Zagadnienia na koło I
Obróbka plastyczna
Plastyczność - zdolność do odkształcenia trwałego, zmiany spójności w obrębie wytrzymałości materiałów. Jest jedną z najbardziej charakterystycznych cech metali powszechnie stosowaną w praktyce do otrzymywania gotowych wyrobów i półwyrobów hutniczych, takich jak blachy, pręty, druty i taśmy.
Rodzaje obróbki plastycznej:
* ciągnienie drutu
* Walcowanie blachy i walcowanie kształtowe
* gięcie profili
* tłoczenie blachy
Odkształcenie plastyczne przez poślizg – na skutek przyłożenia siły następuje poślizg fragmentów kryształu 1 po 2 co skutkuje trwałym odkształceniem materiału. W wyniku ruchu dyslokacji, ilość i usytuowanie systemów poślizg, energia błędu ułożenia ( poprzez wpływ na poślizg poprzeczny dyslokacji), temperatura odkształcania (ruchliwość atomów i dyslokacji).
Systemy poślizgu w kryształach - poślizg zachodzi najłatwiej na płaszczyźnie najgęściej upakowanej atomami, wzdłuż kierunku stykania się atomów razem tworzą one system łatwego poślizgu systemy łatwego poślizgu w sieciach A1, A2 i HZ
Odkształcenie plastyczne przez bliźniakowanie - udział bliźniakowania rośnie ze zmniejszaniem EBU, obniżaniem temperatury i wzrostem wielkości ziarna.
Skutki odkształcenia plastycznego metalu na zimno
* umocnienie odkształceniowe ß wzrost gęstości defektów (zwłaszcza dyslokacji),
* podwyższenie energii układu (stan metastabilny) ß energia odkształceń sprężystych sieci, (do ok. 15% pracy wykonanej w trakcie obróbki plastycznej zostaje zmagazynowane w materiale)
* naprężenia własne ß nierównomierność odkształceń (w różnej skali w przedmiocie): (umownie wyróżniamy naprężenia własne pierwszego, drugiego i trzeciego rodzaju)
* tekstura odkształcenia --> anizotropia własności mechanicznych
Wyżarzanie rekrystalizujące (przemiana podczas grzania metalu odkształconego na zimno) – proces OC stosowany jako proces międzyoperacyjny pomiędzy kolejnymi etapami odkształcenia plastycznego mającym na celu przywrócenie struktury i właściwości mech. z przed OC. Dyfuzyjna przemiana w stanie stałym. Ma na celu powrót do stanu równowagi (uwolnienie zmagazynowanej energii) oraz odtworzenie wolnej od nadmiaru defektów struktury na drodze zarodkowania nowych ziaren,
Wyróżnia się trzy nakładające się na siebie procesy:
* zdrowienie - prowadzi do zmniejszenia oporu plastycznego i częściowego zaniku naprężeń własnych. Podczas procesu zdrowienia z materiału wydziela się część energii zmagazynowanej. Podczas wzrostu temperatury materiału następuje dyfuzja atomów. Materiał, który został poddany zdrowieniu zawiera mniej energii zmagazynowanej niż bezpośrednio po odkształcaniu i przez to jest bardziej stabilny termodynamicznie.
* rekrystalizacja pierwotna - prowadzi do stopniowego powstawania nowych ziaren. Podczas przemieszczania się granic szerokątowych w materiale tworzy się nowa niezaburzona struktura, a procesowi temu towarzyszy wydzielanie się z materiału energii zmagazynowanej. Proces ten trwa do momentu aż w całym uprzednio odkształconym materiale powstaną nowe ziarna.
* rozrost ziaren (rekrystalizacja wtórna) - Selektywny rozrost ziaren o uprzywilejowanej orientacji, co prowadzi do
silnego zróżnicowania rozmiarów ziaren i znacznego udziału w objętości ziaren dużych.
Obróbka cieplna
proces technologiczny mający na celu zmiany struktury materiału oraz właściwości mech. w skutek temp., czasu i środowiska.
Rodzaje obróbki cieplnej: obróbkę cieplną zwykłą, obróbkę cieplno-chemiczną, obróbkę cieplno-mechaniczną (zwaną także obróbką cieplno-plastyczną), obróbkę cieplno-magnetyczną.
NAGRZEWANIE
Rodzaje nagrzewania: · powolne z piecem, przyspieszone, szybkie.
