Obróbka powierzchniowa i cieplna ściąga 02 DOC







ODPUSZCZANIE

I. WSTĘP TEORETYCZNY:

Polega na nagrzaniu stali zahartowanej do temperatury Ad,wytrzymaniu w niej i chłodzeniu do temperatury otoczenia. Najogólniej stal węglowa po zahartowaniu wykazuje strukturę martenzytu, austenitu szczątkowego oraz cementytu( w stalach nadeutektoidalnych). Spośród wymienionych składników strukturalnych tylko cementyt stanowi strukturę trwałą w niskich temperaturach, natomiast martenzyt i austenit sąmetastabilne. Przy nagrzaniu będą miały tendencję do przechodzenia w trwalsze składniki strukturalne. Przemiany zachodzące podczas odpuszczania mogą być badane metodami dylatometrycznymi (rejestrującymi zmiany objętości wynikające ze struktury, rentgenograficznymi( pozwalającymi na wyznaczenie zmian parametru sieci przestrzennej, które uzależnione są od ilości zatrzymanego węgla w roztworze przesyconym a) i za pomocą badań mikroskopowych (określających różnice w mikroskopowej strukturze stali odpuszczonych).

Zależnie od stosowanej temperatury rozróżnia się odpuszczanie:

1. Odpuszczanie niskie - przeprowadza się w temperaturze 150-5-250°C celem usunięcia naprężeń hartowniczych przy zachowaniu dużej twardości i odporności na ścieranie. Stosuje się głównie do narzędzi, sprężyn spiralnych, sprawdzianów.

2. Odpuszczanie średnie - przeprowadzone jest w zakresie 250-=-500°C i ma na celu uzyskanie dużej wytrzymałości i sprężystości; twardość zmniejsza się przy tym znacznie. Odpuszczaniu poddaje się sprężyny, matryce, resory, części mechanizmów, jak młotki pneumatyczne, części samochodowe itp.

3. Odpuszczanie wysokie- przeprowadza się w temperaturze powyżej 500°C, a poniżej Ad. Ma ono na celu uzyskanie najwyższej udarności możliwej dla danej stali. Zwiększa się również stosunek Redo Rm, który jest miarą ulepszenia materiału przez obróbkę cieplną. Stąd łącznie hartowanie i odpuszczanie średnie oraz wysokie nazywane jest ulepszaniem cieplnym. Podczas odpuszczania poza zmianami strukturalnymi zachodzie jednocześnie usunięcie naprężeń powstałych podczas hartowania. Oprócz temperatury na własności po odpuszczaniu wpływa, choć w mniejszym stopniu, czas odpuszczania. W zależności od własności, jakie mają być otrzymane po odpuszczaniu, dobiera się ,więc odpowiednią temperaturę oraz czas procesu.

II.BADANIA WŁASNE:

1. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wpływem temperatury na twardość i udarność odpuszczonego materiału.

2. Materiał do badań i parametry procesu:

- do badań użyto próbki walcowej ze stali konstrukcyjnej 45 o wymiarach § 15x17, oraz próbek do pomiaru udarności o wymiarach 10 x 55 z karbem o polu przekroju poprzecznego w miejscu karbu 0.8 cm2 (norma PN-69/H-04370) wykonanych z tej stali. Na podstawie karty materiałowej dla stali 45 temperatura odpuszczania wynosi: 4 odpuszczanie niskie - 200°C

* odpuszczanie średnie - 400°C

* odpuszczanie wysokie - 600°C

Chłodzenie odbyło się na powietrzu, czas odpuszczania 60 minut.


skład chemiczny stali 45:

RUN

C

Si

S

P

Mn

Ni

Cr

Mo

AVG

0,426

0,380

0,0338

0,00173

0,660

0,075

0,096

0,009

RUN

V

Cu

W

Ti

Co

Al

Fe

AVG

0,001

0,154

0,005

0,003

0,008

0,066

98,007

3. Wyposażenie stanowiska: próbki walcowe ze stali 45 piece komorowe:

amerykański

angielski

- twardościomierz Rockwella.

