Nazwisko i imię	Specjalność Ochrona Środowiska
Temat wykonanego ćwiczenia: HARTOWANIE I ODPUSZCZANIE STALI	Data wykonania	18.11.2004
		Data oddania	24.11.2004

Dnia 18 listopada 2004 roku odbyły się zajęcia laboratoryjne w zakładzie Alstom w Elblągu.

Celem ćwiczeń było zapoznanie się z procesami technologicznymi hartowania i odpuszczania stali.

Przedstawiono nam sposoby hartowania odpuszczania stali oraz azotowania. Prowadzący udostępnił nam możliwość samodzielnego wykonania ogrzania w piecach stali a następnie jaj hartowanie i odpuszczanie. Piece ogrzewa się do maksymalnej temperatury 1500^oC. Następnie przemieściliśmy się do pomieszczenia, w którym wykonywane jest azotowanie stali. Wykonywane jest ono jako ostatnia obróbka cieplna w całym procesie.

Następnie udostępniono nam dokonanie pomiaru twardości stali w wyniku czego uzyskaliśmy następujące twardości stali po hartowaniu i odpuszczaniu: 28 HRC oraz 269 HB.

Hartowanie - jest to obróbka cieplna, która polega na nagrzaniu stali do temperatury występowania austenitu, wygrzaniu - czyli austenizowaniu, a następnie szybkim ochłodzeniu, w celu uzyskania struktury martenzytycznej lub bainitycznej.

Dla uzyskania poprawnych wyników hartowania konieczne jest dotrzymanie odpowiednich warunków, czyli parametrów hartowania, do których należą:

• Temperatura austenizowania,

• Czas grzania,

• Szybkość chłodzenia.

Stale węglowe można hartować tylko w przypadku małych przekrojów, ponieważ w większych przekrojach uzyskuje się strukturę martenzytyczną jedynie w warstwach powierzchniowych, których granice tworzą punkty przekroju chłodzone z szybkością równą krytycznej szybkości chłodzenia. Cecha stali określającą zdolność do hartowania się w głąb na strukturę martenzytyczną jest hartowność. Stale węglowe sa więc stalami o małej hartowności, w odróżnieniu od stali o dużej hartowności, które zapewniają strukturę martenzytyczną w dużych przekrojach przy małej szybkości chłodzenia. Hartowność jest zależna od składu chemicznego stali, wielkość ziarna austenitu, jednorodności austenitu i obecności nierozpuszczonych cząstek innych faz. Węgiel i dodatki stopowe rozpuszczone w austenicie zwiększają hartowność, podobnie działają większe ziarna i jednorodność austenitu. Nierozpuszczone cząstki węglików, tlenków, azotków zmniejszają hartowność.

Hartowność jest jedna z najważniejszych własności użytkowych stali, stanowi główne kryterium doboru stali konstrukcyjnych na części maszyn ulepszane cieplnie (hartowanie i odpuszczanie). Jeśli dany element konstrukcyjny ze względu na wymagane własności mechaniczne musi być w stanie ulepszonym cieplnie, to należy tak dobrać materiał, aby największa średnica elementu była równa lub nieco mniejsza od średnicy krytycznej D₉₅ - jeśli wymagana jest granica sprężystości, lub D₅₀ - jeśli wymagany jest optymalny zespół własności mechanicznych.

Martenzyt jest najważniejszą strukturą hartowania, jednak wykazuje oprócz pożądanej dużej twardości znaczna kruchość i naprężenia własne. Dla zmniejszenia kruchości i usunięcia naprężeń bezpośrednio po hartowaniu konieczne jest odpuszczanie. Jest to operacja obróbki cieplnej polegająca na nagrzaniu i wygrzaniu zahartowanej stali w temperaturze poniżej Ac₁ oraz powolnym studzeniu, zwykle w powietrzu. Celem odpuszczania jest uzyskanie optymalnego zespołu własności odpuszczanego przedmiotu. Wybór temperatury odpuszczania zależy od wymaganych końcowych własności mechanicznych.

Stale po zahartowaniu zależnie od zawartości węgla mają następujące struktury:

• Do około 0,5% węgla - martenzyt,

• Od około 0,5% do 0,76% węgla - martenzyt z austenitem szczątkowym,

• powyżej 0,76% węgla - martenzyt z austenitem szczątkowym i cementyt wtórny.

Rodzaje odpuszczania.

Zależnie od stosowanej temperatury rozróżnia się odpuszczanie niskie, średnie i wysokie.

Odpuszczanie niskie (temperatura 150 - 250^oC) przeprowadza się w celu zmniejszenia naprężeń hartowniczych przy zachowaniu jak najwyższej twardości i odporności na ścieranie. Stosuje się do narzędzi ze stali węglowych, jak: wiertła, frezy, gwintowniki, małe matryce, wykrojniki.

Odpuszczanie średnie (temperatura 250 - 500^oC) ma na celu uzyskanie jak najwyższej granicy sprężystości oraz wytrzymałości na rozciąganie przy zadawalającej plastyczności. W zakresie od 400^oC odpuszcza się sprężyny o prostych kształtach ze stali węglowych, pracujące pod obciążeniem statycznym. W zakresie temperatur 400 - 500^oC odpuszcza się części maszyn, które oprócz dużej wytrzymałości muszą mieć dużą odporność na uderzenia: silnie obciążone sprężyny, resory, młotki pneumatyczne.

Odpuszczanie wysokie (temperatura 500 - Ac₁) ma na celu uzyskanie optymalnego zespołu własności mechanicznych, wysokiej wytrzymałości i plastyczności oraz wytrzymałości zmęczeniowej. Operacja obróbki cieplnej będąca połączeniem hartowania i odpuszczania wysokiego nazywa się ulepszeniem cieplnym. Ulepszenie cieplne stosuje się do wielu części maszyn, gdy inne sposoby, jak normalizowanie, nie zapewniają potrzebnej wytrzymałości i ciągliwości. Ze stali węglowych ulepszonych cieplne wytwarza się części maszyn o prostym kształcie i przekroju do 25 mm, jak: tuleje, osie, sworznie.

---