Początek

Skrypty Ciekawe strony  

Zaliczanie

   
 

Obserwacje struktury stali węglowej po obróbce cieplnej

 (wyżarzaniu i ulepszaniu cieplnym )

 

Stal jest obrabialnym cieplnie stopem żelaza z węglem .

Rozróżniamy stale :

- stopowe , zawierające oprócz pierwiastków pochodzących z przerobu

hutniczego pierwiastki wprowadzone umyślnie ,

- stale węglowe zawierające tylko pierwiastki pochodzące z przerobu

hutniczego (węgiel , krzem , fosfor ) . W przypadku czystych stopów

żelaza z węglem graniczna zawartość stali pokrywa się z maksymalną

rozpuszczalnością węgla i wynosi ok .2%.

Stale zalicza się do węglowych jeżeli zawarte w nich składniki stopowe nie

przekraczają umownych wartości :Mn=0,8% ; Si=0,4% ; Cr=0,3% ; Ni=0,3% ; W=0,2%; 

V=0,05% ; Cu=0,2% i inne .Stal jest charakteryzowana przez postać i stan . Postać jej 

zależnie od kształtu wykonanego odlewu lub od zastosowanej obróbki plastycznej . Stan stali 

zależy od uzyskanej struktury stali w czasie ostatniej obróbki cieplnej jakiej stal była poddana. 

Rozróżnia się stale :normalizowaną , zmiękczaną , ulepszona cieplnie itp. Występujące w 

każdej stali wtrącenia niemetaliczne mogą być pochodzenia przypadkowego .

Stale węglowe dzielimy na :

- stale konstrukcyjne wyższej jakości ,

- stale konstrukcyjne zwykłej jakości ,

- stale ogólnego przeznaczenia ,

- stale specjalnego przeznaczenia ,

 

Wpływ węgla na strukturę stali.

 

Wiadomo , że struktura jest tym czynnikiem poza składem chemicznym który wpływa na 

własności metali i stopów . W stanie równowagi strukturalnej , jaką otrzymuje się po 

wyżarzeniu i powolnym studzeniu , stale węglowe można podzielić na :

1/ Podeutektoidalne - zawierające obok eutektoidu (perlitu) również

wolny ferryt z wydzielonym cementytem trzeciorzędowym ,

2/ Eutektoidalne , zawierające perlit składający się z ferrytu i

drugorzędowego cementytu ,

3/ Nadeutektoidalne - zawierające obok eutektoidu (perlit) i cementyt

drugorzędowy .

Przemiany zachodzące wstali podczas nagrzewania . W stali węglowej nie

zachodzi zmiana rozpuszczalności węgla w ferrycie . W takiej sytuacji nagrzanie stali

do temperatury powyżej A1 nie prowadzi do zmian fazowych . Dopiero po

przekroczeniu tej temperatury (723 oC) pojawia się w stali austenit na skutek przemiany 

alotropowej żelaza w żelazo i wzajemnego rozpuszczania się ferrytu i cementytu .Jeżeli mamy 

do czynienia ze stalą podeutektoidalną to poniżej 723 oC ma w stani równowagi strukturę 50 

% ferrytu i 50 % perlitu . Po nagrzaniu tej stali powyżej 723 oC perlit przechodzi w austenit 

lecz ferryt pozostaje niezmieniony i znajduje się w równowadze z powstałym austenitem . Po 

dalszym nagrzewaniu ferryt jak i austenit zmieniają się , część ferrytu ulega rozpuszczeniu w 

austenicie , co wpływa na zubożenie austenitu w węgiel . Dalszy wzrost temperatury powoduje 

zanik ferrytu , a pozostają tylko kryształy austenitu .

Przy stali nadeutektoidalnej , nagrzewanie stali do temperatury poniżej 723 oC nie wpływa na 

zmianę struktury . Stal posiada nadal budowę perlityczno - cementytową . Po przekroczeniu 

tej temperatury perlit zmienia się w austenit , a następnie cementyt rozpuszcza się w austenicie. 

Po dalszym nagrzaniu stali cementyt zanika całkowicie i pozostaje tylko austenit.

