Värmebehandling

Question 1

Vad innebär värmebehandling?

Answer 1

Att kunna ändra mekaniska egenskaper hos material genom fas och strukturförändring i fast fas.

Question 2

Vilka 4 olika härdningsmekanismer finns?

Answer 2

1, Deformationshärdning
2, Korngränshärdning
3, Lösningshärdning
4, Partikelhärdning / Utskiljningshärdning

Question 3

Vad krävs för att kunna fas och strukturomvandla?

Answer 3

Drivkraft - att få ett material att vilja gå till ett stabilare läge
Mekanism - hur materialet kan ändras

Question 4

Vilka drivkrafter finns?

Answer 4

• Stabila faser - fri energi
• Ytenergi; mellan korn eller ny och gamla faser.
• Deformation; töjningar runt dislokationer vilket gör deformerat material mindre stabil, det skulle helst bilda korn med färre dislokationer.

Question 5

Vilka mekanismer finns?

Answer 5

Diffusion, som är starkt temperatur och tidsberoende.

Question 6

Vad visar ett TTT-diagram och vad står det för?

Answer 6

Det är ett logaritmiskt diagram med avseende på tid, temperatur och transformation

Question 7

Förklara vad ferrit är, användningstemp och struktur.

Answer 7

Fas med låg löslighet för kol. BCC-struktur. T<910°C.

Question 8

Vad är kärnbildning?

Answer 8

Kärnor som bildas vid korngränserna genom omlagring av atomerna.
Höga temperaturer ger få kärnor, snabbare tillväxt och grövre struktur.
Låga temperaturer räcker det med små kärnor för att de ska vara stabila > snabbare kärnbildningar

Question 9

Vad innebär en tillväxt av en ny fas?

Answer 9

Att en kärna växer genom termisk aktiverad diffussion ≈ atomhopp
Långsammare tillväxt vid låg temperatur.

Question 10

Förklara vad austenit är, användningstemp och struktur.

Answer 10

Fas med högre löslighet kol än ferrit. FCC-struktur. Lösligheten är temperatursvarierande. T>723°C, kolhaltsberoende.

Question 11

Förklara vad cementit är och struktur.

Answer 11

Fe3C. Intermediär karbid-fas med Fe och C, ca 6,7 viktsprocent kol. Mycket hård.

Question 12

Förklara vad bainit är, användningstemp och struktur.

Answer 12

Strukturbeståndsel av ferrit och karbider. Austenit kyls så snabbt att perlit inte hinner bildas. Snabbare kärnbildning vid lägre T ger en mer finfördelad struktur än perlit. Hårdare än Perlit.

Question 13

Förklara vad perlit är, användningstemp och struktur.

Answer 13

Strukturbeståndsdel, blandning av ferrit och cementit. Bildas från austenit med 0.8% C när temp sänks från 723°C med måttlig hastighet. Mjukglögdning gör att cementiten sfäroidiseras. Hårdare än ferrit.

Question 14

Förklara vad martensit är, användningstemp och struktur.

Answer 14

Metastabil fas. Austenit släcks snabbt till låg T. Rymdcentrerad tetragonal med tvångslöst C i vissa riktningar. Mycket hård. Används vanligen i anlöpt tillstånd. Anlöpning för att små karbider utskiljs och grundstrukturen närmar sig ferrit. Vid hög kolhalt måste en kyla under 20°C, annars restaustenit.

Question 15

Vilka tre steg som sker strukturförändringar vid uppvärmning?

Answer 15

1, Återhämtning
2, Rekristallation
3, Korntillväxt

Question 16

Förklara vad som sker vid återhämtning

Answer 16

• Dislokationer som ordnar sig så att gittertöjningen minskar.
• Mekaniska egenskaper oförändrade

Question 17

Förklara vad som sker vid rekristallation

Answer 17

• Sker i deformerat material där nya korn med låg dislokationstäthet bildas gradvis tills hela strukturen är omvandlad. Vid måttligt höjd temperatur bildas många små korn -> Finkornigt material.
• Korngränshärdning medför styrka och duktilitet.
• Eftersträvas alltid vid kallvalsning av tunn plåt.

Question 18

Förklara vad som sker vid korntillväxt

Answer 18

• Vid högre temperatur och längre tid växer både korn och partiklar för att få minskad ytenergi. Detta medför till mjukare material. Gäller även icke deformerat material.
• Stora korn ger sämre duktilitet
• Undvik austenitisering vid hög temperatur.

