drobnoiglasty martenzyt, z gruboziarnistego austenitu gruboiglasty martenzyt. W każdym ziarnie płytki ułożone są względem siebie pod kątem 60º i 120º, co wynika z orientacji sieci krystalicznych martenzytu i austenitu.

Martenzyt ma większą objętość właściwą o około 1,5% niż austenit, dlatego w miarę postępu przemiany pozostały austenit podlega coraz większym naprężeniom ściskającym hamującym przemianę, aż do jej ustania. Jest to jedną z przyczyn obecności, obok martenzytu, pozostałości austenitu, tzw. austenitu szczątkowego. Drugą z przyczyn występowania austenitu szczątkowego jest obniżenie temperatur M s i M f wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali i nie osiągnięcie końca przemiany w stalach o wyższej zawartości węgla, po ich ochłodzeniu do temperatury pokojowej. Temperatury M s i M f w zależności od zawartości węgla w austenicie

Wpływ zawartości węgla w stali na ilość austenitu szczątkowego w stali po hartowaniu

Zapamiętać!!

3. BAINIT Bainit mieszanina ferrytu przesyconego węglem i bardzo drobnych węglików

Mechanizm przemiany bainitycznej Przemiana bainityczna ma charakter mieszany: bezdyfuzyjny i dyfuzyjny. Zachodzi przy przechłodzeniu stali do 450-200ºC. Produktem przemiany jest bainit, tj. mieszanina ferrytu przesyconego węglem i węglików o dużym stopniu dyspersji. Przemianę rozpoczyna dyfuzja węgla w austenicie do granic ziaren i dyslokacji. Podczas okresu inkubacji powstają miejsca zubożone i wzbogacone w węgiel. W obszarach o mniejszym stężeniu C i wyższej temperaturze M s ma miejsce przemiana martenzytyczna, a w obszarach o wyższym stężeniu - wydzielanie drobnych cząstek węglików.

W czasie dalszego chłodzenia, w obszarach martenzytycznych następuje wydzielanie węglików, a osnowa staje się ferrytem przesyconym węglem. Rozrost bainitu kontrolowany jest szybkością dyfuzji węgla w austenicie, a nie szybkością przemiany martenzytycznej. W górnym zakresie temperatur przemiany powstaje bainit górny. Przemiana rozpoczyna się od przemiany austenitu zubożonego w węgiel w niskowęglowy ferryt. W dolnym zakresie temperatur powstaje bainit dolny. Pierwszy etap - przemiana martenzytyczna austenitu bez zmiany składu chemicznego, a następnie wydzielenie węglików.

Austenit Austenit wzbogacony w C Austenit zubożony w C Wydzielanie węglików Węgliki Austenit zubożony Martenzyt Wydzielanie węglików Ferryt Węgliki Schemat przemiany bainitycznej

4. WYKRESY CTP Wyróżnia się 2 wykresy CTP: izotermiczny CTP i przedstawiający przemiany austenitu o różnych stopniach przechłodzenia podczas chłodzenia izotermicznego, tj. z przystankiem temperaturowym, ciągły CTPc, przedstawiający przemiany austenitu zachodzące podczas chłodzenia ciągłego z różnymi szybkościami. Każdy gatunek stali ma swój wykres CTP i i CTP c, które znajdują się w katalogach hutniczych, kartach materiałowych i poradnikach obróbki cieplnej. Wykresy służą do projektowania procesów obróbki cieplnej.

Wykres CTPi przedstawiający linie początku i końca przemian austenitu przechłodzonego w warunkach izotermicznych

Wpływ pierwiastków stopowych na kształt krzywych CTP: a) pierwiastki nie tworzące węglików, b) pierwiastki węglikotwórcze

5. HARTOWANIE Hartowanie jest obróbką cieplną polegającą na nagrzaniu stali do temperatur występowania austenitu >A c1,3, wygrzaniu czyli austenityzowaniu i oziębieniu w celu uzyskania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. W celu uzyskania poprawnych wyników hartowania, konieczne jest dotrzymanie odpowiednich parametrów, do których należą: temperatura austenityzowania czas grzania szybkość chłodzenia

Fragment wykresu układu równowagi fazowej Fe-Fe3C z naniesionym pasmem prawidłowych temperatur hartowania Temperatura austenityzowania zależy od składu chemicznego stali, głównie od zawartości węgla. Po hartowaniu na martenzyt, w stalach podeutektoidalnych występuje oprócz martenzytu, austenit szczątkowy (nieprzemieniony), a w stalach nadeutektoidalnych austenit szczątkowy i cementyt.

