6. OBRÓBKA CIEPLNO - PLASTYCZNA
6.1. Cel ćwiczenia
Zapoznanie się z rodzajami obróbki cieplno plastycznej i ich wpływem na własno-
ści metali.
6.2. Wprowadzenie
Obróbką cieplno-plastyczną, zwaną potocznie również obróbką cieplno mechaniczną
nazywamy połączenie odkształcenia plastycznego z obróbką cieplną w taki sposób, aby prze-
miana fazowa zachodziła w warunkach wzrostu gęstości defektów sieci wywołanych od-
kształceniem. Jak wykazały badania, tą drogą można uzyskać wzrost wytrzymałości bez jed-
noczesnego spadku plastyczności.
Wybór technologii obróbki cieplno plastycznej uzależniony jest od rodzaju stopu i zacho-
dzących w nim przemian.
Najprostszymi rodzajami obróbki cieplno-plastycznej w stalach są: hartowanie elemen-
tów bezpośrednio po kuciu lub walcowaniu. Inną technologią jest przyspieszone chłodzenie
wyrobów po obróbce plastycznej przez natrysk wodą, nadmuch sprężonym powietrzem, zanu-
rzenie w zimnej wodzie. Stosuje się także tzw. Wstępną obróbkę cieplno plastyczną polega-
jącą na odkształceniu plastycznym na zimno, szybkim nagrzewaniu do temperatury austenity-
zowania i szybkim schłodzeniu. Technologie obróbki cieplno plastycznej umożliwiają
zwiększenie wytrzymałości wyrobów o 20 30% i mogą być stosowane do wszystkich stali.
6.2.1. Podstawowe rodzaje obróbki cieplno - plastycznej
Obróbka cieplna jest dziedziną technologii mającą na celu polepszenie własności mecha-
nicznych i fizyko chemicznych metali i stopów poprzez zmianę struktury w stanie stałym w
wyniku zmian temperatury, czasu oraz działania ośrodka.
Rodzaje zabiegów obróbki plastycznej przedstawiono na rys. 6.1.
Ze względu na czynniki wpływające na kształtowanie struktury i własności metali i sto-
pów wyróżniamy następujące rodzaje obróbki cieplnej:
- obróbkę cieplną zwykłą,
- obróbkę cieplno chemiczną,
- obróbkę cieplno plastyczną,
- obróbkę cieplno magnetyczną.
Istotą obróbki cieplno plastycznej jest powstanie podstruktury zależnej od temperatury,
stopnia gniotu, szybkości odkształcenia plastycznego metali i stopów.
W zależności od temperatury w jakiej odkształcamy plastycznie metal można obróbkę
cieplno plastyczną podzielić na : 1 wysokotemperaturową (WTOCP), 2 - niskotemperatu-
rową (NTOCP), 3 kombinowaną (KOCP) i 4 wielostopniową OCP. Rodzaje tych obróbek
pokazano schematycznie na rys. 6.2; linia zygzakowata oznacza odkształcenie plastyczne.
67
Rys. 6.1. Rodzaje zabiegów obróbki plastycznej [1]
Rys. 6.2. Schemat obróbki cieplno-plastycznej: 1 - WTOCP, 2 - NTOCP, 3 - KOCP,
4 - wielostopniowa OCP (wwwww oznacza odkształcenie) [3]
Obróbka wysokotemperaturowa (WTOCP) polega na odkształcaniu materiału w wysokiej
temperaturze, wyższej niż temperatura rekrystalizacji. Powoduje ona polepszenie własności
ciągliwych i plastycznych przy niewielkich zmianach własności wytrzymałościowych.
Obróbka niskotemperaturowa (NTOCP) polega na odkształceniu plastycznym w tempera-
turze niższej niż temperatura rekrystalizacji, ale powyżej Ms. Powoduje ona zwykle znaczne
zwiększenie wytrzymałości bez pogorszenia własności plastycznych metali i stopów.
Obróbka kombinowana (WTOCP) - odkształcenie materiału następuje zarówno w wyso-
kiej, jak i niskiej temperaturze.
W obróbce cieplno plastycznej wielostopniowej występuje wielokrotne odkształcenie w
stopniowa obniżającej się temperaturze.
68
Na rys. 6.3 przedstawiono schemat izotermicznych obróbek cieplno plastycznych stali
polegających na zastąpieniu przemiany martenzytycznej perlityczną lub bainityczną.
Rys. 6.3. Schemat obróbki cieplno-plastycznej z przemianą izotermiczną: 1 - perlityczną (izo-
forming), 2 - bainityczną (wwwww oznacza odkształcenie): a) z odkształceniem bainitu, b) z
odkształceniem austenitu [3]
Dla stopów metali nieżelaznych można stosować obróbki cieplno plastyczne nisko- i wysoko-
temperaturowe jak i obróbki kombinowane.
6.2.2. Wpływ obróbki cieplno plastycznej na strukturę
W stalach poddanych OCP zachodzi przede wszystkim rozdrobnienie struktury i zwięk-
szenie gęstości defektów. W wyniku WTOCP struktura austenit ulega poligonizacji ze zwięk-
szoną ilością defektów, które przechodzą do martenzytu. Z kolei odkształcenie austenitu w
zakresie 20% powoduje obniżenie Ms a tym samym utrudnia powstawanie martenzytu zwięk-
szając ilość austenitu szczątkowego, który można rozłożyć przeprowadzając wymrażanie.
Wraz ze wzrostem stopnia odkształcenia linia GOS przesuwa się w lewo dół (rys. 6.4).
