Ϫ METALE.XMC.PL

Hartowanie Metali Umacnianie Zastosowanie Cechy

.:: Hartowanie Metali ::.

W zależności od wymaganych własności wyrobów hutniczych oraz rodzaju obrabianego metalu lub stopu obróbka plastyczna odbywać się może na zimno lub na gorąco. Obróbka plastyczna na zimno jest wykonywana w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji, a obróbka plastyczna na gorąco powyżej tej temperatury. Wielkość odkształcenia plastycznego charakteryzuje geometryczna zmiana przekroju przedmiotu obrabianego plastycznie, określana stopniem gniotu Z: Z=[(S0 – S1): S0] . 100% gdzie: S0 i S1 – odpowiednio przekroje poprzeczne przedmiotu przed i po obróbce plastycznej. W zależności od warunków obróbki plastycznej, tzn. głównie od temperatury i stopnia gniotu, a także sposobu i szybkości odkształcenia, liczby przepustów i innych czynników technologicznych, o własnościach metalu obrabianego plastycznie decydują różne mechanizmy odkształcenia plastycznego oraz procesy aktywowane cieplnie, usuwające skutki umocnienia zgniotowego.

Hartowanie – jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu przedmiotu do temperatury austenityzowania, wygrzaniu i szybkim chłodzeniu w celu uzyskania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Stosowanie odpowiedniej temperatury hartowania stali zapewnia otrzymanie drobnoziarnistego austenitu, a przy chłodzeniu drobnoiglastego martenzytu. Austenit gruboziarnisty po przemianie inicjuje natomiast powstanie gruboiglastego martenzytu o gorszych własnościach wytrzymałościowych i zwiększonej kruchości. Dlatego też stale nadeutektoidalne hartuje się w temperaturach powyżej Ac1+(30-50 oC), a więc w zakresie, w którym cementyt wtórny przechodzi w bardzo małej ilości do roztworu. Wygrzewanie stali w temperaturze powyżej Acm wpływa na powstanie gruboziarnistego (przegrzanie); po oziębieniu powstaje martenzyt gruboziarnisty zwany także gruboiglastym oraz austenit szczątkowy. Im wyższa jest temperatura przegrzania, tym większa jest ilość austenitu szczątkowego. Cementyt pozostający w strukturze stali po ogrzaniu do temperatury powyżej A1 jest składnikiem bardzo twardym. Drobnoziarnisty cementyt nadaje stali hartowanej korzystne własności, zwłaszcza zwiększa jej odporność na ścieranie. Struktura wyjściowa (ferryt z cementytem ziarnistym) uzyskana w wyniku obróbki plastycznej (rozbicie cementytu) i wyżarzania zmiękczającego jest bardzo ważnym czynnikiem, od którego zależy otrzymanie korzystnej struktury po hartowaniu stali nadeutektoidalnej.

Przedmioty o skomplikowanych kształtach, ze stali stopowych, mające mniejszy współczynnik przewodności cieplnej należy podgrzewać do hartowania powoli; czas wygrzania powinien być możliwie krótki, lecz dostateczny do wygrzania na wskroś i do przebiegu austenityzowania.  Nagrzewanie odbywa się na ogół w powietrzu, ale lepiej w atmosferze obojętnej, aby zapobiec odwęglaniu, nawęglaniu lub utlenieniu stali. W zależności od rodzaju stali i sposobu chłodzenia rozróżnia się hartowanie ciągłe (zwykłe), stopniowe, z przemianą izotermiczną.

Hartowanie ciągłe (zwykłe) polega na nagrzaniu stali do temperatury 30-50 oC powyżej Ac3, wygrzaniu jej w tej temperaturze i bezpośrednim chłodzeniu z prędkością większą od krytycznej. Szybkość chłodzenia jest zależna od ciepła właściwego i przewodności cieplnej stali, rodzaju środka chłodzącego oraz kształtu i wielkości przedmiotów. Spośród tych czynników największy wpływ wywiera środek chłodzący, warunkujący szybkość oziębiania większą od szybkości krytycznej. W zakresie temperatur 700-450 oC, w którym austenit jest najmniej trwały, chłodzenie powinno być bardzo szybkie, zaś w temperaturach powyżej i poniżej tego zakresu może być wolniejsze, bo austenit znajduje się wówczas dłużej w stanie przechłodzonym. Chłodzenie pomiędzy Ms i Mf powinno być wolniejsze, aby uniknąć naprężeń strukturalnych. Niestety nie ma takich ośrodków chłodzących, przy których stosowaniu chłodzenie przebiegałoby w ten sposób. Szybkość chłodzenia ośrodków w odniesieniu do przedmiotów o tej samej masie zmienia się z temperaturą. Wiadomo, że powietrze chłodzi wolniej niż ciecze. Najogólniej chłodzenie odbywa się następująco: w pierwszym okresie ze spadkiem temperatury szybkość chłodzenia szybko zwiększa się, po czym zmniejsza się proporcjonalnie do różnicy temperatur przedmiotu i ośrodka. Przy chłodzeniu w powietrzu nie uzyskuje się szybkości krytycznych wymaganych dla stali węglowych. Jedynie stale wysokostopowe o małej szybkości krytycznej hartują się w powietrzu, są to tzw. Stale samohartujące się. Stale węglowe hartuje się na ogół w wodzie, stale stopowe najczęściej w oleju.

