Kl. 2tsz
Hartowanie Hartowanie - jest zabiegiem cieplnym, któremu poddawana jest stal, składającym się z
dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie do temperatury powy¿ej
przemiany austenitycznej (dla stali weglowej 723°C) (zwykle 30°C do 50°C powy¿ej temperatury
przemiany austenitycznej) i wygrzewanie, tak długo jak to potrzebne, by nastapiła ona w całej objetosci
hartowanego obiektu. Druga faza jest szybkie schładzanie. Szybkość schładzania musi byc taka, by z
austenitu nie zdążył wydzielić się cementyt i jego struktura została zachowana do temperatury przemiany
martenzytycznej, w której to austenit przemienia się w fazę zwana martenzytem. Stal posiadajaca
strukture martenzytyczna nazywana jest stała martenzytyczna lub hartowana. Hartowanie przeprowadza
się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali .Przy hartowaniu niezwykle istotnym jest dobór szybkości
schładzania. Zbyt wolne schładzanie powoduje wydzielanie sie cementytu i uniemo¿liwia przemianę
martenzytyczna, podczas gdy zbyt szybkie chłodzenie powoduje powstanie zbyt du¿ych naprężeń
hartowniczych, które mogą doprowadzić do trwałych odkształceń hartowanego elementu lub jego
pęknięć. Prędkość schładzania wpływa tak¿e na głębokość hartowania. Przy elementach o większych
rozmiarach, których grubość przekracza maksymalna głębokość hartowania, tylko część objętości
przedmiotu hartowanego zostanie zahartowana. W takiej sytuacji martenzyt powstanie w warstwach
powierzchniowych. Im głębiej zaś, tym udział martenzytu maleje, a cementytu wzrasta. Bardzo często
jest to zjawisko pożądane, wtedy, gdy element ma być twardy na powierzchni, a ciągliwy w swym
rdzeniu. Głębokość hartowania zale¿y tak¿e od hartowności stali .Znane sa następujące metody
hartowania: Hartowanie zwykłe Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu
schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle wodnej lub olejowej, poni¿ej temperatury początku przemiany
martenzytycznej, a¿ do temperatury otoczenia. Prędkość chłodzenia powinna być dobrana tak, by nie
nastąpiły odkształcenia hartownicze. Chłodzenie w wodzie jest bardziej intensywne, ni¿ w
oleju. Hartowanie stopniowe Polega na nagrzaniu przedmiotu hartowanego, a następnie szybkiemu
schłodzeniu w kąpieli chłodzącej, zwykle ze stopionej saletry, do temperatury nieco powy¿ej temperatury
przemiany martenzytycznej i przetrzymaniu w tej temperaturze, by nastąpiło wyrównanie temperatur w
całym przekroju przedmiotu. W drugiej fazie, ju¿ w kąpieli wodnej lub olejowej, następuję dalsze
schładzanie, w celu uzyskania przemiany martenzytycznej. Zaleta tej metody jest unikniecie naprężeń
hartowniczych. Wymaga jednak du¿ej wprawy przy określaniu czasu kąpieli pośredniej
izotermiczne jest hartowaniem, w którym nie zachodzi przemiana martenzytyczna. Nagrzany przedmiot
utrzymuje się w kąpieli z roztopionej saletry lub ołowiu, w temperaturze powy¿ej początku przemiany
martenzytycznej. Nazwa metody pochodzi od faktu, i¿ kąpiel zachowuje stała 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. Zaleta metody jest brak naprężeń hartowniczych,
lecz jest ona procesem długotrwałym, niekiedy przeciagajacym sie do kilku godzin. Hartowanie
powierzchniowe metoda, w której, nie nagrzewa sie 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. Hartowanie płomieniowe Powierzchnia przedmiotu lub
jej fragment nagrzewana jest płomieniem palnika, a następnie schładzana silnym strumieniem
wody .Hartowanie indukcyjne Przedmiot przeciągany jest przez cewkę, otaczająca go (mo¿liwie
najciaśniej). Parady wirowe, powstałe w przedmiocie, powodują efekt powierzchniowy, w którym, wskutek
oporności materiału, zamieniają się na ciepło. Mimo konieczności budowy skomplikowanych stanowisk
hartowniczych, metoda ta zyskuje na popularności, ze względu na możliwość kontrolowania temperatury
oraz głębokości nagrzewania. Hartowanie kąpielowe Polega na zanurzeniu przedmiotu w kąpieli saletrowej
lub ołowiowej i przetrzymaniu w niej na krótka chwile. Temperatura kąpieli musi być na tyle wysoka, by
w jej czasie powierzchnia przedmiotu podniosła się ponad temperaturę przemiany austenitycznej.
