Marek Jastrzębski
126645
Inż. materiałowa
Sem. VI
Rok ak. 2006/07
LABORATORIUM
Obróbki cieplnej
ćw. nr. 3
Temat: Wyżarzanie stali.
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rodzajami obróbki wyżarzaniem oraz strukturami materiałów wyjściowych i po obróbce.
2. Wstęp teoretyczny:
Wyżarzanie jest to proces polegający na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wygrzewaniu w tej temperaturze i następnie chłodzeniu z różną szybkością.
Wyżarzanie można podzielić na dwie zasadnicze grupy:
a) w których zachodzą przemiany ferryt – austenit i perlit – austenit.
b) bez udziału przemian.
Do grupy b) należą procesy, których temperatura nie przekracza temperatury przemiany eutektoidalnej. Są to:
- wyżarzanie rekrystalizujące
- wyżarzanie odprężające
- stabilizowanie
W grupie a) materiały nagrzewane są powyżej temperatury przemiany eutektoidalnej, w związku z tym struktura wyjściowa zamienia się w austenit. Ze względu na temperaturę wygrzewania oraz sposób chłodzenia wyróżniamy następujące rodzaje wyżarzania:
- ujednoradniające - przeprowadzane w temperaturach pomiędzy 1000° C do 1200° C w celu ujednorodnienia składu chemicznego stali w całym przekroju, jeśli wskutek błędów w poprzednich operacjach nie uzyskano takiej jednolitości.
- normalizujące - przeprowadzane w temperaturze 30° C do 50° C powyżej linii GSE a następnie studzenie w powietrzu. Otrzymuje się w ten sposób jednolitą, drobnoziarnistą strukturę i usuwa naprężenia, powstałe w czasie poprzedniej obróbki.
Usuwane są także efekty struktury pasmowej oraz rozbita zostaje siatkowe rozłożenie cementytu.
- zupełne - przeprowadzane w temperaturze 30° C do 50° C powyżej linii GSE, wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie powolne schłodzenie, zwykle wraz z piecem. Stosuje się je w celu uzyskania drobnoziarnistej struktury oraz zmiękczenia stali.
- z przemianą izotermiczną – polega na nagrzaniu stali do zakresu 30 - 50 ° C powyżej linii GS, wygrzaniu w tej temp, stosunkowo szybkim chłodzeniu do temperatury przemiany perlitycznej , przetrzymaniu w tej temperaturze Az do zakończenia przemiany i następnie studzenie na powietrzu.
- sferoidyzujące – inaczej zmiękczające, powoduje przemianę cementytu płytkowego w postać kulkową, sferoidalną, co podwyższa obrabialność skrawaniem stopu.
3. Przebieg ćwiczenia:
W ćwiczeniu tym, mieliśmy do dyspozycji dwa rodzaje stali – N11 – narzędziowa do pracy na zimno, o zawartości C = 1,1 % oraz 16 HG (16 MnCr 5 ) – stal do nawęglania.
Na próbkach tych zostały przeprowadzane różne rodzaje wyżarzania, następnie dokonaliśmy obserwacji struktur oraz porównaliśmy wyniki twardości i wyciągnęliśmy wnioski na temat wpływu obróbki na właściwości stali.
4. Wyniki obserwacji.
a) - stal N11
- po wyżarzaniu normalizującym w temp. 780 ° C.
- trawienie: Mi1Fe (Nital)
- pow. x
- struktura perlityczna z wydzieleniami cementytu
b) - stal N11
- po wyżarzaniu zupełnym w T = 780° C.
c)
- stal N11
- po wyżarzaniu izotermicznym w temp. 780 ° C, wygrzana izotermicznie w T = 600 oC w czasie 40 minut, chłodzona na powietrzu.
- pow.
d)
- po wyżarzaniu sferodiyzującym-pulsacyjnym w temp. 700 - 750 ° C (3 serie po 20 minut), chłodzona na powietrzu
e)
- stal 16 HG
- pow. x 100
- struktura ferrytyczno – perlityczna
5. Wyniki pomiarów twardości
Twardość wyjściowa – 22 HRC
nr próbki.
twardość [HRC]
HRB
a)
25
------------
b)
20
10
91 HRB
5
86 HRB
Twardość wyjściowa
22 HRC
6. Wnioski:
Przeprowadzone ćwiczenie pokazało, że różny rodzaj obróbki wyżarzaniem, ma różny wpływ na strukturę materiału a co z tym idzie i na właściwości.
Zaczynając od próbki a) polepszyło ono właściwości wytrzymałościowe – twardość po procesie większa niż twardość wyjściowa. Ponadto w strukturze widać, że przy powierzchni mamy drobniejsze ziarno niż wewnątrz. Wiąże się to pewnie z tym, że przy chłodzeniu na powietrzu szybkość odprowadzania ciepła jest większa przy powierzchni niż wewnątrz materiału, efektem zwiększonej prędkości chłodzenia jest mniejsze ziarno.
Próbka b) po wyżarzaniu zupełnym powinna ulec zmiękczeniu tzn jej właściwości plastyczne powinny wzrosnąć. Jej twardość w porównaniu z próbką wyjściową zmalała. Wniosek z tego, że wzrosły własności plastyczne kosztem wytrzymałościowych.
Kolejna próbka c) po wyżarzaniu izotermicznym, obserwujemy tutaj bardzo drobne ziarno, lecz mamy do czynienia ze znacznym obniżeniem twardości.
Ostatnią próbką ze stali N11 była próbka po wyżarzaniu sferoidyzującym (zmiękczającym). W tym wypadku materiał również zachował się zgodnie z naszymi przewidywaniami. Jego twardość znacznie spadła, czyli stał się przez to bardziej plastyczny, dodatkowo w jego strukturze charakterystyczne jest to, że węgliki skoagulowały. Dzięki swojej plastyczności oraz kształcie węglików nadaje się on do obróbki skrawaniem, jest to także korzystna struktura do dalszej obróbki cieplnej
Próbka ze stali do nawęglania (e) nie została poddana żadnej obróbce cieplnej, w efekcie czego mamy strukturę pasmową ferrytu i perlitu, powstałą w wyniku walcowania. Jest to struktura niekorzystna, ponieważ powoduje ona anizotropię właściwości wytrzymałościowych. Aby się jej pozbyć należy przeprowadzić wyżarzanie normalizujące.
Polakonoid