Oziębianie przy hartowaniu zwykłym można przeprowadzić:

– w cieczy spokojnej,
– w cieczy z wymuszonym obiegiem,
– za pomocą prasy hartowniczej.

Hartowanie stopniowe.
Hartowanie stopniowe jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu stali powyżej temperatury Ac3, wygrzaniu w tej temperaturze, wytrzymaniu w kąpieli solnej o temperaturze nieznacznie wyższej od Ms (potrzebnym do wyrównania temperatury na przekroju) i następnym chłodzeniu na powietrzu. Przetrzymanie przedmiotów w kąpieli ma na celu zmniejszenie (do minimum) naprężeń cieplnych, tworzących się przy hartowaniu. Hartowanie stopniowe zmniejsza również naprężenia strukturalne przez przedłużenie przebiegu przemiany martenzytycznej. Zabieg zmniejsza częściowo również odkształcenia i nie dopuszcza do powstania pęknięć w przedmiocie. Hartowanie stopniowe stosowane jest w obróbce cieplnej przedmiotów o małych przekrojach (narzędzia, części maszyn), ze stali węglowych lub niskowęglowych oraz przedmiotów o skomplikowanym kształcie.

Hartowanie z przemiana izotermiczną.
Hartowanie z przemianą izotermiczną jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu przedmiotu do temperatury wyższej od Ac3, wygrzaniu go w tej temperaturze, oziębieniu w kąpieli o temperaturze wyższej od Ms, wytrzymaniu w tej kąpieli aż do zupełnego zakończenia przemiany bainitycznej i następnym dowolnym chłodzeniu do temperatury otoczenia.
Po hartowaniu z przemianą izotermiczną uzyskuje się na ogół strukturę bainityczną. Równocześnie występują wszystkie dodatnie cechy hartowania stopniowego, a więc zmniejszenie naprężeń cieplnych, strukturalnych oraz zmniejszenie możliwości powstawania pęknięć i deformacji. W zasadzie izotermicznie hartuje się części o małych przekrojach. Można również hartować części o większych przekrojach, ze stali wysokostopowych, których zakres trwałości austenitu jest duży. Pewną odmiana hartowania izotermicznego jest hartowanie w celu uzyskania bainitu i martenzytu. Przeprowadza się je w podobnych temperaturach jak hartowanie stopniowe, jednak czas wytrzymania w kąpieli solnej zostaje przedłużony aż do otrzymania częściowej przemiany bainitycznej. Po wyjęciu z kąpieli solnej pozostały austenit rozpada się na martenzyt i w ten sposób otrzymuje się strukturę martenzytu i bainitu o pośrednich własnościach mechanicznych. Obróbce tej poddaje się najczęściej narzędzia w celu otrzymania dużej twardości i ciągliwości.

Hartowanie powierzchniowe.
Hartowanie powierzchniowe przeprowadza się najczęściej w celu otrzymania twardej i odpornej na ścieranie warstwy powierzchniowej i zachowania niezmienionych własności rdzenia. Polega ono na nagrzaniu warstwy zewnętrznej przedmiotu do temperatury o 50 oC wyższej od temperatury hartowania danej stali i następnym chłodzeniu tej warstwy z szybkością większą od krytycznej. Grubość warstwy zahartowanej zależy od grubości warstwy nagrzanej powyżej Ac3. Przegrzanie powierzchni ponad właściwą temperaturę hartowania nie powoduje rozrostu ziaren austenitu ze względu na bardzo krótki czas nagrzewania, potrzebne jest tylko dla przyspieszenia przemiany w austenit. Hartuje się powierzchniowo stale węglowe (0,4 do 0,5% C) lub stale niskostopowe (0,3-0,6% C).  Cienka, zewnętrzna warstwa powierzchniowa wymaga bardzo szybkiego nagrzewania i natychmiastowego ochłodzenia, aby jej ciepło nie zdążyło na skutek przewodzenia nagrzać rdzenia przedmiotu. Rozróżnia się hartowania powierzchniowe płomieniowe i indukcyjne. Hartowanie powierzchniowe metodą płomieniową polega na nagrzaniu powierzchni stalowego przedmiotu do właściwej temperatury za pomocą płomienia uzyskanego przez spalanie gazów i następnym szybkim oziębianiu przedmiotu natryskiem wodnym. Gazami palnymi są przede wszystkim: acetylen, gaz świetlny, gaz generatorowy wodny i inne.