- materiały ścierne, polerka metalograficzna

- odczynniki do trawienia

- mikroskop

4. Metody badawcze:

<» Pomiar twardości. Badanie to zostało wykonane na twardościomierzu Rockwella, gdzie penetratorem była stalowa kulka o średnicy 1/16". Twardościomierz Rockwella posiada dwa rodzaje penetratorów -stalową kulkę o śr. 1/16" lub diamentowy stożek o kącie wierzchołkowym 120°, którym odpowiadają odpowiednie skale : dla kulki skala (35-100) HRB i (60-100) HRF, dla stożka (20-67) HRC i (60-90) HRA.

Metoda Rockwella polega na dwustopniowym obciążeniu badanej próbki, tzn. początkowo próbkę obciążmy siłą wstępną fo (F0 powoduje odkształcenie sprężyste), następnie dodajemy siłę fi. Suma tych sił stanowi obciążenie główne i powoduje w materiale odkształcenie plastyczne. Kolejnym krokiem jest odjęcie siły fi i dokonanie pomiaru trwałego przyrostu głębokości odcisku (w praktyce wynik otrzymujemy bezpośrednio na skali urządzenia).

»J» Badania metalograficzne z wykorzystaniem mikroskopu świetlnego.

Przygotowanie próbki do obserwacji:

- pobranie próbki:

- dobór miejsca pobrania próbki

- wycięcie próbki której powierzchnia musi mieścić się w granicach od

1-5-3 cm2.Mniejsze próbki lub próbki o nieregularnych kształtach muszą zostać zamocowane w oprawkach lub zainkludowane.

- inkludowanie :zatapianie próbek w żywicach (termoutwardzalne). Powoduje to wyostrzenie obrazu przy krawędzi próbki.

szlifowanie: zabieg polegający na wyrównaniu powierzchni próbki poprzez szlifowanie na tarczach szlifierskich przy jednoczesnym chłodzeni a następnie szlifowanie coraz drobniejszym papierem ściernym.

Polerowanie: realizowane jest na tarczach obrotowych obciągniętych filcem i zwilżonych zawiesinami tlenków aluminium lub żelaza, bajdź też próbkę zawiesza


się w elektrolicie jako anodę i pod wpływem prądu przepływającego przez elektrolit

następuje wygładzenie powierzchni materiału. - Trawienie: próbka umieszczana jest w odczynnikach chemicznych lub elektrolicie.

Proces ten polega na wykorzystaniu różnych szybkości rozpuszczania

poszczególnych faz w odczynniku lub tez efektów różnicowania fez w wyniku

utleniania.

Kolejnym etapem badania metalograficznego jest obserwacja uprzednio przygotowanego zgładu pod mikroskopem.

Na podstawie badania mikroskopowego można ocenić strukturę metalu, wielkość ziarn, skład fazowy ziarn, a także właściwości wytrzymałościowe i plastyczne materiału.

»J» Badanie udarności:

Badanie udarności polega na rozbiciu próbki znormalizowanej z karbem typu U lub V młotem wahadłowym .Energia zużyta na zniszczenie próbki równoważna pracy złamania L jest równa różnicy energii potencjalnych młota, odpowiadających skrajnym jego położeniom. Udarność oblicza się wg wzoru:

tt-Ł- GR*R*(cosp-cosa)
~~S~ S

L - praca

S- pole powierzchni przekroju pierwotnego próbki

kątp- kąt po uderzeniu

kąta - kąt początkowy

III. WYNIKI BADAŃ:

Wszystkie próbki przed odpuszczaniem zostały zahartowane, a ich twardość wynosiła

58HRC.

Oznaczenia próbek:

Nr próbki

Przeznaczenie

1

Odpuszczanie niskie

2

Odpuszczanie średnie

3

Odpuszczanie wysokie

Nr

Rodzaj

Temp.

