LABORATORIUM MATERIAŁOZNASTWA

TEMAT:

WPŁYW ZAWARTOŚCI WĘGLA

I OBRÓBKI CIEPLNEJ NA STRUKTURĘ

I WŁASNOŚCI MECHANICZNE STALI WĘGLOWYCH

dfgdrfgbfbfbbfbfb

PRZEBIEG ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z wpływem zawartości węgla w stali na strukturę i twardość stali oraz jej własności fizyczne i chemiczne po hartowaniu.

Badania nasze przeprowadziliśmy na próbkach następujących stali węglowych:

·        stal 15    – zawierająca około 0,15% C – Φ25 mm, oznaczona nr 1,

·        stal 45    – zawierająca około 0,45% C – Φ30 mm, oznaczona nr 2,

·        stal N9E – zawierająca około 0,9% C – Φ26 mm, oznaczona nr 3.

Próbki wykonane w kształcie krążków poddaliśmy szlifowaniu na coraz to drobniejszych papierach ściernych, tak przygotowaną powierzchnię próbek (tzw. zgład metaliczny) wytrawiliśmy nitalem (Mi1Fe). Następnie za pomocą mikroskopu świetlnego obserwowaliśmy struktury badanych stali, celem obserwacji było zauważenie różnic w strukturze badanych stali przed i po hartowaniu. Kolejnym krokiem był pomiar twardości, badanych próbek, na twardościomierzu Rockwella, penetrator w kształcie kulki i przy obciążeniu  100 kG. Badane próbki poddaliśmy procesowi austenityzacji (hartowaniu):

1. próbki ze stali 15 i 45 w temperaturze 850ºC w czasie 30 min,
2. próbkę ze stali N9E w temperaturze 770ºC w czasie 30 min,

Próbki po okresie 30 minut zahartowaliśmy w wodzie, następnie wykonaliśmy na nich zgłady metalograficzne i obserwowaliśmy je pod mikroskopem w celu naszkicowania zmian jakie zaszły w ich strukturze metalicznej. Powtórzyliśmy również pomiar twardości, co pozwoliło nam zaobserwować wpływ hartowania na twardość badanych stali.

WYNIKI BADAŃ

Struktura badanych stali:

    Przed hartowaniem:                                             Po hartowaniu:

Stal 15

               Przed hartowaniem                                                        Po hartowaniu

Stal 45

Stal N9E

Wyniki pomiarów twardości poszczególnych próbek w trzech seriach.

Z zamieszczonych w tabeli wyników można stwierdzić, że zawartość węgla w stali ma wpływ na twardość stali po hartowaniu. Im większa jest jego zawartość tym większa twardość.

Skład chemiczny badanych próbek.

WNIOSKI:

Zgodnie z normą PN-91/H-01010/03 stale węglowe dzielimy na trzy grupy: niskowęglowe – poniżej 0,25 % C, (do tej grupy zakwalifikujemy próbkę nr 1, ze stali 15); średniowęglowe – 0,25 – 0,6 % C, (próbka nr 2, stal 45); wysokowęglowe – powyżej 0,6 % C, (próbka nr 3, stal N9E);

Zawartość węgla i obróbka cieplna ma wpływ na wygląd struktur metalicznych obserwowanych zgładów. W zgładach stali o małej zawartości węgla 0,15 % C poprzez zgłady stali o zawartości 0,45 % C do stali o zawartości 0,9 % C, widoczne jest zmniejszanie się ilości ziarn ferrytu (składnika miękkiego), a wzrost ilości ziarn cementytu, który jako składnik twardszy znacznie wpływa na wzros twardości. Natomiast obserwując zgłady poddane wcześniej hartowaniu, zauważyć można znaczne zmniejszenie się ziarn tzn. znaczne zagęszczenie struktury mające znaczny wpływ na występowanie defektów w sieci oraz na zmniejszenie EBU (energii błędu ułożenia),

co w efekcie prowadzi do zwiększenia twardości z jednoczesnym pogorszeniem właściwości plastycznych.

Na twardość martenzytu ma szczególnie wpływ zawartość węgla w stali, natomiast wpływ pierwiastków stopowych jest nieznaczny.

Wzrost zawartości węgla w stali powoduje zmniejszenie zawartości miękkiego składnika strukturalnego (ferrytu), a zwiększenie, twardego (cementytu), co w efekcie prowadzi do zwiększenia się twardości stali z większą zawartością węgla. Tę prawidłowość zaobserwować można na przykładzie badanych próbek. Znaczny wpływ na polepszenie (zwiększenie) twardości ma hartowanie. Hartowanie jest zabiegiem cieplnym, polegającym na nagrzaniu stali powyżej temperatury na linii GSE w układzie żelazo – węgiel tzw. temperatury austenityzacji, (w naszym przypadku dla stali 15 i 45 była to temperatura 850ºC,a dla N9E - 770ºC), następnie przeprowadza się gwałtowne chłodzenie w celu otrzymania struktury martenzytycznej lub pośredniej –

w efekcie uzyskuje się znaczne powiększenie twardości.