Czytaj Więcej Click »

.:: Metody Umacniania Żelaza ::.

W rzeczywistości metale i kryształy różnych pierwiastków wykazują skończone wymiary i liczne wady budowy krystalicznej. Najogólniej wady te ze względu na ich cechy geometryczne można podzielić na:

– punktowe,
– liniowe,
– powierzchniowe.

Wady budowy krystalicznej w istotny sposób wpływają na własności wytrzymałościowe i plastyczne metali. Obliczenia teoretyczne wykazują, że najlepszymi własnościami wytrzymałościowymi powinny cechować się metale o idealnej budowie krystalicznej, a ich wytrzymałość powinna przewyższać około 1000-krotnie wytrzymałość metali technicznych. Potwierdza to fakt, że bardzo duże własności uzyskują kryształy włoskowate, tak zwane wiskery, tj. monokryształy o jednej tylko dyslokacji śrubowej. Dążenie do ograniczenia wad budowy krystalicznej jest jednak technicznie bardzo trudne. Natomiast praktyczna metoda umacniania metali polega na znacznym zwiększeniu gęstości wad budowy krystalicznej, co można osiągnąć przez stosowanie stopów metali o strukturze polikrystalicznej, w wyniku rozdrobnienia ziaren, wydzielenia faz o dużej dyspersji, a także przez zgniot wskutek odkształcenia plastycznego na zimno. Osiągnięciu tego celu sprzyjają procesy technologiczne odlewania, obróbki plastycznej i obróbki cieplnej.

Jedną z metod umacniania stopów żelaza jest umacnianie przez wprowadzenie pierwiastków stopowych.
Stosowanie składników stopowych ma na celu poprawę określonych własności. Jednakże własności stali ze wzrostem zawartości składnika stopowego nie zmieniają się liniowo. Również działania różnych składników stopowych w stali nie można ująć w prosty sposób. W związku z tym jakiekolwiek liczbowe określanie dotyczące zmian własności nie jest możliwe, gdyż nawet w najprostszych przypadkach mamy do czynienia ze stopem składającym się minimum z trzech składników – żelaza, węgla i pierwiastka stopowego. Znajomość wpływu pierwiastka stopowego w stali umożliwia jedynie orientacyjne określenie zmiany odpowiedniej własności.

Działanie pierwiastków stopowych w stali.
Temperatura przystanku A1­­ wzrasta znacznie przez dodatek chromu i krzemu (o 20-30 K na 1% Cr lub Si, ale tylko do 3%), przez dodatek wolframu, wanadu, molibdenu i fosforu rośnie nieznacznie, a przez dodatek manganu i niklu maleje (o 10 K na każdy 1% Mn lub Ni). Granica nasycenia węglem austenitu (linia Acm) jest przesuwana w lewo przez wszystkie pierwiastki stopowe (z wyjątkiem kobaltu), gdyż zmienia się rozpuszczalność węgla w austenicie. W związku z tym pojawia się już przy mniejszych zawartościach węgla perlit, cementyt drugorzędowy lub nawet ledeburyt. Na podstawie zmian pola austenitu, dzięki różnej rozpuszczalności pierwiastków stopowych w Feg, lub w Fea, można wyróżnić cztery grupy pierwiastków stopowych:

1) Nikiel, kobalt, mangan poszerzają pole g, które przy pewnej zawartości tych składników stopowych rozciąga się nawet od temperatur topnienia aż do temperatur otoczenia i niższych – otwarte pole g. Powstaje wówczas stal austenityczna, której szczególnymi własnościami są: paramagnetyczna, niewielka granica plastyczności, znaczna ciągliwość, duża zdolność do umacniania się przez obróbkę plastyczną na zimno, żarowytrzymałość, niehartowalność, brak przemian, a zatem możliwość usuwania ewentualnie istniejącego grubego ziarna. Stale austenityczne chromowo-niklowe chłodzi się szybko podczas ich wytwarzania od 1050 oC celem otrzymania czystego austenitu. Powolne chłodzenie spowodowałoby tworzenie się na granicach ziaren węglików chromu (kruchość, korozja międzykrystaliczna).