Czas

Ośrodek

Twardość

Praca

Udarność

próbki

obróbki

odpuszczania

[min]

chłodzący

HRC

[J/mm2]

cieplnej

r°c]

1

1

Odpuszczanie

200

60

Powietrze

51

0,56

0,7

2

2

Odpuszczanie

400

60

Powietrze

2,93

3,6

3

3

Odpuszczanie

600

60

Powietrze

25,5

5,83

7,3


Struktury próbek przed i po hartowaniu

Wszystkie próbki przedstawione poniżej są w powiększeniu xl 00.



Wnioski:

1. Twardość po odpuszczeniu zmalała w stosunku do twardości po hartowaniu. Najwyższą twardość po odpuszczaniu uzyskuje się w skutek odpuszczania niskiego , a najniższą w wyniku odpuszczania wysokiego.

2. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta praca a wraz z nią udarność.

3. W skutek odpuszczania niskiego otrzymujemy stal o najniższej udarności, najwyższą udarność uzyskujemy w wyniku odpuszczania wysokiego.

HARTOWANIE


I. WSTĘP TEORETYCZNY:

Hartowanie jest zabieg cieplny polegający na nagrzaniu przedmiotu do temperatury austenityzowania, wygrzaniu w niej, z następnym szybkim chłodzeniem celem otrzymania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Stosowanie odpowiedniej temperatury hartowania stali zapewnia otrzymanie drobnoziarnistego austenitu, a przy chłodzeniu drobnoiglastego martenzytu. Natomiast austenit gruboziarnisty po przemianie inicjuje powstanie gruboiglastego martenzytu o niższych własnościach wytrzymałościowych i zwiększonej kruchości. Dlatego też stale nadeutektoidalne hartuje się w temperaturach powyżej Aci+(30-5-50°C), a więc w zakresie, w którym cementyt wtórny przechodzi w bardzo małej ilości do roztworu. Wygrzewanie stali w temperaturze powyżej Acm wpływa na powstanie gruboziarnistego austenitu, co określa się również pojęciem przegrzania, a po oziębieniu powstaje martenzyt gruboziarnisty zwany także gruboiglastym oraz austenit szczątkowy. Im wyższa temperatura przegrzania, tym ilość austenitu szczątkowego większa.

Natomiast cementyt pozostający w strukturze stali po ogrzaniu do temperatury powyżej ai jest składnikiem bardzo twardym, a jeśli tylko jego kształt jest właściwy, drobnoziarnisty, nadaje on stali hartowanej korzystne własności, zwłaszcza zwiększa odporność na ściernie.

Ważna dla otrzymania korzystnej struktury po hartowaniu stali nadeutektoidalnej jest struktura wyjściowa (ferryt z cementytem ziarnistym), którą otrzymuje się w wyniku obróbki plastycznej( rozbicie cementytu) i wyżarzania zmiękczającego.

Podgrzewanie do hartowania należy prowadzić powoli, zwłaszcza przedmiotów o skomplikowanych kształtach i ze stali stopowych, mających mniejszy współczynnik przewodnictwa cieplnego; czas wygrzewania powinien być możliwie krótki, lecz dostateczny do wygrzania na wskroś i przebiegu austenityzowania.

Nagrzewanie odbywa się na ogół w powietrzu, ale prawidłowo należy przeprowadzić je w atmosferze obojętnej, aby nie mogło zachodzić ani odwęglenia, ani nawęglenie lub utlenienie stali.



Rysunek przedstawiający układ żelazo-węgiel, z uwzględnieniem temperatury hartowania.


II.

BADANIA WŁASNE:


1. Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z wpływem temperatury hartowania na twardość materiału zahartowanego.

2. Materiał do badań i parametry obróbki cieplnej

Do badań użyto próbki walcowej ze stali konstrukcyjnej 45 o średnicy 20 mm i grubości l O mm. Na podstawie karty materiałowej dla stali 45 stwierdzono, że temperatura hartowania wynosi ok. 850°C. Chłodzenie przeprowadzane jest w wodzie, oleju, na powietrzu. Czas hartowania wynosi 15 minut.

Skład chemiczny stali konstrukcyjnej 45.

