4
Opracował: B. Ziółkowski wersja na s. zimowy 2007 (poprawiona 31.12.2007)
Materiałoznawstwo II
Wydział Mechaniczny, kierunek Transport 2007/2008 semestr zimowy
(studia dzienne, rok I – Wrocław i filia Jelenia Góra)
Zakres materiału wyłożony na wykładzie i wymagany na egzaminie
(zagadnienia, pytania i wskazówki, zalecana literatura)
I. Podstawy obróbki cieplnej na przykładzie stopów żelaza z węglem
(literatura zalecana [1], tzn. R. Haimann, Metaloznawstwo, skrypt P.Wr., Wrocław 1980)
(ten fragment wykładu ma charakter „logiczny” i będzie preferowany na egzaminie)
1. Przemiana perlit-austenit (dyfuzyjna)- zarodkowanie, wzrost zarodków, problem otrzymywania austenitu jednorodnego.
1.1. Rozrost ziarna austenitu – pojęcia: stal drobnoziarnista i gruboziarnista. Wpływ wielkości ziarna na właściwości.
2. Przemiana austenit-perlit (przemiana dyfuzyjna),
- zarodkowanie, powstawanie i wzrost kolonii perlitu (dlaczego powstaje struktura płytkowa?),
- kinetyka przemiany, szybkość przemiany v = f(DT),
- wykres izotermicznego rozpadu austenitu (CTPi) dla stali eutektoidalnej,
- różnice w strukturze i właściwościach w zależności od przechłodzenia.
3. Przemiana martenzytyczna przechłodzonego austenitu (przemiana bezdyfuzyjna, alotropowa ( czego w co?),
- warunek, przebieg i kinetyka przemiany (dlaczego przemiana wymaga ciągłego wzrostu przechłodzenia?),
- powstawanie i orientacja płytek (igieł) martenzytu (od czego zależy ich wielkość? i dlaczego określona orientacja?),
- stopień tetragonalności martenzytu (przesyconego ferrytu) – przyczyna zjawiska i konsekwencje,
- temperatury Ms i Mf = f(%C), austenit nieprzemieniony (od czego zależy jego ilość?),
- właściwości martenzytu (co to jest martenzyt?), wpływ zawartości węgla na twardość martenzytu, jakie mechanizmy
(czynniki) powodują jego umocnienie?
5. Przemiana bainityczna przechłodzonego austenitu,
- warunki i przebieg przemiany w górnym i dolnym zakresie temperatur,
- morfologia i właściwości bainitu górnego i dolnego
6. Wykresy CTPi dla stali nieeutektoidalnych,
- quasieutektoid - warunki powstawania, budowa i zawartość C, wpływ jego obecności na strukturę i właściwości stali,
7. Wykresy CTPc i ich znaczenie praktyczne, różnice w stosunku do CTPi,
8. Procesy zachodzące w trakcie odpuszczania stali zahartowanej na martenzyt.
Stadia odpuszczania na przykładzie krzywej dylatometrycznej i krzywej zmiany twardości.
9. Martenzyt odpuszczania (I stadium odpuszczania)
- morfologia struktury (definicja),
- od czego zależy temperatura początku jego powstawania,
- właściwości; dlaczego twardość martenzytu odpuszczania nie różni się istotnie od twardości martenzytu hartowania
(zamiana sposobu umocnienia – zamiast silnego przesycenia działa umocnienie wydzieleniowe).
10. Rozpad austenitu nieprzemienionego (II stadium odpuszczania – struktura jest nadal martenzytem odpuszczania),
- przyczyny, mechanizm, morfologia powstałej struktury oraz właściwości.
11. Trostyt odpuszczania (III stadium),
- morfologia struktury, przyczyna i proces (mechanizm) powstawania, właściwości.
12. Sorbit odpuszczania (IV stadium),
- morfologia struktury, przyczyna i proces powstawania, właściwości.
13. Rekrystalizacja zgniotu fazowego (całkowita powyżej ok. 650 ºC, tzn. znika iglasta pomartenzytyczna struktura ferrytu),
- temperatura, zmiany struktury, jaki proces odpuszczania zachodzi równolegle,
- morfologia, właściwości i nazwa powstałej struktury (sferoidyt)
14. Technologiczny podział temperatur odpuszczania na: niskie, średnie i wysokie,
- zakres temperatur, struktura, właściwości i typowe zastosowania,
(uwzględnić punkt odniesienia, tzn. stan wyjściowy materiału, np. po normalizowaniu).
15. Prawidłowe temperatury hartowania (tzn. austenityzowania przed hartowaniem) stali przed- i zaeutektoidalnych,
- uzasadnienie prawidłowej struktury wyjściowej (przed hartowaniem),
- uzasadnienie prawidłowej temperatury hartowania stali zaeutektoidalnych.
