Rozdział 1

Obróbka cieplna stali

1 Co to jest obróbka cieplna ?Obróbka cieplna (o.c.) jest to zestaw odpowiednio dobranych zabiegów cieplnych, które prowadzą do zmiany wstanie stałym własności stali (lub innych stopów). Zmiany te są związane z przemianami fazowymi, których efektem jest przebudowa struktury.

2 Co to jest zabieg cieplny i operacja o.c. ?Zabiegiem cieplnym nazywamy część operacji (np. nagrzewanie,wygrzewanie, chłodzenie). Operacja o.c. jest to natomiast część procesu technologicznego (np. wyżarzanie lub hartowanie). Stanowi cykl zmian temperatury obejmujący zabiegi nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia. Operacja o.c. może być przedstawiona na wykresie w układzie temperatura-czas (rys. 11.1). Poszczególne operacje o.c. różnią się szybkością nagrzewania lub chłodzenia, czasem i temperaturą wygrzewania.

3 Jakie parametry decydują o przemianach fazowych ?Ogólnie biorąc, o przemianach fazowych decydują: temperatura i czas oraz szybkości nagrzewania i chłodzenia. Czas nie odgrywa roli w przemianie bez-dyfuzyjnej (martenzytycznej), natomiast w przemianach dyfuzyjnych jest istotnym czynnikiem. Podstawowym warunkiem zajścia przemiany fazowej jest przejście przez temperaturę przemiany i wytrzymanie obrabianego materiału w pobliżu temperatury przemiany przez odpowiedni czas.

4 Dlaczego czas jest istotnym czynnikiem w przemianach dyfuzyjnych?Przemiany dyfuzyjne rozpoczynają się od utworzenia zarodków nowej fazy, a do tego frrośz^ być spełnione dwa warunki:1. Musi być odpowiednia siła napędowa przemiany, którą jest różnica energii swobodnej między fazą wyjściową (która jest wyższa) i fazą nową lub mieszaniną faz (która jest niższa) (rys. 11.5).2. Szybkość dyfuzji, która jest konieczna do przegrupowania atomów dla utworzenia zarodków nowej fazy musi być odpowiednio duża. W przeciwnym przypadku szybkość przemiany będzie bardzo mała lub może ona w ogóle nie zajść (wytworzy się stan metastabilny).

5 Co oznaczają terminy: nagrzewanie, wygrzewanie, podgrzewanie, dogrzewanie, chłodzenie, studzenie, oziębianie, wymrażanie, austenity zow anie, rozpuszczanie ?Nagrzewanie - podnoszenie temperatury;Wygrzewanie - utrzymanie temperatury na stałym poziomie;Grzanie - nagrzewanie z wygrzewaniem;Podgrzewanie - nagrzewanie do temperatury pośredniej;Dogrzewanie - nagrzewanie do temperatury końcowej;Chłodzenie - ciągłe lub stopniowe obniżanie temperatury;Studzenie - powolne chłodzenie (w piecu, na powietrzu);Oziębianie - szybkie chłodzenie (w wodzie, oleju);Wymrażanie - ochłodzenie i wytrzymanie materiału poniżej 0°C.Austenityzowanie - grzanie mające na celu otrzymanie struktury austenitycznej;Rozpuszczanie - grzanie mające na celu rozpuszczenie wydzieleń i otrzymanie jednorodnego roztworu stałego.

6 Przedstaw klasyfikację obróbki cieplnej staliKlasyfikacja rodzajów obróbki cieplnej stali jest przedstawiona w PN (tab. 1.1). Obróbka cieplna dzieli się na zwykłą o.c. (bez dodatkowych procesów), utwardzanie wydzieleniowe, obróbkę cieplno-chemiczną i obróbkę cieplno-plas-tyczną. Z kolei zwykła o.c. dzieli się na wyżarzanie i hartowanie z odpuszcza-

niem, a utwardzanie wydzieleniowe na przesycanie i starzenie. Obróbka cieplno-chemiczna dzieli się na dyfuzyjne nasycanie metalami i niemetalami, a obróbka cieplno—plastyczna na obróbkę z przemianami polimorficznymi i bez przemian. Pierwsza z kolei może być realizowana z odkształceniem przed przemianą, w czasie przemiany i po przemianie, a ta druga z odkształceniem przed starzeniem, w czasie starzenia i po starzeniu. Wyżarunie może być z prze krystalizowaniem (ujednoradniające, normalizujące, zupełne, niezupełne, perlityzujące, izotermiczne, sferoidyzujące) lub bez(rekrystalizujące, odprężające, przeciwpłat-kowe).Hartowanie można podzielić na hartowanie na wskroś i powierzchniowe, a odpuszczanie na wysokie, średnie i niskie. Hartowanie na wskroś może być: zwykłe, stopniowe, izotermiczne (bainityczne), z wymrażaniem. Utwardzanie wydzieleniowe składa się z przesycania i starzenia (naturalnego lub przyspieszonego).

7 Przedstaw sposób prowadzenia i cel różnych rodzajów wyżarzaniaWspólną cechą operacji wyżarzania jest doprowadzenie stopu (w mniejszym lub większym stopniu) do stanu równowagi termodynamicznej.Wyżarzanie ujednorodniające (homogenizujące) polega na nagrzaniu stali do temperatury zbliżonej do linii solidus (zwykle 1000 + 1250°C) i długotrwałym wytrzymaniu przy tej temperaturze (rys. 11.31). Celem obróbki jest wyrównanie składu chemicznego przez dyfuzję.Wyżarzanie normalizujące (normalizowanie) polega na nagrzaniu stali do stanu austenitycznego, tj. 30 * 50°C ponad linię GSE (Ac3-Accm) i następnie powolnym studzeniu na powietrzu. Celem obróbki

jest rozdrobnienie ziarna i ujednorodnienie struktury, zwłaszcza usunięcie siatki wydzieleń na granicach ziarn.Wyżarzanie zupełne polega na austenityzowaniu stali tak jak przy normalizowaniu i następnie studzeniu z piecem. Celem obróbki jest wytworzenie struktury zbliżonej do stanu równowagi, zmniejszenie twardości i naprężeń wewnętrznych oraz zwiększenie ciągliwości.Wyżarzanie niezupełne polega na nagrzaniu stali do temperatury 30 * 50°C wyższej od temperatury Aci(czyli między Aci i AC3 dla stali podeutektoidal-nych lub Aci i Accm dla stali nadeutektoidalnych.

Cel obróbki jest analogiczny jak przy wyżarzaniu zupełnym, z tym że w tym przypadku ulega przekrystali-zowaniu tylko perlit.Wyżarzanie izotermiczne polega na austenityzowaniu stali jak przy wyżarzaniu zupełnym i następnie szybkim ochłodzeniu do temperatury poniżej Ari i wytrzymaniu przy tej temperaturze aż do zajścia przemiany perlitycznej. Celem obróbki jest zmniejszenie twardości stali (zwykle przed obróbką skrawaniem).Wyżarzanie perlityzujące (perlityżowanie) polega na ostudzeniu stali do temperatury niższej od Ari, tak aby nastąpiła przemiana perlityczna, po czym nagrzewa się ją ponownie do temperatury austenityzowania celem zahartowania. W wyniku perlityzowania uzyskuje się rozdrobnienie ziarna austenitu, a to zwiększa dyspersję martenzytu.Wyżarzanie sferoidyzujące (sferoidyzacja), zwane także zmiękczającym, polega na przemianie cementytu płytkowego w kulkowy. Wyżarzanie to przeprowadza się wygrzewając stal albo powyżej, albo poniżej temperatury Aci, względnie stosując tzw. wyżarzanie wahadłowe. Celem jest zmniejszenie twardości i polepszenie skrawalności (rys. 11.32).Wyżarzanie rekrystalizujące jest stosowane po uprzednim zgniocie, tj. obróbce plastycznej na zimno. Polega na wyżarzaniu stali poniżej temperatury Aci, ale powyżej temperatury rekrystalizacji. Celem jest usunięcie skutków zgniotu i przywrócenie plastyczności stali.Wyżarzanie odprężające (odprężanie) polega na nagrzewaniu wyrobów do temperatury poniżej Aci (zwykle poniżej 650°C), wygrzaniu przy tej temperaturze i następnym powolnym ochłodzeniu. Celem obróbki jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych. Stosuje się głównie do odprężania odlewów staliwnych (kokilowych) i elementów spawanych. Odmianą wyżarzania odprężającego jest stabilizowanie, które przeprowadza się przy temperaturze niższej niż 150°C w ciągu długiego czasu (np. walce).

