Laboratorium z materiałoznawstwa
Gr. 23B
2000-11-09
1.)
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. 30mm)
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.
Odpuszczanie stali.
W wyniku hartowania martenzytycznego stal staje się bardzo twarda; wzrastają również jej własności wytrzymałościowe, natomiast plastyczne ulegają silnemu obniżeniu. Wykorzystując jednak fakt, iż martenzyt jest strukturą metastabilną, można w dość szerokich granicach zmieniać własności zahartowanej stali, stosując odpuszczanie.
W zależności od zakresu temperatury zabiegu rozróżnia się odpuszczanie:
— niskie 100—250°C,
— średnie 250—450°C,
— wysokie 450—600°C.
Odpuszczaniu niskiemu poddaje się głównie narzędzia, które powinna cechować wysoka twardość i odporność na ścieranie. Takie odpuszczanie nie obniża twardości, ale odpręża materiał i zmniejsza jego skłonność do kruchego pękania.
Odpuszczanie średnie jest stosowane w celu nadania obrabianym elementom wysokiej granicy sprężystości przy równoczesnym polepszeniu ich własności plastycznych. Takie własności powinny mieć sprężyny i resory. Po średnim odpuszczaniu otrzymuje się strukturę odpuszczonego martenzytu o twardości ok. 450 HB. W tym zakresie temperatur występuje tzw. kruchość odpuszczania pierwszego rodzaju (nieodwracalna), która objawia się spadkiem udarności przy odpuszczaniu stali węglowych lub stopowych w temp. ok. 300°C. Zjawisko to wiąże się z przemianą austenitu szczątkowego lub z nierównomiernym rozkładem martenzytu, który najszybciej przebiega na granicach ziarn.
Przy wysokim odpuszczaniu własności wytrzymałościowe (Rm, Re, HB) wyraźnie maleją, a plastyczne (A, Z) wzrastają. Wiąże się to z istotnymi zmianami strukturalnymi, które zachodzą w tym zakresie temperatur. Powstaje bowiem struktura złożona z ferrytu i bardzo drobnych, kulistych wydzieleń cementytu zwana sorbitem. Ze wzrostem temperatury lub czasu następuje jedynie koagulacja cementytu. Wysokie odpuszczanie jest zalecane dla elementów maszyn wykonanych ze stali konstrukcyjnych, węglowych i stopowych oraz narzędzi do pracy na gorąco, gdyż po takiej obróbce uzyskuje się optymalną kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych, tj. dużą udarność i wydłużenie przy maksymalnym stosunku Re/Rm. Dlatego też połączenie zabiegu hartowania z wysokim lub średnim odpuszczaniem nazywamy ulepszaniem cieplnym.
3.) 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.
24
30
52
2.
20
26
3.
29
22
55
4.
18
28
58
5.
25
50
Średnia wartość
23
53
Odpuszczanie stali stopowej SW7M i stali węglowej 45.
Stal 45
59
60
57
63
66
lukasz_lar