6

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Leon Zujko
RozróŜnianie cech charakterystycznych obróbki cieplnej,
cieplno-chemicznej, plastycznej i odlewnictwa 722[02].O1.06
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

1
Recenzenci:
mgr inŜ. GraŜyna Uhman
mgr inŜ. Regina Mroczek
Opracowanie redakcyjne:
mgr inŜ. Paweł Krawczak
Konsultacja:
mgr Małgorzata Sienna
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 722[02].O1.06
„RozróŜnianie cech charakterystycznych obróbki cieplnej, cieplno-chemicznej, plastycznej
i odlewnictwa”, zawartego w modułowym programie nauczania dla zawodu operator
obrabiarek skrawających
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Podstawy obróbki cieplnej 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 11
4.1.3. Ćwiczenia 12
4.1.4. Sprawdzian postępów 12
4.2. Wykonywanie obróbki cieplnej 14
4.3. Wiadomości podstawowe o obróbce cieplno-chemicznej 19
4.4. Podstawy obróbki plastycznej 23
4.5. Podstawy odlewnictwa 35
4.5.1. Materiał nauczania. 35
5. Sprawdzian osiągnięć 46
6. Literatura 50

3
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy dotyczącej obróbki cieplnej
i ciepln-ochemicznej, plastycznej i odlewnictwa.
W poradniku zamieszczono:
− wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć juŜ
ukształtowane, abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,
− cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy
z poradnikiem,
− materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do osiągnięcia załoŜonych
celów kształcenia,
− zestaw pytań sprawdzających, czy opanowałeś juŜ podane treści,
− ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz
ukształtować umiejętności praktyczne,
− sprawdzian postępów,
− sprawdzian osiągnięć, przykładowy – zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,
− literaturę uzupełniającą.
Gwiazdka oznaczono pytania i ćwiczenia, których rozwiązanie moŜe Ci sprawiać
trudności. W razie wątpliwości zwróć się o pomoc do nauczyciela.

4
Schemat układu jednostek modułowych
722[02].O1.04
Wykonywanie pomiarów
warsztatowych
722[02].O1.01
Przestrzeganie przepisów
bezpieczeństwa i higieny pracy,
ochrony przeciwpoŜarowej
i ochrony środowiska
722[02].O1.03
Wykonywanie rysunków
części maszyn
z wykorzystaniem programu
CAD
722[02].O1.07
Rozpoznawanie części
maszyn, mechanizmów
i urządzeń transportu
wewnątrzzakładowego
722[02].O1
Techniczne podstawy
zawodu
722[02].O1.02
Posługiwanie się
dokumentacją techniczną
722[02].O1.06
RozróŜnianie cech
charakterystycznych
obróbki cieplnej, cieplno-
chemicznej, plastycznej
i odlewnictwa
722[02].O1.05
Dobieranie materiałów
konstrukcyjnych,
narzędziowych
i eksploatacyjnych

5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
– stosować układy SI,
– przeliczać jednostki,
– posługiwać się pojęciami z zakresu fizyki, chemii, materiałoznawstwa oraz metalurgii
procesów,
– korzystać z róŜnych źródeł informacji,
– uŜytkować komputer,
– współpracować w grupie.

6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
– zinterpretować podstawowe prawa i zjawiska fizyczne wykorzystywane w procesach
obróbki cieplnochemicznej, odlewania i obróbki plastycznej,
– wyjaśnić procesy obróbki cieplnej i cieplno-chemicznej,
– scharakteryzować hartowanie,
– scharakteryzować odpuszczanie,
– scharakteryzować wyŜarzanie,
– scharakteryzować obróbkę cieplno-chemiczną,
– sklasyfikować metody odlewania,
– scharakteryzować proces wykonywania części maszyn metodami odlewania,
– sklasyfikować obróbkę plastyczną metali,
– scharakteryzować proces wykonywania części maszyn za pomocą obróbki plastycznej,
– określić wady i zalety wykonywania części maszyn metodami odlewania i za pomocą
obróbki plastycznej,
– posłuŜyć się Polskimi Normami, dokumentacją technologiczną oraz katalogami,
– zastosować zasady bezpieczeństwa pracy oraz ochrony przeciwpoŜarowej.

7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Podstawy obróbki cieplnej
4.1.1. Materiał nauczania
We współczesnej technice istnieje wymóg zmniejszania cięŜaru i objętości
(materiałochłonności) wyrobów przemysłowych przy zachowaniu lub zwiększaniu ich
efektów technicznych. Powstały przesłanki do poszukiwania nowych tworzyw
konstrukcyjnych o wymaganych właściwościach, a takŜe nadawania im takich właściwości
w procesach produkcyjnych. Jednym z takich procesów produkcyjnych jest obróbka cieplna,
która jest zabiegiem lub połączeniem zabiegów cieplnych, pod wpływem, których zmienia się
w stanie stałym struktura stopów, a tym samym ich właściwości mechaniczne, fizyczne
i chemiczne. Obrabiać cieplnie moŜna przedmioty wykonane ze stopów Ŝelaza, ze stopów
metali nieŜelaznych, a takŜe z czystych metali. Obróbka cieplna jest najczęściej jedną
z końcowych operacji procesu technologicznego gotowego wyrobu. Niekiedy obróbkę cieplną
stosuje się w celu ułatwienia obróbki plastycznej lub skrawaniem i wtedy występuje ona
odpowiednio wcześniej.
Istotę obróbki cieplnej stali stanowią zmiany struktury zachodzące podczas zabiegów
cieplnych, a które zaleŜne są od temperatury i czasu trwania zabiegów. W ich wyniku
następuje zmiana budowy wewnętrznej materiału (bez celowej zmiany jego składu
chemicznego), następstwem, której jest zmiana właściwości mechanicznych.
Przez zabieg cieplny rozumiemy cykl zmian temperatury rozpoczynający się i kończący
w temperaturze otoczenia. Składa się on z trzech etapów: nagrzewania, wygrzewania
i chłodzenia. Zabiegi cieplne mogą się róŜnić między sobą szybkością nagrzewania
i chłodzenia oraz wysokością temperatury i czasem wygrzewania. Obróbka cieplna polega na
nagrzewaniu materiału do odpowiedniej temperatury, wygrzewaniu go w tej temperaturze
przez określony czas a następnie jego chłodzeniu z odpowiednią szybkością. Taki obraz
procesu obróbki cieplnej moŜna przedstawić na wykresie we współrzędnych temperatura –
czas (rys. 1).
Rys. 1. Wykres zmian temperatury w procesie obróbki cieplnej [8].
Zabiegi, podczas których niezaleŜnie od wysokości temperatury wygrzewania kończą się
powolnym chłodzeniem, nazywa się wyŜarzaniem.
Zabiegi, które kończą się szybkim chłodzeniem (oziębianiem) nazywa się hartowaniem,
jeŜeli uprzednio wskutek nagrzewania występował w stali austenit.
W czasie wygrzewania wyrównuje się temperatura w objętości całego przedmiotu
i zachodzą określone przemiany fazowe lub strukturalne. Często proces nagrzewania
i wygrzewania określa się jednym pojęciem – grzanie.

8
Grzanie moŜe być przeprowadzane w sposób ciągły lub stopniowy. Nie zawsze jest
wymagane grzanie całego przedmiotu, często obrabiamy cieplnie tylko jakiś fragment
przedmiotu lub nawet tylko określoną powierzchnię. Będziemy więc wyróŜniać grzanie
całkowite, częściowe i powierzchniowe.
Poprawny proces grzania powinien być szybki, ale równocześnie powinien zapewniać
równomierność grzania by nie spowodować uszkodzenia grzanego przedmiotu.
Do grzania przedmiotów stosuje się róŜnego typu piece ogrzewane prądem elektrycznym,
gazem, rzadziej ropą. Niektóre piece, np. muflowe, mają tzw. atmosferę ochronną
zabezpieczającą powierzchnię grzanego przedmiotu przed niekorzystnymi zmianami
(utlenianie, odwęglanie). Na rys. 2 podano przykłady pieców do nagrzewania. Od rodzaju
i typu pieca zaleŜy szybkość i równomierność nagrzewania. Największą szybkość
nagrzewania i jednocześnie największą równomierność grzania moŜna zapewnić stosując
piece kąpielowe z kąpielą solną lub metalową. Do najnowszych rozwiązań naleŜą piece
próŜniowe. Najczęściej stosuje się je do hartowania i wyŜarzania. Przedmioty obrabiane
w piecach próŜniowych mniej się odkształcają w porównaniu z tradycyjnymi sposobami
obróbki. Powierzchnia przedmiotu jest całkowicie zabezpieczona przed utlenianiem,
odwęglaniem i innymi niepoŜądanymi zjawiskami. Unika się kłopotliwego czyszczenia
przedmiotu.
Rys. 2. Schematy pieców do nagrzewania: a) z wysuwanym trzonem, b) kąpielowego [8].
Chłodzenie polega na obniŜaniu temperatury obrabianych cieplnie przedmiotów od
temperatury wygrzewania do temperatury otoczenia (najczęściej). Chłodzenie do temperatury
niŜszej, więc poniŜej 0°C, nazywa się wymraŜaniem. Przy szybkim obniŜaniu temperatury
mówimy, Ŝe przedmiot jest oziębiany, przy powolnym, naturalnym – studzony. Chłodzenie
moŜe być przeprowadzane jako ciągłe, przerywane i stopniowe. Chłodzenie ciągłe
przeprowadza się w jednym ośrodku chłodzącym, np. w powietrzu lub w kąpieli, i jest
najprostszym i najczęściej stosowanym sposobem chodzenia. Chłodzenie przerywane polega
na obniŜaniu temperatury do pewnej wartości pośredniej; po jej osiągnięciu przedmiot
przenosi się do innego ośrodka o innej prędkości chłodzenia. Chłodzenie stopniowe polega na
obniŜaniu temperatury do wartości pośredniej i przetrzymywaniu w tej temperaturze przez
pewien czas wystarczający do wyrównania temperatury w przedmiocie lub zajścia
określonych przemian. Ośrodkami chłodzącymi mogą być gazy (powietrze atmosferyczne),
ciecze – tzw. kąpiele hartownicze (woda, oleje, kąpiele solne, ołowiowe) i ciała stałe (płyty
miedziane, stalowe). Przy chłodzeniu ( równieŜ nagrzewaniu) jest poŜądana równomierna
zmiana temperatury w całej chłodzonej masie materiału, poniewaŜ zbyt duŜa róŜnica
temperatur moŜe wywołać napręŜenia osłabiające a w skrajnym przypadku mogą
spowodować nawet jego zniszczenie.
Wartość temperatury, czas wygrzewania i szybkość chłodzenia zaleŜą od rodzaju obróbki
cieplnej i od materiału. JeŜeli dla danego materiału będziemy zmieniać te parametry
(temperaturę, czas, szybkość), to skutki obróbki będą róŜne.
RozróŜnia się trzy podstawowe rodzaje obróbki cieplnej: wyŜarzanie, hartowanie
i przesycanie. Aby zrozumieć ich istotę, zapoznamy się z przemianami, jakie zachodzą w stali
w czasie ogrzewania i chłodzenia.

9
Przemiany w stali podczas grzania
Właściwości stali zaleŜą od jej składu chemicznego i charakteru budowy. W celu
zrozumienia przemian, jakie następują w stalach podczas obróbki cieplnej, naleŜy
przeanalizować wykres równowagi faz stopów Ŝelazo-węgiel. Na rys. 3 pokazano część
wykresu Ŝelazo-cementyt; obejmuje on stale w zakresie przemian w stanie stałym. Na
podstawie tego wykresu moŜna określić zmiany, jakie zachodzą w stalach w stanie stałym
podczas powolnego nagrzewania oraz ich strukturę. śelazo będące podstawowym
składnikiem stopu moŜe występować w dwóch odmianach alotropowych:
− Ŝelazo α (Feα), jest trwała do temperatury 910 o
C (punkt G),
− Ŝelazo γ(Feγ) występujące powyŜej tej temperatury trwałe do temperatury 1401o
C.
Zarówno w Ŝelazie α, jak i γ rozpuszcza się w stanie stałym węgiel. Roztwór stały węgla
w Ŝelazie α nazywa się ferrytem, a roztwór stały węgla w Ŝelazie γ austenitem. Temperatura
powstawania austenitu zaleŜy od zawartości węgla i jest określona na wykresie linią GSE(A3,
Acm), a jej najniŜsza wartość 723o
C występuje przy zawartości węgla 0,80 % C. Węgiel, który
nie wchodzi do roztworu tworzy cementyt ( węglik Ŝelaza Fe3C), który jest bardzo twardy, ale
kruchy.
Punkt S zwany eutektoidalnym, dzieli stale pod względem budowy na stale o zawartości
węgla poniŜej 0,80% (podeutektoidalne) i stale o zawartości węgla powyŜej 0,80%
(nadetektoidalne).
Stale o małej zawartości węgla mają strukturę, w skład, której wchodzi ferryt i perlit
(mieszanina eutektoidalna ferrytu i cementytu), natomiast stale nadetektoidalne wykazują
w strukturze obecność duŜej ilości perlitu oraz cementytu.
Rys. 3. Cześć układu równowagi Ŝelazo-cementyt [9].
W uproszczeniu moŜna przyjąć, Ŝe ogrzewanie do temperatury 723°C (linia A1) nie
powoduje zmian w budowie wewnętrznej stali. Po przekroczeniu temperatury 723°C.
następuje powolna przemiana perlitu w austenit. Przy dalszym podwyŜszeniu temperatury
w stalach podeutektoidalnych ( zawiera < 0,8% węgla) w austenicie rozpuszcza się ferryt,
a w stalach nadeutektoidalnych (zawierających >0,8% węgla) – cementyt. PowyŜej linii A3,
dla stali podeutektoidalnych i powyŜej linii Acm dla stali nadeutektoidalnych istnieje tylko