2) Chrom, aluminium, tytan, krzem, wanad, molibden zawężają pole g. Przy wystarczającej zawartości tych pierwiastków stopowych, stal przy ogrzewaniu nie wykazuje żadnej przemiany i pozostaje stalą ferrytyczną (pole a). Jej szczególne własności to: żarowytrzymałość, szczególne własności magnetyczne, brak hartowalności, skłonność do tworzenia grubego ziarna, którego przy braku przemian w stali nie można usunąć. Pierwiastki drugiej grupy ferrytycznej w połączeniu z pierwiastkami z pierwszej grupy austenitycznej mogą zwiększyć skłonność do tworzenia austenitu. Przykładem tego jest stal nierdzewna, austenityczna o zawartości 18% Cr i 8% Ni.

3) Węgiel, azot, cynk i złoto rozszerzają pole g.

4) Bor, siarka, cyrkon, cer wywołują zawężenie pola g.

Większość stosowanych pierwiastków stopowych zmniejsza szybkość dyfuzji węgla w Feg i Fea i z tego powodu maleje krytyczna szybkość chłodzenia. Szczególnie szybko ujawnia się to przy manganie, molibdenie, chromie, krzemie i niklu (w kolejności zmniejszania się wpływu). Biorąc pod uwagę koszty i zdolność do ujednorodnienia się składników w stali (krzem powoduje kruchość) stosuje się w tym przypadku mangan, chrom, nikiel jako najważniejsze pierwiastki stopowe. Przy wystarczającej zawartości tych pierwiastków przemiana perlityczna zostanie zahamowana przy chłodzeniu na wolnym powietrzu, powstaje wówczas struktura martenzytyczna stali. W odróżnieniu od stali niestopowych, stale stopowe wykazują przy ciągłym chłodzeniu wyraźną przemianę w zakresie pośrednim (bainityczną). W stalach takie pierwiastki jak: mangan, chrom, wolfram, molibden, tantal, niob, wanad, tytan wykazują skłonność do tworzenia węglików, przy czym wanad i tytan bardzo silną, mangan i chrom słabą.

Można rozróżnić trzy typy węglików:
a) Węgliki złożone o strukturze cementytu, np. (Fe, Mn)3C, w których pojedyncze atomy żelaza są zastąpione atomami pierwiastka stopowego.
b) Węgliki specjalne o własnej strukturze np. Cr7C3, które mogą rozpuszczać również żelazo, np.(Cr, Fe)7C3.
c) Węgliki podwójne, np. Fe3W3C.
Działanie pierwiastków stopowych w stalach zależy bardzo od tego czy tworzą one węgliki, czy też roztwory jak: krzem, nikiel, kobalt, miedź, aluminium, warunkowo mangan. W stalach o znacznej zawartości węgla roztwory są uboższe w składniki stopowe, gdyż powstaje więcej węglików. W stalach o małej zawartości węgla przeciwnie – roztwory są bogatsze w składniki stopowe, ponieważ powstaje mniej węglików.

Ze wzrostem temperatury, ogólnie biorąc, wzrasta rozpuszczalność węgla w roztworze tak, że węgliki zostają rozpuszczone i roztwór staje się bogatszy w pierwiastki stopowe. Podczas szybkiego chłodzenia z wysokich temperatur otrzymuje się roztwory bogate w pierwiastki stopowe, z których podczas odpuszczania, podobnie jak przy powolnym chłodzeniu, wydzielają się węgliki a roztwór ponownie ubożeje w pierwiastki stopowe.

