Podatność stali na hartowanie, zwana hartownością, jest wyrażana zależnością przyrostu twardości w wyniku hartowania od warunków austenityzowania i szybkości chłodzenia. O hartowności stali współdecydują: utwardzalność, przehartowalność.
Utwardzalność to podatność stali na hartowanie, miarą której jest zależność największej możliwej do uzyskania po hartowaniu twardości od warunków austenityzowania. Utwardzalność jest uzależniona od warunków austenityzowania oraz stężenia węgla austenicie.
Przez przehartowalność rozumie się podatność stali na hartowanie jako zależność przyrostu twardości w wyniku hartowania od szybkości chłodzenia.
METODY WYZNACZANIA HARTOWNOŚCI STALI
· metoda krzywych U,
· metoda PV,
· metoda Grossmana (obliczeniowa),
· metoda Jominy’ego (doświadczalna).
· idealna średnica krytyczna Di ,
· średnica krytyczna Dk .
Miarą przehartowalności stali jest krytyczna szybkość hartowania lub średnica krytyczna Dn, tj. średnica pręta, w którym po zahartowaniu w ośrodku o określonej intensywności chłodzenia w osi przekroju poprzecznego obrabianego elementu uzyskuje się strukturę złożoną z co najmniej n% martenzytu (indeks n odpowiada udziałowi martenzytu w strukturze podanemu w%, np. D80 lub D50.
WSPÓŁCZYNNIK INTESYWNOŚCI
Zdolność odbierania ciepła przez ośrodek chłodzący, funkcji 0→∞ .
CZYNNIKI WPŁYWAJĄCE NA HARTOWNOŚĆ STALI:
· skład chemiczny
· wielkość ziarna austenitu
· ujednorodnienie austenitu
Wyżarzanie – polega na nagrzaniu wsadu do określonej temp. wygrzaniu w tej temp i zazwyczaj powolnym chłodzeniu z szybkością pozwalającą na otrzymanie struktury w stanie równowagi lub zbliżonej do tego stanu. Temp. jest najważniejszym parametrem wyżarzania.
Główne cele operacji wyżarzania:
- Zmniejszenie twardości i tym samym ułatwienie obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej na zimno.
- Uzyskanie struktury właściwej z punktu widzenia dalszych operacji obróbki cieplnej lub innych operacji technologicznych.
- Zmniejszenie naprężeń własnych.
1 Z Przemianą Alotropową
Wyżarzanie zupełne - przeprowadzane w temperaturze 30÷50°C powyżej linii GSE wykresu żelazo-węgiel temperatury przemiany austenitycznej. Polega na wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie powolnym schłodzeniu, zwykle wraz z piecem. Stosuje się je w celu uzyskania drobnoziarnistej struktury, zwykle do staliwnych odlewów.
Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie) - przeprowadzane w temperaturze 30÷50°C powyżej linii GSE wykresu żelazo-węgiel temperatury przemiany austenitycznej, kiedy tworzy się już czysty austenit bez udziału ledeburytu. Po ostudzeniu w powietrzu otrzymuje się w ten sposób jednolitą strukturę i usuwa naprężenia, powstałe w czasie poprzedniej obróbki. Normalizowaniu poddaje się wyższej jakości wyroby hutnicze oraz przedmioty przeznaczone do dalszej obróbki cieplnej, np. połączeniu hartowania. Odmianą normalizowania jest wyżarzanie niezupełne, gdy w strukturze stali dopuszcza się obok austenitu także i ledeburyt. Nagrzewa się wtedy stal do temperatury powyżej linii GSK wykresu żelazo-węgiel.
Wyżarzanie zmiękczające (sferoidyzacja) - przeprowadzane w temperaturze zbliżonej do temperatury przemiany austenitycznej. Zwykle najpierw wygrzewa się w temperaturze około 15°C powyżej linii PSK wykresu żelazo-węgiel, następnie 15°C C poniżej tej temperatury, po czym następuje powolne schładzanie. Taki zabieg powoduje przemianę cementytu płytkowego w postać kulkową, sferoidalną, co podwyższa obrabialność skrawaniem stopu. Takiemu wyżarzaniu poddaje się stale, staliwa i żeliwa.