10
austenit. Opisane przemiany zachodzą dość wolno. Właśnie w celu zapewnienia czasu
wystarczającego dla pełnego zajścia odpowiedniej przemiany stosuje się wygrzewanie
Poza przemianami fazowymi i strukturalnymi obróbka cieplna moŜe spowodować zmianę
wielkości ziarn. Z zasady poŜądana jest budowa drobnoziarnista, gdyŜ zapewnia ona wyŜszą
udarność stali. Podczas przemiany perlitu w austenit zawsze, niezaleŜnie od wielkości ziaren
perlitu, powstają drobne ziarna austenitu. Dalsze podwyŜszanie temperatury sprzyja zanikaniu
granic pomiędzy niektórymi ziarnami, następuje rozrost ziaren. Skłonność do rozrostu ziaren
zaleŜy od składu chemicznego stali. W stalach zwanych gruboziarnistymi rozrost ziaren
następuje prawie zaraz po przekroczeniu temperatury A1, w stalach zwanych
drobnoziarnistymi drobne ziarna utrzymują się do pewnej temperatury często znacznie
wyŜszej od temperatury przemiany A1 dopiero po jej osiągnięciu następuje gwałtowny rozrost
ziaren.
Rys. 4. Schemat zmiany wielkości ziarna podczas nagrzewania i chłodzenia stali eutektoidalnej [6].
Przemiana odwrotna — austenitu w perlit, a więc zachodząca podczas chłodzenia, nie
powoduje zmiany wielkości ziarna. Z drobnoziarnistego austenitu otrzymujemy po
przemianie drobnoziarnisty perlit, z gruboziarnistego austenitu — gruboziarnisty perlit
(rys. 4).
Przemiany w stali podczas chłodzenia
Jak pamiętamy podczas chłodzenia, po wydzieleniu się z austenitu ferrytu (poczynając od
przemiany A3, dla stali podeutektoidalnych) lub cementytu (poczynając od przemiany Acm dla
stali nadeutektoidalnych) z pozostałego austenitu zawierającego 0,8% C w stałej temperaturze
przemiany A1 następuje wykrystalizowanie mieszaniny płytek cementytu i ferrytu – powstaje
perlit.
Wykrystalizowanie płytek cementytu wymaga znacznych przesunięć atomów, a więc
konieczny jest odpowiedni czas dla ich uformowania. Związek pomiędzy czasem,
temperaturą i charakterem przemiany przedstawia się na wykresach zwanych wykresami CTP
lub teŜ – ze względu na kształt krzywych – wykresami C (rys. 5). Na tych wykresach krzywa
oznaczana symbolem p określa początek przemiany austenitu w perlit, krzywa oznaczana
symbolem k określa koniec tej przemiany. Naniesione na ten wykres linie oznaczone
symbolem u określają róŜne szybkości chłodzenia
Opisana poprzednio przemiana austenitu na perlit płytkowy zachodzi przy powolnym
chłodzeniu, oznaczonym na wykresie symbolem u1 Przy większych szybkościach chłodzenia
(v2) cementyt nie zdąŜy uformować się w postaci wyraźnych płytek i krystalizuje się
w postaci drobnych ziarn – powstaje struktura zwana perlitem drobnym. Chłodząc
z szybkością u3 otrzymujemy bardzo drobny cementyt, wykrywalny dopiero przy obserwacji
zgładu pod mikroskopem elektronowym. Taką strukturę, złoŜoną z bardzo drobnego
cementytu i ferrytu, nazywa się bainitem górnym. Przy sposobie chłodzenia określonym linią
v4, otrzymuje się charakterystyczne igły widoczne pod mikroskopem metalograficznym. Igły

11
te składają się z bardzo drobnych płytek cementytu i ferrytu. Strukturę taką nazywa się
bainitem dolnym. Wszystkie struktury otrzymane po tych przemianach, a wiec struktura
perlitu i struktura bainitu, składają się z dwóch faz: cementytu i ferrytu.
Przemiana austenitu na perlit jest przemianą dyfuzyjną. (dyfuzja – proces
rozprzestrzeniania się cząsteczek w gazie, cieczy lub ciałach stałych pod wpływem róŜnicy
ciśnień parcjalnych). Im większe przechłodzenie, tym wolniej przebiega dyfuzja. Przy
szybkości chłodzenia większej od szybkości krytycznej (v5 = vkr) przemiana dyfuzyjna nie
zdąŜy zajść. Natomiast w pewnej bardzo niskiej temperaturze zachodzi zupełnie inna,
bezdyfuzyjna przemiana austenitu na strukturę jednofazową, zwaną martenzytem. Początek
tej przemiany określa na wykresie linia Ms. Martenzyt jest silnie przesyconym roztworem
węgla w Ŝelazie α (Feα). Objętość martenzytu jest większa niŜ objętość austenitu. Powoduje
to powstanie w materiale napręŜeń ściskających i przyczynia się do zahamowania przemiany
austenitu na martenzyt. Pozostały austenit nazywa się austenitem szczątkowym; moŜna
zmniejszyć jego ilość przez dalsze obniŜenie temperatury.
Rys. 5. Wykres przemian przechłodzonego austenitu [1].
Na połoŜenie krzywych C i linii Ms i Mf zasadniczy wpływ ma zawartość węgla i udział
pierwiastków stopowych. Przy małej zawartości węgla trwałość austenitu jest bardzo mała,
początek przemiany austenitu na perlit zachodzi po bardzo krótkim czasie. Krytyczna
szybkość chłodzenia (najmniejsza szybkość chłodzenia, przy której z austenitu o danej
zawartości węgla powstaje martenzyt) jest bardzo duŜa.
W stalach o zawartości poniŜej 0,2% C praktycznie stosowane sposoby chłodzenia nie
zapewniają osiągnięcia prędkości krytycznej koniecznej dla uzyskania struktury
martenzytycznej. Dlatego stali tych nie hartuje się. Wzrost zawartości węgla, a takŜe dodanie
do stali takich pierwiastków, jak nikiel, chrom, wolfram i molibden – powodują opóźnienie
początku przemiany austenitu na perlit i zmniejszenie krytycznej szybkości chłodzenia.
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co stanowi istotę obróbki cieplnej?
2. Jakie przemiany zachodzą w stali podczas nagrzewania i wygrzewania?
3. Jak się zmienia wielkość ziarna podczas nagrzewania stali eutektoidalnej?
4. Jakie zmiany struktury zachodzą w stali podczas chłodzenia?
5. Jaki wpływ na strukturę stali ma szybkość chłodzenia podczas obróbki cieplnej?

12
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wyznacz temperaturę przemiany austenitycznej dla stali niestopowej 15(C15), 25 (C25),
45 (C45), na podstawie wykresu Fe-C.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zidentyfikować stal niestopową 15(C15), 25 (C25), 45 (C45),
2) zidentyfikować zachodzące przemiany podczas nagrzewania stali i jej wygrzewania,
3) wyznaczyć temperaturę przemiany austenitycznej na podstawie wykresu Fe-C,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie,
5) dokonać oceny,
6) zapisać wyniki przeprowadzonego ćwiczenia.
WyposaŜenie stanowiska pracy:
− wykres Fe-C,
− PN,
− literatura,
− filmy dydaktyczne,
− foliogramy.
Ćwiczenie 2
Wyznacz przemiany strukturalne zachodzące podczas nagrzewania, wygrzewania
i chłodzenia dla stali podeutektoidalnej, etektoidalnej i nadetektoidalnej.
1) zidentyfikować stal podeutektoidalną, etektoidalną i nadetektoidalną na wykresie Fe-C,
2) określić przemiany zachodzące podczas nagrzewania stali i jej wygrzewania oraz podczas
chłodzenia,
3) wyznaczyć temperaturę przemiany na podstawie wykresu Fe-C,
5) dokonać oceny,
− wykre Fe-C,
− PN,
− literatura,
− foliogramy.

13
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wyjaśnić istotę obróbki cieplnej?
2) rozróŜnić przemiany strukturalne zachodzące w stali podczas
nagrzewania i wygrzewania?
3) wyjaśnić, jakie zmiany strukturalne zachodzą w stali podczas
chłodzenia?
4) scharakteryzować zabiegi stosowane w obróbce cieplnej?
5) rozróŜnić materiały, które moŜna poddawać obróbce cieplnej?

14
4.2. Wykonywanie obróbki cieplnej
WyŜarzanie
WyŜarzanie polega na nagrzaniu stopu do określonej temperatury (rys. 6), wygrzewaniu
w tej temperaturze i powolnym chłodzeniu (studzeniu). Fazy otrzymane po tej obróbce są
zgodne ze stanem równowagi stopu.
RozróŜnia się następujące rodzaje wyŜarzania: ujednorodniające, normalizujące, zupełne,
zmiękczające, odpręŜające, rekrystalizujące i odpuszczające (wyŜarzanie odpuszczające,
zwane odpuszczaniem, stosuje się po hartowaniu).
Rys. 6. Zakresy temperatur wyŜarzania i hartowania stali [5].
WyŜarzanie ujednorodniające (homogenizowanie) powoduje usunięcie niejednorodności
chemicznej ziaren roztworu stałego i częściowo faz wydzielonych na granicach ziarn.
Stosowane jest do wyŜarzania wlewków i odlewów staliwnych.
WyŜarzanie normalizujące (normalizowanie) stosuje się w celu uzyskania równomiernej
i rozdrobnionej struktury. Polega na nagrzaniu stali do temperatury o 30–50°C powyŜej A1
lub Acm (w zaleŜności od tego, czy stal jest podeutektoidalna, czy nadeutektoidalna),
wygrzewaniu w tej temperaturze przez czas niezbędny do stworzenia struktury austenitycznej
i następnie chłodzeniu w spokojnym powietrzu. Normalizowanie polepsza właściwości
mechaniczne stali, bywa teŜ stosowane jako obróbka przygotowująca do hartowania czy do
ratowania stali przegrzanych.
WyŜarzanie zupełne jest właściwie odmianą wyŜarzania normalizującego, róŜni się od
niego tylko powolniejszym chłodzeniem, początkowo razem z piecem, a następnie
w spokojnym powietrzu. Po wyŜarzaniu zupełnym stal odznacza się dobrą ciągliwością, małą
twardością i dobrą obrabialnością.
WyŜarzanie zmiękczające (sferoidyzujące) polega na wygrzewaniu stali w temperaturze
30÷50°C. PowyŜej A1 i chłodzeniu z przetrzymaniem w stałej temperaturze nieco poniŜej A1
lub (częściej) na wahadłowym podgrzewaniu do temperatury powyŜej A1 i studzeniu do
temperatury poniŜej A1 (od 680°C do 740°C). Następuje przerywanie siatki cementytu
i formowanie tzw. cementytu kulkowego występującego na tle ferrytu. Taki proces nazywa
się sferoidyzacją. Powoduje ona obniŜenie twardości, zwiększenie elastyczności i poprawę
obrabialności stali.

15
WyŜarzanie odpręŜające ma na celu zmniejszenie napręŜeń własnych powstających
w czasie odlewania, kucia, spawania, obróbki plastycznej na zimno czy nawet podczas
zgrubnego skrawania. W czasie tej obróbki temperatura wygrzewania stali powinna być
niŜsza od temperatury rekrystalizacji, w której mogłyby zachodzić przemiany fazowe lub
strukturalne. Chłodzenie powinno być powolne, przewaŜnie wraz z piecem.
WyŜarzanie rekrystalizujące stosuje się w celu usunięcia skutków zgniotu wywołanego
obróbką plastyczną na zimno. Wymaga nagrzania do temperatury wyŜszej od temperatury
rekrystalizacji.
Hartowanie
Hartowanie polega na nagrzaniu stali o 30–50o
CpowyŜej temperatury przemiany A1 lub
A1,3 (rys. 6), wygrzaniu w tej temperaturze aŜ do otrzymania struktury austenitycznej
(w stalach podeutektoidalnych) lub austenityczno-cementytowej (w stalach
nadeutektoidalnych), a następnie na oziębianiu z szybkością najczęściej większą od szybkości
krytycznej. Celem tej obróbki cieplnej jest uzyskanie bardzo twardej struktury
martenzytycznej. Twardość martenzytu w zaleŜności od zawartości węgla wynosi
40–64 HRC. Stosowane są równieŜ odmiany hartowania dające struktury bainityczne, na
przykład hartowanie z przemianą izotermiczną.
W zaleŜności od sposobu chłodzenia rozróŜnia się hartowanie zwykłe, przerywane,
stopniowe i z przemianą izotermtczną (izotermiczne). Dla oziębiania stali niestopowych
o zawartości 0,45–65% C odznaczających się bardzo duŜą szybkością krytyczną, stosuje się
wodę. Stale o większej zawartości węgla z dodatkiem na przykład chromu, niklu, wolframu
moŜna chłodzić w oleju lub nawet w strumieniu spręŜonego powietrza. Szybkość chłodzenia
w hartowanym przedmiocie jest największa na powierzchni i maleje w kierunku rdzenia. Przy
odpowiednio duŜych przekrojach materiał jest zahartowany tylko do pewnej głębokości, dalej
w głąb tworzą się w kolejności struktury bainityczne i perlityczne. Zdolność do hartowania
w głąb nazywa się hartownością. W zaleŜności od moŜliwej do uzyskania grubości warstwy
zahartowanej rozróŜnia się stale głęboko i płytko hartujące się. Hartowność stali znacznie
podwyŜszają chrom i nikiel.
W wielu przypadkach celem obróbki cieplnej jest uzyskanie tylko twardej odpornej na
ścieranie powierzchni przy zachowaniu w miarę ciągliwego rdzenia. Stosuje się wtedy
hartowanie powierzchniowe. Polega ono na bardzo szybkim nagrzaniu warstwy
powierzchniowej i szybkim chłodzeniu jej w wodzie lub powietrzu tak, Ŝe hartuje się tylko ta
warstwa materiału, która osiągnęła temperaturę hartowania. W zaleŜności od sposobu
nagrzewania warstwy wierzchniej rozróŜnia się hartowanie powierzchniowe:
− płomieniowe – z nagrzewaniem warstwy wierzchniej od płomienia gazu (rys. 7a),
− indukcyjne – z nagrzewaniem warstwy wierzchniej za pomocą szybkozmiennych prądów
indukcyjnych (rys. 7b),
− kąpielowe – z nagrzewaniem warstwy wierzchniej przez zanurzenie w nagrzanej do
odpowiedniej temperatury kąpieli solnej lub metalowej.
Głębokość warstwy zahartowanej po hartowaniu powierzchniowym zwykle wynosi
0,4–2 mm.