Wpływ pierwiastków stopowych.
Mangan jako pierwiastek stopowy w stali.
Stale manganowe znajdują zastosowanie jako stale perlityczne konstrukcyjne i narzędziowe oraz jako stale austenityczne. Stale martenzytyczno-troostytyczne o 2 – 10% Mn nie znajdują zastosowania z powodu kruchości.
Stale o zawartościach większych od 0,9% C i 12% Mn są podczas chłodzenia w powietrzu w dużym stopniu, a przy hartowaniu w wodzie całkowicie austenityczne. Mangan podwyższa wytrzymałość doraźną i granicę plastyczności przy rozciąganiu stali niskowęglowych o 100 MPa na każdy 1% Mn. Przykładem tego jest St 52-3 o zawartości 1,2% Mn i zaledwie 0,2% C. W stalach ulepszanych cieplnie wpływ ten jest jeszcze większy, dochodzi do tego jeszcze znaczne polepszenie pracy uderzenia. Np. GS-35 MnMo 5 2 – staliwo stosowane na widelce zrywarki drogowej do asfaltu; po hartowaniu w oleju i odpuszczaniu ma Rm=870 MPa, Re=730 MPa, A10=20% i Z=42%. Mangan przesuwa punkt perlityczny na wykresie Fe-Fe3C na lewo w dół, mianowicie przy 2% Mn na 0,7% C i 620 oC. Mangan obniża krytyczną szybkość chłodzenia i podwyższa przez to hartowność. Stąd np. stal 30Mn5 może być używana na części ulepszane cieplnie aż do średnicy 250 mm. Przy zmniejszonej krytycznej szybkości hartowania cienkich stalowych części o zawartości 2% Mn możliwe jest hartowanie w powietrzu, a przez to maleje niebezpieczeństwo pęknięć z powodu naprężeń własnych. Mangan powoduje kruchość odpuszczania stali (a więc należy szybko chłodzić) i skłonność do przegrzewania (skłonność do gruboziarnistości). Mangan polepsza spawalność stali przy zawartości 1-2,5% Mn. Najważniejszą austenityczną stalą manganową stal Hadfielda, np. 120Mn50, w której stosunek Mn : C = 10 : 1. W stanie zahartowanym jest ona miękka i ciągliwa. Charakterystyczny w tym stanie (220 HB) jest jej niski stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości doraźnej i przede wszystkim jej duża zdolność do umacniania się podczas obróbki plastycznej na zimno (Rm=1000 MPa). Dlatego ma ona dużą odporność na ścieranie i jest oczywiście trudna do obróbki skrawaniem. Przez kucie, a następnie hartowanie tej stali można osiągnąć wyraźne podwyższenie wytrzymałości doraźnej i wydłużenia względnego podczas rozciągania bez wzrostu twardości i granicy plastyczności.

Krzem jako pierwiastek stopowy w stali.
Krzem podwyższa wytrzymałość doraźną na rozciąganie i stosunek granicy plastyczności do wytrzymałości doraźnej w stalach ulepszanych cieplnie. Stale te znajdują zastosowanie w wysoko obciążanych sprężynach. Na przykład stal 65Si7 używa się na sprężyny płaskie o grubości ponad 7 mm. Obróbka cieplna tej stali to hartowanie z temperatury 840 oC/olej/420 oC/powietrze, wytrzymałość doraźna na rozciąganie – 1450 MPa, wydłużenie względne podczas rozciągania – 5%.  Krzem zmniejsza obrabialność plastyczną na zimno (dlatego blachy do głębokiego tłoczenia nie powinny zawierać ponad 0,2% Si), zwiększa jednak odporność na ścieranie i odporność na odpuszczanie. Dlatego stale te stosuje się na korbowody (np. 37MnSi5), na narzędzia do obróbki plastycznej na gorąco i obróbki skrawaniem (np. 61CrSiV5 o 1% Si na foremnik do kucia, zaś 125CrSi5 o 1,2% Si na frezy). Krzem zwiększa opór elektryczny i dlatego dodawany jest do blach transformatorowych celem zmniejszenia strat na prądy wirowe; z powodu związanej z tym kruchości stosuje się maksymalnie 4,3% Si, np. 5Si17. Krzem zwiększa odporność na utlenianie w podwyższonej temperaturze i powoduje przy 14% Si kwasoodporność, maleją jednak przy tym własności mechaniczne i obrabialność plastyczna na gorąco tak silnie, że przy tych ilościach krzemu stop używany jest tylko do wyrobu kwasoodpornego żeliwa i staliwa. Przykładowo żaroodporne staliwo G-X40CrNiSi22 9 o 2% Si używane na rolki w piecach do wyżarzania.

Aluminium jako pierwiastek stopowy w stali.
Aluminium w ilości 1,5% jest dodawane oprócz krzemu do wysokostopowych (do 24% Cr) stali chromowych (ferrytycznych) do podwyższania ich żaroodporności. Stale do azotowania zawierają maksymalnie 1% Al.
Stopy na magnesy stałe zawierają (oprócz kobaltu, niklu i miedzi) do 13% Al.