Wyżarzanie ujednoradniające - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 1000÷1200°C w celu ujednorodnienia składu chemicznego stali w całym przekroju, jeśli wskutek błędów w poprzednich operacjach nie uzyskano takiej jednolitości.
Wyżarzanie grafityzujące (grafityzacja) - stosuje się w stosunku do żeliwa białego w celu uzyskania żeliwa ciągłego. W czasie tego typu wyżarzania cementyt rozkłada się na ferryt i grafit.
Wyżarzanie rekrystalizujące (rekrystalizacja) - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 550÷650°C. Poddaje się mu wyroby wcześniej obrabiane plastycznie na zimno w celu usunięcia niekorzystnego wpływu zgniotu.
Cel: Zmniejszeniw trwardości , zwiększenie plastyczności, uzyskanie końowej wielkości ziarna bez przemiany fazowej.
Wyżarzanie odprężające - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 400÷500°C. W tych temperaturach stop zyskuje znaczną plastyczność, co umożliwia usunięcie wewnętrznych naprężeń (powstałych podczas krzepnięcia odlewu lub spoiny) poprzez zamienienie ich na odkształcenia plastyczne.
Cel: zmniejszenie naprężęń wł bez wyrażnych zmian strukt i własności uzyskanych w wyniku wcześniejszej obróbki.
Zastosowanie: odwley staliwa, elem spawanych lub utrwardzonych przez odkszt plastyczne.
Wyżarzanie stabilizujące (stabilizowanie) - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 100÷150°C i trwa od kilku do kilkudziesięciu minut, w stosunku do wyrobów odlewniczych w celu usunięcia naprężeń odlewniczych. Stabilizowanie jest przyspieszoną metodą sezonowania.
Odpuszczanie – jest to zabieg cieplny stosowany do przedmiotów uprzednio zahartowanych, polegający na nagrzaniu ich do temperatury niższej od przemian fazowych, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem powolnym lub przyspieszonym. Jest ono stosowane w celu polepszenia właściwości elementów przy jednoczesnym usunięciu naprężeń własnych, które mogłyby doprowadzić do ich pękania. Przemiany zachodzące w martenzycie podczas nagrzewania można podzielić na cztery etapy.
1 martenzyt wydzieliniowey
2 martenzyt odpuszczony
3 bainitycznym
4 sorbitem
Wyróżniamy odpuszczanie:
· niskie 150°C - 250°C
Cel:Uzyskanie naprężęń hartowniczych z zachowwaniem dużej twardości wytrzymałościowej i odpornośći na ścieranie.
Zastosowanie: narzędzia obrabiane, sprężyny, cześci maszyn nawęglane, hartowanie powierzch.
· średnie 250°C - 500°
Cel:uzyskanie wysokiej wytrzymałości i granicy sprężystości przy nieznacznym obciążęniu trwardości.
Zastosowanie:soprężyny, resory, matryce kuznicze, młoty pneumtyczne.
· wysokie 500°C - Ac1
Cel:uzyskanie najwyższej udarności przy wystarczajacej wytrzmałości na rozciąganie.
Zastosowanie: części maszyn, koła zębate, wały korbowe, wały okrętowe.
Hartowanie –operacja obróki cieplnej prowadzaca do uzyskania struktury o dużej trwardości wytrzymałościowej i odporności na ścieranie.
1) temp austynizowania
2) czas austenizowania
3) szybkośc chłodzenia
Rodzaje hartowania:
1) ze wzgl na uzyskanie struktury:
martenzytyczne, banityczne , perlityczne
2) ze wzgl na sposób nagrzania:
indukcyjne, oporowe laserowe, płomieniowe.
3) ze wzgl na zasięg:
obj i powierzchniowe
4) ze wzgl na sposób chłodzenia:
ciągłe, stopniowe, izotermiczne
Hartowanie zwykłe
Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle wodnej lub olejowej, poniżej temperatury początku przemiany martenzytycznej, aż do temperatury otoczenia. Szybkość chłodzenia powinna być dobrana tak, by nie nastąpiły odkształcenia hartownicze. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne, niż w oleju.