Rodzaje ośrodków grzejnych: powietrze, ośrodki gazowe, złoża fluidalne, kąpiele solne i metalowe.
CHŁODZENIE
Ośrodki chłodzące: woda i roztwory wodne soli, zasad i polimerów, oleje hartownicze, kąpiele solne i metalowe, ośrodki sfluidyzowane, powietrze i inne gazy.
PRZEMIANY W STALI PODCZAS OBRÓBKI CIEPLNEJ
Przemiana perlit w austenit (austenityzowanie) – jest przemianą dyfuzyjną, alotropową. Wymagane jest grzanie jednostajne do temp. pow. temp. rekrystalizacji. Austenityzowanie jest zwykle otrzymanie możliwie jednorodnego oraz drobnoziarnistego austenitu co wpływa z kolei na przebieg przemian podczas chłodzenia. Najpierw następuje przemiana perlitu w austenit później rozpuszczanie cementytu w austenicie. Stosuję się 30-50 st powyżej temp. 727 st. (linia A1).
Przemiana perlityczna (austenitu w perlit) – przemiana dyfuzyjna, alotropowa wymagająca powolnego chłodzenia do temp. pokojowej. Następuje wstępna dyfuzja węgla w austenicie. Produktem przemiany jest płytkowa mieszanina ferrytu i cementytu.
Samorzutny proces rozrostu ziaren austenitu
początkowo po przemianie ziarna są bardzo drobne,
● zwiększenie temperatury lub czasu wygrzewania --> rozrost ziaren
● stale gruboziarniste – skłonne do rozrostu ziaren natychmiast (już w γ niejednorodnym),
● stale drobnoziarniste – drobne wydzielenia innych faz hamują rozrost ziaren (teoria barier), (ruch granic dopiero po rozpuszczeniu lub koagulacji tych faz),
Znaczenie wielkości ziaren austenitu przed chłodzeniem
Wielkość ziaren austenitu bezpośrednio przed rozpoczęciem chłodzenia ma wpływ na wielkość ziaren perlitu:
- im drobniejsze ziarno austenitu tym drobniejsze ziarno perlitu,
- stale drobnoziarniste mają wyższą granicę plastyczności i udarności niż stale gruboziarniste (skłonne do przegrzania),
- stale drobnoziarniste umożliwiają stosowanie wyższej temperatury obróbki plastycznej na gorąco oraz szerszego zakresu temperatury uzyskania austenitu w takich rodzajach obróbki cieplnej jak: normalizowanie i hartowanie.
Przemiana martenzytyczna – przemiana alotropowa austenit w ferryt, bezdyfuzyjna, gwałtowna wymaga chłodzenia z pręd. większą od krytycznej pomiędzy początkiem przemiany około 200 st. a końcem przemiany w temp. pokojowej. Zachodzi przez ścinanie wg mechanizmu poślizgu lub bliźniakowania, produktem przemiany jest martenzyt listwowy lub płytkowy o własnościach zależnych od zawartości węgla oraz o objętości właściwej większej od objętości austenitu. Nie zachodzi całkowicie lecz pozostaje niewielka ilość ściśniętego austenitu szczątkowego.
Zastosowanie stali o strukturze martenzytycznej
Martenzyt średnio- i wysokowęglowy (twardy i odporny na ścieranie) był od dawna wykorzystywany:
- w narzędziach,
- na powierzchni części maszyn narażonych na ścieranie,
- jako struktura wyjściowa do dalszej obróbki cieplnej sprężyn i części maszyn.
Ostatnio również w niskowęglowych stalach konstrukcyjnych (ciągliwych, łączonych spawaniem lub zgrzewaniem) wykorzystuje się wysoką wytrzymałość i granicę plastyczności martenzytu, np. stale DP (ferryt + martenzyt) na karoserie samochodowe.
Przemiana bainityczna (przemiana austenitu w bainicie) – bezdyfuzyjnie dyfuzyjna. Łącząca cechy przemiany perlitu i martenzytycznej przemiany alotropowej wymagająca przetrzymania w temp. zakresu Tm około 450 st. oraz Mf około 200 st.
Przemiany odpuszczania (przemiany dyfuzyjne po podgrzaniu zahartowanej na martenzyt stali) – proces mający na celu likwidację naprężeń własnych i uzyskaniu właściwej struktury.