Po nagrzaniu stali eutektoidalnej powyżej 723 oC składniki perlitu rozpuszczają się w sobie 

całkowicie i pozostaje tylko austenit o tym samym składzie co perlit . Wzrost ziaren austenitu 

nie odbywa się równomiernie gdyż w pierwszej fazie nagrzewania większe ziarna mające 

mniejszą energię pochłaniają większe . Dopiero w wyższych temperaturach gdy małe ziarna 

znikają całkowicie , wymiany ziarn stają się bardziej równomierne . Przemiany zachodzące w 

stanie podczas chłodzenia zależą od rodzaju stali i od jej szybkości chłodzenia . W przypadku 

stali podeutektoidalnej wydzielanie austenitu drugiej fazy następuje po osiągnięciu temperatury 

wskazanej przez linie GOS i jest spowodowane przemianą alotropową żelaza w żelazo 

.Tworzące się żelazo a nie jest zdolne do rozpuszczenia tak znacznej ilości węgla wobec tego 

wydziela się z austenitu ferryt . Na skutek tego austenit wzbogaca się w węgiel .W przypadku 

stali nadeutektoidalnej wydzielanie drugiej fazy następuje po osiągnięciu temperatury 

wskazanej przez linię ES i jest spowodowane zmniejszeniem rozpuszczalności węgla w żelazie. 

Z austenitu wydziela się cementyt drugorzędowy , a austenit ubożeje w węgiel . Wydzielanie 

się ferrytu z austenitu stali podeutektoidalnej lub cementytu stali nadeutektoidalnej , trwa do 

chwili osiągnięcia przez austenit składu eutektoidalnego od tej pory zaczyna się rozkład 

austenitu .W czasie rozkładu austenitu w stałej temperaturze 723 oC zachodzą dwa zjawiska:

1/ Przemiana alotropowa żelaza g w żelazo l , która jest połączona ze

zmianą sieci płaskocentrycznej układu regularnego .

2/ Wydzielanie się węgla z austenitu i tworzenie się kryształów

cementytu, które następnie łączą się w większe skupienia i z

powstałym ferrytem tworzą perlit.

 

Ulepszenie cieplne stali.

 

Obróbka cieplna składająca się z hartowania , po którym następuje wysokie odpuszczanie . 

Na skutek takiej obróbki stali zachodzi w niej polepszenie własności mechanicznych zarówno 

wytrzymałościowych jak i plastycznych .Przez zastosowanie kolejnych dwóch zabiegów 

(hartowania i odpuszczania ) można uzyskać dużą rozpiętość we własnościach mechanicznych 

. W zależności od procentowej zawartości fosforu i siarki rozróżnia się stale do ulepszania 

cieplnego zwykłej i wyższej jakości . W celu należytego wykorzystania konstrukcyjnych stali 

do ulepszania cieplnego , powinny one być stosowane w stanie ulepszonym cieplnie . 

Hartowanie ich odbywa się zazwyczaj w temperaturze 820 - 900 oC a odpuszczanie wysokie 

w temperaturze 500 - 600 oC . W większości stali do ulepszania cieplnego występuje chrom . 

Zwiększa on trwałość przechodzonego austenitu , obniża temperaturę przemiany 

martenzytycznej utrudnia rozrost austenitu zwiększa jej hartowność zwiększa odporność stali 

zahartowanej na odpuszczanie , a więc czyni ją odporną na wysoką temperaturę . Drugim 

składnikiem do ulepszania cieplnego stali jest molibden . Zwiększa on trwałość 

przechłodzonego austenitu , wpływa na zmniejszenie szybkości hartowania i utrudnia rozrost 

ziarna austenitu . Zwiększa również własności mechaniczne , odporność na ścieranie korozję 

oraz odporność na pękanie przy nierównomiernym ogrzewaniu .

Stale konstrukcyjne stopowe do ulepszania cieplnego wykazują szereg zalet - wysokie 

własności wytrzymałościowe i plastyczne , wadą natomiast jest kruchość odpuszczania oraz 

skłonność do tworzenia płatków.

 

Wyżarzanie .

Proces ten polega na nagrzaniu stali do odpowiedniej temperatury , wygrzaniu w tej 

temperaturze i studzeniu do temperatury otoczenia . Możemy wyróżnić tu wyżarzanie 

ujednoradniające , normalizujące , zmiękczające izotermiczne . Wyżarzanie izotermiczne 

polega na wygrzewaniu w temperaturze powyżej przemiany a chłodzenie połączone jest z 

rozkładem przechłodzonego austenitu w stałej temperaturze . Wyżarzanie izotermiczne polega 

na nagrzaniu stali podeutektoidalnej do temperatury 50 oC powyżej A3 a nadeutektoidalnej 

50 oC powyżej Acm.

Wygrzaniu w czasie potrzebnym do osiągnięcia roztworu stałego węgla w żelazie a następnie 

powolnym chłodzeniu .

 

 

Przebieg wyżarzania izotermicznego stali

1. podeutektoidalnej

2. nadeutektoidalnej

 

Pytania:

1. Na czym polega i co powoduje ulepszanie cieplne ?

2. Jakie znasz struktury przechłodzonego austenitu oraz czym one się różnią ?

3. Co to jest martenzyt , podaj jego cechy ?

4. Jaki jest wpływ węgla na strukturę stali ?