Hartowanie stopniowe
Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, 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 schładzanie, w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaletą tej metody jest uniknięcie naprężeń hartowniczych. Wymaga jednak dużej wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej.
Hartowanie izotermiczne
Jest hartowaniem, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna. Nagrzany przedmiot utrzymuje się w kąpieli z roztopionej saletry lub ołowiu, w temperaturze powyżej początku przemiany martenzytycznej. Nazwa metody pochodzi od faktu, iż kąpiel zachowuje stałą temperaturę. W hartowaniu tego typu nie powstaje martenzyt, lecz następuje rozpad austenitu na inne fazy, np. bainit, dając stali własności podobne jak po hartowaniu z odpuszczaniem. Zaletą metody jest brak naprężeń hartowniczych, lecz jest ona procesem długotrwałym, niekiedy przeciągającym się do kilku godzin.
Hartowanie powierzchniowe
metoda, w której, nie nagrzewa się całego przedmiotu (hartowanie na wskroś) lecz tylko powierzchnie 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.
Zastosowanie: stal węglowa 04-05C, stal niskostopowa 03-06C, żeliwa szare i sferoidalne.
Zalety : ogranicznenie nagrzewania do cienkiej warstwy i tylko na okreslonych powierzchniach, - krótki czas próbki,, - mini utlenianie powierzchni, - zmniejszenie odkształceń hartowniczych na skutek ograniczenia nagrzewania do m ałej części obrobionego materiału.
Utwardzanie wydzieleniowe ( operacja przesycania i starzenia) – umocnienie wywołane wydzielającymi się cząstkami w roztworze przesyconym, składa się z dwóch zabiegów: przesycania i starzenia. Umocnienie wydzieleniowe jest efektem przemian zachodzących w stopach metali podczas zabiegów obróbki cieplnej przesycania i starzenia (utwardzania dyspersyjnego). Sposób umocnienia jest bardzo efektywny - w konkretnych przypadkach zapewnia prawie dwukrotny wzrost wytrzymałości, przy stosunkowo niezłej ciągliwości - ale praktycznie ograniczony do nielicznych stopów: Cu-Be, Al-Cu. Ni-Cr, Fe-Ni (niektóre wysokostopowe stale niklowe, tzw. martenzytyczne starzone).
Wg odkształcalnych wydzieleń:
1 dalekiego zasięgu
2 bliskiego zasięgu
Przesycanie – jest operacją obr c skł. Się z zabiegu:
- Nagrzewania – stopów do temp powyżej lini granicznej rozp w stanie stałym
- Wygzrewanie
- Chłodzenie do temp otoczenia i ... aż do krytyvcznej szybkości rozpadu przesyconego roztworu stałego.
Starzenie – jest operacją obr c nastep. po operacji przesycania:
- nagrzewanie poniżej lini przemiennej ropz
1) Zgrzewanie oporowe
wykorzystuje przepływ prądu (opór prąd, temp) Prawo Lentza.
Ciepło jest prost proporcjonalne do kwadratu natężenia prądu oporu i czasu przepływu prądu.
Parametry:
- natężenie prądu 3kA-20kA, -
c) zgrzewanie oporowe garbowe:
zgrzewanie z kołnierzem
d) zgrzewanie liniowe oporowe doczołowa:
pręty rury to co wyciśnie wypływka
e) zgrzewanie oporowe doczołowe iskrowe
f) zgrzewanie oporowe dł. Mocowania np. miedź i stal
2) Zgrzewanie inne metody:
a) zgrzewanie tarciowe
np. tokarka wkręc 1 mat w 2
Siła docisku, - prędkośc obrotowa, - siła spęczania
Co łączymy: 2 wałki, - różnego rodz elem, - dla wszystkich materiałów
b) m wybuchowa ładunek wybuch
c) kondensatorowa
d) dyfuzyjna
...
kutyy