Question 19

Hur legeras stål?

Answer 19

Stål är en legering av järn och kol. I en ren Fe-C bildas perlit mycket snabbt vilket gör att det är svårt att få martensit. Därför vill man tillsätta legeringelement i stålet ex. Cr, Mo, Nb.
Karbider av metall och kol bildas i första hand av legeringsämnenerna. Dessa diffunderar substitutionellt långsammare än kol.
Tillsatserna ger effekterna att förskjuta perlitnosen mot längre tider ( åt höger) och att långsammare svalning räcker för att få martensit.
Stålet legeras vid framställningen av karbider för att bromsa fasomvanlingen och kunna få finfördelade karbider.

Question 20

Vad innebär normalisering?

Answer 20

• Värmebehandling av stål där metallen värms upp till austenitfas för att sedan låtas kylas långsamt.
• Långsam kylning bildar ferrit och perlit.

Question 21

Vad innebär anlöpning?

Answer 21

Uppvärmning till 100-400°C från metastabil martensit med tvångslöst kol.
Ger finfördelade små tätt liggande karbider i ferritisk grundmassa
Segheten ökar, på bekostnad av hårdheten

Question 22

Vad innebär martensithärdning?

Answer 22

Snabbkylning från austenit så att kolet hinner inte omfördelas. Gittret omvandlas till en metastabil fas, martensit.

Question 23

Vad är skillnaden mellan grov och finkornigt?

Answer 23

Grovkornigt: Mindre segt och mer sprött
Finkornigt: Segt och starkt

Question 24

Varför legeras stål med framställning av karbider?

Answer 24

Kunna bromsa fasomvandling till perlit/bainit och få finfördelade karbider, förskjuter perlitnosen i TTT-diagrammet

Question 25

Varför bör svalningshastigheten begränsas?

Answer 25

Bidrar till en sprickrisk då vid snabbkylning ger temiska och mekaniska spänningar. Martensitomvandling ger expansion.

Question 26

Vad innebär bainithärdning?

Answer 26

Underkylning på flera 100°C vilket gör att kärnbildning av karbid och ferrit inuti forna austenitkorn sker. Detta är likt perlit, men ger bainit vilket även är mer finfördelat än perlit.

Question 27

Förklara hur utskilningshärdning går till; vilka är de tre stegen?

Answer 27

Vanligt för Al-legering.
1, Upplösningsbehandla (värm upp till 500C till enfasområdet alpha, tar bort gamla utskiljningar där B atomer ligger lösta i alpha.
2, Snabbkylning/Släckning till låg temperatur och till två fasområde. Alpha är kraftigt underkylt men diffusionen försumbar. B atomer i alpha är relativt mjuka.
3, Åldra vid något höjd temperatur i två fasområdet för diffusion. Stor drivkraft för kärnbildninge med många smår kärnor inne i alpha kornen.

Materialet blir hårt med sänkt duktilitet. Låg diffusivitet > långsam tillväxt

Question 28

Vad innebär mjukglödning av stål?

Answer 28

En värmebehandlingsmetod för alla kolstål där man mjukgör materialet genom sfäriodisering av cementit.
Cementiten ligger först i skivor och är hårt, vid uppvärmning till ca. 700 grader sfäriodiseras cementiten.
Detta gör att cementiten blir till stora partiklar som ligger långt isär från varandra och gör att stålet blir segare. Volymen minskar med.

En metod som skapar mjuka kolstål så att de är mer lättberabetade och så mjuka som möjligt.

Question 29

Vad ska undvikas vid utskiljningshärdning?

Answer 29

• För lång åldringstid; medför mjukare material

- Långsam svalning; annars hamnar betapartiklar i alfas korngränser.

Question 30

Vad krävs för att en fasomvanling ska ske?

Answer 30

Kärnbildning och tillväxt av en ny fas.

Question 31

Vad innebär när en fas är underkyld?

Answer 31

Att en fas exsisterar vid lägre temperaturer än där den är stabil. Ökad underkylning skapar ett ökat tryck på att fler kärnor i fasen ska bildas

Question 32

Vad innebär härdbarhet?

Answer 32

Möjlighet att få 100 % martensit, det vill säga vilken kylningshastighet som krävs för att undvika perlit och bainit.