16
Rys. 7. Hartowanie: a) płomieniowe, b) indukcyjne, 1) przedmiot hartowany, 2) warstwa nagrzewana.
3) warstwa zahartowana, 4) palnik, 5) wzbudnik, 6) urządzenie do chłodzenia [8].
Odpuszczanie
Odpuszczanie stosuje się do przedmiotów uprzednio zahartowanych. Polega ono na
nagrzaniu (rys. 7) zahartowanej stali do temperatury poniŜej przemiany A1, wygrzaniu w tej
temperaturze i schłodzeniu (najczęściej z dowolną szybkością). Stal o strukturze
martenzytycznej jest bardzo twarda, ale teŜ krucha i mało plastyczna. Ponadto hartowanie
powoduje powstanie często bardzo znacznych napręŜeń wewnętrznych. Celem odpuszczania
jest właśnie złagodzenie tych negatywnych skutków hartowania kosztem niezbyt duŜego
obniŜenia twardości. RozróŜnia się odpuszczanie:
− niskie, przeprowadza się je w zakresie temperatur 150–250o
C w celu usunięcia napręŜeń
hartowniczych, przy zachowaniu wysokiej twardości i wytrzymałości. Wskutek podgrzania
stali następuje zamiana austenitu szczątkowego na martenzyt, który równocześnie zamienia
się na martenzyt regularny, zwany teŜ martenzytem odpuszczania,
− średnie, prowadzi się je w zakresie temperatur 350–450°C co pozwala na utrzymanie
dość wysokiej granicy spręŜystości i twardości materiału przy dostatecznej plastyczności.
Następuje zamiana struktury martenzytycznej na bardzo drobną strukturę perlityczną,
− wysokie, przeprowadza się je w temperaturze wyŜszej od 500°C, ale niŜszej od
temperatury przemiany A1. Wytworzony w tym zakresie temperatur perlit składa się
z bardzo drobnego cementytu kulkowego i ferrytu. Odpuszczanie wysokie powoduje
wzrost ciągliwości i udarności materiału przy dostatecznie duŜej wytrzymałości.
Odpuszczanie wysokie prowadzi do znacznego zmniejszenia twardości warstwy
wierzchniej i nieznacznego w głębi materiału, w efekcie występuje wyrównanie twardości
w całym przekroju. Stale po wysokim odpuszczaniu odznaczają się korzystnym zestawieniem
właściwości wytrzymałościowych i plastycznych. Hartowanie w połączeniu z odpuszczaniem
wysokim lub średnim nazywa się często ulepszaniem cieplnym.
Przesycanie stali
Często roztwory stałe występujące w stopach metali przy obniŜaniu ich temperatury
wykazują zmniejszenie zdolności do rozpuszczania jednego składnika w drugim. Na przykład
Ŝelazo α maksymalną ilość atomów węgla moŜe przyjąć do swojej sieci w temperaturze
723°C. Ta graniczna rozpuszczalność wynosi 0,02%. Z wykresu równowagi Ŝelazo-cementyt
wynika, Ŝe przy chłodzeniu (powolnym) ferryt będzie uboŜał w węgiel, będzie się wydzielać
nowa faza – kryształy cementytu trzeciorzędowego. JeŜeli zastosujemy chłodzenie o duŜej
szybkości, to węgiel nie zdąŜy wykrystalizować się w postaci cementytu i pozostanie w sieci
Ŝelaza α. Powiemy, Ŝe powstał roztwór przesycony. Fazowo jest on niezgodny z fazami
istniejącymi w stanie równowagi w temperaturze otoczenia, zgodny jest natomiast z fazami
istniejącymi w temperaturze wygrzewania. Istotą przesycania jest więc uzyskanie
w temperaturze otoczenia struktury odpowiadającej fazowo temperaturze odpowiednio
wyŜszej. W tym celu stop nagrzewa się powyŜej temperatury określonej krzywą granicznej

17
rozpuszczalności, wygrzewa w tej temperaturze i następnie szybko schładza. Przesycanie stali
niskowęglowych zabezpiecza przed wydzieleniem na granicach ziarn ferrytu siatki kruchego
cementytu. Dzięki temu obróbka ta znacznie podwyŜsza właściwości plastyczne stali
i znajduje zastosowanie do blach przeznaczonych do głębokiego tłoczenia. Przesycanie
stosuje się równieŜ do stali kwasoodpornych (stale o strukturze austenitycznej), a takŜe do
stopów aluminium i niektórych stopów miedzi.
Wady obróbki cieplnej
Do najczęściej spotykanych wad przedmiotów obrobionych cieplnie moŜna zaliczyć:
− miękkie plamy, stanowiące na powierzchni przedmiotu miejsca o znacznie obniŜonej
twardości,
− odwęglanie, polegające na zmniejszeniu zawartości węgla w przypowierzchniowej
warstwie przedmiotu, powodowanym chemicznym działaniem ośrodka,
− przegrzanie, którego skutkiem jest nadmierny rozrost ziarn materiału przedmiotu,
powodowany zbyt wysoką temperaturą lub zbyt długim czasem grzania,
− przepalanie, przejawiające się znacznym przegrzaniem oraz nieodwracalnymi zmianami
na granicach ziarn,
− przewęglenie, polegające na nadmiernym nasyceniu węglem warstwy przypowierzchniowej
przedmiotu,
− utlenianie wewnętrzne, polegające na utlenianiu się warstwy przypowierzchniowej
przedmiotu wzdłuŜ granic ziarn.
4.2.2 Pytania sprawdzające
1. Na czym polega wyŜarzanie?
2. Jakie rozróŜniamy odmiany wyŜarzania?
3. Na czym polega hartowanie stali?
4. Na czym polega odpuszczanie?
5. Na czym polega przesycanie stali?
6. Jakie mogą wystąpić wady obróbki cieplnej?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Ustal temperaturę wyŜarzania normalizującego dla stali 45 (C45), 40H(41Cr4), 18G2A
(P460N).
1) ustalić temperaturę wyŜarzania dla określonej stali i rodzaju zabiegu na podstawie
dostępnej literatury,
2) dokonać oceny,
4) zapisać wyniki.

18
− wykres Fe-C,
− literatura.
Ćwiczenie 2
Dobierz temperaturę hartowania i odpuszczania niskiego, środowisko chłodzące i sposób
chłodzenia dla przedmiotu wykonanego ze stali 45 (C45).
1) dobrać temperaturę hartowania,
2) dobrać temperaturę odpuszczania niskiego,
3) określić sposoby chłodzenia przy hartowaniu w zaleŜności od kształtu i wielkości
przedmiotu,
4) określić jak sprawdzić jakość wykonanego hartowania,
5) rozpoznać strukturę stali po hartowaniu i odpuszczaniu,
− PN,
− filmy dydaktyczne, foliogramy,
− literatura.
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wyjaśnić, na czym polega wyŜarzanie?
2) wyjaśnić, na czym polega hartowanie?
3) wyjaśnić, na czym polega odpuszczanie?
4) dobrać rodzaj wyŜarzanie?
5) dobrać temperaturę nagrzania do hartowania?
6) dobrać rodzaj odpuszczanie?
7) zastosować przepisy bhp, ppoŜ. i ochrony środowiska podczas
obróbki cieplnej?

19
4.3. Wiadomości podstawowe o obróbce cieplno-chemicznej
Obróbka cieplno-chemiczna polega na zmianie składu chemicznego warstwy wierzchniej
materiału wskutek aktywnego oddziaływania środowiska na jego powierzchnie. Obok
temperatury występuje tu nowy czynnik obróbki – środowisko aktywne chemicznie. Podstawą
obróbki cieplno-chemicznej jest zjawisko dyfuzji, której intensywność rośnie wraz ze
wzrostem temperatury i czasu wygrzewania. Zjawisko dyfuzji polega na przenikaniu atomów
ze środowiska, na przykład węgla, azotu lub innych pierwiastków w głąb obrabianego
materiału.
Do najwaŜniejszych rodzajów obróbki cieplno-chemicznej naleŜą: nawęglanie,
azotowanie, cyjanowanie (łączne nasycanie powierzchni węglem i azotem). Stosuje się
równieŜ nasycanie warstwy wierzchniej takimi pierwiastkami, jak: aluminium, krzem, chrom,
bor i inne.
Nawęglanie stosuje się do elementów maszyn, od których wymaga się twardej, odpornej
na ścieranie powierzchni i ciągliwego rdzenia. Nawęglanie jest procesem polegającym na
dyfuzyjnym nasycaniu warstwy wierzchniej stali węglem w celu nadania jej zdolności do
hartowania. Nawęgla się stale o zawartości węgla nie przekraczającej 0,30% C. Sieć
przestrzenna Ŝelaza α moŜe pomieścić tylko niewielkie ilości węgla. Znacznie więcej węgla
moŜe przyjąć sieć Ŝelaza γ. Dlatego przy nawęglaniu stal podgrzewa się powyŜej przemiany
A3. Praktycznie, w zaleŜności od zawartości węgla w stali, przyjmuje się temperaturę
nawęglania od 880°C do 940°C. Środowisko słuŜące do nawęglania nazywa się
karboryzatorem i moŜe być stałe, ciekłe lub gazowe. Czas nagrzewania zaleŜy od
temperatury wygrzewania, aktywności środowiska nawęglającego i wymaganej grubości
warstwy nawęglania, którą przyjmuje się najczęściej od 0,5 do 2,5 mm. PodwyŜszanie
temperatury, a takŜe wydłuŜanie czasu wygrzewania prowadzi do zwiększenia grubości
warstwy nawęglanej, ale powoduje teŜ znaczny rozrost ziarn w całej objętości materiału.
W celu stworzenia struktury drobnoziarnistej po nawęglaniu naleŜy stal normalizować. Po
normalizowaniu przeprowadza się hartowanie. Temperatura hartowania powinna być większa
od przemiany A1,3 tj. około 750o
C. W celu odpręŜenia stali po hartowaniu stosuje się niskie
odpuszczanie w temperaturze około 180°C. Zespół kolejno po sobie następujących operacji
nawęglania, hartowania i odpuszczania jest nazywany węgloutwardzaniem cieplnym. Dla
mało odpowiedzialnych elementów maszyn po nawęglaniu moŜna ograniczyć obróbkę
cieplną do hartowania. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe nawęglanie bez hartowania warstwy nawęglanej
nie miałoby znaczenia praktycznego.
Azotowanie polega na nasyceniu wierzchniej warstwy stali azotem. W podwyŜszonej
temperaturze azot łatwo wiąŜe się z Ŝelazem tworząc roztwory stałe i związki chemiczne.
W obecności takich dodatków stopowych jak aluminium, chrom i molibden tworzy z nimi
odpowiednie azotki. Azotki te odznaczają się bardzo duŜą twardością, większą od twardości
martenzytu. Proces azotowania znacznie utrudnia węgiel. Dlatego do azotowania nie nadają
się stale wysokowęglowe. Praktycznie azotowanie stosuje się do stali stopowych, szczególnie
do stali zawierających aluminium, gdyŜ aluminium tworzy z azotem najtwardsze azotki.
Azotowanie przeprowadza się zazwyczaj po ulepszaniu cieplnym (po hartowaniu
i odpuszczaniu) i po obrobieniu powierzchni na ostateczny wymiar. Przedmioty do
azotowania umieszcza się w specjalnych piecach, przez które przepływa amoniak, i wygrzewa
przez około 30 godzin w temperaturze 520–540°C. Grubość warstewki nasyconej azotem
przewaŜnie nie przekracza 0,8 mm. Azotowanie prawie nie wpływa na zmianę wymiarów.
Powierzchnie azotowane odznaczają się duŜą odpornością na ścieranie i na korozję.