8 Przedstaw sposób przeprowadzania i cel różnych rodzajów hartowaniaW przeciwieństwie do operacji wyżarzania hartowanie, zwłaszcza mar-tenzytyczne, prowadzi do powstania struktury odbiegającej od stanu równowagi termodynamicznej. Celem obróbki jest zwiększenie twardości materiału, skutkiem czego jest obniżenie jego ciągliwości. Wszystkie rodzaje hartowania muszą być poprzedzone procesem austenityzowania (powyżej linii PSK, czyli AC3 dla stali podeutektoidalnych i Aci dla stali nadeutektoidalnych) (rys. 11.34).Hartowanie zwykłe: celem jest uzyskanie struktury martenzytycznej. Po austenityzowaniu następuje szybkie oziębianie w wodzie lub oleju. W przypadku stali węglowych stosuje się wodę, a stali

stopowych - łagodniejsze środki chłodzące (zwykle olej).Hartowanie przerywane: jeśli przy chłodzeniu w wodzie elementy pękają lub paczą się, można stosować oziębianie w dwóch ośrodkach; najpierw w wodzie (do temperatury ciemnoczerwonego żaru), a następnie w oleju. Taka obróbka zmniejsza naprężenia zachowując wysoką twardość wyrobu.Hartowanie stopniowe jest hartowaniem martenzytycznym. Polega na oziębianiu stali w kąpieli (solnej lub metalowej) o temperaturze wyższej od Ms (początku przemiany martenzytycznej) i

wytrzymaniu aż do wyrównania temperatury na przekroju elementu, ale nie dopuszczając do rozpoczęcia się przemiany dyfuzyjnej (bainitycznej) (rys. 11.42). Dalsze chłodzenie może następować na powietrzu. Celem obróbki jest zmniejszenie naprężeń wewnętrznych przy zachowaniu wysokiej twardości.Hartowanie izotermiczne (bainityczne). Celem obróbki jest uzyskanie struktury bainitycznej. Przeprowadzamy ją podobnie jak w przypadku hartowania stopniowego, z tym że czas wytrzymania w kąpieli izotermicznej powiększa się aż do zajścia przemiany bainitycznej (rys. 11.43), po czym dalsze chłodzenie może następować w powietrzu.Hartowanie powierzchniowe jest rodzajem obróbki powierzchniowej polegającej na wytworzeniu struktury martenzytycznej jedynie w cienkiej strefie przypowierzchniowej. W wyniku tego uzyskujemy korzystną kombinację własności: twardą powierzchnię odporną na ścieranie i zmęczenie oraz ciągli wy rdzeń.

9 Dlaczego stale nadeutektoidalne austenityzuje się powyżej Ac i, a nie powyżej A Ccm ?Jest kilka przyczyn:1. Zmniejszenie ilości austenitu szczątkowego. Przy temperaturze Aci austenit jest mniej nasycony węglem i pierwiastkami stopowymi (w przypadku stali stopowych), dzięki czemu temperatury Ms i Mf

nie ulegają zbytniemu obniżeniu.2. Ograniczenie rozrostu ziarna austenitu. Powyżej Accm rozrost ziarna austenitu jest szybki, gdyż temperatura jest wysoka i znikają cząstki cementytu hamujące jego rozrost.3. Cementyt wtórny pozostający w strukturze zahartowanej stali jest twardy i nie obniża jej walorów użytkowych.4. Hartowanie od niższej temperatury obniża naprężenia wewnętrzne i skłonność do pękania lub paczenia.5. Mniejsze jest zużycie energii i krótszy czas obróbki.

10 Jaki jest cel i jak się przeprowadza odpuszczanie stali ?Odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanego elementu do temperatury poniżej Ai, zwykle jednak nie wyższej niż ok. 550°C. Czas na ogół nie przekracza 2 godz. Niekiedy stosuje się trzykrotne odpuszczanie po 1 godz. Głównym celem jest poprawa ciągliwości materiału i zmniejszenie naprężeń, chociaż następuje to kosztem obniżenia jego twardości. Odpuszczanie może być niskie (temp. 100+ 250°C), średnie (250 + 450°C) i wysokie (450 + 600°C). Odpuszczaniu niskiemu poddaje się głównie narzędzia, wyroby nawęglane i hartowane powierzchniowo oraz łożyska, średniemu - resory i sprężyny, a wysokiemu -stale konstrukcyjne i narzędziowe do pracy na gorąco. W tym przypadku odpuszczanie prowadzi do rozkładu austenitu szczątkowego.

11 Co to jest dylatometryczny wykres odpuszczania stali ?Jest to krzywa zarejestrowana na dylatometrze podczas odpuszczania w funkcji temperatury (rys. 11.26). Można na niej wyróżnić 4 stadia odpowiadające różnym zakresom temperaturowym. W I stadium (80 + 200°C) obserwuje się spadek objętości związany ze zmniejszeniem się tetragonalności martenzytu i powstaniem węglika £ (Fe2.4Q. W drugim stadium (200 + 280°C) następuje rozkład austenitu szczątkowego na martenzyt odpuszczony, co prowadzi do wzrostu objętości. W III stadium (280 + 400°C) ma miejsce silny skurcz próbki związany z całkowitym wydzieleniem węgla z przesyconego ferrytu i przemianą węglika sw Fe3C. W czwartym stadium (>400°C) następuje koagulacja i sferoi-dyzacja cementytu, w wyniku czego powstaje struktura zwana sorbitem o twardości 350 -*- 400 HB i najwyższym stosunku Re/Rm- Nagrzewanie stali powyżej 600°C wywołuje

koagulację cementytu do wielkości widocznej pod mikroskopem. Struktura taka nosi nazwę cementytu kulkowego lub sferoidytu i cechuje się małą twardością. Jest to typowa struktura stali wyżarzanych zmiękczająco.

12 Jak wpływa odpuszczanie na własności stali ?Ogólnie biorąc, w przypadku stali węglowych i nis kos topowych odpuszczanie jx)woduje spadek twardości i wytrzymałości, a wzrost ciągliwości (A5, Z, KC), ze wzrostem temperatury i czasu

odpuszczania. W stalach wysokostopo-wych (np. szybkotnących) przy wysokim odpuszczaniu obserwuje się ponowny wzrost twardości związany z rozkładem austenitu szczątkowego i wydzieleniem dyspersyjnych węglików, co nazywamy wtórnym utwardzeniem. Poza tym pierwiastki stopowe hamujące dyfuzję węgla przesuwają poszczególne stadia odpuszczania ku wyższym temperaturom. Struktury po odpuszczaniu jako kulkowe cechują się lepszymi właściwościami plastycznymi niż struktury płytkowe, które powstają podczas przemian dyfuzyjnych austenitu, jeśli ich twardości są identyczne (rys. 11.29).

13 Co to jest ulepszanie cieplne ?Ulepszaniem cieplnym nazywamy obróbkę cieplną polegającą na zahartowaniu i średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. Prowadzi ono do uzyskania najlepszej kombinacji własności wytrzymałościowych i plastycznych. Twardość i wytrzymałość spadają, ale ciągliwość (A5, Z i KC) rośnie. Udarność jest bardzo wysoka, a stosunek Re/Rm osiąga maksymalną wartość. Jedynym problemem może być

kruchość odpuszczania II rodzaju (odwracalna), która może wystąpić w przypadku powolnego chłodzenia stali stopowych po odpuszczaniu.

14 Jakie zmiany strukturalne następują podczas odpuszczania stali ?W przypadku niskiego odpuszczania zmiany są minimalne: następuje jedynie wydzielenie nadmiaru węgla z martenzytu w postaci tzw. węglika s (bardzo dyspersyjnego). Taką strukturę nazywa się martenzytem odpuszczonymTćechuje się ona prawie nie zmienioną twardością, ale wyższą ciągliwością. Podczas średniego odpuszczania zachodzi wydzielanie węgla z martenzytu i utworzenie dyspersyjnych cząstek cementytu, a także rozkład austenitu szczątkowego na przesycony węglem ferryt i cementyt. Przy tym odpuszczaniu występuje kruchość odpuszczania I rodzaju (nieodwracalna). Wysokie odpuszczanie cechuje się powstawaniem struktury sorbitycznej o bardzo dobrej ciągliwości, która składa się z ferrytu i bardzo dyspersyjnych, kulistych cząstek cementytu.

15 Jakie ujemne skutki towarzyszę procesowi odpuszczania ?Ujemnym skutkiem odpuszczania jest (poza spadkiem twardości) wystąpienie kruchości odpuszczania, polegającej na spadku udarności. W przypadku średniego odpuszczania jest to kruchość odpuszczania I rodzaju (nieodwracalna), która jest efektem przemiany austenitu szczątkowego, a także nierównomiernego rozkładu martenzytu, który najłatwiej przebiega na granicach ziarn. Przy wysokim odpuszczaniu może wystąpić kruchość odpuszczania II rodzaju (odwracalna), jeżeli szybkość chłodzenia stopowych stali konstrukcyjnych jest mała. Kruchość ta jest spowodowana segregacją fosforu (i innych domieszek) do granic ziarn i może być usunięta przez ponowne podgrzanie stali do temperatury odpuszczania i szybkie oziębienie lub wprowadzenie do stali Mo w ilości 0,2+ 0,3%.

17 Jaki jest sposób przeprowadzania i cel obróbki podzerowej ?Obróbka podzerowa polega na oziębianiu zahartowanego elementu do temperatury niższej od 0°C (zwykle w stałym CO2 - ok. -70°C) celem rozłożenia austenitu na martenzyt. Dzięki temu zwiększa się twardość, co jest szczególnie ważne w przypadku narzędzi lub nawęglanych powierzchni. Ze względu na skłonność austenitu do stabilizacji, obróbkę należy przeprowadzać zaraz po zahartowaniu. Korzystny efekt obróbki podzerowej jest związany z zachodzeniem przemiany martenzy tycznej poniżej 0°C, w związku z obniżeniem temperatury Mf dla stali o większej zawartości węgla nawet do około 130°C. Dzięki ochłodzeniu stali poniżej Mf ilość austenitu szczątkowego zostaje wydatnie zmniejszona.