Wpływ zawartości węgla na: a twardość martenzytu, b twardość stali zahartowanej z temperatury właściwej (Ac 3 + 30-50ºC lub Ac 1 + 30-50ºC, c twardość stali nadeutektoidalnej zahartowanej z temperatury > Ac cm

Czas grzania zależy od: składu chemicznego stali wymiarów przedmiotu warunków nagrzewania, rodzaju pieca, ośrodka grzewczego Szybkość chłodzenia zależy od rodzaju ośrodka chłodzącego. Najintensywniejszymi ośrodkami chłodzącymi są woda i wodne roztwory chlorków, a ośrodkami łagodnie hartującymi oleje, sprężone powietrze. Przy doborze kąpieli hartowniczych należy kierować się zasadą, aby szybkość chłodzenia była wystarczająca dla wywołania planowanych przemian, jednak nie nadmiernie duża, aby nie wprowadzić zbyt dużych naprężeń hartowniczych, które mogą być przyczyną samoistnego pękania i odkształcania przedmiotów. Naprężenia hartownicze są sumą naprężeń cieplnych i strukturalnych. Naprężenia cieplne spowodowane są nierównomiernym stygnięciem stali na przekroju elementu, strukturalne wynikają z różnic objętości właściwej austenitu i martenzytu.

Hartowanie martenzytyczne 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. Obniżenie naprężeń jest możliwe dzięki złożonym sposobom chłodzenia w hartowaniu: stopniowym z podchłodzeniem ciągłym na bainit izotermicznym na bainit

a) hartowanie zwykłe martenzytyczne (chłodzenie ciągłe) b) hartowanie stopniowe V k krytyczna szybkość chłodzenia, tj. najmniejsza szybkość chłodzenia, przy której austenit ulega przemianie w martenzyt

c)hartowanie stopniowe d) Hartowanie z podchłodzeniem z temperatury autenityzacji

e) Hartowanie zwykłe bainityczne f) Hartowanie izotermiczne na bainit

W wypadku części maszyn podlegających obciążeniom dynamicznym, takich jak: walce hutnicze i papiernicze, koła kolejowe, kowadła, małe matryce, bijaki młotów mechanicznych, większą trwałość zapewnia duża twardość i odporność na ścieranie tylko warstwy wierzchniej elementu przy rdzeniu mniej twardym i wytrzymałym, ale bardziej ciągliwym. Takie właściwości zapewnia hartowanie powierzchniowe. 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. Orientacyjne właściwości: np. w wypadku stali z 0,4 % C twardość powierzchni i rdzenia: 500 HB i 180HB, głębokość warstwy zahartowanej: 2 mm.

Hartowanie płomieniowe powierzchnia przedmiotu lub jej fragment nagrzewana jest płomieniem palnika, a następnie schładzana silnym strumieniem wody. Hartowanie indukcyjne przedmiot przeciągany jest przez cewkę otaczającą go (możliwie najciaśniej). Prądy wirowe powstałe w przedmiocie powodują efekt powierzchniowy, w którym, wskutek oporności materiału, zamieniają się na ciepło. Metoda pozwala na kontrolowanie temperatury oraz głębokości nagrzewania.

Hartowanie kąpielowe polega na zanurzeniu przedmiotu w kąpieli saletrowej lub ołowiowej i przetrzymaniu w niej na krótką chwilę. Temperatura kąpieli musi być na tyle wysoka, by w jej czasie temperatura powierzchni przedmiotu wzrosła powyżej temperatury przemiany austenitycznej. Hartowanie laserowe - powierzchniowe hartowanie za pomocą wiązki laserowej nagrzewającej obrabiany przedmiot miejscowo. Podczas hartowania laserowego do obrabianego detalu wprowadza się stosunkowo niewielką ilość ciepła co ogranicza rozrost ziarna a w konsekwencji odkształcenie powierzchni. Nie są wymagane dodatkowe media chłodzące, obrabiany przedmiot schładza się samoistnie na zasadzie przewodnictwa cieplnego.

6. HARTOWNOŚĆ Stale niestopowe można hartować tylko w wypadku małych przekrojów, ponieważ w większych przekrojach uzyskuje się strukturę martenzytyczną jedynie w warstwach wierzchnich, których granicę stanowią obszary przekroju chłodzone z szybkością równą krytycznej szybkości chłodzenia. Bliżej środka pręta wystąpią struktury niemartenzytyczne, jak bainit, perlit, ferryt. Szybkość chłodzenia: 1 na powierzchni, 2 w osi przekroju, 3 krytyczna szybkość chłodzenia

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.