RUN

C

Si

S

P

Mn

Ni

Cr

Mo

AVG

0,426

0,380

0,0338

0,00173

0,660

0,075

0,096

0,009

RUN

V

Cu

W

Ti

Co

Al

Fe

AVG

0,001

0,154

0,005

0,003

0,008

0,066

98,007


3. Wyposażenie stanowiska.

próbki walcowe ze stali 45 piece komorowe:

amerykański

angielski

- twardościomierz Rockwella.

- materiały ścierne, polerka metalograficzna odczynniki do trawienia

- mikroskop

3. Metody badawcze:

<» Pomiar twardości. Badanie to zostało wykonane na twardościomierzu Rockwella, gdzie penetratorem była stalowa kulka o średnicy 1/16". Twardościomierz Rockwella posiada dwa rodzaje penetratorów -stalową kulkę o śr. 1/16" lub diamentowy stożek o kącie wierzchołkowym 120°, którym odpowiadają odpowiednie skale : dla kulki skala (35-100) HRB i (60-100) HRF, dla stożka (20-67) HRC i (60-90) HRA.

Metoda Rockwella polega na dwustopniowym obciążeniu badanej próbki, tzn. początkowo próbkę obciążmy siłą wstępną F0 (F0 powoduje odkształcenie sprężyste), następnie dodajemy siłę fi. Suma tych sił stanowi obciążenie główne i powoduje w materiale odkształcenie plastyczne. Kolejnym krokiem jest odjęcie siły fi i dokonanie pomiaru trwałego przyrostu głębokości odcisku (w praktyce wynik otrzymujemy bezpośrednio na skali urządzenia).

<» Badania metalograficzne z wykorzystaniem mikroskopu świetlnego. Przygotowanie próbki do obserwacji:

- Pobranie próbki:

- Dobór miejsca pobrania próbki

- Wycięcie próbki której powierzchnia musi mieścić się w granicach od

l-s-3 cm2.Mniejsze próbki lub próbki o nieregularnych kształtach muszą zostać zamocowane w oprawkach lub zainkludowane.

- Inkludowanie :zatapianie próbek w żywicach (termoutwardzalne). Powoduje to wyostrzenie obrazu przy krawędzi próbki.

Szlifowanie: zabieg polegający na wyrównaniu powierzchni próbki poprzez szlifowanie na tarczach szlifierskich przy jednoczesnym chłodzeni a następnie szlifowanie coraz drobniejszym papierem ściernym.

Polerowanie: realizowane jest na tarczach obrotowych obciągniętych filcem i zwilżonych zawiesinami tlenków aluminium lub żelaza, bądź też próbkę zawiesza się w elektrolicie jako anodę i pod wpływem prądu przepływającego przez elektrolit następuje wygładzenie powierzchni materiału.

Trawienie: próbka umieszczana jest w odczynnikach chemicznych lub elektrolicie. Proces ten polega na wykorzystaniu różnych szybkości rozpuszczania poszczególnych faz w odczynniku lub tez efektów różnicowania faz w wyniku utleniania.

Kolejnym etapem badania metalograficznego jest obserwacja uprzednio przygotowanego

zgładu pod mikroskopem.

Na podstawie badania mikroskopowego można ocenić strukturę metalu, wielkość ziarn,

skład fazowy ziarn, a także właściwości wytrzymałościowe i plastyczne materiału.


m. WYNIKI BADAŃ.

Oznaczenia próbek do hartowania:

Nr. próbki

Przeznaczenie próbki

1

Próbka w stanie surowym

4

Hartowanie w temperaturze za niskiej

5

Hartowanie w temperaturze właściwej w wodzie

6

Hartowanie w temperaturze właściwej w oleju

7

Hartowanie w temperaturze za wysokiej w wodzie

Wyniki pomiarów twardości przed i po hartowaniu.

Lp

Nr Pr

Temp [°C]

Czas [min]

chłodzenie

Tw. HRB

Tw. HRC

Tw HB

1

1

-

-

-

96

-

201

2

4

750

15

Woda

-

53

525

3

5

850

15

Woda

-

57

601

4

6

850

15

Olej

-

48

452

5

7

950

15

Woda

-

60

>627

Struktury próbek przed i po hartowaniu

Wszystkie próbki przedstawione poniżej są w powiększeniu xl 00.