18 Na czym polega utwardzanie wydzieleniowe stopów ?Utwardzanie wydzieleniowe stopów polega na wydzieleniu w stanie stałym dyspersyjnych faz, które blokując ruch dyslokacji umacniają stop, tj. zwiększa się jego wytrzymałość i twardość, a maleje ciągliwość (A, Z). Utwardzenie wydzieleniowe może być stosowane wyłącznie w stopach, w których istnieje zmienna rozpuszczalność składników z temperaturą (malejąca z jej obniżaniem). Utwardzanie wydzieleniowe składa się z dwóch operacji:1. Przesycania, mającego na celu otrzymanie przesyconego roztworu stałego. Dokonuje się przez nagrzanie stopu powyżej linii zmiennej rozpuszczalności (solvus) (rys. 11.47) i szybkie oziębianie w wodzie.2. Starzenia, polegającego na wytrzymaniu przesyconego elementu przy temperaturze pokojowej (starzenie naturalne lub samorzutne) lub podwyższonej (starzenie przyspieszone lub sztuczne) przez okres czasu potrzebny do wydzielenia dyspersyjnych cząstek.

37 Jaki jest wpływ dyfuzji na proces zarodkowania ?

Zarodkowanie faz w stopach wymaga przegrupowania pierwiastków stopowych, a to może nastąpić poprzez dyfuzję. Stąd dyfuzja jest procesem korzystnym. Problem w tym, że z obniżeniem temperatury przemiany stali wprawdzie zwiększa się siła napędowa przemiany, ale maleje szybkość dyfuzji, a z kolei wzrostowi szybkości dyfuzji towarzyszy zmniejszenie siły napędowej zarodkowania. Dlatego też w kinetyce przemian dyfuzyjnych (np. perlitycznej) obserwuje się maksymalne szybkości przemiany przy temperaturze pośredniej pom iędzy Ar 1 i temperaturą pokojową, co decyduje o charakterze wykresu CTPi (rys. 11.1 Ib).

45 W jakich warunkach następuje rozdrobnienie ziarna stali ?Rozdrobnienie ziarna austenitu można osiągnąć dwoma drogami:1. Poprzez przeróbkę plastyczną i rekrystalizację.2. Poprzez ochłodzenie stali poniżej temperatury Ari i następne nagrzanie jej do stanu austenitycznego. Zawsze przy przekroczeniu temperatury Aci powstaje bowiem duża ilość zarodków austenitu na granicach płytek perlitu, w wyniku czego powstający austenit jest drobnoziarnisty. Z drobnego austenitu powstają też drobnoziarniste struktury: perlit, bainit lub marten-zyt cechujące się korzystniejszymi własnościami, zwłaszcza ciągliwością.

47 Narysuj wykres zależności wielkości ziarna od temperaturyWykres ten jest pokazany na rys. 11.8. Wynika z niego, że do temperatury Aci wielkość ziarna praktycznie nie ulega zmianie. Po przekroczeniu temperatury Aci na skutek rozpoczęcia się przemiany austenitycznej następuje skokowe zmniejszenie wielkości ziarna (zarodki austenitu powstają na granicach faz perlitu), po czym zaczyna ono natychmiast rosnąć ze wzrostem temperatury, gdyż energia powierzchniowa, która jest siłą napędową tego procesu jest duża .

48. Co nazywamy przegrzewalnością stali?Przegrzewalnością stali nazywamy skłonność austenitu stali do rozrostu ziarna. Własność ta jest bardzo istotna w procesie obróbki cieplnej i cieplno-chemi-cznej stali i dlatego metody badania są ujęte w PN. Zostały też opracowane metody klasyfikacji wielkości ziarna austenitu, które także są ujęte w PN.

49. Jakie są metody badania wielkości ziarna austenitu stali?Specyfika tego badania polega na tym, że wielkość ziarna austenitu bada się przy temperaturze pokojowej, a więc wtedy gdy austenit już nie istnieje. Stąd większość metod polega na zaznaczeniu granic ziarn austenitu poprzez wywołanie wydzieleń na granicach ziarn, tak aby po jego przemianie można było określić ich wielkość. Mamy następujące metody badania wielkości ziarna austenitu:a - nawęglania (siatki cementytu - Mc Quaid Ehna),b - siatki tlenków (Steinberga),c - siatki ferrytu lub cementytu,d - siatki perlitu,e — trawienia odczynnikiem teepolowym (Bechet-Beaujarda),f - trawienia na gorąco. O wielkości ziarna austenitu możemy także wnioskować z wielkości ziarna rzeczywistego ujawnionego na przełomach. W tym przypadku klasyfikacji dokonuje się na podstawie skali wzorców (skala Jernkontoret - składa się z 10 wzorców).

50 Na czym polegają metody badania wielkości ziarna austenitu?Metoda nawęglania (siatki cementytu) jest wykorzystywana w stalach niskowęglowych do nawęglania. Polega na nawęglaniu próbek w mieszaninie proszkowej (930°C - 8h). Ponieważ węgiel dyfunduje granicami ziarn austenitu, tworzy się na nich siatka cementytu, którą łatwo można ujawnić na zgładzie przez trawienie.Metoda siatki tlenków może być stosowana do wszystkich gatunków stali. Próbę przeprowadza się wygrzewając zgład w warunkach austenityzowania w atmosferze utleniającej, w wyniku czego tlen dyfunduje po granicach ziarn austenitu tworząc siatkę tlenków. Następnie próbkę hartuje się. Po zeszlifowaniu i wykonaniu zgładu można zaobserwować ciemną siatkę tlenków, która wyznacza granice ziarn byłego austenitu.Metoda siatki ferrytu lub cementytu może być stosowana do stali podeute-ktoidalnych (0,5 + 0,7%C) lub nadeutektoidalnych (ok. 1%C). Polega ona na powolnym chłodzeniu stali po austenityzowaniu do temperatury Ari, w wyniku czego wydziela się siatka ferrytu lub cementytu, którą można ujawnić na zgładzie poprzez trawienie.Metoda siatki perlitu jest stosowana do stali do ulepszania. Polega na zahartowaniu długiej próbki przez zanurzenie jej do połowy w wodzie. Wówczas na poziomie wody powstaje siatka perlitu zaznaczająca byłe granice ziarn austenitu, która może być ujawniona przez trawienie.

Metoda trawienia odczynnikiem teepolowym może być stosowana do wszystkich stali. Po zahartowaniu zgłady trawi się w odczynniku złożonym z nasyconego roztworu kwasu pikrynowego w alkoholu z dodatkiem 0,5 * 1% alkilosulforiianu sodowego (teepolu), który wytrawia granice ziarn martenzytu (byłego austenitu). Niskie odpuszczanie (230°C) lub podgrzanie odczynnika (60°C) ułatwia proces trawienia.Metoda trawienia na gorąco ma kilka odmian i może być stosowana do wszystkich gatunków stali.:a. Próbkę (zgład) austenityzuje się w atmosferze ochronnej, po czym wpuszcza się powierzę na 30 4- 60s lub chlorowodór na 2-r 3s.b. W piecu solnym austenityzuje się najpierw próbkę w soli obojętnej, po czym przenosi się ją do kąpieli chlorkowej (trawiącej) (1/3 BaC^ +1/3 CaCb +1/3 NaCI) nagrzanej do tej samej temperatury. Trawi się 2 + 3 min,, a następnie hartuje, myje i suszy. Granice byłego ziarna austenitu mają postać ciemnej siatki na jasnym tle.

54 Co to jest wykres CTPi i jak jest zbudowany ?Wykres CTPi jest wykresem ilustrującym postęp przemiany austenitu w wa-I runkach izotermicznych

(czas - temperatura - przemiana). Na osi rzędnych jest temperatura i odciętych-- czas^Od góry - wykres jest ograniczony linią Ai, a od dołu linią Ms (początek przemiany martenzytycznej). Na wykresie

znajdują się jeszcze dwie krzywe C. Lewa oznacza punkty początku rozkładu austenitu -prawa końca. (Są to punkty odczytane z wykresu na rys. 11.11 a). Na lewo od pierwszej krzywej C istnieje austenit, między krzywymi C austenit + produkty jego rozkładu, a na prawo od drugiej krzywej C - tylko produkty rozkładu, przy czym między Ai i temperaturą maksymalnej prędkości rozkładu będzie występował perlit, poniżej - bainit, a przy temperaturze granicznej troostyt (drobny perlit). Bainit również jest zróżnicowany morfologicznie. Tuż powyżej Ms -jest to bainit dolny (iglasty), a powyżej

ok. 300°C górny (pierzasty) (wykres CTPi jest przedstawiony na rys. 11.11 b).