20
Cyjanowanie (węgloazotowanie kąpielowe) jest to proces nasycania warstwy wierzchniej
węglem i azotem. W zaleŜności od temperatury obróbki intensywniejsze jest nawęglanie lub
azotowanie. W temperaturze 800–850°C zachodzi głównie nawęglanie i wobec tego warstwa
nasycona wymaga hartowania. W temperaturze niŜszej – ok. 500°C, dominuje azotowanie
i warstwa cyjanowana nie wymaga hartowania. Po cyjanowaniu w wysokich temperaturach
grubość warstwy dochodzi do 0,3 mm, w niskich temperaturach – tylko do 0,04 mm.
Cyjanowanie wymaga krótkiego czasu wygrzewania, przewaŜnie 20–30 minut. Powierzchnie
cyjanowane odznaczają się przewaŜnie bardzo duŜą twardością i odpornością na ścieranie.
Obróbkę tę stosuje się głównie do narzędzi skrawających i części przyrządów pomiarowych.
Najczęściej cyjanowanie przeprowadza się w ciekłych kąpielach stopionego cyjanku sodu
NaCN lub cyjanku wapna Ca(CN)2. Obecnie, stosuje się równieŜ węgloazotowanie w gazach
zawierających węgiel i azot.
Obróbka cieplna stopów metali nieŜelaznych
Znaczne zmiany właściwości mechanicznych i innych uzyskuje się równieŜ po
zastosowaniu obróbki cieplnej do stopów metali nieŜelaznych. Stopy aluminium z miedzią,
a takŜe z manganem i krzemem, uzyskują wysokie właściwości wytrzymałościowe dopiero
po obróbce cieplnej zwanej przesycaniem. Obróbka ta polega na podgrzewaniu stopu do
temperatury, w której składnik stopowy w odpowiednio większym stopniu rozpuszcza się
w aluminium, wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie na szybkim oziębianiu w celu
zatrzymania tego składnika w roztworze. Taki roztwór jest roztworem przesyconym. Przez
pewien czas, rzędu kilku godzin, stop po przesycaniu wykazuje bardzo dobre właściwości
plastyczne, przy nie zmienionych właściwościach wytrzymałościowych. Czas ten
wykorzystuje się do prowadzenia obróbki plastycznej.
W stopie przesyconym, a więc niezgodnym z warunkiem równowagi, występują
tendencje do powrotu do stanu równowagi. Stop „przygotowuje się” do wydzielenia fazy
przesycającej, koncentrując w pewnych miejscach sieci aluminium atomy składnika
przesycającego. Częściowo moŜe nastąpić teŜ wydzielenie fazy przesycającej, ale o strukturze
innej niŜ w stanie równowagi. Przemianom tym towarzyszy wzrost napręŜeń wewnętrznych,
co w efekcie powoduje znaczny wzrost właściwości wytrzymałościowych. Procesy takie
nazywa się starzeniem. Starzenie w temperaturze otoczenia przebiega samorzutnie i nazywa
się starzeniem naturalnym. Proces starzenia przebiegający w podwyŜszonej temperaturze
nazywa się starzeniem sztucznym. Po starzeniu stopy aluminium tracą dobre właściwości
plastyczne, a zyskują znacznie lepsze właściwości wytrzymałościowe.
Obróbkę cieplną polegającą na przesycaniu, a następnie starzeniu nazywa się
utwardzaniem dyspersyjnym. Podgrzanie stopu w ciągu 2–3 minut do temperatury 200°C
powoduje ponowne odzyskanie dobrych właściwości plastycznych i pogorszenie właściwości
wytrzymałościowych. Zjawisko to nazywa się nawrotem. W 2–3 godziny po podgrzaniu stop
znowu traci dobre właściwości plastyczne i zyskuje dobre właściwości wytrzymałościowe.
Do stopów aluminium stosuje się równieŜ wyŜarzanie zmiękczające i rekrystalizujące.
Stopy magnezu z aluminium, cynkiem i innymi pierwiastkami równieŜ obrabia się
cieplnie. Najczęściej stosuje się wyŜarzanie zmiękczające, ujednorodniające oraz utwardzanie
dyspersyjne.
Zabiegi obróbki cieplnej stosuje się równieŜ do stopów miedzi. W celu zmniejszenia
wytrzymałości i poprawienia właściwości plastycznych stopów stosuje się wyŜarzanie
zmiękczające lub rekrystalizujące. Dla podwyŜszenia właściwości wytrzymałościowych
niektóre stopy, np. brązy, berylowe, poddaje się utwardzaniu dyspersyjnemu, Do brązów
aluminiowych (brązale) stosuje się hartowanie i odpuszczanie.

21
Aluminiowanie, zwane inaczej aliterowaniem lub kaloryzowaniem, polega na
wprowadzeniu glinu do stali. Proces nasycania glinem odbywa się w mieszaninie
sproszkowanego aluminium, tlenku aluminium i chlorku amonu w temperaturze około 900°C.
Grubość warstwy wzbogaconej w glin zaleŜy od czasu trwania procesu. Po 24 godzinach
osiąga się warstwę grubości 1 mm, zawierającą około 50% Al.
Aluminiowaniu poddaje się przedmioty przeznaczone do pracy w podwyŜszonej
temperaturze w atmosferze utleniającej. Utworzona na warstwie aluminium warstwa tlenków
chroni metal podłoŜa przed dalszym utlenianiem. Wadą tych warstw jest ich kruchość.
Bezpieczeństwo pracy przy obróbce cieplnej i cieplno-chemicznej
W oddziałach obróbki cieplnej pracownikowi zagraŜa cały szereg szkodliwych dla
zdrowia czynników fizycznych i chemicznych. PodwyŜszona temperatura w pomieszczeniach
jest przyczyną zakłócenia w ustroju człowieka równowagi wodnej i solnej. RóŜnica tej
temperatury z temperaturą zewnętrzną powoduje przyspieszoną wymianę powietrza i moŜe
stać się przyczyną schorzeń dróg oddechowych i narządów ruchu. Promieniowanie świetlne i
podczerwone stwarza zagroŜenie dla oczu.
Cały szereg substancji chemicznych stosowanych lub powstających w procesie obróbki
cieplnej moŜe stać się przyczyną powaŜnych zatruć. Zatruciem groŜą; tlenek węgla (czad),
powstający jako niepełny produkt spalania, arkoleina (produkt rozkładu olejów
organicznych), związki cyjanowe, kwas solny, ołów i wiele innych. Do organizmu człowieka
substancje te przenikają właściwymi sobie drogami, a mianowicie przez układ oddechowy,
pokarmowy, błonę śluzową, a takŜe przez skórę. Ze względu na niewielkie, ale
systematycznie odbierane dawki substancji trujących objawy zatrucia mogą być przez długi
okres niezauwaŜalne lub lekcewaŜone.
Wysoka temperatura i cały szereg materiałów palnych stwarzają zagroŜenie poŜarowe,
często teŜ istnieje niebezpieczeństwo wybuchu. Szczególnie silne zagroŜenie występuje przy
piecach próŜniowych. Przedostanie się do komory pieca nawet niewielkich ilości oleju, wody
lub powietrza moŜe spowodować wybuch.
W celu zmniejszenia istniejącego zagroŜenia pracownicy oddziałów obróbki cieplnej
muszą znać ogólne i szczegółowe przepisy bhp dotyczące obsługiwanych urządzeń oraz
bezwzględnie ich przestrzegać, stosować środki ochrony osobistej.
1. Na czym polega nawęglanie?
2. W jakich środowiskach przeprowadza się nawęglanie?
3. W jakim celu stosujemy azotowanie?
4. Na czym polega cyjanowanie?
5. Na czym polega aluminiowanie?
6. Jakie zagroŜenia bhp występują przy obróbce cieplnej?

22
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Zaplanuj procesu nawęglania wałka wykonanego ze stali stopowej 20 HG (20MnCr5)
w środowisku stałym.
1) zapoznać się z istotą procesu nawęglania,
2) ustalić temperaturę nawęglania,
3) określić kolejność zabiegów nawęglania,
4) dobrać skład środowiska nawęglającego,
5) ustalić obróbkę cieplną po nawęglaniu,
6) określić sposób sprawdzenia jakość wykonanego nawęglania,
7) stosować przepisy bhp podczas procesu obróbki cieplnej,
9) zapisać wyniki.
− PN, poradniki,
− foliogramy, filmy dydaktyczne,
− literatura.
Ćwiczenie 2
Zaplanuj proces azotowania uzębienia koła zębatego.
1) zapoznać się z zasadami wykonania azotowania,
2) dobrać stal nadającą się do azotowania,
3) przewidzieć zabiegi procesu azotowania określonego przedmiotu,
4) dobrać warunki wykonania azotowania,
6) zapisać wyniki.
− poradniki,
− filmy dydaktyczne, foliogramy.
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wyjaśnić istotę nawęglania?
2) określić, w jakich środowiskach chemicznych następuje nawęglanie?
3) zaplanować proces nawęglania określonego przedmiotu?
4) wyjaśnić, na czym polega azotowanie?
5) wyjaśnić, na czym polega aluminiowanie?

23
4.4 Podstawy obróbki plastycznej
Odkształcenia spręŜyste i plastyczne
Wszystkie metale i stopy mają budowę krystaliczną. Rysunek 8 przedstawia
schematycznie typową strukturę polikryształu złoŜoną z wielu monokryształów, to jest
pojedynczych ziarn o róŜnych orientacjach osi i płaszczyzn sieci krystalicznych. Ziarna są
oddzielone warstewkami zanieczyszczeń i wtrąceń niemetalicznych.
Monokryształy mają róŜne defekty, przede wszystkim dyslokacje, których istnienie
umoŜliwia obróbkę plastyczną (odkształcenie monokryształu o idealnie regularnej siatce
wymaga ogromnych sił).
Rys. 8. Schemat polikryształu [8].
Wywierając siłę na monokryształ, przy wzrastających napręŜeniach, powodujemy zmiany
odległości atomów w siatce krystalicznej wiąŜe się z tym pewna zmiana (przyrost lub ubytek)
objętości. Stan ten jest jednak nietrwały – po usunięciu obciąŜenia odkształcenie to zwane
odkształceniem spręŜystym, znika i monokryształ wraca do stanu początkowego.
Jeśli napręŜenie w monokrysztale stanie się odpowiednio duŜe. wystąpi – niezaleŜnie od
odkształcenia spręŜystego – odkształcenie plastyczne (to znaczy odkształcenie trwałe).
Mechanizm tego odkształcenia moŜe być róŜny, ale zawsze polega ono na wzajemnym
przemieszczaniu się całych warstw atomów. Najczęściej odkształcenie plastyczne jest
wywołane poślizgiem.
Odkształcenie plastyczne jest trwałe – nie znika po usunięciu napręŜeń zewnętrznych.
MoŜe być teŜ znacznie większe niŜ odkształcenie spręŜyste. Podczas odkształcenia
plastycznego objętość materiału nie ulega zmianie – fakt ten ma podstawowe znaczenie dla
projektowania procesów obróbki plastycznej i ich oprzyrządowania.
Jak juŜ stwierdziliśmy, defekty struktury krystalicznej umoŜliwiają praktyczną realizację
obróbki plastycznej, czyli wystąpienie poślizgu przy stosunkowo niewielkim napręŜeniu
Jednak w miarę wzrostu odkształcenia liczba dyslokacji rośnie, co powoduje z kolei
utrudnienie dalszych przemieszczeń warstw atomów. Zjawisko to, ograniczające powaŜnie
obróbkę plastyczną, nazywamy umocnieniem. Umocnienie powoduje wzrost twardości
i polepszenie właściwości mechanicznych jednak przy znacznym zmniejszeniu plastyczności.
Przechodząc do polikryształu stwierdzimy, Ŝe jego odkształcenie spręŜyste polega na
niezaleŜnym, jednoczesnym odkształceniu spręŜystym wszystkich ziarn (monokryształów).
Natomiast odkształcenie plastyczne polikryształu jest bardziej złoŜone, gdyŜ występują tu
jednocześnie dwa zjawiska:
− odkształcenia plastyczne poszczególnych ziarn,
− przemieszczenie wzajemne ziarn.
W rezultacie powstaje struktura ukierunkowana, z ziarnami wydłuŜonymi (rys. 9).
Zjawisko to nazywamy zgniotem. Metal ze zgniotem charakteryzuje się duŜymi napręŜeniami
wewnętrznymi.