Wnioski:

1. Przy hartowaniu w temperaturze właściwej większą twardość otrzymujemy chłodząc materiał w wodzie.

2. Wraz ze wzrostem temperatury hartowania wzrasta twardość materiału.







L WSTĘP TEORETYCZNY:

Wyżarzanie jest to zabieg cieplny polegający na nagrzaniu metalu do wymaganej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze, a następnie ostudzeniu. Rozróżnia się kilka rodzajów wyżarzania stali; każde z nich ma na celu osiągniecie odpowiednich własności materiału, często bardzo różniących się pomiędzy sobą. Podstawę rozróżniania wyżarzania stanowi charakter przemiany fezowej.Wyżarzanie podzielone jest na dwa rodzaje; w których:

- Następuje przemiana fazowa Gęśli występuje), która nie ma zasadniczego wpływu na końcową strukturę.

- Następuje przemiana fazowa, która ma zasadniczy wpływ na strukturę.

WYŻARZANIE NORMALIZUJĄCE

Wyżarzanie normalizujące(normalizowanie) polega na nagrzaniu stali od 30 do 50°C powyżej Ac3, wygrzaniu w tej temperaturze oraz studzeniu w spokojnym powietrzu. Celem tego zabiegu jest uzyskanie jednolitej, drobnoziarnistej struktury. Korzystną strukturę drobnoziarnistą stali uzyskuje się przechodząc dwukrotnie zakres temperatur przemiany Ac3 i Ars.Stosunkowo krótkie czasy wygrzewania i dosyć szybkie chłodzenie w spokojnym powietrzu po wodują uzyskanie korzystnej struktury drobnoziarnistej. Normalizowanie polepsza własności wytrzymałościowe stali i w pewnych przypadkach poprawia podatność ich do obróbkSi mechanicznej przez skrawanie. Praktycznie poddaje się temu zabiegowi stale węglowe konstrukcyjne i staliwo celem rozdrobnienia ziarn i usunięcia struktury widmanstetenowskiej. Normalizowanie może również zmniejszyć pasmowość struktury(zwłaszcza, gdy w stali nie ma dużych wtrąceń niemetalicznych) oraz usunąć przypadkowo uzyskaną strukturę hartowania lub zgniotu.

Normalizowanie stosuje się też często przed dalszą obróbką cieplną celem nadania stali przeznaczonej do seryjnej produkcji jednakowej struktury wyjściowej, co ma wpływ na własności stali po obróbce cieplnej. Poddaje się temu zabiegowi również przedmioty spawane celem ujednolicenia struktury spoin i warstw przegrzanych przyległego materiału. Wyżarzanie normalizujące należy do zabiegów najczęściej stosowanych (pręty i odkuwki oraz większe przedmioty przed ich nawęglaniem lub hartowaniem), nie wymaga, bowiem wysokich temperatur, a daje pewność zupełnego przekrystalizowania. Przy stosowaniu dużych szybkości nagrzewnia(nagrzewanie udarowe) temperatura normalizowania znacznie się podwyższa, bez obawy rozrostu ziarn austenitu.


II.BADANIA WŁASNE:

1. Celem ćwiczenia jest wyznaczenie relacji pomiędzy temperaturą normalizacji a twardością materiału znormalizowanego.

2. Materiał do badań i parametry obróbki

- Postać materiału

20 mm

10 mm

Do badań użyto walca ze stali konstrukcyjnej 45 o wymiarach jak powyższym rysunku. Na podstawie karty materiałowej dk stali 45 temperatura normalizowania wynosi 850°C. Chłodzenie przeprowadzono w wolnym powietrzu, czas normalizowania wynosił 15 min.