55. Jak sporządza się wykres CTPi ?Wykres CTPi można sporządzić różnymi metodami (metalograficzną, pomiaru twardości, magnetyczną). Chcąc wykorzystać dwie pierwsze metody postępuje się następująco: cienkie próbki (ok. 0,5 mm) austenityzujemy w odpowiedniej dla danej stali temperaturze, po czym przenosimy je szybko do kąpieli izotermicznej (najlepiej metalowej, np. Pb, Sn), po czym wytrzymuje sieje przez coraz dłuższe okresy czasu (np. 1, 2, 3, 4, 5 .....s), a następnie oziębia w wodzie. Próbki składa się w pakiet i wykonuje zgład metalograficzny. Po wytrawieniu należy śledzić przebieg przemiany w poszczególnych próbkach. Jasno trawiący się składnik to martenzyt (powstały z austenitu) oznacza, że rozkład austenitu jeszcze się nie rozpoczął. Pojawienie się ciemno trawiących się produktów rozkładu austenitu oznacza, że przemiana się rozpoczęła, a zniknięcie jasno trawiącego się składnika, że się zakończyła. Czasy wytrzymania izotermicznego odpowiednich próbek nanosi się na wykres T-t na linii danej temperatury. Dokonując takiej procedury dla całego zakresu temperatur pomiędzy Ai i Ms

uzyskujemy punkty początku i końca przemiany wykresu, które po połączeniu dają nam dwie krzywe C. Zwykle próbki poddaje się dodatkowo badaniu twardości na aparacie Vickersa. Nanosząc twardości próbek na wykres w funkcji czasu izotermicznego wytrzymania uzyskujemy typowe krzywe S, które pozwalają na wyznaczenie czasów początku i końca przemiany (są one lustrzanym odbiciem krzywych na rys. 11.11)

56 Jakie jest zastosowanie wykresu CTPi ?Wykres CTPi ilustruje trwałość austenitu przy każdej temperaturze i może J być wykorzystany w celu doboru warunków obróbki cieplnej dla stali, której dotyczy. Z wykresu można odczytać krytyczną szybkość chłodzenia Vk (jest to linia styczna do pierwszej krzywej C - patrz rys. 11.19). Stąd można wnioskować o hartowności stali, która jest odwrotnie proporcjonalna do Vfc. Do obróbek cieplnych, które są oparte na wykresie CTPi należą: hartowanie stopniowe, „hartowanie izotermiczne (bainityczne), patentowanie i wyżarzanie izotermiczne. Obfóbkite są ilustrowane odpowiednio na rysunkach 11.42,11.43,11.33. Polegają na szybkim ostudzeniu stali do odpowiedniej dla danej obróbki temperatury, a następnie wytrzymaniu przy tej temperaturze przez czas konieczny do wyrówn-nia temperatur na przekroju (rys. 11.42) lub osiągnięcia linii końca przemiany (II krzywa C na wykresie - rys. 11.43 i 33).

58.jCo to są wykresy CTPc ?Są to wykresy czas-temperatura-przemiana dla chłodzenia ciągłego. Zastosowanie wykresów CTPi w przypadku chłodzenia ciągłego stali wnosi błąd wynikający stąd, że okresy czasu wytrzymania

izotermicznego stali przy różnych temperaturach nie są sobie równoważne. Dlatego krytyczna szybkość chłodzenia wyznaczona z wykresu CTPi jest ok. 1,5 razy mniejsza niż w rzeczywistości. Stąd też dla dokładnej ilustracji kinetyki przemiany austenitu przy chłodzeniu zaczęto opracowywać wykresy CTPc. Używa się do tego celu dylatometrów wyposażonych w znaczniki czasu, dzięki czemu każdej przemianie zarejestrowanej na krzywej dylatometrycznej można przypisać czas, jaki upłynął od początku chłodzenia. Wykonując serię próbek przy różnej szybkości chłodzenia, a następnie nanosząc krzywe chłodzenia i zaznaczone na nich punkty początku i końca różnych przemian uzyskuje się wykres taki jak na rysunku 11.12. Dla pełniejszego zobrazowania przemiany, krzywe chłodzenia opisuje się dodatkowo wartościami twardości HV, a przy punktach przecięcia krzywych chłodzenia i linii wykresu oznaczających koniec przemiany podaje się procentowy udział danego składnika strukturalnego. Dzięki temu wykresy CTPc mogą nie tylko być stosowane do doboru warunków obróbki cieplnej, ale pozwalają na przewidywanie struktury i twardości, jeśli znana jest szybkość chłodzenia w danym miejscu obrabianego elementu.

59 Na czym polega mechanizm wzrostu perlitu ?Perlit, który jest mieszaniną eutektoidalną ferrytu i cementytu powstaje drogą zarodkowania w austenicie, przy czym zarodki tworzą się głównie heterogenicznie na granicach ziarn austenitu. Po powstaniu zarodka, którym zwykle jest cząsteczka cementytu, następuje jego rozrost, co wiąże się ze zubożeniem austenitu w węgiel wokół rosnącego zarodka (węgiel jest wyciągany do cementytu). Jeśli koncentracja węgla spadnie do poziomu odpowiadającego jego zawartości w ferrycie, wówczas zarodkują płytki ferrytu, które z kolei wypychają węgiel przed swoim frontem, aż do momentu kiedy zaczynają zarodkować płytki cementytu (rys. 11.13). Kolonie perlitu mają charakter globularny, na skutek tego, że szybkość ich czołowego wzrostu jest taka sama jak bocznego, gdyż wzrost w obydwóch kierunkach jest kontrolowany przez szybkość dyfuzji węgla w austenicie. Jeżeli austenit jest gruboziarnisty, liczba zarodków perlitu jest mniejsza i są one bardziej odległe od siebie, co powoduje, że kolonie perlitu osiągają większy wymiar, zanim dojdzie do ich zetknięcia. Wielkość kolonii perlitycznych nie pozostaje jednak w związku z odległością między płytkami perlitu, która jak wiadomo zależy od temperatury przemiany i maleje z jej obniżaniem. Odległość między płytkami wpływa głównie na twardość i wytrzymałość stali, natomiast wielkość kolonii perlitycznych wywiera wpływ na ciągliwość (KC, Z).

60 Od czego zależy szybkość zarodkowania i wzrostu perlitu ?Szybkość zarodkowania perlitu zależy od wielkości przechłodzenia poniżej Ari, gdyż w miarę wzrostu przechłodzenia rośnie siła napędowa przemiany. Powoduje to stopniowe skracanie okresu inkubacyjnego przemiany perlitycznej i w miarę obniżania temperatury. Drugim czynnikiem wpływającym na szybkość 1 zarodkowania jest wiejkość ziarna austenitu i jego jednorodność. Ponieważ zaród- 1 ki perlitu powstają na drodze heterogenicznej, mniejsze ziarno austenitu stwarza więcej potencjalnych miejsc zarodkowania. Podobnie niejednorodność austenitu, związana m.in. z istnieniem nierozpuszczonych cząstek cementytu sprzyja zarodkowaniu i powoduje przemieszczenie krzywej początku przemiany w lewo. Jeśli chodzi o szybkość wzrostu perlitu, to jest ona opisana wzorem ( 11.9), z którego wynika, że jest proporcjonalna do różnicy stężeń węgla w austenicie pozostających w równowadze z ferrytem i cementytem i współczynnika dyfuzji węgla przy temperaturze przemiany i odwrotnie proporcjonalna do odległości między płytkowej. W miarę obniżania temperatury współczynnik dyfuzji węgla maleje, ale pozostałe czynniki działają w kierunku wzrostu szybkości przemiany. Dlatego też szybkość wzrostu perlitu wprawdzie wzrasta z przechłodzeniem, ale tempo tego wzrostu stopniowo maleje.

61. Co to jest bainit ?Bainitem nazywamy składnik strukturalny, który w stalach węglowych powstaje poniżej temperatury maksymalnej nietrwałości austenitu i powyżej Ms. Struktura ta jest zróżnicowana morfologicznie w

zależności od temperatury przemiany. Ogólnie biorąc stanowi ona mieszaninę ferrytu i węglików, z tym, że > 300°C składa się z cementytu i przesyconego węglem ferrytu (zwana jest bainitem górnym, który ma wygląd pierzasty), natomiast poniżej 300°C powstaje bainit dolny składający się z węglika E (Fe2.4C o zawartości 8,4%C) i ferrytu przesyconego węglem. Posiada wygląd iglasty podobny do martenzytu i niewiele od niego miększy. Węgliki występujące w bainicie są bardzo dyspersyjne i mogą być ujawnione tylko za pomocą mikroskopu elektronowego. W bainicie dolnym są jednak drobniejsze, co wyjaśnia jego większą twardość. Własności bainitu są uzależnione od temperatury, przy której powstaje. Twardość i wytrzymałość bainitu są pośrednie między własnościami perlitu i martenzytu i rosną w miarę obniżania temperatury przemiany.

62 Na czym polega istota przemiany bainitycznej ?Przemiana bainityczna ma charakter dyfuzyjny. Przebiega w zakresie temperatur poniżej 500°C, gdy siła napędowa przemiany jest duża, ale współczynnik dyfuzji mały. To decyduje o specyfice tej przemiany (występowanie węglika £ i nierównowagowego - przesyconego węglem ferrytu). Przemiana bainityczna rozpoczyna się od zarodkowania cząstek ferrytu po ochłodzeniu stali do pewnej temperatury Bs (bainit start), a kończy się przy temperaturze Bf (bainit finish) (patrz rys. 11.16).

Między temperaturami Bs i Bf przemiana nie zachodzi do końca (patrz krzywa b na rys. 11.10), i

pozostały, nie przemieniony austenit przemienia się po ochłodzeniu w martenzyt. Pojawiający się na powierzchni zgładu relief będący wynikiem przemiany bainitycznej wskazuje, że pewną rolę odgrywa przy tej przemianie mechanizm ścinania.

63 Na czym polega różnica między bainitem a martenzytem ?Martenzyt jest fazą, podczas gdy bainit mieszaniną faz. Wprawdzie bainit dolny jest morfologicznie podobny do martenzy tu, ale trawi się bardziej intensywnie. Przemiana martenzytyczna jest bezdyfuzyjna, zachodzi poniżej Ms, a baini-tyczha dyfuzyjna i zachodzi powyżej Ms. Istnieje jednak

pewne podobieństwo obydwu przemian: obie zachodzą w zakresie temperatur pomiędzy temperaturą początku i końca, w obydwu odgrywa rolę mechanizm ścinania (z tym, że w przemianie martenzytycznej jest to mechanizm dominujący) i występuje określona zależność krystalograficzna między fazami.