Rys. 6.4. Wpływ wielkości odkształcenia () na położenie linii na wykresie fazowym
Fe Fe3C [4]
69
Gdy przeprowadzamy OCP z przemianami izotermicznymi, następuje rozdrobnieni struk-
tury i utworzenie się podstruktury w ferrycie.
Po NTOPC austenit nie może rekrystalizować i wówczas pozostaje duża ilość dyslokacji,
w których segregują atomy węgla i azotu, a wydzielające się dyspersyjne węgliki lub węgliko
azotki hamują ruch dyslokacji.
W celu uzyskania struktury drobnoziarnistej stali konstrukcyjnej, zapewniającej wysoką
granice plastyczności i niską temperaturę przejścia w stan kruchy stosuje się obniżenie tempe-
ratury końca odkształcenia plastycznego ok. 8500 C. Proces ten stosowany jest w technologii
regulowanego walcowania czy kucia. Schemat regulowanego walcowania stali przedstawia
rys. 6.5.
Rys. 6.5. Schemat regulowanego walcowania stali [1]
Oprócz walcowania regulowanego, w celu uzyskania drobnoziarnistej struktury ferry-
tyczno-bainitycznej, bainitycznej lub manenzytycznej dla stali z mikrododatkami, stosuje się
wydajniejszą technologię walcowania ze sterowaną rekrystalizacją.
6.2.3. Wpływ obróbki cieplno plastycznej na własności metali
Obróbka cieplno plastyczna jest jednym z najtańszych sposobów poprawy własności
mechanicznych wielu stopów. Wpływ OPC na własności stali po odkształceniu = 85%
przedstawiono w tablicy 6.1 oraz na rys. 6.6 i 6.7.
Tablica 6.1.
Wpływ NTOCP i WTOCP na własności stali po odkształceniu = 85% [3]
Rodzaj obróbki Gatunek stali Rm R0,2 A
MPa MPa %
NTOCP 40HSNBF 2760(2000) 2260(1660) 5,9(5,5)
40HGSNMF 2800(2110) 2250(1840) 7,1(8,0)
WTOCP 40HSNBF 2370(2000) 2150(1660) 8,1(5,9)
po odpuszcz. 40H2NSMF 2300(1910) 2140(1590) 9,1(6,4) 7,0(6,0)
200C 50S2G 2700(2250) 2350(1920)
W nawiasach podano własności po ulepszeniu.
70
Rys.6.6. Wpływ stopnia odkształcania w temp. 3290 C na własności stali 37H2NGSM. Po
przemianie bainitycznej stal odpuszczano w 2000C [3]
Rys. 6.7. Wpływ stopnia odkształcenia przy WTOCP na własności mechaniczne stali
50HN4MA [3]
Porównując własności po wysoko- i niskotemperaturowej OCP można zauważyć, że w
wyniku odkształcenia w niskiej temperaturze uzyskuje się materiał o większej wytrzymałości i
mniejszej ciągliwości (małej odporności na kruche pękanie), a w wyniku odkształcenia w wy-
71
sokiej temperaturze - na odwrót. Stosując kombinowaną OCP można osiągnąć zarówno wy-
soką wytrzymałość, jak i dużą ciągliwość.
Stosując OCP z przemianą bainityczną również uzyskuje się dobrą kombinację wytrzy-
małości i ciągliwości, a odporność na rozprzestrzenianie się pęknięć jest nawet dziesięcio-
krotnie większa niż po zwykłym ulepszaniu cieplnym, a ponadto dodatkową korzyścią ze sto-
sowania OCP jest zmniejszenie kruchości odpuszczania stali.
6.3. Pomoce i urządzenia
- ciągarka,
- maszyna wytrzymałościowa,
- skręcarka,
- przeginarka
6.4. Instrukcja do ćwiczenia
- ciągnienie drutu w różnych temperaturach,
- badanie własności wytrzymałościowych i plastycznych na maszynie wytrzymałościowej,
- próba skręcania,
- próba przeginania,
- sporządzenie sprawozdania.
Literatura
1. Dobrzański L.A.: Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT W-wa 2002
2. Dobrzański L.A.: Metaloznawstwo z podstawami nauki o materiałach. WNT W-wa
1998
3. Przybyłowicz K.: Metaloznawstwo. WNT W-wa 2003
4. Przybyłowicz K.: Strukturalne aspekty odkształcania metali. WNT W-wa 2002
Opracował: dr inż. Robert Skoblik
72
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Biofizyka instrukcja do cw nrInstrukcja do cw nr 4 Metalurgia proszkowInstrukcja do cw nr 3 Technologie materialoweBiofizyka instrukcja do cw nrBiofizyka instrukcja do cw nrBiofizyka instrukcja do cw nrInstrukcja do ćw lab nr 3Biofizyka kontrolka do cw nrInstrukcja do ćw 20 Regulacja dwupołożeniowa temperatury – symulacja komputerowaInstrukcja do ćw 17 Podnośnik pakietówInstrukcja do ćw 03 Prasa pneumatycznaPomiary wielkości elektrycznych Instrukcja do ćw 02 Pomiar prąduInstrukcja do ćwiczenia nr 3Instrukcja do ćwiczenia nr 2Instrukcja do ćw 16 Jednostka pozycjonującaInstrukcja do ćw 05 Montaż modułu „wiercenia otworu” stanowiska dydaktycznego MPSInstrukcja do ćwiczenia nr 4Instrukcja do ćw 02 Modernizacja układu sterowaniaMSIB Instrukcja do Cw Lab krystalizacjawięcej podobnych podstron