{16}. Wybrane zagadnienia technologii obróbki cieplnej,
- ośrodki chłodzące -przebieg krzywych chłodzenia (idealne i rzeczywiste),
- sposoby hartowania (uwzględnić przebieg chłodzenia powierzchni i rdzenia przedmiotu)
- hartowanie zwykłe oraz z podchładzaniem (zalety i wady),
- hartowanie w dwóch ośrodkach (zalety i wady),
- hartowanie stopniowe (zalety i wady),
- hartowanie izotermiczne (np. na bainit dolny) - zalety i wady
17. Hartowność
-definicja, założenia (tzn. twardość strefy półmartenzytycznej = f (%C),
- średnica krytyczna Dk oraz idealna średnica krytyczna D¥ ;nomogramy Grossmana,
- próba Jominy¢iego pomiaru hartowności (założenia próby),
- krzywa i pasmo hartowności,
- nomogramy do wyznaczania D¥ dla różnych od 50% udziałów martenzytu.
18. Rodzaje wyżarzania (głównie: zupełne, normalizujące, sferoidyzujące)
- parametry, cele, otrzymane struktury i właściwości,
- różnice w strukturze po wyżarzaniu zupełnym i normalizującym (uwaga: quasieutektoid!).
19. Hartowanie powierzchniowe,
- cel, zawartość węgla, sposoby hartowania,
- struktura rdzenia czyli stan wyjściowy przed hartowaniem powierzchniowym (normalizowanie lub sorbit odp. - dlaczego?)
- prawidłowa struktura powierzchni po hartowaniu i odpuszczaniu.
20. Obróbka cieplno - chemiczna,
- nawęglanie,
- cel, zawartość węgla w rdzeniu i na powierzchni, sposoby nawęglania, potencjał węglowy,
- obróbka cieplna po nawęglaniu - dlaczego są problemy?,
- prawidłowe struktury i właściwości rdzenia i powierzchni,
- azotowanie,
- cel, zawartość węgla i dodatków stopowych, struktura, sposoby i temperatura azotowania,
- obróbka cieplna przed azotowaniem,
- prawidłowa struktura i właściwości rdzenia i powierzchni,
{- inne przykłady obróbki cieplno chemicznej - ogólnie }
- porównanie wad i zalet hartowania powierzchniowego, nawęglania i azotowania.
(literatura zalecana [1], [2] lub [2a])
(ten fragment wykładu ma również charakter „logiczny” i będzie preferowany na egzaminie)
1. Wpływ dodatków stopowych na wykres równowagi – wykresy z poszerzonym, otwartym i zamkniętym polem austenitu.
2. Fazy występujące w stalach stopowych,
- ferryt stopowy – wpływ dodatków stopowych na własności ferrytu (głównie: Mn, Cr, Si, Ni),
- austenit stopowy – wpływ dodatków stopowych na własności austenitu (bardziej ogólnie),
- cementyt stopowy - wpływ dodatków stopowych na trwałość cementytu (np. Mn i Cr kontra Si i Ni),
- węgliki w stalach stopowych; {podział na klasy wg Goldschmidt¢a}, trwałość węglików, węgliki proste i złożone.
- {fazy międzymetaliczne Fe-M, M-M (występujące zwykle przy niewielkich zawartościach węgla)},
3. Wpływ dodatków stopowych na przemiany przechłodzonego austenitu (wykres CTPi, Ms i Mf, austenit nieprzemieniony)
4. Wpływ dodatków stopowych na hartowność stali (ogólnie plus metoda obliczeniowa Grossmana)
5. Wpływ dodatków stopowych na przebieg procesów odpuszczania stali,
- rozdzielić ten wpływ na temperatury niższe lub wyższe od około 450°C (początek zauważalnej dyfuzji M),
- zjawisko twardości wtórnej (wyjaśnić przyczynę, jakie pierwiastki i dlaczego ją umożliwiają?).
6. Nieodwracalna i odwracalna kruchość odpuszczania stali (jak unikać konsekwencji tych kruchości?)
(literatura zalecana: dostarczone na wykładzie materiały, [2a], inne podręczniki wydane po 2002 roku)
1. Klasyfikacje stali i staliw
- klasyfikacja według struktury w stanie równowagi:
- przedeutektoidalne, eutektoidalne, zaeutektoidalne, ledeburytyczne, ferrytyczne, austenityczne,
- klasyfikacja według struktury po normalizowaniu (chłodzeniu na powietrzu):
- perlityczne, bainityczne, martenzytyczne, austenityczne,
- klasyfikacja na podstawie składu chemicznego: niestopowe, stopowe (nisko-, średnio- i wysokostopowe)
- klasyfikacja na klasy jakości (PN-EN 100020):
- jakościowe, specjalne (klasa podstawowe od 2003 nie istnieje)
- klasyfikacja ze względu na zastosowanie:
- ...
berlingo2008