64. Co to jest martenzyt ?Martenzyt jest to przesycony roztwór stały węgla w żelazie a. Cechuje się dużą twardością i małą ciągliwością. Ma sieć tetragonalną o bardzo małej tefra-gonalności (ok. < 1,1) zależnej od zawartości węgla. Twardość martenzytu rośnie ze wzrostem zawartości węgla.

65 Na czym polega istota przemiany martenzytycznej ?Przemiana martenzytyczna jest bezdyfuzyjna, to znaczy, że czas nie odgrywa żadnej roli w jej przebiegu. Warunkiem jej zajścia jest ochłodzenie austenitu z prędkością większą od krytycznej (dla uniknięcia przemiany dyfuzyjnej austenitu) oraz ochłodzenie austenitu poniżej temperatury początku przemiany martenzytycznej (Ms). Przemiana rozpoczyna się natychmiast po ochłodzeniu i przebiega z

prędkością dochodzącą do 7000 m/s, tzn. że czas utworzenia jednej płytki wynosi 10 s. Kończy się po osiągnięciu temperatury końca przemiany Mf, chociaż zawsze pozostaje pewna ilość nie przemienionego austenitu zwanego szczątkowym.

66 Co to jest by tyczna prędkość chłodzenia ?Krytyczną prędkość chłodzenia wyraża styczna do krzywej początku przemian dyfuzyjnych na wykresie CTPc (rys. 11.19). Analogiczna styczna na wykresie CTPi wyznacza Vk o około 1,5 raza mniejszą. Krytyczną prędkość chłodzenia interpretuje się jako prędkość zabezpieczającą przed wystąpieniem i przemian dyfuzyjnych, które zachodzą w wyższych temperaturach niż przemiana martenzytyczna i rozkładając austenit uniemożliwiają jego przemianę w martenzyt,

68 Jaki jest mechanizm przemiany martenzy tycznej ?Zachodzenie przemiany bez udziału dyfuzji tłumaczy się z jednej strony możliwością opisu struktury sieci Al austenitu parametrami sieci tetragonalnej (rys. 11.23), a z drugiej strony wystąpieniem procesu ścinania w dwóch różnych kierunkach krystalograficznych, co prowadzi do powstania określonej zależności orientacji między austenitem i martenzytem zwanej zależnością Kurdiumowa-Sachsa.

71 Czy austenit może ulec całkowite) przemianie w martenzyt po ochłodzeniu do temperatury M{ ?Nie. Dzieje się tak dlatego, że martenzyt ma większą objętość właściwą niż austenit (i jakikolwiek inny składnik strukturalny w układzie Fe-C). Dlatego w miarę zachodzenia przemiany wywiera on nacisk na nie przemieniony jeszcze austenit, stabilizując go zgodnie z prawem przekory Le Chateliera. Wynikiem tego jest pozostanie pewnej ilości nie przemienionego austenitu zwanego szczątkowym. Należy jednak pamiętać, że stale o większej zawartości węgla nie poddane obróbce podzerowej po hartowaniu mogą zawierać większą ilość austenitu szczątkowego na skutek nie osiągnięcia temperatury Mf.

72 Od czego zależy ilość austenitu szczątkowego ?Ilość austenitu szczątkowego zależy głównie od zawartości węgla w stali, gdyż należy on do składników najsilniej obniżających Ms i Mf. Ilość austenitu szczątkowego zwiększają także pierwiastki

stopowe w następującej kolejności: Mn, Cr, Ni, a Co zmniejsza jego zawartość. Do czynników wpływających na ilość austenitu szczątkowego należy także temperatura austenityzowania, gdyż od niej zależy ilość rozpuszczonych węglików i stopień nasycenia austenitu węglem i pierwiastkami stopowymi. Ze wzrostem temperatury austenityzowania ilość austenitu szczątkowego zwiększa się. Pewien wpływ na ilość austenitu szczątkowego wywiera sposób jego chłodzenia. I tak np. zmniejszenie szybkości chłodzenia nieco poniżej Ms zwiększa postęp przemiany martenzytycznej, a wytrzymanie

zahartowanej stali przy temperaturze pokojowej stabilizuje austenit i utrudnia jego rozkład przy odpuszczaniu. Stąd stale wysokostopowe zaleca się odpuszczać natychmiast po odpuszczaniu.

74 Co to jest hartowność stali ?Hartownością nazywamy zdolność stali do tworzenia struktury martenzyty-cznej. Z hartownością wiążą się następujące cechy:- głębokość hartowania,- maksymalna twardość uzyskiwana na powierzchni,- skłonność do tworzenia rys i pęknięć.Cechy te ściśle się ze sobą wiążą. Na przykład zwiększenie intensywności chłodzenia prowadzi do osiągnięcia większej głębokości zahartowania i większej twardości na powierzchni, ale może powodować powstawanie rys oraz pęknięć i na odwrót.

75 Jakie są kryteria hartowności ?Są dwa kryteria hartowności. Pierwsze dotyczy pojęcia warstwy zahartowanej. Ponieważ w miarę wzrostu odległości od powierzchni stopniowo zmniejsza się ilość martenzytu, a wzrasta ilość struktur typu dyfuzyjnego (bainitu i perlitu), zachodzi konieczność ustalenia, co rozumie się przez warstwę zahartowaną. Ustalono tzw. kryterium półmartenzytyczne, zgodnie z którym za strefę zahartowaną uważa się strefę, w której znajduje się co najmniej 50% martenzytu. Drugie kryterium stanowi średnica krytyczna (Dk), tj. największa średnica pręta zahartowanego na wskroś (w jego środku powinno się znajdować 50% martenzytu). Aby stworzyć kryterium hartowności niezależne od szybkości chłodzenia, przyjęto pojęcie idealnej średnicy krytycznej (Dki). Jest to największa średnica pręta zahartowanego na wskroś w hipotetycznym ośrodku o nieskończenie dużej intensywności chłodzenia.

76 Od czego zależy średnica krytyczna ?Średnica krytyczna (D^) zależy od właściwości stali i intensywności chłodzenia. Pierwszy czynnik ma ścisły związek z krytyczną prędkością chłodzenia, a więc te czynniki, które przesuwają krzywą początku dyfuzyjnego rozkładu austenitu na wykresie CTP w prawo sprzyjają wzrostowi hartowności. Są to pierwiastki stopowe zawarte w stali, gruboziarnistość austenitu (mała powierzchnia granic ziarn, gdzie powstają zarodki przemiany dyfuzyjnej) i jego jednorodność. Drugi czynnik ma związek z warunkiem osiągnięcia krytycznej prędkości chłodzenia w rdzeniu hartowanego elementu. Stosowanie bardziej energicznych ośrodków chłodzących pozwala na uzyskanie tej prędkości w środku grubszych elementów, ale grozi to powstaniem rys i pęknięć hartowniczych na powierzchni. Można więc powiedzieć, że stosowanie ośrodków chłodzących o większej intensywności chłodzenia prowadzi do wzrostu hartowności, ale tą drogą można zwiększać hartowność w ograniczonym zakresie ze względu na naprężenia.

77 Od czego zależy twardość strefy póhnartenzy tycznej ?Twardość strefy półmartenzytycznej zależy głównie od zawartości węgla w stali, zwiększając się z jego stężeniem. Ilustruje tę zależność wykres na rys. 11.37. Wykres ten wykorzystuje się przy określaniu hartowności metodą hartowania od czoła (Jominy'ego).

78 Jak się określa hartowność w próbie hartowania od czoła ?Punktem wyjścia jest wykonanie próbki cylindrycznej <j) 25 mm i długości 100 mm (z kołnierzem). Następnie próbkę poddaje się austenityzowaniu (zabezpieczając ją przed utlenieniem) i hartuje chłodząc od czoła natryskiem wody w specjalnym urządzeniu (rys. 11.39). Po ochłodzeniu próbkę zeszlifowuje się po 0,4 -s- 0,5 mm wzdłuż przeciwległych tworzących, po czym dokonuje się pomiaru twardości aparatem Rockwella na skali C. Wyniki pomiarów nanosi się na wykres zależności twardości od odległości od czoła (rys. 11.40). Za pomocą wykresu zależności twardości strefy półmartenzytycznej od zawartości węgla (rys. 11.37) określa się odległość od czoła, w której znajduje się strefa póhnartenzy tyczna. Odległość ta jest podstawą do określenia D& Jub D^ za pomocą nomogramu (rys. 11.41), który zawiera szereg krzywych parabolicznych, odpowiadających różnym intensywnościom chłodzenia (H).

79 Na czym polega określanie hartowności metodą obliczeniową (Grossmana) ?Istotą metody jest liczbowe ujęcie (w formie współczynników) wpływu 1 składu chemicznego stali i wielkości ziarna austenitu na jej hartowność (Dkj). Najpierw oblicza się podstawową średnicę krytyczną zależną tylko od zawartości węgla oraz wielkości ziarna (wg ASTM). Jest ona proporcjonalna do %C. Następnie wyliczoną D^ mnoży się przez współczynniki hartowności poszcze-gólnych pierwiastków stopowych o ogólnej postaci f = 1± ax, gdzie a - stała empiryczna uwzględniająca siłę wpływu danego pierwiastka, a x - koncentracja pierwiastka stopowego w % mas. Obecnie metoda ta stwarza lepsze perspektywy w związku z upowszechnianiem się komputeryzacji w przedsiębiorstwach i instytutach badawczych.