24
Metal z duŜym zgniotem i silnie umocniony jest mało podatny na dalszą obróbkę
plastyczną. MoŜna mu przywrócić pierwotne właściwości plastyczne przez ogrzanie do
odpowiednio wysokiej temperatury; zajdą wówczas kolejno następujące zjawiska:
− nawrót (zdrowienie), polegający na częściowej odbudowie struktury i zmniejszeniu
napręŜeń wewnętrznych, jednak bez istotnych zmian kształtu i wymiarów ziarn,
− rekrystalizacja, czyli całkowita odbudowa struktury, z likwidacją umocnienia i zgniotu
(ziarna przybierają pierwotne wymiary).
Rys. 9. Zgniot – kolejne fazy [8].
Po rekrystalizacji i ostudzeniu metalu moŜna go powtórnie odkształcać plastycznie. Dla
róŜnych gatunków stali temperatura rekrystalizacji wynosi orientacyjnie 750–950°C; zaleŜy
ona takŜe od zgniotu (im zgniot większy, tym temperatura rekrystalizacji niŜsza).
Uwzględniając zjawisko rekrystalizacji moŜna odróŜnić dwa podstawowe sposoby
obróbki plastycznej:
− obróbka na zimno, prowadzona poniŜej temperatury rekrystalizacji. Występuje
umocnienie i zgniot, obróbka wymaga duŜych napręŜeń, a moŜliwości znacznych
odkształceń są ograniczone.
− obróbka na gorąco, prowadzona powyŜej temperatury rekrystalizacji. Nie występuje
zgniot ani umocnienie, do wywołania odkształceń nie są potrzebne duŜe napręŜenia.
Odkształcenia mogą być dowolnie duŜe.
Wybór właściwej temperatury obróbki plastycznej na gorąco jest bardzo waŜny. NaleŜy
bowiem pamiętać, Ŝe metal stygnie – szczególnie, gdy w trakcie obróbki występują dłuŜsze
przerwy (na przykład przy kuciu). Aby więc w końcowej fazie obróbki zachodziła jeszcze
rekrystalizacja, temperatura początkowa, w której prowadzimy przeróbkę plastyczną nie moŜe
być niska. Nie moŜe ona równieŜ być zbyt wysoka, gdyŜ grozi wystąpieniem szkodliwego
zjawiska powodującego nadmierny rozrost ziarn (skutek „przegrzanie” materiału). Przy
jeszcze wyŜszej temperaturze (bliskiej topnienia) następuje przepalenie, czyli utlenienie ziarn
na ich granicach. Materiał przepalony nadaje się jedynie do przetopu jako złom.
RozróŜnia się podstawowe sposoby obróbki plastycznej:
− kucie,
− walcowanie,
− ciągnienie,
− tłoczenie.
Kucie jest najstarszym sposobem obróbki plastycznej – polega na plastycznym
odkształceniu metalu przez zgniatanie naciskiem wywieranym uderzeniowo (kucie na
młotach) lub statycznie (kucie na prasach lub walcach kuźniczych – prasowanie, kucie
walcami). W wyniku kucia otrzymujemy surówkę określonej części maszynowej zwaną
odkuwką. Kucie najczęściej jest obróbką plastyczną na gorąco: znane są jednak liczne
przykłady stosowania w przemyśle kucia na zimno. RozróŜniamy następujące odmiany kucia
(rys. 10):
− kucie swobodne za pomocą kowadeł płaskich (rys.10 a),
− kucie swobodne za pomocą kowadeł kształtowych (rys. 10 b),
− kucie w matrycy otwartej (rys. 10 c),

25
− kucie w matrycy zamkniętej (rys. 10 d),
− wyciskanie (rys. 10 e).
Rys. 10. Odmiany kucia [8].
Kucie swobodne i matrycowe (a–d) moŜe być wykonane na młocie lub na prasie,
wyciskanie – tylko na prasie. Wyciskanie jest nowoczesnym sposobem kucia, stosowanym
w wielu branŜach do wydajnej produkcji dokładnych wyrobów. Przykład z rys. 10e
przedstawia wyciskanie współbieŜne, podczas którego metal pod wpływem nacisku stempla
uplastycznia się (na zimno) i wypływa przez kształtowy otwór.
Kucie swobodne stosuje się w produkcji małoseryjnej oraz podczas napraw; jest to
typowa obróbka na gorąco.
Kucie swobodne niewielkich przedmiotów moŜna wykonywać ręcznie (za pomocą
róŜnych młotów ręcznych i innych narzędzi kowalskich, na kowadle), co jest cięŜką pracą i
występuje przewaŜnie w rzemiośle (takŜe artystycznym), a stosunkowo rzadko
w przemysłowych pracach remontowych. W przemyśle kucie swobodne wykonuje się na
młotach mechanicznych (części małe i średniej wielkości) lub na prasach hydraulicznych
(przedmioty duŜe – masy rzędu setek ton).
− Do kucia swobodnego oprócz młota przy kuciu ręcznym uŜywa się licznych narzędzi,
jak: narzędzia umieszczane na kowadle (czasem z nim połączone), słuŜące do podparcia
części kutej. Mogą to być podstawki półokrągłe do kucia wałków, trzpienie do kucia
pierścieni, podstawki pierścieniowe do dziurawienia i wiele innych.
− Narzędzia przejmujące uderzenia młota i przekazujące je kutej części; są to na przykład
siekiery kowalskie do odcinania, odsadzki róŜnych kształtów, trzpienie do dziurawienia.
− Narzędzia do manipulowania kutym przedmiotem – przede wszystkim róŜne kleszcze
kowalskie; do kucia lekkich części (do kilkunastu kilogramów) uŜywa się kleszczy
ręcznych, a do przedmiotów cięŜkich – kleszczy połączonych z róŜnymi urządzeniami
dźwigowymi – Ŝurawiami, suwnicami itp. Do kucia swobodnego cięŜkich przedmiotów
stosuje się teŜ specjalne maszyny – manipulatory, sterowane przez operatora zdalnie.
− Narzędzia do pomiaru odkuwki w czasie procesu kucia. Charakterystycznym sposobem
ich uŜycia jest pomiar gorącej części. Podstawowym narzędziem są macki kowalskie,
stosowane łącznie i przymiarem kreskowym, wystarczające dla dokładności osiąganych
przy kuciu swobodnym, Macki ustawione na konkretny wymiar mogą być równieŜ
uŜywane jako sprawdziany; co kilka lub kilkanaście uderzeń młota kontroluje się, czy
kuty przedmiot juŜ ten wymiar osiągnął. Aby przyspieszyć sprawdzanie (co jest bardzo
waŜne, bo kuty przedmiot stygnie), stosuje się macki wielokrotne, do kontroli wielu
wymiarów.
Rysunek 11 przedstawia narzędzia do kucia swobodnego. Kucie swobodne moŜe
obejmować róŜne zabiegi: spęczanie (powiększanie przekroju poprzecznego), wydłuŜanie
(zmniejszanie przekroju), dziurowanie, gięcie, skręcanie, cięcie i inne.
ZaleŜnie od stopnia złoŜoności kutej części cały proces moŜe być wykonany po jednym
nagrzaniu materiału lub z grzaniem miedzyoperacyjnym. Kwalifikowany kowal moŜe odkuć
swobodnie nawet bardzo skomplikowane części. Przykład zabiegów kucia widełek
przedstawiony jest na rys. 12, warto zwrócić uwagę na gięcie (d) i wydłuŜanie (c, d).

26
Kucie matrycowe stanowi podstawowy sposób kucia w przemyśle maszynowym, ogólnie
wykonywany na gorąco, chociaŜ niektóre operacje mogą obejmować takŜe kucie na zimno
(odcinanie wypływki, kalibrowanie).
Matryce kuźnicze są zamocowane do poduszki bijaka młota bądź do stołu i suwaka
prasy. Do mocowania matryc (rys. 13) wykorzystuje się ich zakończenia w postaci
„jaskółczych ogonów” i komplet klinów. Najczęściej stosuje się matryce otwarte, z rowkiem
na wypływkę.
Rys. 11. Narzędzia do kucia swobodnego [3].
Przed kuciem w matrycy otwartej nie potrzeba dokładnie dobierać masy kutego
materiału, gdyŜ jego nadmiar znajdzie się w wypływce. NaleŜy ją jednak na końcu procesu
obciąć, co wymaga dodatkowego zabiegu lub nawet oddzielnej operacji.
Kucie matrycowe skomplikowanej części wymaga wielu zabiegów, które moŜna
wykonać dwoma sposobami:
− przez kucie w kilku operacjach,
− przez kucie w jednej, złoŜonej operacji z uŜyciem matrycy wielowykrojowej.
Kucie matrycowe przeprowadza się na młotach albo prasach mechanicznych (śrubowych
lub korbowych). Przy kuciu na młocie konieczna jest większa liczba uderzeń; oznaką
zakończenia operacji jest wzajemne uderzenie o siebie płaszczyzn czołowych matryc
z charakterystycznym metalicznym dźwiękiem. Kucie na prasie śrubowej ogranicza się do
paru skoków prasy, a kucie na prasie korbowej odbywa się przy jednym ruchu suwaka. Kucie
matrycowe na prasie korbowej jest więc najbardziej wydajne, lecz prasa taka jest bardzo
kosztowna. Ponadto ten sposób kucia wymaga umiejętnego grzania materiału, aby
powstawała minimalna zgorzelina, która przy tym rodzaju kucia nie odpryskuje od odkuwki,
jak to się dzieje przy kuciu na młocie.

27
Rys. 12. Kolejne zabiegi kucia swobodnego widełek [8].
Rys. 13. Matryce kuźnicze zamocowane na młocie [8].
Rys. 14. Kucie matrycowe: a) jednowykrojowe z wypływką w matrycy otwartej, b) wielowykrojowe
z wypływką w matrycy otwartej, e) w matrycy zamkniętej bez wypływki [3].
Młoty do kucia moŜemy podzielić na szabotowe i bezszabotowe, Do kucia swobodnego
są uŜywane tylko młoty szabotowe: rys. 15 przedstawia młot szabotowy parowo-powietrzny
do kucia swobodnego. Szabota l jest cięŜkim odlewem staliwnym lub Ŝeliwnym (czasem
oddzielnie zafundamentowanym), na którym jest osadzona poduszka 2 z kowadłem dolnym 3.
W prowadnicach korpusu 4 porusza się pionowo bijak 5 z górnym kowadłem 6. Do
poruszania bijaka słuŜy cylinder 7 dwustronnego działania, który moŜe być zasilany parą lub
spręŜonym powietrzem – zaleŜnie od lokalnych moŜliwości. Tłok tego cylindra zarówno
wznosi do góry bijak w czasie jego ruchu jałowego, jak i przyspiesza go w czasie ruchu
roboczego. Operator młota do kucia swobodnego moŜe regulować w szerokim zakresie skok
bijaka. częstość jego ruchów i siłę uderzeń.

28
Rys. 15. Młot szabotowy parowo-powietrzny: 1) szabota, 2) poduszka, 3) kowadło dolne, 6) kowadło górne,
7) cylinder [8].
Do kucia matrycowego mogą być równieŜ stosowane młoty parowo-powietrzne z tym, Ŝe
w porównaniu z podobnymi młotami do kucia swobodnego mają one inaczej rozwiązaną
szabotę oraz dokładniejsze prowadzenie bijaka. Do poduszki i bijaka są zamocowane –
zamiast kowadeł – matryce, dolna i górna.
Rys. 16. Maszyny do obróbki plastycznej: a) młot spręŜarkowy, b) prasa hydrauliczna (obcinanie
wypływki):1) szabota, 2) bijak, 3) zawór, 4) tłok spręŜarki, 5) silnik, 6) korbowód, 7) stempel,
8) okrojnik, 9) suwak, 10) układ sterowania maszyny do obróbki plastycznej: a) młot spręŜarkowy,
b) prasa hydrauliczna (obcinanie w y pływki) [9].
Do kucia matrycowego słuŜą równieŜ młoty bezszabotowe – przeciwbieŜne, parowo-
powietrzne (rys. 17). Młot taki ma dwa bijaki o ruchach sprzęŜonych przez połączenie
cięgnami. Brak tu szaboty, przez co młot jest łatwiejszy do zainstalowania niŜ młot
szabotowy; nie jest teŜ źródłem silnych drgań przenoszących się na otoczenie. Mioty
przeciwbieŜne są przeznaczone do kucia matrycowego duŜych części.
Wielkość młota charakteryzują dwa parametry: masa bijaka (ściślej masa części
ruchomych) w kilogramach lub energia uderzenia w kilodŜulach. Masa bijaka miotów
spręŜarkowych wynosi od około 50 do 1000 kg; młotów parowo-powietrznych – od ok.
500 kg do 20000 kg. KaŜdy młot moŜna scharakteryzować przez podanie energii jego
uderzenia zaleŜnej nie tylko od masy bijaka, lecz równieŜ od jego prędkości. Energia ta
wynosi od około J dla małych młotów spręŜarkowych do 500 KJ dla duŜych młotów
przeciwbieŜnych.

29
Rys 17. Schemat młota przeciwbieŜnego [8].
Walcowanie
Zasadą walcowania jest plastyczne kształtowanie metalu między obracającymi się
napędzanymi walcami (rys. 18); zmienia się wówczas zarówno przekrój, jak i długość
walcowanego materiału. Walcowanie jest głównie procesem hutniczym, mającym na celu
otrzymanie kształtowników o róŜnym przekroju (rys. 18), drutu, blachy i taśmy oraz rur.
Walcowanie jest zasadniczo obróbką na gorąco, ale w niektórych przypadkach (blachy
karoseryjne) walcuje się takŜe na zimno (wykańczające). Współcześnie coraz częściej stosuje
się walcowanie
Rys. 18. Zasada walcowania i przykłady walcowanych kształtów [8].
Walcarka (rys. 19) zawiera korpus, zwany klatką walcowniczą, z odpowiednią liczbą
narzędzi – walców napędzanych przez silnik elektryczny za pośrednictwem przekładni
z kołem zamachowym. Walce mogą być gładkie – na przykład do walcownia blachy lub
profilowe, tworzące kolejne kalibry (kształty przestrzeni pomiędzy walcami). Na rys. 20
widzimy przykład walców z trzema kalibrami utworzonymi przez współpracujące bruzdy
(wytoczenia walca); słuŜą one do kolejnego – w trzech przejściach – walcowania
dwuteownika. Walce są napędzane za pośrednictwem końcówki- rozety specjalnego kształtu
Rys. 19. Schemat walcarki [8].

