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,

-     zahartowana stal stopowa SW7M ( krążek o średnicy 16 mm ), o składzie chemicznym : ~ 0,85 %C , ~ 4,5%Cr , ~ 6,5% W , ~5% Mo , ~ 2%V , austenizowana w temperaturze 1200°C i oziębiana w oleju.

              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 ).

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.

Wyniki pomiarów twardości stali stopowej SW7M i stali węglowej 45 w stanie zahartowanym przed odpuszczaniem. Badanie przeprowadzone metodą Rockwella ( skala C, penetrator – stożek diamentowy, 150 kG ).