80 Jakie pierwiastki najbardziej zwiększają hartowność stali?Do pierwiastków najbardziej zwiększających hartowność stali zaliczamy mangan, który ma współczynnik hartowności a = 4,8, następnie molibden a - 2,68 i chrom a = 2,16. Krzem i nikiel stosunkowo mało zwiększają hartowność, gdyż ich współczynniki a są mniejsze od 1. Specyficznie działającym pierwiastkiem jest bor, który wprowadza się do stali tylko w ilości 0,003 %, a współczynnik hartowności f = 1,5. Jedynym pierwiastkiem zmniejszającym hartowność jest kobalt, ale także pierwiastki silnie węglikotwórcze mogą obniżać hartowność wówczas, gdy temperatura austenityzowania nie jest dość wysoka, aby rozpuścić węgliki. W tym przypadku hartowność może zależeć od temperatury austenityzowania stali.

81 Jakie ośrodki chłodzące stosuje się do hartowania ?Do hartowania stosuje się następujące ośrodki (wg malejącej intensywności chłodzenia): woda z NaCl lub NaOH, woda, olej, mgła wodna, sprężone powietrze, wolne powietrze. Ośrodki chłodzące umożliwiają różne szybkości chłodzenia przy różnych temperaturach (rys. 11.35). Właściwy ośrodek dobiera się pod kątem zapewnienia prędkości chłodzenia większej od krytycznej; nie może jednak wywoływać rys i pęknięć. Najbardziej energiczne ośrodki stosuje się w przypadku hartowania stali węglowych (niekiedy wykorzystuje się dwa ośrodki (przez wodę do oleju), co pozwala na uzyskanie dużej twardości na powierzchni, a jednocześnie na zmniejszenie naprężeń i eliminację pęknięć. Są także stosowane kąpiele chłodzące do hartowania stopniowego, izotermicznego lub patentowania (stopione sole lub ciekły ołów).

Rozdział 2

Obróbki powierzchniowe

1 Na czym polega obróbka powierzchniowa ?W obróbce powierzchniowej dążymy do zmiany własności nie całej objętości materiału, lecz tylko w jego strefie przypowierzchniowej (tzw. warstwie wierzchniej), dzięki czemu utrzymując wysokie własności użytkowe obrabianych elementów możemy oszczędzać energię i pierwiastki stopowe, gdyż stale wysokostopo-we możemy zastąpić niskostopowymi lub węglowymi, a nagrzewanie całego elementu nagrzewaniem tylko jego powierzchni.

2 Jaki jest cel obróbek powierzchniowych ?W zależności od własności powierzchni, jakie są wymagane, obróbki powierzchniowe możemy podzielić na grupy:a) obróbki poprawiające gładkość powierzchni,b) obróbki utwardzające, zwiększające twardość oraz odporność na ścieranie i zmęczenie,c) obróbki zwiększające odporność na korozję.

8 Na czym polega istota obróbki cieplno-chemicznej ?Warunkiem dyfuzyjnego nasycenia metalu innymi pierwiastkami jest zastosowanie chemicznie aktywnej atmosfery i odpowiednio wysokiej temperatury, '"w której mogą zachodzić reakcje chemiczne dostarczające aktywne atomy. Atomy te po zaadsorbowaniu na powierzchni dyfundują w głąb metalu, tworząc roztwory lub fazy międzymetaliczne.

9 Co to jest nawęglanie i jaki jest cel tej obróbki ?Nawęglaniem nazywamy dyfuzyjne nasycanie stali węglem. Nawęglaniu poddaje się stale

niskowęglowe o zawartości do ok. 0,2% C, przez co zawartość-C zwiększa się do ok. 1% G. Po zahartowaniu uzyskuje się wysoką twardość powierzchni (ok. 60 HRC) i ciągliwy rdzeń, co w wielu konstrukcjach jest rozwiązaniem optymalnym. Nawęglanie przeprowadza się przy temperaturze 930°C - zwykle ok. 10 h. Nawęglanie można przeprowadzać w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych.

10 Na czym polega nawęglanie w ośrodkach stałych ?Ten rodzaj nawęglania jest najstarszy i najprostszy. Nie wymaga też specjalnych urządzeń z wyjątkiem skrzynek żaroodpornych, do których ładuje się elementy wraz z mieszanką nawęglającą (nawęglaczem), uszczelnia i wyżarza. Nawęglacz składa się z węgla drzewnego o granulacji 3+5 mm i aktywatorów (10 + 30%), którymi mogą być węglany Ba, K, Na. W skrzynce zachodzą reakcje: utlenianie C, rozkład węglanów i reakcja Boudouarda*, które prowadzą do powstania aktywnych atomów C dyfundujących w głąb stali.* Reakcja Boudouarda zachodzi wg wzoru CO2 + C *? 2CO. Ze wzrostem temperatury reakcja ta przebiega coraz bardziej w prawo.

11 Na czym polega nawęglaniew ośrodkach ciekłych ?Nawęglaczem jest mieszanina stopionych soli z dodatkiem SiC (karborun-du), np. 75% Na2C03, 15%

NaCl, 10% SiC. Temperatura procesu wynosi ok. 850°C. Zaletą tej metody jest możliwość bezpośredniego hartowania elementów. Jest też odmiana elektrolityczna, w której nawęglane elementy

umieszcza się na anodzie i przepuszcza prąd stały o gęstości 20 A/dm2. Dzięki temu uzyskuje się znaczne przyspieszenie procesu.

12. Na czym polega nawęglanie w ośrodkach gazowych ?Nawęglenie w ośrodkach gazowych jest najbardziej nowoczesne i najczęściej stosowane, ale wymaga specjalnych i kosztownych urządzeń. Polega na umieszczeniu elementów w szczelnym piecu i przedmuchiwaniu atmosfery gazowej o odpowiednio dobranym potencjale nawęglającym. Piece do nawęglania gazowego mogą być o działaniu okresowym i ciągłym. Gaz nawęglający ulega rozkładowi na powierzchni elementów z wydzieleniem aktywnych atomów węgla, które dyfundują w powierzchnię elementów. Zaletą nawęglania gazowego jest łatwość kontroli i regulacji procesu, oszczędność energii (nie trzeba nagrzewać skrzynek i nawęglacza), a w przypadku pieców o działaniu ciągłym umożliwia bezpośrednie hartowanie po nawęglaniu. W ostatnich latach opracowane zostały nowe metody nawęglania jak jonowe i fluidalne, które cechują się większą efektywnością.

13 Jakie atmosfery stosuje się przy nawęglaniu gazowym ?Atmosfery do nawęglania są wytwarzane w specjalnych wytwornicach z gazu ziemnego, koksowego, generatorowego, świetlnego. Może też być wykorzystywany gaz endotermiczny otrzymany przez częściowe spalenie gazu ziemnego i oczyszczenie z pary wodnej. Węglowodory znajdujące się w gazie ziemnym dysocjują na C + H2- W piecach o działaniu okresowym stosuje się także pary benzolu lub nafty, a także mieszaninę metanolu i octanu etylu (która nie daje sadzy). Atmosfery często miesza się ze sobą, aby uzyskać wymagany potencjał węglowy.

14 Co to jest potencjał węglowy atmosfery ?Potencjałem węglowym atmosfery nazywamy jej zdolność do nawęglania żelaza do określonej zawartości węgla na powierzchni. Potencjał ten zależy od składu chemicznego atmosfery. CO i CH4 zwiększają potencjał, a CO2 i H2O obniżają go. Składniki atmosfery reagują wzajemnie ze sobą i wytwarza się równowaga między nimi, dzięki czemu dla określenia potencjału atmosfery wystarczy określić jeden ze składników, np. H2O. Z obniżaniem H2O potencjał węglowy atmosfery rośnie. W praktyce stężenie H2O w atmosferze określa się wyznaczając tzw. punkt rosy, do czego służą specjalne przyrządy zwane indykatorami punktu rosy. Można również określić potencjał węglowy drogą nawęglania cienkiej folii żelaznej i określenia w niej zawartości węgla.

15 Co to jest punkt rosy i jak się go określa ?Punkt rosy jest to temperatura, przy której prężność pary wodnej zawartej w_ atmosferze równa się prężności pary nasyconej, czyli temperatura, przy której następuje skroplenie pary wodnej zawartej w atmosferze. Najprostszy indykator punktu rosy składa się z komory przedzielonej lustrzaną membraną na dwie części (rys. 12.12). Jedna jest wypełniona gazem atmosfery, druga służy do ochładzania membrany (np. drogą rozprężania adiabatycznego CO2). Moment pojawienia się rosy obserwuje się przez lupę i odczytuje, się temperaturę membrany mierzoną za pomocą opornika termometrycznego. Są też w użyciu indykatory zautomatyzowane o działaniu ciągłym. Po odczytaniu temperatury punktu

rosy, z tabel lub wykresów możemy odczytać potencjał węglowy.

16 Co to jest i na czym polega naweglanie fluidalne ?Naweglanie to jest przeprowadzane w złożu fluidalnym, które jest ośrodkiem składającym się z drobnych cząstek fazy stałej zawieszonych w strumieniu gazu przepływającego z odpowiednią prędkością (stan quasiciekły). W zależności od składu złoża może ono działać obojętnie na powierzchnię elementów lub je nawęglać (np. gdy cząstki są grafitem, a przepływający gaz powietrzem lub mieszaniną gazu endotermicznego i ziemnego). Złoże składające się z cząstek grafitu może być nagrzewane elektrycznie za pomocą elektrod, ale również istnieje możliwość nagrzewania zewnętrznego (elementami oporowymi lub poprzez spalanie gazu). Duża wartość współczynnika przejmowania ciepła złoża oraz czyszczący powierzchnię ruch cząstek pozwalają na osiąganie efektywności nawęglania podobnej jak przy nawęglaniu w ośrodkach ciekłych, z tym że nie zachodzi konieczność czyszczenia elementów z resztek soli. Można też stosować bezpośrednie hartowanie elementów.