30
Rys. 20. Przykład kalibrów walców [8].
Walcarki mogą mieć róŜne liczby i układy walców – od najprostszego przypadku, gdy
w klatce są tylko dwa walce (układ „duo”), aŜ do bardzo złoŜonych układów z wieloma
roboczymi i pomocniczymi walcami (rys. 21) Walcarka moŜe zawierać walce oporowe
(o większej średnicy niŜ robocze), a takŜe dodatkowe walce pionowe do obróbki krawędzi
walcowanej płyty. Walcarki mogą być jednokierunkowe, o pracy ciągłej, lub rewersyjne (ze
zmianą kierunku ruchu obrotowego). Walcarka „trio” (rys. 26 b) słuŜy do walcowania ze
zmianą kierunku przejścia materiału, jednak bez zmiany kierunku ruchu obrotowego walców.
Rys. 21. Układy walców [8].
Największe walcarki przeznaczone do obróbki wlewków otrzymanych w stalowni, to
walcarki -zgniatacze. Dopiero po tym wstępnym przeformowaniu wlewka na duŜe półwyroby
(kęsiska, blachówki) moŜna przystąpić do właściwego walcowania róŜnych wyrobów
hutniczych.
Specjalnymi sposobami walcuje się rury. W pierwszym etapie, stosując specjalną
walcarkę o skośnych walcach, otrzymuje się stosunkowo krótką, grubościenną tuleję, która
następnie jest obrabiana na innych walcarkach.
Tłoczenie
Materiałem wyjściowym do tłoczenia jest blacha lub taśma (czasem drut lub rura). W czasie
tłoczenia – które najczęściej odbywa się na zimno – odkształcenia plastyczne zachodzą
praktycznie tylko w dwóch kierunkach, to znaczy. grubość materiału prawie nie zmienia się (poza
pewnymi specjalnymi przypadkami tłoczenia z pocienianiem ścianek). Jeśli więc za pomocą
tłoczenia otrzymamy z płaskiej blachy naczynie walcowe, to grubość jego ścianki lub denka
będzie bardzo zbliŜona do grubości wyjściowego materiału.
Znamy dwa zasadnicze sposoby tłoczenia, z których kaŜdy ma wiele odmian (rys. 22):
− cięcie (wykrawanie) (rys. 22 a), w czasie którego następuje oddzielenie materiału. Jeśli
ciecie wykonuje się na prasie, za pomocą odpowiedniego przyrządu, nazywamy je
wykrawaniem,
− kształtowanie w czasie którego następuje zmiana kształtu i wymiarów. Kształtowanie
dzieli się na:

31
• gięcie (rys. 22 b), polegające na odkształcaniu blachy wzdłuŜ linii prostych (cześć
giętą moŜna dokładnie „rozwinąć” na płaszczyźnie),
• ciągnienie (rys. 22 c), którego istotą jest przeciąganie blachy za pomocą stempla
przez otwór matrycy; powstaje w ten sposób przestrzenne naczynie, którego nie
moŜna rozwinąć na płaszczyźnie (uwaga: ciągnienie w tym znaczeniu nie ma
Ŝadnego związku z procesem ciągnienia opisanym w następnym punkcie).
Rys. 22. Sposoby tłoczenia [8].
Do tłoczenia słuŜą róŜne prasy – najczęściej mechaniczne, rzadziej hydrauliczne. Są to
prasy mimośrodowe (do mniejszych wytłoczek) lub większe prasy korbowe (mają one inną
budowę niŜ korbowe prasy kuźnicze). Czasem, w produkcji małoseryjnej, stosuje się prasy
śrubowe.
Prasy do tłoczenia są maszynami uniwersalnymi; do wykonania określonych operacji
uŜywamy specjalnych przyrządów ustawianych na prasach – tłoczników. Prasy są tak
konstruowane, aby wymiana tłoczników była moŜliwie szybka (nie przekraczająca kilkunastu
minut). Z powodu ogromnej wydajności tłoczenia przezbrajanie pras jest bardzo częste –
łatwo moŜna bowiem przez parę dni wyprodukować taką ilość wytłoczek, która wystarczy na
produkcję kwartalną.
Tłoczniki, zaleŜnie od przeznaczenia, mogą być wykrojnikami, wyginakami,
ciągownikami lub tłocznikami złoŜonymi (na przykład słuŜącymi jednocześnie do
wykrawania i ciągnienia). Przykładowo opiszemy prosty tłocznik (rys. 24) – ciągownik do
naczynia walcowego z kołnierzem: półwyrobem jest tu krąŜek blachy. Ciągownik ma układ
„odwrócony”, to znaczy stempel l jest zamocowany do płyty podstawowej 6, a matryca 2 –
do płyty głowicowej 7.
Rys 23. Kształtowanie wytłoczek: a) wytłaczanie, b) przetłaczanie, c) dotłaczanie. 1) stempel, 2) dociskacz,
3) matryca, 4) krąŜek blachy, 5) wytłoczka (miseczka) [9].
WaŜnymi elementami tłocznika są: dociskacz 3, na który działa za pomocą popychaczy 4
tak zwana poduszka prasy (duŜa spręŜyna umieszczona pod stołem prasy lub siłownik

32
pneumatyczny) oraz wyrzutnik 5, uruchamiany specjalnym zderzakiem podczas powrotnego
ruchu suwaka. Dociskacz jest konieczny przy ciągnieniu z cienkiej blachy, gdyŜ zapobiega
tworzeniu się fałd na kołnierzu podczas wciągania blachy do matrycy. Płyta głowicowa jest
mocowana w suwaku prasy za pomocą czopa 8.
Rys. 24. Przykład ciągownika: 1) stempel, 2) matryca, 3) dociskacz, 4) popychacze, 5) wyrzutnik, 6) płyta
podstawowa, 7) płyta głowicowa, 8) czop [8].
Tłocznictwo ma wiele zastosowań, szczególnie w przemyśle samochodowym. Produkcja
nadwozi wymaga uŜycia wielu pras i tysięcy specjalnych tłoczników – od zupełnie małych aŜ
do ogromnych (o masie ponad 20 t), bardzo skomplikowanych i kosztownych urządzeń.
Ciągnienie
Polega na odkształceniu plastycznym metalu podczas przeciągania przez otwór
w ciągadle lub między nienapędzanymi rolkami. Za pomocą ciągnienia zmniejsza się przekrój
materiału wyjściowego, nadając mu zamierzony kształt. Ciągnienie ma podobne zastosowania
jak walcowanie. Jest to proces hutniczy słuŜący do wytwarzania dokładnych prętów, drutu i
rur. W stosunku do walcowania jest to proces wykańczający.
Rysunek 25 przedstawia zasadę niektórych odmiany ciągnienia. Narzędzia do ciągnienia
wykonuje się głównie z węglików spiekanych. Z uwagi na duŜe tarcie materiału o ciągadło
konieczne jest obfite smarowanie.
Maszyny do ciągnienia – ciągarki mogą być dwóch typów: łańcuchowe – o ruchu
prostoliniowym do krótkich prętów oraz bębnowe, do drutu i cienkich rurek nawijanych na
bęben.
Ciągnienie zasadniczo jest obróbką na zimno, lecz często konieczne jest wyŜarzenie
pośrednie dla usunięcia zgniotu. Zmniejszenie powierzchni przekroju po przejściu przez
ciągadło nie jest duŜe (najwyŜej 30%, a dla ciągów kalibrujących około 10%), dlatego do
wykonania na przykład cienkiego drutu z pręta walcowanego trzeba wykonać nawet
kilkadziesiąt ciągów – przez coraz mniejsze ciągadła.
Rys. 25 Ciągnienie (przykłady): a) ciągnienie w stałym ciągadle, b) ciągnienie rury na krótkim trzpieniu,
c) ciągnienie rury bez trzpienia, d) ciągnienie miedzy rolkami [8].

33
Bezpieczeństwo i higiena pracy podczas obróbki plastycznej
Obróbka plastyczna na gorąco jest bardziej niebezpieczna niŜ obróbka na zimno, gdyŜ
wysoka temperatura, odpryski zgorzeliny (czasem na odległość kilku metrów), moŜliwość
upuszczenia gorącego przedmiotu podczas przenoszenia zagraŜają wszystkim częściom ciała
pracownika (w obróbce plastycznej na zimno zagroŜone są głównie ręce). Niebezpieczna jest
teŜ i wymagająca odpowiednich kwalifikacji obsługa pieców do grzania metalu.
Obsługując mioty lub prasy naleŜy szczególnie dbać o prawidłowe zamocowanie
narzędzi i przyrządów. Matryce na młocie muszą być na przykład starannie zaklinowane,
gdyŜ ich spadnięcie spowodowałoby bardzo, powaŜny wypadek.
Statystyki przemysłowe notują duŜą liczbę wypadków przy pracy na prasach do
tłoczenia, spowodowanych głównie lekcewaŜeniem niebezpieczeństwa i niestaranną obsługą.
Znane są tu liczne urządzenia zabezpieczające takie jak:
− wyłączniki wielokrotne; przy obsłudze jednoosobowej operator musi nacisnąć
jednocześnie dwa wyłączniki, a przy obsłudze brygadowej duŜych pras jest tyle
wyłączników (oddalonych od siebie i od strefy roboczej), ilu ludzi liczy brygada. Jeśli
więc wyłączniki te są we właściwym stanie, wypadek jest niemoŜliwy,
− siatki i kraty ochronne; jeśli są one odsunięte (na przykład przy zakładaniu materiału do
tłoczenia) prasy nie moŜna uruchomić,
− fotokomórki reagujące na pojawienie się obcego ciała (np. ręki) w strefie roboczej
i zatrzymujące natychmiast prasę.
Szczególnie niebezpieczne i wymagające wysokich kwalifikacji są prace przy
przezbrajaniu pras i młotów, gdyŜ zagraŜa tu nagłe opuszczenie bijaka lub suwaka. Wiele
maszyn ma specjalne urządzenia do zawieszania elementu ruchomego w górnym skrajnym
połoŜeniu. W razie ich braku naleŜy zastosować na przykład drewniane słupy podpierające
suwak prasy.
1. Na czym polega obróbka plastyczna?
2. Jakie znasz metody obróbki plastycznej?
3. Jakie są zalety obróbki plastycznej?
4. Na czym polega walcowanie?
5. Jakie wyroby powstają w procesie walcowania?
6. Jak dzielimy kucie swobodne?
7. Na czym polega kucie matrycowe?
8. Jakie rozróŜniamy operacje tłoczenia?
9. Jakie są podstawowe zasady bhp podczas obróbki plastycznej?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Dokonaj identyfikacji procesów obróbki plastycznej na podstawie wykonanych części
maszyn i półwyrobów.
1) zidentyfikować proces obróbki plastycznej na podstawie oględzin części maszyn,
2) opisać zidentyfikowany proces obróbki plastycznej,

34
3) dokonać oceny,
4) zaprezentować wykonane ćwiczenie.
– foliogramy, filmy dydaktyczne,
– literatura.
Ćwiczenie 2
Porównaj kształtowanie wytłoczek – określ etapy ich kształtowania oraz niezbędne
wyposaŜenie.
2) zapoznać się z metodami kształtowania,
3) zdefiniować odmiany kształtowania,
4) określić zakres ich zastosowania,
5) określić jakie wady mogą wystąpić przy kształtowaniu i jakie są ich przyczyny,
6) zaprezentować wyniki.
– literatura.
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) określić, na czym polega obróbka plastyczna?
2) rozrónić sposoby obróbki plastycznej?
3) scharakteryzować proces walcowania?
4) scharakteryzować proces kucia swobodnego?
5) wskazać elementy składkowe procesu kucia matrycowego?
6) określić zagroŜenia wystękujące podczas obróbki plastycznej?

35
4.5. Podstawy odlewnictwa
Modele odlewnicze
Odlewy z Ŝeliwa wykonuje się najczęściej w formach z masy formierskiej, zwanych
formami piaskowymi. Aby przygotować taką formę, naleŜy uŜyć modelu odlewniczego.
SłuŜy on do utworzenia w masie formierskiej odpowiedniego zagłębienia (wnęki),
wypełnianego następnie ciekłym metalem.
Model odlewniczy odtwarza więc w pewien sposób kształt przyszłego odlewu. RóŜnice
wymiarów i kształtu modelu, gotowego odlewu oraz obrobionej części są jednak dość
znaczne (rys. 26).
Rys. 26. Porównanie części odlewu i modelu [8].
Wymiary modelu muszą uwzględniać skurcz odlewniczy metalu (od 0,7% do -2%);
model musi więc mieć nieco większe wymiary niŜ odlew.
Naddatków na skurcz nie podaje się bezpośrednio na rysunku modelu, lecz model
wymiaruje się tak samo jak odlew (jak gdyby skurczu nie było), a wartość skurczu
w procentach podaje się na rysunku. Modelarz nie potrzebuje obliczać wymiarów modelu,
gdyŜ posługuje się specjalnym przymiarem o odpowiednio dłuŜszych działkach
(„skurczówką”). Jeśli na przykład na rysunku modelu podano skurcz l,5%, to skurczówka
o nominalnej długości l m będzie miała w rzeczywistości długość 1015 mm (działki
„milimetrowe” będą więc odpowiednio dłuŜsze).
Model musi dać się wyjąć z formy bez jej uszkodzenia, a więc jego ścianki powinny być
odpowiednio pochylone. Pochylenia te wynoszą 0,5–3° – zaleŜnie od sposobu formowania
(większe przy formowaniu ręcznym) i od wysokości modelu (im model wyŜszy, tym
pochylenie mniejsze).
Model odtwarza jedynie zewnętrzne kształty odlewu. Jeśli gotowy odlew ma wewnątrz
otwór, forma musi zawierać odpowiedni rdzeń, a model ma słuŜyć równieŜ do zaformowania
gniazd, w które ten rdzeń zostanie włoŜony. Części modelu odtwarzające gniazda rdzeni
noszą nazwę znaków rdzeniowych.
Poza tym musimy pamiętać, Ŝe odlew (a więc i model) ma inne wymiary niŜ gotowa
obrobiona część, gdyŜ zawiera naddatki obróbkowe. Naddatki te zaleŜą od wymiarów odlewu
jako całości, wymiaru zawartego między powierzchniami, na których przewidujemy naddatki
oraz od klasy odlewu. Naddatki dla róŜnych rodzajów odlewów są ujęte Polskimi Normami.
Odlewy Ŝeliwne średnich rozmiarów (poniŜej 1000 mm) i średnich klas mają naddatki od
około 3 do 7 mm.
Modele moŜna wykonywać z drewna, metalu (na przykład stopów aluminium)
i z tworzyw sztucznych. Modele drewniane nadają się do formowania ręcznego w produkcji