Nikiel jako pierwiastek stopowy w stali.
Stale stopowe z niklem są używane tylko jako stale perlityczne i austenityczne. Martenzytyczne stale niklowe nie znajdują zastosowania ze względu na trudną obróbkę. Nikiel podwyższa wytrzymałość doraźną i granicę plastyczności na rozciąganie o ok. 40 MPa na każdy 1% dodanego niklu, a szczególnie poprawia pracę uderzenia w próbie udarności w stalach ulepszanych cieplnie. Nikiel zmniejsza krytyczną szybkość chłodzenia i podwyższa przez to hartowność stali, stąd np. używa się 30CrNiMo8 (o 2% Ni) jako stali do ulepszania cieplnego na części do średnicy 250 mm. Nikiel podwyższa opór elektryczny i używany jest jako pierwiastek stopowy w stopach na grzejniki oporowe. Przykłady: X15NiCr60 15 stop austenityczny – temperatura maksymalna pracy ciągłej 1075 oC, żarowytrzymały, łatwy do obróbki plastycznej, nie ferromagnetyczny. Natomiast stop X10CrAl30 5 jest ferrytyczny, jego maksymalna temperatura pracy ciągłej wynosi 1275 oC, ale jest gruboziarnisty i kruchy na zimno. Nikiel utrudnia rozrost ziaren. Stale konstrukcyjne nie są produkowane jako stale niklowe (zbyt drogie), lecz z chromem i molibdenem jako głównymi pierwiastkami stopowymi. Austenityczna stal niklowa jest paramagnetyczna do ok. 30% Ni, uzyskuje jednak zdolności do magnesowania po przekroczeniu tej wartości. (Nikiel jest pierwiastkiem ferromagnetycznym). Nikiel najbardziej ze wszystkich pierwiastków stopowych wpływa na współczynnik rozszerzalności cieplnej stali. Przy zawartości 36% Ni współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi 1,5 . 10-6 1/oC i osiąga najmniejszą wartość – stop Inwar (niezmienny). Inwar znajduje zastosowanie w elementach bimetalicznych jako stop o małej rozszerzalności.

Czytaj Więcej Click »

.:: Odkształcenie Metali ::.

Zdrowienie i krystalizacja

Metale poddawane działaniu wzrastającego obciążenia początkowo odkształcają się sprężyście i po odgnieceniu powracają do swej pierwotnej postaci, a po przekroczeniu granicy plastyczności następuje trwałe odkształcenie materiału zwane odkształceniem plastycznym.

W procesie odkształcania wyróżnia się kilka podstawowych mechanizmów odkształcania:

a. Poślizg – powoduje nieodwracalne zmiany kształtu, powstaje na skutek działania naprężeń stycznych i polega na przemieszczaniu jednej części kryształu względem drugiej po uprzywilejowanej płaszczyźnie przy czym budowa krystaliczna obu części kryształu pozostaje niezmieniona. Rozróżniamy poślizg: styczny- zachodzi jednocześnie na całej płaszczyźnie poślizgowej, dyslokacyjny- przebiega przy współudziale dyslokacji ruchliwych przemieszczających się w danej płaszczyźnie poślizgu.

b. Bliźniakowanie – polega na jednakowym ściskaniu kolejnych warstw kryształu o wektor bliźniakowania. Skutkiem tego jest obrót kryształu w taki sposób, że pozostała jego część jest zwierciadlanym odbiciem względem określonej płaszczyzny zwanej płaszczyzną bliźniakowania. Podstawowym mechanizmem odkształcania monokryształów jest poślizg. W monokryształach o dużej liczbie systemów poślizgu (sieci RSC) poślizg rozpoczyna się w systemie w którym naprężenia styczne osiągają wartość krytyczną w pewnej kolejności= system pierwotny. Poślizg w kryształach o sieci RSC może występować na każdej z 4 płaszczyzn i jednym z 3 kierunków. Im większe płaszczyzn tym łatwiej nastąpi poślizg. System poślizgu wtórnego – występuje pod wpływem większego naprężenia. Po wyczerpaniu możliwości poślizgu przy bardzo dużych naprężeniach odkształcenie monokrystaliczne może nastąpić przez bliźniakowanie. Występuje ono w kryształach sieci RPC oraz kryształach mających mniejszą liczbę systemów poślizgów od kryształów sieci RSC.

d. Odkształcenie plastyczne – polikryształów rozpoczyna się w ziarnach o systemie poślizgu zorientowanym zgodnie z kierunkiem obciążenia jeszcze przed osiągnięciem makroskopowej granicy plastyczności. Przed granicami ziarn następuje wówczas spiętrzenie dyslokacji jednoimiennych. Powoduje to wytworzenie naprężenia wstecznego – skierowanego przeciwnie do przyłożonego obciążenia. W wyniku niejednorodnego zapoczątkowania odkształcenia w warunkach o różnej orientacji krystalorgaficznej krzywa rozciągania poniżej makroskopowej granicy sprężystości ma charakter paraboliczny. Po osiągnięciu tej granicy odkształcenie plastyczne występuje we wszystkich ziarnach ale nierównomiernie.

e. Anizotropia – cecha charakterystyczna kryształów które oprócz właściwości fizycznych, skalarnych wykazują ponadto własności fizyczne wektorowe ( zmieniające się wraz z kierunkiem ). Wzrost kryształów podczas krystalizacji jest zjawiskiem wielokrotnym. W związku z prawidłową budową wewnętrzną kryształów w kierunkach do siebie równoległych są zawsze jednakowe, a w kierunkach nie równoległych zawsze różne.