17 Jaką obróbkę cieplną stosuje się po nawęglaniu ?Dla pełnego wykorzystania walorów nawęglania, tj. uzyskania maksymalnej twardości powierzchni należy nawęglone elementy poddać hartowaniu i niskiemu odpuszczaniu (150 + 200°C). Najprostszym i najtańszym rozwiązaniem jest bezpośrednie hartowanie po nawęglaniu - możliwe jednakże tylko w przypadku pieców o działaniu ciągłym. W tym przypadku korzystne jest wstępne podchłodzenie do temperatury hartowania (760 + 820°C), co obniża naprężenia i ilość austenitu szczątkowego w warstwie nawęglonej. Jeśli elementy po nawęglaniu zostaną schłodzone, należy je ponownie nagrzać, co korzystnie wpływa na strukturę, gdyż następuje rozdrobnienie ziarna. Istnieją dwie możliwości wyboru temperatury hartowania: wyższej od AC3 rdzenia (850 + 900°C), co powoduje przekrystalizowanie i poprawę własności na całym przekroju, ale zwiększa naprężenia i ilość austenitu szczątkowego w warstwie nawęglonej oraz niższej (760 -i- 780°C), która jednakże nie umożliwia przekrystalizowania rdzenia i nie usuwa siatki cementytu. W szczególnie odpowiedzialnych wyrobach stosuje się dwukrotne hartowanie, najpierw od wyższej (w oleju), a następnie od niższej temperatury (w wodzie). W wyniku takiej obróbki twardość warstwy jest wysoka (ponad 60 HRC), struktura rdzenia korzystna i poziom naprężeń niski.

18 Co to jest azotowanie i jaki jest cel tej obróbki ?Azotowanie polega na nasyceniu warstwy wierzchniej azotem, w wyniku czego uzyskuje się dużą twardość (900 + 1200 HV) i odporność na zmęczenie. Tak dużą twardość można jednakże osiągnąć tylko na specjalnych stalach do azotowania zawierających Cr, Mo i Al (38HMJ). Ponieważ azotowanie przeprowadza się w niezbyt wysokiej temperaturze (ok. 550°C), stal uprzednio poddaje się ulepszaniu (hartowanie i odpuszczanie - 550°C). Stosuje się atmosferę zdyso-cjowanego amoniaku, w której występują aktywne atomy azotu. W wyniku tego następuje ich dyfuzja oraz tworzenie się azotków pierwiastków stopowych i żelaza (korzystny jest Fe4N, niekorzystny -bo kruchy - Fe2N). Azotowanie jest obróbką kosztowną, gdyż długotrwałą (ok. 40 h), i dlatego jest stosowane w przypadku * szczególnie odpowiedzialnych elementów.

19 Na czym polegaMzotowanie jonowe ?Azotowanie jonowe jest odmianą procesu, w której stosuje się wysokie napięcie (1 + 2,5 kV) prądu stałego, przy czym obrabiane elementy znajdują się na katodzie. Następuje jonizacja atmosfery złożonej z azotu lub amoniaku, ewentualnie z dodatkiem wodoru, argonu lub węglowodorów pod obniżonym ciśnieniem 100 +1000 Pa. Powierzchnia jest bombardowana jonami azotu, co nagrzewa element i aktywizuje dyfuzję. Zaletą azotowania jonowego jest skrócenie czasu ^Srócesu i duża możliwość wpływania na strukturę warstwy. Wadą jest wysoki i koszt urządzenia. Zmieniając skład atmosfery i warunki procesu, możemy tą ^metodą wprowadzać do stali także inne pierwiastki jak C, C + N, B, Ti i inne.

20 Co to jest węgloazotowanie i na czym polega ?Węgloazotowanie jest obróbką cieplno-chemiczną polegającą na jednoczesnym nasycaniu stali węglem i azotem. Głównymi zaletami tej obróbki jest niższa temperatura i krótszy czas procesu. Węgloazotowanie może być przeprowadzane "w ośrodkach gazowych lub ciekłych, przy wysokich lub niskich temperaturach. Gazowe może być procesem wysokotemperaturowym (750 + 900°C) i wówczas jest zbliżone do nawęglania lub niskotemperaturowym (500 + 600°C), kiedy upodabnia się do azotowania. Atmosfera składa się z mieszaniny amoniaku i gazu nawęglającego. Po obróbce wysokotemperaturowej stosuje się hartowanie, nato-miast niskotemperaturowe jest poprzedzane

ulepszaniem cieplnym. Węgloazotowanie niskotemperaturowe zwane jest także cyjanowaniem.

25 Co to jest borowanie i na czym polega ?Borowanie jest to obróbka cieplno-chemiczna polegająca na nasycaniu warstwy powierzchniowej stali borem. W wyniku borowania powstają związki boru z żelazem zwane borkami: FeB i Fe2B o charakterystycznej kolumnowej budowie i wysokiej twardości ok. 2000 HV, z tym, że borek bogatszy w bor FeB jest twardszy, ale i bardziej kruchy. Warstwy borowane cechują się bardzo dużą odpornością na ścieranie i są zwykle stosowane w tych przypadkach gdy smarowanie jest skąpe lub gdy nie może być stosowane w ogóle. Borowanie jest wykorzystywane także do utwardzania narzędzi, głównie do przeróbki plastycznej jak ciągadła, korki, matryce, walce itp. Borowanie można przeprowadzać w ośrodkach stałych (proszkach), ciekłych lub gazowych (także metodą jonową).

26 Jak jest realizowane borowanie w ośrodkach stałych ?Borowanie to realizuje się podobnie jak nawęglanie w skrzynkach, z tym że mieszanka borująca składa się zwykle ze sproszkowanych składników: węglika boru B4C (15 + 35%) lub żelazoboru z dodatkiem aktywatorów, np. 1,5% NH4CI i 1,5% NaF oraz wypełniacza (AI2O3) przy temp. 950°C. Czas ok. 6 h. Inną odmianą jest borowanie metodą aluminotermiczną w mieszance: B2O3 (15 + 30%), proszek AJ w ilości 75% masy B2O3 oraz AI2O3 i aktywatory. Metodą tą można wytwarzać warstwy jednofazowe (Fe2B), które są mniej kruche. Niekiedy wygodnie jest stosować borowanie za pomocą pasty, która składa się z 25% kriolitu (Na3AlFó) i substancji aktywnej (B4C). Substancją wiążącą jest szkło wodne lub krzemian etylu. Powierzchnię po oczyszczeniu pokrywa się warstwą pasty, a po wyschnięciu nakłada na nią warstwę ochronną (tłuczone szkło, piasek, szkło wodne). Po wyschnięciu przy temperaturze 200°C przeprowadza się wygrzewanie przy temperaturze 950°C - 6 h, a po podchłodzeniu do odpowiedniej temperatury hartuje w oleju.

27 Jak się przeprowadza borowanie w ośrodkach ciekłych ?Borowanie w ośrodkach ciekłych, czyli kąpielach solnych, przeprowadza się podobnie jak cyjanowanie w ośrodkach ciekłych, z tym że kąpiel składa się z BaCb + NaCl + ok. 10% B4C, temp. 950°C. Inna

metoda polega na zastosowaniu boraksu z dodatkiem ok. 10% NaCl i ok. 35% B4C lub SiC.

Temperatura procesu wynosi 850°C, czas ok. 3 h. Przyspieszenie nasycania stali borem można osiągnąć stosując borowanie elektrolityczne, które odbywa się w stopionym boraksie przy temperaturze 900 -;- 1050°C przez okres 2 - 5 h. Naborowywane elementy umieszcza się na katodzie, a

anodę stanowi pręt grafitowy. Napięcie 5 + 25 v> gęstość prądu poniżej 1 A/cm2. Główną zaletą metod kąpielowych jest skrócenie czasu obróbki i możliwość bezpośredniego hartowania, wadą-niszcze-nie tygli i konieczność oczyszczania elementów z resztek soli.

28 Opisz zasadę borowania gazowegoBorowanie gazowe przeprowadza się w szczelnych retortach (piecach o działaniu okresowym) w atmosferze złożonej z chlorku boru (BCI3) lub bora-wodoru B2H6 oraz gazu nośnego (Ar, H2). Temperatura procesu 1100°C. Chlorek boru można wytwarzać w oddzielnej instalacji działając chlorowodorem na żela-zobor przy temp. ok. 1000°C, lub korzystając z gazów w butli. Borowanie gazowe jest uważane za metodę nowoczesną i energooszczędną, ale wymaga kosztownych urządzeń. Ma też wady: nie można stosować bezpośredniego hartownia, gazowe związki boru są bardzo toksyczne. Odmianą borowania gazowego jest borowanie jonowe, które przeprowadza się podobnie jak azotowanie jonowe (pytanie 19). Atmosfera składa się z 25% obj. wodoru, ok. 10% chlorku boru, reszta argon. Napięcie 1,6 kV, ciśnienie 4+13 hPa, temperatura 750 + 900°C, czas 1 - 6 h. Można tą metodą otrzymywać warstwy jednofazowe Fe2B (obniżając ciśnienie).