36
małoseryjnej – za pomocą takiego modelu moŜna wykonać kilkaset form. Przy formowaniu
maszynowym są niezbędne modele metalowe (muszą „wytrzymać” wykonanie do
kilkudziesięciu tysięcy form) lub z tworzyw sztucznych (nieco mniej trwale niŜ metalowe,
lecz tańsze).
Model moŜe być jednolity, gdy zostaje zaformowany w jednej połówce formy, lub
dzielony – zwykle na dwie części, odpowiadające wnękom odlewniczym w obu połówkach
formy. Wybór płaszczyzny podziału modelu i formy ma duŜe znaczenie dla przebiegu
formowania. Płaszczyzna ta powinna przechodzić przez największy przekrój odlewu, a jeśli
jest to moŜliwe – model powinien być niedzielony.
Rys. 27. Płyta modelowa [8].
Modele do formowania maszynowego są na stałe przymocowane do płyty podmodelowej
(rys. 27), tworząc razem płytę modelową. Jeśli model jest dzielony, mamy łącznie dwie płyty
modelowe; będzie tak równieŜ wówczas, gdy jedna płyta zawiera tylko znak rdzeniowy
i model układu wlewowego.
Masa formierska i rdzeniowa
Masę formierską do odlewów Ŝeliwnych sporządza się głównie z czystego piasku
kwarcowego (do 90% zawartości) oraz z niewielkich ilości spoiwa (róŜne glinki), pyłu
węglowego i wody. Pył węglowy dodany do masy chroni ją przed przypaleniem
i przywieraniem do odlewu. Do formowania ręcznego stosuje się dwa rodzaje masy:
przymodelową – o lepszych właściwościach, z niewielką ilością zanieczyszczeń, oraz gorszą
masę wypełniającą. Do formowania maszynowego stosowana jest masa jednolita.
Masa formierska jest wytwarzana w odlewni w specjalnych urządzeniach; odpowiednio
dozowane składniki masy są mieszane, spulchniane i przesiewane. Większość tworzywa
stanowi masa uŜywana (z wybitych form), jedynie kilkanaście procent stanowią składniki
świeŜe – w tym oczywiście woda.
Masa formierska musi odznaczać się ogniotrwałością, wytrzymałością mechaniczną
(konieczną dla zabezpieczenia formy przed zniszczeniem podczas zalewania),
przepuszczalnością (aby powstające gazy nie rozsadziły formy), ponadto plastycznością
i spoistością.
Rdzenie są wytwarzane z innego rodzaju masy, zwanej masą rdzeniową. Powinna ona
mieć znacznie lepsze właściwości i być bardziej zróŜnicowana zaleŜnie od rodzaju formy i jej
wielkości, a takŜe od sposobu wytwarzania rdzeni. Spoiwem w masach rdzeniowych są róŜne
składniki, pochodzenia zarówno organicznego (oleje roślinne, róŜne Ŝywice), jak
i nieorganicznego (szkło wodne, glinki, cement).
Formy piaskowe i ich przygotowanie.
Formy wykonuje się w skrzynkach formierskich, czyli odpowiednio sztywnych,
metalowych ramach bez dna. zaopatrzonych w uchwyty i otwory do ustalania wzajemnego
połoŜenia za pomocą sworzni.

37
Kompletna forma mieści się co najmniej w dwóch skrzynkach (rys. 28) z odpowiednią
liczbą rdzeni. WaŜną częścią formy jest układ wlewowy, formowany za pomocą oddzielnych
modeli, zawierający zbiornik wlewowy, układ kanałów doprowadzających ciekły metal do
wnęki formierskiej i układ kanałów przelewowych („nadlewów”).
Kanały doprowadzające odgrywają teŜ rolę osadników róŜnych zanieczyszczeń, które
zbierają się w poziomym odcinku kanału – belce ŜuŜlowej. Cały układ wlewowy po wybiciu
formy musi być, oczywiście, odcięty od właściwego odlewu.
Rys. 28. Forma piaskowa [8].
Formę moŜna wykonać ręcznie lub maszynowo. Przy formowaniu ręcznym uŜywamy na
ogół drewnianego modelu dzielonego (lub w prostszych przypadkach – jednolitego). Przebieg
formowania ręcznego jest następujący:
− połówkę modelu 1 kładzie się na płycie podmodelowej 2 wewnątrz skrzynki i obsypuje
pudrem formierskim. W tej skrzynce będzie dolna połowa formy (rys. 29 a),
− skrzynkę wypełnia się masą formierską – najpierw przesiewając przez sito masę
przymodelową, potem sypiąc szuflą masę wypełniającą,
− masę ubija się, zgarnia jej nadmiar do wyrównania z brzegiem skrzynki i nakłuwa dla
lepszego odprowadzania gazów (rys. 29 b),
− skrzynkę odwraca się, oczyszcza i wygładza płaską powierzchnię formy. Na połówkę
modelu tkwiącą w masie nakłada się drugą połówkę, ustalając je wzajemnie kołeczkami.
Ustawia się modele układu wlewowego. Stawia się drugą skrzynkę i ustalają sworzniami.
Obsypuje się pudrem model i płaszczyznę dolnej połowy formy (rys. 29 c),
− wypełnia się masą górną skrzynkę, postępując jak w przypadku dolnej skrzynki, po czym
wyjmuje się modele układu wlewowego i wykonuje zbiornik wlewowy za pomocą
narzędzia formierskiego podobnego do łyŜeczki,
− ostroŜnie zdejmuje się górną skrzynkę, obraca i stawia obok dolnej (na rys. 29 e jest
pokazana tylko ta dolna skrzynka). Po ostukaniu modeli drewnianym młotkiem wyjmuje
się je z obu skrzynek,
− do dolnej skrzynki wkłada się rdzenie i montuje obie skrzynki, ustalając je wzajemnie
sworzniami i otrzymując kompletną formę (rys. 29).
Formę wykonaną wg opisanego sposobu zalewa się bezpośrednio po jej wykończeniu,
w stanie wilgotnym. W niektórych przypadkach połówki form suszy się przed ich
zmontowaniem i zalaniem, co zapewnia większą wytrzymałość form z tym, Ŝe masy
formierskie do form „na sucho” róŜnią się nieco składem od mas do form „na mokro”.

38
Rys. 29. Przebieg formowania ręcznego [8]. Rys. 30. Przebieg formowania maszynowego [8].
W produkcji wielkoseryjnej i masowej stosuje się formowanie maszynowe ze
zmechanizowanymi czynnościami narzucania masy formierskiej, jej zagęszczania (ubijania)
i wyjmowania modeli. RównieŜ odwracanie skrzynek jest zmechanizowane i nie wymaga
wysiłku fizycznego. Formowanie mechaniczne zapewnia znaczny wzrost wydajności pracy,
polepsza warunki pracy i jakość form. NaleŜy jednak pamiętać, Ŝe ręcznie moŜna wykonać
bardziej skomplikowane formy niŜ sposobem maszynowym.
W czasie formowania maszynowego wykonuje się, na oddzielnych maszynach
formierskich, obie połówki formy. Zamiast jednego dzielonego modelu (drewnianego) mamy
tu dwie metalowe płyty modelowe. Jest wiele typów maszyn formierskich; cykl pracy
maszyny formierskiej poznamy na przykładzie jednej z nich (rys. 30):
− umieszczenie na płycie podmodelowej l z modelem 2 skrzynki formierskiej 3 (rys. 30 a),
− nasypanie masy formierskiej ze specjalnego urządzenia zasilającego (rys. 35 b),
− zagęszczenie masy przez wstrząsanie i prasowanie (rys. 30 c),
− obrócenie stołu z formą (rys. 30 d),
− podniesienie płyty i wyjęcie modelu (rys. 30 e).
Rdzenie wykonuje się za pomocą specjalnych form, zwanych rdzennicami; mogą one być
drewniane (w produkcji małoseryjnej) lub metalowe. Rdzeń formuje się przez nasypanie
masy (z odpowiednim zagęszczeniem) do rdzennicy po jej zamkniecie stosuje się teŜ róŜne
czynności dodatkowe, jak np. zbrojenie drutem. Po otworzeniu rdzennicy rdzeń moŜna wyjąć,
do czego jednak niezbędne są pochylenia ścianek rdzennicy — analogiczne do pochyleń
ścianek modeli. Rdzenie moŜna wytwarzać ręcznie lub maszynowo. Stosowane są róŜne
maszyny do wytwarzania rdzeń naprzykład strzelarki. W czasie pracy strzelarki masa

39
rdzeniowa jest wrzucana (z jednoczesnym zagęszczaniem) do rdzennicy uderzeniem
spręŜonego powietrza.
Rdzenie w przeciwieństwie do form – muszą być zawsze utwardzone, gdyŜ bez tego
mogłyby rozsypać się nawet przed zalaniem formy. Rdzenie utwardza się dwoma sposobami:
− przez suszenie w podwyŜszonej temperaturze, w czasie kilku godzin,
− sposobem chemicznym, co wymaga odpowiedniego spoiwa w masie rdzeniowej; często
stosuje się w tym celu szkło wodne – rdzeń zostaje wówczas utwardzony w czasie kilku
sekund pod działaniem dwutlenku węgla.
Topienie metali
Przez topienie (lub wytapianie) metali rozumiemy proces, w którym otrzymuje się ciekły
metal o określonych właściwościach (na przykład składzie chemicznym). NaleŜy więc
odróŜnić „topienie” – proces odlewniczy – od „topnienia”, rozumianego jako zjawisko
fizyczne przejścia w stan ciekły.
Do topienia metali są stosowane róŜne piece odlewnicze o budowie uzaleŜnionej głównie
od rodzaju metalu; omówimy najwaŜniejsze z nich.
śeliwiak jest piecem do topienia Ŝeliwa (rys. 31). Ma on kształt walca średnicy do około
1,5 m i wysokości ponad 6 m. Zewnętrzny płaszcz pieca jest wykonany z blachy stalowej,
a wewnętrzna wykładzina z cegły szamotowej (gatunek tej cegły ma duŜy wpływ na proces
topienia Ŝeliwa).
Wsad – ładowany do Ŝeliwiaka przez okno wsadowe za pomocą róŜnego rodzaju
urządzeń – zawiera surówkę ą złom Ŝeliwny (czasem i stalowy), koks i topniki (na przykład
wapno hutnicze). Koks pali się w Ŝeliwiaku (powietrze, często uprzednio podgrzane, jest
wdmuchiwane dyszami ze skrzyni powietrznej otaczającej piec) i temperatura wsadu –
w miarę jak opada on w dół — jest coraz wyŜsza. Na poziomie dysz temperatura sięga
1800°C, surówka i złom topią się; część koksu nie ulega spaleniu, lecz rozpuszcza się
w wytworzonym Ŝeliwie, wpływając na jego skład chemiczny i strukturę.
Stopione Ŝeliwo gromadzi się w trzonie pieca. Na powierzchni cieczy zbierają się róŜne
zanieczyszczenia, tworząc ŜuŜel, spuszczany górnym otworem. Po spuszczeniu ŜuŜla zostaje
otwarty dolny otwór i Ŝeliwo spływa do kadzi, z której następnie są zalewane formy. Większe
Ŝeliwiaki są wyposaŜone w zbiorniki pośrednie na ciekłe Ŝeliwo, podgrzewane np. gazem.
śeliwiak nie jest zasadniczo piecem o pracy ciągłej (jak naprzykład wielki piec), a cykl
jego pracy trwa kilkanaście godzin. śeliwiak moŜna wygasić i powtórnie rozpalić w miarę
potrzeby.
Rys. 31. śeliwiak [8]. Rys. 32. Piec tyglowy stały [8].

40
Metale nieŜelazne – stopy aluminium, cynku, miedzi, magnezu – topi się najczęściej
w piecach tyglowych stałych (rys. 32) lub przechylnych. Piece te są opalane paliwem ciekłym
(ropa, mazut) lub gazowym (gaz ziemny). Stosowane są równieŜ piece elektryczne.
Zalewanie form i wykańczanie odlewów
Formy piaskowe naleŜy zalewać w niezbyt długim czasie po ich wykonaniu, aby nie
dopuścić np. do zbytniego wysuszenia form. WaŜna jest teŜ temperatura ciekłego metalu,
niŜsza zazwyczaj o kilkadziesiąt stopni od temperatury spustu z pieca.
ZaleŜnie od masy odlewu zalewanie formy odbywa się za pomocą róŜnych kadzi
odlewniczych. Małe formy moŜna zalewać łyŜką ręczną (rys. 33 a) lub kadzią widłową
(rys. 33 b).
Rys. 33. Małe kadzie odlewnicze: a)łyŜka ręczna, b) kadź widłowa [8].
Zalewanie duŜych form wymaga uŜycia róznorodnej budowy kadzi suwnicowych na
przykład. kadzie syfonowe (rys. 34 a) oraz kadzie dolnospustowe (rys. 34 b) z zatyczką
w dnie.
Rys. 34. DuŜe kadzie odlewnicze a) kadź syfonowa, b) kadź z zatyczką [8].
Stygnięcie odlewów wykonanych w formach piaskowych moŜna podzielić na dwa etapy:
stygniecie w formach (od kilku do ponad 100 godzin, zaleŜnie od masy odlewu) oraz
stygnięcie po wybiciu z formy (zazwyczaj nieco krótsze).
Wybijanie form w rzadszych przypadkach odbywa się ręcznie – łomami, oskardami i tym
podobnie i dotyczy duŜych odlewów. Najczęściej formy wybija się za pomocą róŜnych
urządzeń pneumatycznych lub elektrycznych, jak na przykład kraty wibracyjne (o duŜej
częstości drgań) lub wstrząsowe (o większej amplitudzie, a mniejszej częstości). Masa
z rozbitych form przelatuje przez kratę i zostaje przetransportowana do formierni w celu
przeróbki i powtórnego uŜycia. Większe trudności występują przy wybijaniu rdzeni, co
czasem wymaga pracy ręcznej. Wybijanie form i oczyszczanie odlewów są najcięŜszymi
pracami w odlewni.
Ostudzone formy wykańcza się, co polega przede wszystkim na usunięciu układów
wlewowych przez odtrącenie, np. w kruchych odlewach Ŝeliwnych, lub obcięcie. Następnie
naleŜy starannie oczyścić odlew z resztek przywartej masy formierskiej i rdzeniowej, co jest
waŜne ze względu na trwałość narzędzi w późniejszej obróbce wiórowej odlewu. Małe
odlewy oczyszcza się w obrotowych bębnach, większe przez piaskowanie lub innymi
podobnymi sposobami. Po kontroli jakości odlewy często poddajemy malowaniu.