f. Tekstura krystalogiczna – uprzywilejowana orientacja przestrzenna kryształów względem kierunku zewnętrznej siły odkształcającej w cząsteczkach polikrystalicznych wpływające na wytrzymałość  i inne własności (magnetyczne). Może prowadzić do pożądanych lub szkodliwych objawów.

i. Odkształcenie plastyczne na zimno – odkształceniu plastycznemu na zimno towarzyszy zjawisko umocnienia. Materiał umocniony wykazuje wyższe własności wytrzymałościowe np. wytrzymałość  na rozciąganie. Równocześnie ze wzrostem wytrzymałości materiału maleje jego plastyczność. Jest to wynikiem zmniejszenia zdolności przemieszczania się (dyslokacji w kryształach).

Przyjmuje się kilka mechanizmów blokowania ruchu dyslokacji:
– mechanizm Cotrella – wokół pola naprężeń związane z różną średnicą atomów osmozy. Dążą wiec one do zmniejszenia odkształcenia, zajmują dogodne pozycje energetyczne wokół jąder dyslokacji. Tak powstaje atmosfera atomów obcych blokująca przemieszczenie dyslokacji.
– Mechanizm Suzuki – związany jest z mechanicznym blokowaniem ruchu dyslokacji.
– Mechanizm elektrostatycznego blokowania dyslokacji związany z oddziaływaniem atomów jednej dyslokacji z atomami pierwiastków obcych o innej liczbie elektronów walencyjnych w porównaniu z atomami tworzącymi osnowę kryształów.
O umocnieniu stopu decydują czynniki fizyczne i strukturalne.

Czytaj Więcej Click »

.:: Odlewnictwo Metali ::.

Forma odlewnicza – zespół elementów które po ułożeniu tworzą wnękę odpowiadającą kształtem odlewowi i układowi wlewowemu przeznaczonym do wypełniania ciekłym metalem.

Formowanie – zespół czynności niezbędnych do wykonania formy odlewniczej. Zespół modelowy (oprzyrządowanie modelowe) – zestaw przyrządów przeznaczonych do wykonania formy odlewniczej.

Model odlewniczy – przyrząd za pomocą którego w czasie wykonywania formy odlewniczej odtwarza się zewnętrzny kształt odlewu i znaki rdzeniowe.

Rdzennica – przyrząd do wykonywania rdzeni tj. elementów odtwarzających wewnętrzny kształt odlewu.

Masa formierska (rdzeniowa) – (odzwierciedla wew. kształt) mieszanina materiałów formierskich przeznaczona do wykonywania form (rdzeni). Nasza masa w ćwiczeniu to : 100 części wagowych piasku kwarcowego (SiO2) – osnowa
5 części wagowych bentonku czeskiego – lepiszcze ( 0,02mm) 6 części wagowych wody.
Własności mas formierskich
wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, ścinanie;
ogniotrwałość;
przepuszczalność gazów;
czyli zdolność do utraty wytrzymałości po zastygnięciu odlewu;

Stopień zagęszczenia masy – decyduje o powstaniu odlewu bez wad; jest to stosunek objętości masy przed zagęszczeniem do objętości po zagęszczeniu Masa rdzeniowa nie jest używana powtórnie. Posiada ona lepsze własności od masy formierskiej, gdyż jest najbardziej obciążona mechanicznie i cieplnie.

Układ wlewowy – zespół kanałów, wnęk i innych elementów formy którymi doprowadzany jest ciekły metal do wnęki formy oraz w którym zatrzymywane są wtrącenia niemetaliczne.

Nadlew – nad – dodatek technologiczny usuwany w trakcie obróbki wykończającej którego głównym zadaniem jest zapobieganie tworzeniu się w odlewie jam skurczowych i rzadzizn.

Skrzynka formierska – sztywna rama metalowa ograniczająca wymiary formy i zapobiegająca rozsypaniu się masy formierskiej.

Dobry odlew – prawidłowy dobór materiałów formierskich ; prawidłowo opracowana forma;
Główne etapy wytwarzania odlewu :
– wykonanie modelu rdzennicy lub kokili
– wykonanie formy odlewniczej i rdzeni
– przygotowanie ciekłego metalu i wypełnienie nim formy odlewniczej
– wybijanie lub usuwanie odlewu z formy, wybijanie rdzeni
– oddzielenie układu wlewowego
– oczyszczenie i wykończenie odlewu.

Projektowanie technologii odlewów– rozpoczyna się od wyboru najbardziej racjonalnej metody jej wykonania zapewniając najlepsze własności eksploatacyjne.