29 Na czym polega obróbka cieplna po borowaniu ?Po borowaniu należy utwardzić podłoże warstwy borowej przez hartowanie zwykłe w oleju z niskim odpuszczaniem lub izotermiczne. Podczas nagrzewania należy chronić warstwę borowaną przed utlenianiem. Dobre efekty daje nagrzewanie kąpielowe w stopionym boraksie (unikać kąpieli chlorkowych). Po obróbce cieplnej można zeszlifować ok. 0,05 mm, aby usunąć porowate powłoki o niskiej odporności na ścieranie. Ostatnio opracowano także hartowanie powierzchniowe.

35 Co to jest i na czym polega hartowanie powierzchniowe ?"Hartowanie powierzchniowe jest to rodzaj obróbki cieplnej, która polega na wytwarzaniu struktury martenzytycznej jedynie w cienkiej strefie przypowierzchniowej, nie wywołując zmian strukturalnych w rdzeniu obrabianego elementu. W wyniku tego otrzymujemy korzystną kombinację własności:

twardą i odporną na ścieranie i zmęczenie powierzchnię i ciągliwy rdzeń. Efekt taki uzyskuje się poprzez nagrzanie do temp. wyższej od AC3 tylko cienkiej warstwy przypowierzchniowej i szybkie ochłodzenie jej natryskiem wody. Na skutek nagrzewania do hartowania tylko ułamka masy materiału metoda ta jest bardzo energooszczędna. W zależności od sposobu nagrzewania hartowanie powierzchniowe dzielimy na płomieniowe, indukcyjne, kąpielowe, elektrolityczne. W celu zmniejszenia naprężeń można zahartowane powierzchnie odpuszczać w zakresie 150 + 200°C.

36 Jak się przeprowadza hartowanie powierzchniowe-płomieniowe ?Hartowanie powierzchniowe z nagrzewaniem płomieniowym przeprowadza się za pomocą palników acetylenowych, które zwykle łączy się w grupy, tak aby można było jednocześnie nagrzewać większą powierzchnię. Palniki przesuwają się stopniowo z odpowiednią prędkością wzdłuż powierzchni nagrzewając ją, a tuż za nimi następuje natrysk wody. Może też przemieszczać się hartowany przedmiot, podczas gdy palniki i natryskiwacz są nieruchome. Nagrzewanie płomieniowe nie jest zbyt szybkie i w związku z tym nagrzewana strefa nie jest na ogół mniejsza niż 2+ 6 mm. Tego rzędu są też warstwy zahartowane. Ten rodzaj hartowania jest zwykle stosowany do ciężkich elementów maszyn, jak łoża, duże koła zębate, bieżnie, rynny do transportu węgla itp.

37 Na czym polega hartownie powierzchniowe - indukcyjne ?Nagrzewanie powierzchni następuje w tym przypadku za pomocą prądów o wysokiej częstotliwości, które poprzez odpowiednio ukształtowany induktor znajdujący się blisko nagrzewanej powierzchni wytwarza szybkozmienny strumień magnetyczny indukujący prądy wirowe. Ponieważ efektywność nagrzewania jest w tym przypadku większa niż przy nagrzewaniu palnikowym, a efekt naskórkowy działa na małej głębokości, grubości warstw zahartowanych (d) są mniejsze i wynoszą powyżej ok. 0,3 mm. Zależy to jednak od częstotliwości prądu f (d — 1/ f). Ten rodzaj nagrzewania jest energooszczędny, powoduje małe utlenienie, odwęglenie i odkształcenie. Wadą jest duży koszt urządzeń (generatorów prądu wysokiej częstotliwości) i konieczność doboru induktorów, co powoduje, że opłacalne jest stosowanie tej metody tylko przy masowej produkcji.

38 Opisz inne metody hartowania powierzchniowegoDo rzadziej stosowanych metod należą: metoda kąpielowa, w której nagrzewanie przeprowadza się przez zanurzenie elementu na krótki czas w kąpieli solnej lub metalowej (żeliwo), po czym następuje ostudzenie w wodzie. Grubość warstwy zahartowanej reguluje się czasem zanurzenia w kąpieli.Metoda elektrolityczna polega na nagrzewaniu w elektrolicie (5% roztwór wodny Na2C03). Hartowany element stanowi katodę. W wyniku przepływu prądu na powierzchni elementu wydziela się warstwa wodoru, wywołująca opór dla jego przepływu. Powoduje to szybkie nagrzewanie powierzchni. Ośrodkiem chłodzącym jest elektrolit (z chwilą wyłączenia prądu).Metoda kontaktowo - oporowa nadaje się tylko do cylindrycznych powierzchni. Polega na przesuwaniu po powierzchni obrotowo - posuwiście rolki, do której jest dołączony prąd o niskim napięciu i dużym natężeniu (ok. 700 A/mm szerokości rolki). Powoduje to szybkie nagrzewanie powierzchni stali do wysokiej temperatury, ale na niewielkiej głębokości. Natychmiastowy natrysk wodą wywołuje zahartowanie.

40 Na czym polega obróbka plazmowa ?Obróbka plazmowa polega na działaniu na stal strumienia gazu o wysokiej temperaturze (ok. 10 000°C) i wysokim stopniu jonizacji (plazmy). Strumień plazmy wytwarza się w specjalnym palniku, a najczęściej stosowanymi gazami są: Ar i N2. Obróbka plazmowa może polegać tylko na nagrzaniu powierzchni i jej zahartowaniu (jest to rodzaj hartowania powierzchniowego) lub natryskaniu powierzchni wybranym materiałem, który w postaci proszku jest wprowadzany w strumień plazmy. Proszek ulega stopieniu i również może przejść w stan plazmy, po czym ulega kondensacji na natryskiwanej powierzchni. Metodą tą nanosi się na ogół materiały trudnotopliwe (nadstopy, AI2O3, Th02), bardzo twarde (węgliki wanadu, wolframu, tytanu, azotki tytanu) lub o innych szczególnych własnościach (np. odbijające lub pochłaniające promieniowanie. Warstwy natryskiwane plazmowo cechują się bardzo dobrą przyczepnością do podłoża, ale na ogół są porowate.

50 Do jakich celów stosuje się lasery w zakresie obróbki metali ? Główne zastosowania laserów są następujące:1) drążenie bardzo małych otworów (mikronowych średnic) nawet w super twardych materiałach, o bardzo wysokiej temperaturze topnienia,2) grawerowanie,3) cięcie wyrobów o znacznej grubości,

4) gięcie,5) spawanie,6) obróbka cieplna (hartowanie z przetapianiem powierzchni lub bez),7) obróbka cieplno chemiczna metali przez wtapianie innych pierwiastków (tzw. stopowanie laserowe).Największe zastosowanie znalazły lasery przy cięciu i spawaniu, ale z metaloznawczego punktu widzenia najbardziej interesujące są dwa ostatnie zastosowania.51. Na czym polega laserowa obróbka cieplna ?Obróbka cieplna opiera się w tym przypadku na szybkim nagrzewaniu powierzchni metalu na skutek absorpcji promieniowania laserowego, a następnie szybkim ostudzeniu nagrzanej warstwy przez sąsiednią zimną osnowę. Głębokość nagrzewania i struktura metalu będzie zależeć od temperatury nagrzania i energii zaadsorbowanej w strefie nagrzanej, a także szybkości nagrzewania. I tak w strefie, w której została przekroczona temperatura topnienia struktura będzie biała (trudno trawiąca się), o dużej jednorodności chemicznej, drobnym ziarnie, zahartowana na martenzyt, z możliwością występowania austenitu szczątkowego i ferrytu. W drugiej strefie nagrzanej powyżej AC3, ale poniżej Ttop, nie następuje całkowite rozpuszczenie wydzieleń, w wyniku czego struktura składa się z dys-

persyjnego martenzytu i wydzieleń. W trzeciej nagrzanej między AC3 i Acl, przemianie na martenzyt lub bainit ulega tylko perlit i wreszcie czwartej nagrzanej poniżej Aci nie zachodzą żadne zmiany struktury (tylko w stali uprzednio zahartowanej zaznacza się strefa odpuszczona - ciemna). Największą twardość (dochodzącą do 1500 nHV) ma strefa biała, a następnie (ok. 1000 nHV) strefa nieprzetopiona, ale nagrzana powyżej AC3. Strefy nagrzewane laserowo cechują się także większą odpornością na odpuszczanie. Obróbka laserowa zwiększa odporność na ścieranie około dwukrotnie w stosunku do standardowej obróbki cieplnej, z tym, że stale konstrukcyjne korzystniej jest nagrzewać bez przetopu.

52 Jakie są zalety obróbki laserowej stali narzędziowych ?Stale narzędziowe (np. szybkotnące) tworzą po odlaniu strukturę ledebury-tyczną i węgliki mają nawet po obróbce plastycznej stosunkowo dużą wielkość, co odbija się ujemnie na własnościach stali. Obróbka laserowa z przetopem prowadzi do stopienia węglików ledebury tyczny eh i w wyniku szybkiego chłodzenia powstaje bardzo drobnoziarnista struktura, o dużej jednorodności chemicznej i korzystnych własnościach eksploatacyjnych narzędzi. Na przykład w stali SW7M dyspersyjne węgliki występują obok martenzytu, a noże tokarskie z przetopionym laserowo ostrzem wykazywały 2+3 razy większą trwałość niż po standardowej obróbce cieplnej. Obróbka cieplna bez przetopu tych stali nie zwiększa trwałości narzędzi.