41
Wady odlewnicze i ich naprawa
Wady odlewnicze moŜna podzielić na następujące główne grupy:
− wady kształtu i wymiarów,
− wady powierzchni,
− nieciągłość materiału,
− wady wewnętrzne,
− wady materiału.
Wady te dla uŜytku kontroli jakości w odlewni są szczegółowo poklasyfikowane
i oznaczane umownymi symbolami.
Podstawowe znaczenie dla dokładności wymiarowej odlewu ma stan modeli i rdzennic.
Jeśli są one np. nadmiernie zuŜyte, powoduje to nieuniknione wady wymiarów lub kształtu
odlewu.
DuŜy wpływ na jakość odlewu ma proces formowania, który moŜe powodować
powstanie wad kształtu i powierzchni odlewu.
Stan masy formierskiej – niewłaściwy rodzaj masy lub za niski jej stopień zagęszczenia
w formie prowadzi do wad powierzchni, jak guzy, strupy, rakowatość, zapiaszczenie itp.
Odlewy z takimi wadami mają bardzo grubą warstwę zanieczyszczonego materiału,
niemoŜliwą do usunięcia podczas obróbki wiórowej. Niewłaściwe zagęszczenie masy moŜe
takŜe powodować powaŜne wady kształtu, gdy np. przy montaŜu formy pewne jej fragmenty
odpadną.
Przyczyną wielu wad odlewniczych moŜe być niewłaściwy montaŜ formy. Jeśli
wzajemne ustalenie skrzynek formierskich jest nieprawidłowe, powstaje przestawienie
odlewu. Za małe obciąŜenie górnej skrzynki w czasie zalewania formy moŜe spowodować
zalewki. Niewłaściwa konstrukcja układu wlewowego moŜe powodować wady wewnętrzne-
jak jamy i rzadzizny skurczowe. Widzimy więc, Ŝe o jakości odlewu decyduje zarówno jego
konstrukcja, jak i wszystkie elementy procesu technologicznego: jakość modeli i rdzeni,
konstrukcja formy, proces formowania, montaŜ formy, przygotowanie wsadu i topienia
metalu, wreszcie zalewanie formy.
Wiele wad odlewniczych moŜna usunąć naprawiając odlew. Stosuje się róŜne sposoby
naprawy wad odlewniczych, przede wszystkim spawanie gazowe i elektryczne (takŜe
odlewów Ŝeliwnych). Przed spawaniem cały odlew naleŜy podgrzać do temperatury kilkuset
stopni w celu uniknięcia napręŜeń wewnętrznych. Inne sposoby naprawy wadliwych odlewów
to lutowanie mosiądzem, metalizacja lub miejscowe zalewanie ciekłym metalem. W pewnych
przypadkach odlewy moŜna prostować (np. wykonane z Ŝeliwa ciągliwego). Naprawa
niektórych wad odlewniczych jest jednak niemoŜliwa lub nieopłacalna i wówczas odlew musi
być złomowany.
Nowoczesne metody wytwarzania odlewów
W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat powstało wiele nowych metod odlewania,
umoŜliwiając zwiększenie wydajności procesu technologicznego i polepszenie jakości
odlewów.
Nowszym rozwiązaniem form piaskowych są formy skorupowe; wykonywane w nich
odlewy (najczęściej z wyŜszych gatunków Ŝeliwa) odznaczają się wysoką dokładnością,
a proces formowania moŜe być łatwo zmechanizowany.

42
Rys. 35. Schemat formy skorupowej [8].
Forma składa się z dwóch części o stosunkowo cienkich ściankach. Wykonuje się ją
z mieszaniny piasku kwarcowego, Ŝywicy syntetycznej i innych składników. Masa ta zostaje
rozprowadzona na gorącej płycie modelowej lub rdzennicy. Na skutek złoŜonych reakcji
chemicznych masa utwardza się i otrzymuje się połówkę formy skorupowej. Dwie takie
połówki skleja się (wstawiając ewentualnie rdzenie) i umieszcza w skrzynce, obsypując
piaskiem wypełniającym. Odlewy skorupowe są szeroko stosowane w przemyśle
samochodowym.
Na oryginalnym pomyśle jest oparta metoda wytapianych modeli rys. 36. Model jest tu
wykonany z łatwo topliwego materiału (wosk, stearyna, czasem odpowiednie tworzywo
sztuczne) i słuŜy do wykonania tylko jednej formy. Potrzeba więc znacznej liczby modeli,
które otrzymuje się w specjalnych metalowych matrycach. Model – lub najczęściej zespół
modeli ze wspólnym układem wlewowym (metoda ta najlepiej nadaje się do odlewania
niewielkich części) – zanurza się parokrotnie w ciekłej mazie ceramicznej, szybko
utwardzającej się. Następnie zespół modelowy otoczony skorupą ceramiczną umieszcza się
w skrzynce formierskiej, obsypując masą wypełniającą. Modele usuwa się przez wytopienie,
po czym form wypala się celem utwardzenia formy. Metodą wytapianych opłaca się
stosować do otrzymywania skomplikowanych części, na ogół o niewielkiej masie.
Rys. 36. Przygotowanie i odlewanie metodą wytapianych modeli: a) wykonanie modelu. b) wykonanie
formy, c) wytapianie i zalewanie formy. 1) wzorzec, 2) półmatryca, 3) wykonywanie połówek
matrycy ze stopu ZnAl, 4) gotowa matryca, 5) wypełnienie matrycy masą, 6) model wytapiany,
7) zestaw modeli z układem wlewowym, 8) zanurzenie zestawu w zawiesinie pyłu w krzemianie
etylu, 9) obsypanie pyłem lub drobnym piaskiem i suszenie, 10) wytopienie modeli,
11) wypalanie formy, 12) topienie metalu, 13) zalewanie formy [9].
Do wytwarzania odlewów z metali nieŜelaznych – głównie stopów aluminium i cynku
stosuje się formy metalowe nazywane kokilami (rys. 37). Kokile są formami wielokrotnego
uŜytku w odróŜnieniu od innych form (uŜytek jednorazowy); mogą być zalewane
grawitacyjnie lub pod ciśnieniem.

43
Rys. 37. Schemat kokili: 1, 2, 3) elementy rdzenia dzielonego [8].
Odlewanie ciśnieniowe stosowane jest w produkcji seryjnej. Metal zalewana jest do
formy pod ciśnieniem czasem dość znacznym (ponad 300 MPa), za pomocą pracującej
maszyny odlewniczej. Wydajność pracy jest bardzo duŜa, a odlewy dokładne, o gładkich
powierzchniach. MoŜna otrzymać bardzo cienkie ścianki – nawet poniŜej l mm. Odlewanie
ciśnieniowe jest podstawowym sposobem otrzymywania odlewów ze stopów aluminium
i cynku w przemyśle motoryzacyjnym. Znamy wiele rodzajów odlewniczych maszyn
ciśnieniowych; na rys. 38 przykładowo jest pokazany schemat maszyny z „zimną komorą”
ciśnienia. Metal zostaje wlany do komory l, skąd tłok 2 wtłacza go do formy 3. Cykl pracy
maszyny obejmuje ponadto otwarcie formy i wypchnięcie gotowego odlewu.
Na koniec wspomnimy o odlewaniu w formach wirujących. MoŜe to być odlewanie
odśrodkowe (rys. 39a), odpowiednie dla części typu tuleja, rura lub pierścień. Forma jest tu
zwykle metalowa i odtwarza jedynie zewnętrzną powierzchnię odlewu; wnętrze odlewu jest
ograniczone swobodną powierzchnią ciekłego metalu. Oś wirującej formy moŜe być pozioma
(odlewanie długich rur) lub pionowa (odlewanie krótkich tulei lub pierścieni). Sposób ten jest
teŜ stosowany do wylewania duŜych panewek łoŜyskowych.
Rys. 38. Zasada odlewania w ciśnieniowej maszynie odlewniczej: 1) „.zimna” komora maszyny, 2) tłok,
3) forma [8].
Odlewanie pod ciśnieniem odśrodkowym (rys. 39 b) odbywa się w normalnych formach
piaskowych ukształtowanych w ten sposób, Ŝe centralny wlew leŜy na pionowej osi
wirowania, a na obwodzie formy znajdują się wnęki formierskie. W ten sposób odlewa się
zwykle kilka części w jednej formie. Ciśnienie wywołane silą odśrodkową zapewnia lepsze
wypełnienie formy.

44
Rys. 39. Odlewanie w formach wirujących: a) odśrodkowe w formie metalowej, b) pod ciśnieniem
odśrodkowym w formie piaskowej [8].
Bezpieczeństwo i higiena pracy w odlewnictwie
W odlewni występują liczne zagroŜenia zdrowia, a nawet Ŝycia ludzkiego. NajwaŜniejsze
z nich to:
− znaczny stopień zapylenia i nasycenia powietrza szkodliwymi substancjami,
− wysoka temperatura i moŜliwość wyprysków ciekłego metalu,
− duŜy hałas, szczególnie przy oczyszczaniu i wybijaniu odlewów,
− znaczny wysiłek fizyczny konieczny w niektórych pracach (np. przy formowaniu
ręcznym lub ręcznym wybijaniu form).
W związku z tym wiele prac w odlewni nie moŜe być wykonywanych przez
młodocianych (poniŜej 18 roku Ŝycia), a takŜe przez kobiety; dotyczy to szczególnie prac
wymagających znacznego wysiłku. Na ten temat obowiązują liczne szczegółowe przepisy,
które średni personel techniczny musi dobrze znać i bezwzględnie ich przestrzegać.
Zanieczyszczenie powietrza w odlewni naleŜy często kontrolować, a urządzenia
wentylacyjne i odpylające muszą być zawsze sprawne, Od ich stanu w znacznej mierze
zaleŜy poziom bhp w odlewni.
Do prac odlewniczych niezbędne są środki ochrony osobistej:
− ubrania ochronne (fartuchy, kapelusze i kaptury, rękawice) skórzane i azbestowe oraz
okulary ochronne (obsługa pieców do topienia metalu, zalewanie form),
− nauszniki lub wkładki dla ochrony przed hałasem (formowanie mechaniczne, wybijanie
form, oczyszczanie odlewów),
− hełmy ochronne (transport suwnicami, obsługa urządzeń do ładowania wsadu).
WaŜną rolę, szczególnie przy formowaniu ręcznym, odgrywa właściwe oświetlenie,
które stale musi być utrzymywane w dobrym stanie technicznym.
1. Jakie są etapy procesu wytwarzania odlewów w formach piaskowych.
2. Jakie materiały stosujemy do wyrobu mas formierskich?
3. Jakie znasz rodzaje formowania?
4. Do czego słuŜą rdzenie?
5. Jakie surowce stosujemy na odlewy?
6. Czym charakteryzuje się urządzenia do topienia wsadu?
7. Jakie znacz specjalne metody wytwarzania odlewów?

45
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Ustal kolejność czynności podczas wykonywania form odlewniczych piaskowych.
1) rozpoznać dokumentację rysunkową odlewu,
2) zaplanować kolejność czynności podczas wykonywaniu formy piaskowej,
3) uwzględnić wielkości produkcji, sposób formowania rdzeni, układu wlewowego,
4) dokonać zapisu ustaleń,
5) zaprezentować wykonane ćwiczenie.
– dokumentacja rysunkowa odlewu,
– literatura.
Ćwiczenie 2
Ustal sposób usunięcia utwardzeń i napręŜeń cieplnych w odlewach Ŝeliwnych
utrudniających ich obróbkę skrawaniem.
1) rozpoznać podstawowe wady odlewnicze,
2) określić czynniki powodujące utwardzenie odlewu,
3) rozróŜnić czynniki mające wpływ na napręŜenia w odlewie,
4) określić sposób usunięcia wady,
– literatura.
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) scharakteryzować etapy procesu wytwarzania procesu?
2) rozróŜnić materiały stosowane na masy formierskie?
3) scharakteryzować metody formowania?
4) zidentyfikować surowce stosowane na odlewy?
5) rozróŜnić specjalne metody wytwarzania odlewów?
6) rozróŜnić wady odlewów?

6

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (20)

Similar to 6

Similar to 6 (20)

6