Zabiegi wyżarzania stopów żelaza
Wyżarzanie ujednorodniające - polega na długotrwałym wygrzewaniu w temperaturze 1000 – 1200 C w celu wyrównania składu chemicznego i usunięcia lub zmniejszenia mikrosegregacji oraz struktury warstwowej. Wolne chłodzenie
Wyżarzanie normalizujące - obróbka stosowana w celu uzyskania jednorodnej struktury drobnoziarnistej oraz poprawy właściwości mechanicznych (podwyższenie właściwości wytrzymałościowych, twardości) wyrobów przegrzanych lub niewłaściwie obrobionych cieplnie oraz nadania jednakowej struktury i właściwości wyrobom stalowym w produkcji seryjnej.
Wyżarzanie sferoidyzujące (zmiękczające) - zapewnia strukturę sferoidytu, a w konsekwencji zmniejsza twardość i ułatwia obróbkę plastyczną na zimno stali konstrukcyjnych i poprawia skrawalność, a w wypadku stali narzędziowych — stosowane przed hartowaniem zmniejsza kruchość. Chłodzi się na wolnym powietrzu
Wyżarzanie rekrystalizujące - stosowane do elementów stalowych po zgniocie na zimno, usuwa niepożądane skutki umocnienia, tj. kruchość. Wyżarzanie rekrystalizujące wykorzystuje się zarówno do stali po zakończeniu obróbki plastycznej, jak też jako wyżarzanie międzyoperacyjne, dla umożliwienia dalszej obróbki plastycznej na zimno. Po wygrzewaniu w czasie kilku godzin chłodzenie w spokojnym powietrzu.
Stale – charakterystyka stali
(stopowa, sprężysta, właściwości, zastosowanie, oznaczenia wg norm, …)
Stal stopowa – jest stopem żelaza z węglem do zawartości 2,11% C i innymi pierwiastkami stopowymi w ilości przekraczającej wartości graniczne stali obrabialnym cieplnie i plastycznie. Klasyfikacja stali stopowych wg. składu chemicznego to Niskostopowe (stężenie jednego pierwiastka nie przekracza 2%, a suma pierwiastków nie przekracza 3,5%), Średniostopowe (stężenie jednego pierwiastka przekracza 2%, a suma pierwiastków nie przekracza 8%), Wysokostopowe (stężenie jednego pierwiastka przekracza 8%, a suma pierwiastków nie przekracza 55%).
Klasyfikacja stali stopowych wg. jakości, własności i zastosowania
STALE STOPOWE JAKOŚCIOWE
Wśród stali stopowych jakościowych wyróżnia się następujące grupy:
a) Stale konstrukcyjne drobnoziarniste spawalne – przeznaczone na zbiorniki i rurociągi pracujące pod ciśnieniem, o minimalnej granicy plastyczności Re < 380 MPa dla produktów o grubości do 16mm, minimalnej pracy łamania w -50°C: KV ≥ 27 J (próbki wzdłużne) lub ≥ 16 J (próbki podłużne).
b) Stale stopowe na szyny, grodzice, kształtowniki na obudowy górnicze – zawierają odpowiednie pierwiastki stopowe mające na celu podwyższenie własności użytkowych produktów.
c) Stale stopowe na produkty płaskie walcowane na zimno lub na gorąco przeznaczone do dalszej obróbki plastycznej na zimno – zawierają pierwiastki rozdrabniające ziarno, w tym: B, Ti, Nb, V i Zr, podobnie jak stale dwufazowe o strukturze ferrytyczno-martezytycznej.
d) Stale elektrotechniczne – zawierają Si i Al jako pierwiastki stopowe, o ograniczonej stratności magnetycznej lub/i określonej minimalnej indukcji magnetycznej albo przenikalności magnetycznej.
e) Stale stopowe z miedzią – jedynym pierwiastkiem stopowym jest Cu.
STALE STOPOWE SPECJALNE
Stalom stopowym specjalnym nadaje się najbardziej zróżnicowane oraz ściśle określone własności mechaniczne, technologiczne i użytkowe poprzez dokładne regulowanie składu chemicznego i sterowanie procesem produkcyjnym. Obejmują one wszystkie gatunki stali, które nie zostały ujęte w klasie stali nierdzewnych oraz stopowych jakościowych.
