1.Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadami doboru parametrów obróbki cieplnej oraz z rolą pierwiastków stopowych w obróbce cieplnej stali, a w szczególności:
a) zbadanie wpływu temperatury wygrzewania stali na twardość i strukturę jaką uzyskuje się po gwałtownym oziębieniu.
b) Porównanie charakterystyki twardość – temperatura odpuszczania stali węglowej i wybranej stali stopowej.
2. Wykonanie ćwiczenia.
a) określenie wpływu temperatury wygrzewania stali na twardość
i strukturę jaka uzyskuje się po gwałtownym oziębieniu.
Materiał: stal węglowa 45 w stanie wyżarzonym ( krążki o śr. 30 mm )
Jedną z próbek umieścić w piecu o temperaturze 700°C, druga w piecu
o temperaturze 850°C. Obydwie próbki wygrzewać w ciągu 20 minut
i wrzucić do wody. Trzecia próbkę pozostawić nie obrobioną cieplnie. Wykonać szlify metalograficzne wszystkich trzech próbek i wytrawić nitalem. Porównać i narysować struktury. Zmierzyć twardość próbek metodą Rockwella ( w skali D – penetrator stożek, 100kG ) wykonać na każdej z próbce po 5 pomiarów.
b) odpuszczanie stali stopowej SW7M i stali węglowej 45.
Materiał:
- zahartowana stal węglowa 45 ( krążek o średnicy 30 mm ), austenizowana w temperaturze 850°C i oziębiana w wodzie,
Zmierzyć twardość stali 45 i SW7M w stanie zahartowanym metodą Rockwella ( skala C, penetrator – stożek diamentowy, 150kG ). Wykonać
co najmniej po 5 pomiarów na każdej z próbek. Po jednej próbce ze stali 45
i SW7M umieścić w piecach o temperaturze 200°C , 350°C , 550°C
i odpuszczać w ciągu jednej godziny. Próbki wyjąć z pieców i chłodzić
na powietrzu aż do temperatury otoczenia. Oznakować próbki pisakiem, zeszlifować jedną z płaszczyzn i zmierzyć twardość HRC wykonując
co najmniej po 5 pomiarów na każdej z próbek.
Wykonać graficznie zależność twardość – temperatura odpuszczania dla stali niestopowej 45 i stopowej SW7M.
3.Opracowanie sprawozdania.
Sprawozdanie powinno zawierać:
- Opis przebiegu eksperymentu.
- Wyniki badań.
- Interpretację uzyskanych wyników.
- Wnioski.
CZĘŚĆ TEORETYCZNA.
Temperaturę hartowania dla stali określa położenie punktów (temperatur) krytycznych A1 i A3. Dla stali węglowych temperaturę hartowania można wyznaczać na podstawie wykresu żelazo – węgiel. Zazwyczaj dla stali podeutektoidalnych powinna ona być o 30 – 50şC wyższa od Ac3 , natomiast dla stali nadeutektoidalnych o 30 – 50şC wyższa od Ac1. Przy hartowaniu stali podeutektoidalnych z temperatury leżącej powyżej Ac1 , lecz poniżej Ac3 , w strukturze obok martenzytu utrzymuje się część ferrytu, który obniża twardość w stanie zahartowanym i pogarsza własności mechaniczne po odpuszczaniu. Takie hartowanie określa się jako niezupełne i w zasadzie nie stosuje się go w praktyce.
Dla stali nadeutektoidalnych optymalna temperatura hartowania leży właśnie w zakresie Ac1 - Acm, teoretycznie, zatem jest to hartowanie niezupełne. Obecność w strukturze stali zahartowanej nadmiernego cementytu jest z wielu względów pożądana, ponieważ cząstki cementytu m.in. zwiększają odporność stali na ścieranie. Nagrzewanie stali nadeutektoidalnych powyżej Acm jest niebezpieczne i niepotrzebne, ponieważ nie powoduje wzrostu twardości, lecz ją nieco nawet obniża wskutek rozpuszczenia nadmiarowego cementytu i wzrostu ilości austenitu szczątkowego. Podczas takiego nagrzewania rośnie ziarno austenitu, zwiększa się ryzyko wystąpienia dużych naprężeń hartowniczych nasila się odwęglenie powierzchniowe stali itd.
Podwyższenie temperatury hartowania powyżej danych wartości i spowodowany tym rozrost ziarna austenitu uzewnętrznia się przede wszystkim grubo iglastą strukturą, martenzytyczną, czemu może towarzyszyć gruboziarnisty, krystaliczny charakter przełomu. Następstwem takiej struktury stali jest niska ciągliwość w próbie udarności.
Wymogi technologiczne przy hartowaniu:
Podgrzewanie przedmiotów należy prowadzić powoli, zwłaszcza dla przedmiotów o bardziej skomplikowanych kształtach j dla stali stopowych, które posiadają mniejszy współczynnik przewodnictwa właściwego.
Czas wygrzania w temperaturze hartowania powinien być możliwie krótki, lecz dostateczny do ogrzania całego przedmiotu na wskroś i zajścia austenityzacji. Czas ten jest zależny od stosunku powierzchni przedmiotu do jego masy, i im stosunek ten jest większy tym czas może być krótszy. Nie może on być zbyt długi, aby nie nastąpił rozrost ziaren austenitu.
Przedmioty w piecu powinny być ułożone tak, aby nie mogło nastąpić płynięcie materiału w wysokich temperaturach pod wpływem ich własnego ciężaru. Większe przedmioty o skomplikowanych kształtach, muszą być z tego powodu ustawione na specjalnych podstawach.
Nagrzewanie należy prowadzić w zasadzie w atmosferach obojętnych, aby nie mogło nastąpić nawęglenie, utlenienie, czy inne niepożądane efekty.
Wyniki badań.
Określenie wpływu temperatury wygrzewania stali na twardość i strukturę jaka uzyskuje się po gwałtownym oziębieniu.
Materiał: stal węglowa 45 w stanie wyżarzonym ( krążki o śr. 30 mm ).
Struktury próbek wyżarzanych i nie obrabianych termicznie.
Stal 45 nie obrabiana cieplnie.
Stal 45 wyżarzana w temperaturze 700°C.
Stal 45 wyżarzana w temperaturze 850°C.
Wyniki pomiarów twardości próbek poddawanych wyżarzaniu w różnych temperaturach oraz próbki nie wyżarzanej. Twardość mierzona metodą Rockwella ( skala D – penetrator stożek, 100kG ).
stal 45
1
12
25
70
2
24
71
3
20
30
4
19
28
72
5
Średnia wartość
26
Interpretacja wyników.
Wyniki pomiarów zamieszczone w powyższej tabeli ilustrują zmianę twardości jaką uzyskuje się po gwałtownym ochłodzeniu w wodzie w zależności od temperatury wygrzewania. Jak widać stal nie obrobiona cieplnie ma najniższą średnią wartość twardości z pośród badanych próbek. Stal 45 poddawana wygrzewaniu w temperaturze 700°C ma nieco wyższą twardość średnią niż stal nie obrabiana cieplnie. Natomiast w przypadku stali wygrzewanej
w temperaturze 850°C wartość średniej twardości jest znacznie wyższa niż
w dwóch poprzednich przypadkach.
Odpuszczanie stali stopowej SW7M i stali węglowej 45.
Stal 45
52
59
45
55
33
76
54
50
56
...
Chester11-86