Wybór ten wymaga współpracy pomiędzy konstruktorem a odlewnikiem już na etapie konstruowania danego elementu. Podstawę do opracowania dokumentacji technologicznej stanowi rysunek części odlewanej opracowany przez konstruktora. W zależności od masy odlewu i stopnia skomplikowania rozróżnia się trzy rodzaje projektów procesu technologicznego w odlewni. – projekt uproszczony ; – projekt pełny ; – projekt rozwinięty

Formowanie z obieraniem – stosuje się wtedy gdy model jest nie dzielony a jego kształt uniemożliwia wyjęcie go z formy. Model ustawia się na płycie podmodelowej i wykonuje się wszystkie czynności jak w formowaniu zużyciem modelu dzielonego, aż do momentu obracania dolnej skrzynki o 180o. Ponieważ wystająca część modelu uniemożliwia jego wyciągnięcie z formy należy używając narzędzi formierskich (jaszczurka, lancet) wykonać czynności tzw. obierania. Obieranie polega na usunięciu części masy formierskiej w celu umożliwienia wyjęcia modelu z formy. Obieranie wykonuje się z lekkim pochyleniem ścianek, co ułatwi rozdzielenie i składanie formy.

Specjalne metody wytwarzania form i rdzeni piaskowych
Proces CO2 – głównie stosowany do rdzeni, jak również do niewielkich form; po zaformowaniu przez rdzeń wykonany z masy formierskiej przepuszcza się CO2. Rdzeń zawiera krzemian sodu lub szkło wodne sodowe Na2 Si2 O5. Materiały te twardnieją w wynik reakcji z CO2. Wady : rdzenie po tej obróbce niezbyt dobrze się wybija.

Masy cementowe – skład to ok. 10 cementu portlandzkiego i 7 do 10 % wody; utwardzanie trwa 1 do 2 dób; stosowana do dużych form i rdzeni.

CMS – Ciekłe Masy Utwardzalne zawierają oprócz krzemu szkło wodne i żużel chromowy (utwardzacz), dodatki spieniające (powodują uzyskanie ciekłej formy masy – możliwość jej lania) Stosowana do wielkich serii umożliwia automatyzację procesu. Zastosowana przy dużych odlewach żeliwnych i staliwnych. Wady: nienajlepsza wybijalność co powoduje złą jakość uzyskanego odlewu. Masy żywiczne termoutwardzalne : proces gorącej rdzennicy (hot box) – małe i cienki rdzenie; polega na do 3 % sproszkowanej żywicy w masie i metalizator (kwas fosforowy). Rdzennicę metalową o temp. 200o C wstrzeliwuje się w masę formierską – utwardzanie trwa ok. 1 min.; Zalety : dokładność, stabilność. Proces zimnej rdzennicy (cool box) masy przez wstrzelenie do zimnej rdzennicy; użycie katalizatorów i samoutwardzacza masy w rdzennicy – należy do mas żywicznych samoutwardzalnych.

Odlewanie (należy do grupy formowania) – masę formierską jest piasek kwarcowy, żywica fenolowa, utwardzacz (tzw. urotropina) i niewielki dodatek nafty; po zetknięciu z nagrzaną płytą żywica rozpuszcza się zwilżając piasek kwarcowy i utwardzacz utwardza skorupę.
– proces “C”
– fazy wykonania formy:
– podgrzanie płyty modelowej do temp. 300oC;
– nałożenie zbiornika z masą skorupową – do 25 s;
– obrócenie i opadnięcie nie związanej masy;
– dodatkowa obróbka cieplna skorupy (300 – 400oC) – do 3 min;
– zdjęcie skorupy;
– połączenie połówek formy;
– zalanie ciekłym metalem form;

W metodzie “C” grubość skorupy zależy od czasu trzymania masy skorupowej na gorącej płycie modelowej. Metoda “D” – Ditenta – stosuje się w niej gorące wkładki metalowe używane do produkcji rdzeni. Zakres zastosowania formowania skorupowego

Cechy:
– mała chropowatość powierzchni;
– wąskie tolerancje wymiarowe;
– cienkie ścianki odlewów;
– częściowe lub całkowite wyeliminowanie obróbki skrawaniem;
– mniejsze zużycie materiałów formierskich – do 80 % oszczędności w porównaniu z metodami tradycyjnymi;
– forma ma dobrą przepuszczalność i małą gazotwórczość;
– możliwość długiego przechowania masy i gotowych form skorupowych;

Ograniczenia:
– wysoki koszt materiałów formierskich i urządzeń;
– ograniczenie masy odlewów do 30 kg (wyjątkowo 100 kg);
– Jest to metoda stosowana w przemyśle motoryzacyjnym do odlewów żeliwnych i staliwnych

Czytaj Więcej Click »