Stale stopowe specjalne dzieli się na następujące podklasy:
-Stale maszynowe,
-Stale na urządzenia ciśnieniowe,
-Stale konstrukcyjne,
-Stale szybkotnące,
-Stale narzędziowe stopowe,
-Stale na łożyska toczne,
-Stale o szczególnych własnościach fizycznych
STALE STOPOWE NIERDZEWNE
Do klasy stali nierdzewnych należą stale zawierające co najmniej 10,5 % Cr oraz co najwyżej 1,2 % C. Uwzględniając stężenie niklu, stale nierdzewne można podzielić na:
zawierające < 2,5% Ni,
zawierające ≥ 2,5% Ni.
Przyjmując za kryterium podziału najbardziej istotną własność, stale nierdzewne dzielone są na:
-Stale odporne na korozję,
-Stale żaroodporne,
-Stale odporne na pełzanie (żarowytrzymałe).
OZNACZANIE STALI STOPOWYCH WEDŁUG NORM EUROPEJSKICH
WEDŁUG ZASTOSOWANIA I WŁASNOŚCI STALI (GRUPA 1)
Przykład: S260NC (S - symbol główny, N - Symbole dodatkowe dla gatunków stali, C - Symbole dodatkowe dla wyrobów stalowych)
S - konstrukcyjne
P- pracujące pod ciśnieniem
H - produkty płaskie walcowane na zimno
ze stali o podwyższonej wytrzymałości
przeznaczone do kształtowania na zimno
za którymi umieszcza się Remin w N/mm2
N - normalizowana, C - do kształtowania na zimno, LA – niskostopowa
WEDŁUG SKŁADU CHEMICZNEGO STALI (GRUPA 2)
a) stale stopowe (bez szybkotnących) o stężeniu każdego z pierwiastków < 5%
Zawartość C x 100 + zaw. pierwiastka x współczynnik
Przykład: 24CrMo13-6
(średnie stężenie węgla w stali wynosi 0,24%; chromu- 3,3%; molibdenu - 0,6%)
b) stale stopowe (bez szybkotnących) o stężeniu przynajmniej jednego pierwiastka > 5%
X + zawartość C x 100 + symbole pierwiastków stopowych + liczby
(rozdzielone kreskami) podające średnie stężenie głównych pierwiastków stopowych
Przykład: X10CrMoVNb9-1
(średnie stężenie węgla w stali wynosi 0,1%; chromu- 8,8%; molibdenu - 0,95%)
c) stale szybkotnące
HS + liczby
(rozdzielone kreskami) podające średnie stężenie (%) pierwiastków w kolejności:
W, Mo, V, Co
Przykład: HS10-4-3-10, HS0-4-1
Numer: 1.xxnn
1- stop żelaza, xx - grupa stali, nn - konkretny gatunek
Przykłady: 1.0145, 1.0472
40 do 49 - stale stopowe odporne na korozję i żaroodporne,
50 do 89 – stale stopowe konstrukcyjne, maszynowe i na zbiorniki ciśnieniowe
Główne zastosowanie i własności stali konstrukcyjnej, maszynowej i na urządzenia ciśnieniowe
● stosowane w dużych ilościach w inżynierii lądowej, wodnej, chemicznej itp. (budynki, mosty, statki, platformy wiertnicze, pojazdy, rurociągi, zbiorniki ciśnieniowe itp.)
- grubość najczęściej powyżej 1,5 mm,
- jakość powierzchni i tolerancje wymiarowe zwykle nie wysokie.
● wytwarzane głównie przez walcowanie na gorąco (Hot Rolled Structural Steels),
- walcowanie konwencjonalne ® głównym celem jest nadanie odpowiedniego kształtu,
- większy koszt (konieczna często późniejsza obróbka cieplna), coraz rzadziej stosowane,
- walcowanie cieplno-plastyczne ® nadanie kształtu oraz wytworzenie korzystnej mikrostruktury,
- założone zabiegi OC są przeprowadzane łącznie z obróbką plastyczną,
- możliwe jest uzyskiwanie znacznie lepszych właściwości niż zabiegami tradycyjnymi,
Wymagania stawiane stali konstrukcyjnej, maszynowej i na urządzenia ciśnieniowe:
* wysoka ciągliwość (odporność na kruche pękanie)
...
robertwierbi