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. Śledzenie tych przemian umożliwiają badania dylatometryczne. Pierwsze stadium 80 – 200°C jest związane z rozkładem martenzytu i wydzieleniem w nim węglika e Fe2C o strukturze heksagonalnej. Następuje zmniejszenie stężenia węgla w austenicie; zmniejszenie tetragonalności martenzytu, tworzy się martenzyt o sieci regularnej – martenzyt odpuszczony. Drugie stadium 200 – 300°C jest związane z dalszym wydzielaniem się z roztworu węglika e, skutkiem czego zawartość węgla w martenzycie maleje do około 0,15%; równocześnie zachodzi dyfuzyjna przemiana austenitu szczątkowego w strukturę o charakterze bainitycznym; w etapie tym otrzymujemy mieszaninę ferrytu nieznacznie przesyconego węglem oraz węglika e. W miarę wydzielania się węglików z martenzytu stopień tetragonalności jego struktury sieciowej c/a maleje Trzecie stadium 300 – 400°C następuje całkowite wydzielenie węgla z roztworu a wydzielone węgliki e ulegają przemianie na cementyt; otrzymana struktura w tym etapie jest mieszaniną ferrytu i cementytu. Czwarte stadium 400 – 650°C zachodzi w nim koagulacja cząsteczek cementytu, wzrastająca ze wzrostem temperatury. Struktura otrzymana w tym zakresie temperatur będąca mieszaniną ferrytu i cementytu nazywa się sorbetem (cząstki cementyt u mają kształt globularny). Na tym etapie następuje całkowite usunięcie naprężeń.
Wyżarzanie – jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu elementu stalowego do odpowiedniej temperatury, przetrzymaniu w tej temperaturze jakiś czas, a następnie powolnym schłodzeniu. Ma głównie ono na celu doprowadzenie stali do równowagi termodynamicznej w stosunku do stanu wyjściowego, który jest znacznie odchylony od stanu równowagowego. Wyżarzanie przeprowadza się w różnych celach, w zależności od temperatury w jakiej jest prowadzone:
Wyżarzanie zupełne
przeprowadzane w temperaturze 30° C do 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° C do 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 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 rekrystalizujące (rekrystalizacja)
przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 550° C do 650° C. Poddaje się mu wyroby wcześniej obrabiane plastycznie na zimno w celu usunięcia niekorzystnego wpływu zgniotu.
przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 400° C do 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.
przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 1000° C do 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 stabilizujące (stabilizowanie)
przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 100° C do 150° C i trwa od kilku do kilkudziesięciu minut, w stosunku do wyrobów odlewniczych w celu usunięcia naprężeń odlewniczych. Stabilizowanie jest przyspieszoną metodą sezonowania.
Ulepszanie cieplne, obróbka cieplna będąca połączeniem procesów hartowania i wysokiego odpuszczania. Ulepszanie cieplne materiałów przeprowadza się w celu otrzymania optymalnych własności mechanicznych, przy jednoczesnym zachowaniu możliwości obróbki skrawaniem. Stosuje się m.in. do części: maszyn okrętowych (np. wałów), samochodów, broni.
arniak22221