Skład chemiczny

RUN

C

Si

S

P

Mn

Ni

Cr

Mo

AVG

0,426

0,380

0,0338

0,00173

0,660

0,075

0,096

0,009

RUN

V

Cu

W

Ti

Co

Al

Fe

AVG

0,001

0,154

0,005

0,003

0,008

0,066

98,007

Oznaczenie próbek:

Nr. próbki

Przeznaczenie próbki

1

Próbka w stanie surowym

2

Normalizowanie we właściwej temperaturze

3

Normalizowanie w temperaturze za wysokiej

3. Metody badawcze:

<* Pomiar twardości. Badanie to zostało wykonane na

twardościomierzu Rockwella, gdzie penetratorem była stalowa kulka

o średnicy 1/16".

Twardościomierz Rockwella posiada dwa rodzaje penetratorów —

stalową kulkę o śr. 1/16" lub diamentowy stożek o kącie

wierzchołkowym 120°, którym odpowiadają odpowiednie skale :

dla kulki skala (35-100) HRB i (60-100) HRF,

dla stożka (20-67) HRC i (60-90) HRA.

Metoda Rockwella polega na dwustopniowym obciążeniu badanej

próbki, tzn. początkowo próbkę obciążmy siłą wstępną F0

(F0 powoduje odkształcenie sprężyste), następnie dodajemy siłę fi.

Suma tych sił stanowi obciążenie główne i powoduje w materiale

odkształcenie plastyczne. Kolejnym krokiem jest odjęcie siły fi i

dokonanie pomiaru trwałego przyrostu głębokości odcisku (w

praktyce wynik otrzymujemy bezpośrednio na skali urządzenia).

t* Badania metalograficzne z wykorzystaniem mikroskopu świetlnego. Przygotowanie próbki do obserwacji:

- pobranie próbki:

- dobór miejsca pobrania próbki

4 wycięcie próbki której powierzchnia musi mieścić się w granicach od

1^3 cm2.Mniejsze próbki lub próbki o nieregularnych kształtach muszą zostać

zamocowane w oprawkach lub zainkludowane.

- inkludowanie :zatapianie próbek w żywicach (termoutwardzalne). Powoduje to wyostrzenie obrazu przy krawędzi próbki

- szlifowanie: zabieg polegający na wyrównaniu powierzchni próbki poprzez szlifowanie na tarczach szlifierskich przy jednoczesnym chłodzeni a następnie szlifowanie coraz drobniejszym papierem ściernym.

Polerowanie: realizowane jest na tarczach obrotowych obciągniętych filcem i zwilżonych zawiesinami tlenków aluminium lub żelaza, bądź też próbkę zawiesza


4.

się w elektrolicie jako anodę i pod wpływem prądu przepływającego przez elektrolit

następuje wygładzenie powierzchni materiału.

Trawienie: próbka umieszczana jest w odczynnikach chemicznych lub elektrolicie.

Proces ten polega na wykorzystaniu różnych szybkości rozpuszczania

poszczególnych fez w odczynniku lub tez efektów różnicowania fez w wyniku

utleniania.

Kolejnym etapem badania metalograficznego jest obserwacja uprzednio przygotowanego zgładu pod mikroskopem.

Na podstawie badania mikroskopowego można ocenić strukturę metalu, wielkość ziarn, skład fazowy ziarn, a także właściwości wytrzymałościowe i plastyczne materiału.

Wyposażenie stanowiska: próbki ze stali 45 piece komorowe: * amerykański 4 angielski

materiały ścierne, polerka metalograficzna odczynniki chemiczne mikroskop świetlny

III.WYNIKI BADAŃ:

Lp

Nr. próbki

Temp.

[°q

Czas [min]

Ośrodek chłodzący

Tw. HRB

Tw. HRC

Tw. HB

1

1

-

-

-

96

-

201

2

2

850

15

Powietrze

92

-

179

3

3

950

15

Powietrze

94

-

192

Struktury próbek przed i po normalizowaniu:

Wszystkie zdjęcia struktur zostały wykonane przy powiększeniu xl 00.




Wnioski:

1. Przy normalizowaniu we właściwej temperaturze oraz w za wysokiej twardość po wyżarzaniu wzrasta.

2. Twardość próbki po obróbce jest mniejsza w porównaniu z twardością początkową.

3. Za wysoka temperatura austenityzowania powoduje nadmierny rozrost ziarn austenitu.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:

więcej podobnych podstron