Hartowność jest jedną z najważniejszych właściwości użytkowych stali, stanowi główne kryterium doboru stali konstrukcyjnych na części maszyn ulepszane cieplnie (hartowane i odpuszczane). Miara hartowności średnica krytyczna D k średnica pręta, w którym przy zahartowaniu w ośrodku o określonej zdolności chłodzącej uzyskuje się w osi przekroju poprzecznego strukturę o udziale martenzytu nie mniejszym niż 50%. Np. D 50 udział martenzytu 50%, D 95 udział martenzytu 95%. Wartość D k zwiększa węgiel, w większym stopniu składniki stopowe, a w największym obecność kilku składników stopowych.

Hartowność stali na tle wykresu CTP c (a) oraz średnica krytyczna D 50 (b), odpowiadająca występowaniu w osi pręta 50% martenzytu i 50% składników niemartenzytycznych, czyli struktury półmartenzytycznej

Hartowność wybranych stali konstrukcyjnych (dla warunków hartowania w wodzie intensywnie mieszanej) Stal Średnica krytyczna D k [mm] 0,45%C 0,55%C 0,65%C 0,50%C, Mn 0,50%C, Cr 0,50%C, Cr, Si 0,45%C, Cr, Ni, Mo, V D 50 15 20 25 40 65 90 225 D 95 5 10 10 25 50 60 150

Schemat wykresów CTP: a) stal o małej hartowności, b) stal o dużej hartowności

7. ODPUSZCZANIE

Stal zahartowana na martenzyt, oprócz pożądanej dużej twardości i wytrzymałości, posiada niekorzystne cechy, tj. znaczną kruchość i naprężenia własne. Z tego powodu, po hartowaniu stosuje się zawsze odpuszczanie, tj. obróbkę cieplną polegającą na wygrzaniu zahartowanej stali w temperaturach niższych od A c1 i studzeniu, zwykle w powietrzu. Produkty przemiany martenzytycznej martenzyt i austenit szczątkowy są nietrwałe. Nietrwałość martenzytu spowodowana jest znacznym przesyceniem węglem i zdefektowaniem sieci. Nietrwałość austenitu szczątkowego wynika z nadmiaru energii swobodnej. Powrót do stanu równowagi wymaga aktywacji cieplnej w celu uruchomienia dyfuzji. Podczas nagrzewania martenzytu ma miejsce szereg procesów, aż do osiągnięcia stanu równowagi.

Stadia przemian podczas nagrzewania martenzytu 1. 80-200 o C: wydzielanie z martenzytu nadmiaru węgla w postaci cienkich płytek metastabilnego węglika ε o składzie Fe 2 C Fe 2,4 C. Zanika częściowo tetragonalne zniekształcenie sieci (kończy się w 400 o C). Zależność zawartości węgla w martenzycie od temperatury odpuszczania

2. 200-300 o C: dalszy ciąg wydzielania węglika ε i zanik tetragonalności martenzytu, zmniejszenie naprężeń własnych sieci martenzytu i naprężeńściskających austenitu szczątkowego. Dzięki temu jest możliwe wznowienie przemiany austenitu szczątkowego w martenzyt lub bainit dolny. 3. 300-400 o C: ostateczny zanik przesycenia martenzytu, znacząca dyfuzja węgla umożliwia zarodkowanie i wzrost stabilnego węglika Fe 3 C cementytu. Tworzy się mieszanina ferrytu i cementytu. 4. 400 o C-A C1 : rozrost i sferoidyzacja wydzieleń cementytu. Pierwiastki stopowe Cr, W, Mo, V, Co, Si stabilizują martenzyt, co objawia się przesuwaniem poszczególnych stadiów przemian do wyższych temperatur.

Rodzaje odpuszczania: Niskie (150-250 o C), stosowane do narzędzi. Zmniejsza naprężenia hartownicze, przy zachowaniu najwyższej twardości i odporności na ścieranie Średnie (250-500 o C), stosowane do sprężyn, resorów, młotów pneumatycznych. Ma na celu uzyskanie jak najwyższej granicy sprężystości, wytrzymałości zmęczeniowej, wytrzymałości na rozciąganie przy zadawalającej plastyczności. Wysokie (500 o C A c1 ), 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.

Wpływ temperatury odpuszczania na własności mechaniczne stali gat. C40, zahartowanej na martenzyt.

Zapamiętać!