Politechnika Poznańska	Obróbka cieplna i spawalnictwo
Nazwisko i imię: Jakub Tomaszewski				Semestr: II	Wydział: BMiZ	Kierunek: Mechatronika	Grupa dziek: 5/1
Temat ćwiczenia: Hartowność. Obróbka cieplna stopów żelaza.
Data wykonania ćwiczenia: 24.03.10			Prowadzący W. Gęstwa

Skład obrabianych przez nas materiałów:

Stal C45 (45) Stal 100Cr6 (ŁH15)

C- 0,42-0,5 % C 0,98-1,1 %

Mn 0,5-0,8% Mn 0,25-0,45%

Si 0,17 - 0,37% Si 0,15-0,35%

P max 0,04% P max 0,027%

S max 0,04% S 0,02%

Cr max 0,3% Cr 1,3-1,65%

Cu max 0,3% Cu max 0,3%

Ni max 0,3% Ni max 0,25%

Czynności wykonywane na zajęciach:

1. Próba Jominy'ego

- metoda określenia hartowności metalu. Polega na czołowym oziębianiu próbki (średnica 25mm, długość 100mm) wodą. Następnie mierzy się twardość wzdłuż dwóch przeciwległych tworzących. Dane nanosi się na wykres odległości od czoła [mm] w funkcji twardości [HRC].

Materiał : Stal 45

Wymiar charakterystyczny próbki wynosił 25mm ( długość 100mm) . Dlatego materiał przebywał 25 minut w piecu nagrzanym do temperatury 840 C (20 minut trwało nagrzewanie a 5 wygrzewanie) Po wyciągnięciu z pieca próbka była chłodzona wodą od czoła .

Hartowność - jest to podatność stali na hartowanie czyli zdolność do wytworzenia struktury martenzytycznej w metalu. Na hartowność stali wpływa wiele czynników, a przede wszystkim jej skład chemiczny , czyli pierwiastki stopowe a także zawartość węgla .

Wpływ ma także wielkość ziarna austenitu, jednorodność austenitu i obecność innych

nie rozpuszczonych cząstek.

Metoda Grossmana - Polega na hartowaniu w wodzie lub oleju cylindrycznych próbek o różnych średnicach. Następnie próbki przecina się i dokonuje się pomiarów twardości na poprzecznym przekroju wzdłuż średnicy. Wyniki pomiarów zestawia się graficznie. Obserwując strukturę próbki pod mikroskopem, stwierdza się, że przy powierzchni jest jednorodny martenzyt, a w głębszych warstwach pojawia się bainit, a następnie drobny perlit. Za granicę strefy zahartowanej przyjmuje się strukturę o zaw. 50% martenzytu. Twardość odpowiadająca takiej strukturze nosi nazwę twardości krytycznej. Sposób wyznaczenia strefy zahartowanej z wykresu polega na naniesieniu twardości krytycznej na wykres. Co umożliwia określenie średnicy niezahartowanej rdzenia (Dr) i następnie obliczenie strefy zahartowanej .

Oto pomiary przedstawiające zależność twardości materiału od odległości od czoła:

Odległość od czoła [mm]	0,7	5,45	7,05	10,1	13,75
Twardość [HRC]	67	62	51	32	26

Krzywa hartowności dla stali 45 - wykonana na podstawie danych zebranych na zajęciach.

Wnioski: Po porównaniu z pasmem hartowności okazało się , że wykres ten nieco wykracza poza jego dolną granicę w odległości ok. 15 mm od czoła. Może to być spowodowane odbiegającym od wzorca składem chemicznym będącym wynikiem zmiennych warunków towarzyszących procesom metalurgicznym podczas wytwarzania stali. Powodem tego mogły być również zmienne warunki chłodzenia podczas regulacji strumienia cieczy.

Z wykresu łatwo można odczytać zmniejszającą się twardość materiału w miarę oddalania się od czoła próbki.

Jest to spowodowane różnymi prędkościami chłodzenia materiału. Przesuwając się w głąb materiału prędkość chłodzenia jest coraz mniejsza. Mniejsza prędkość chłodzenia powoduje zmniejszenie zawartości fazy martenzytycznej w stali , która jest bardzo twarda i krucha.

2. Próbka typu wałek

Wymiary : 16x19 mm

Wymiar charakterystyczny : 16 mm

Czas wyżarzania w piecu 16 min + 20% = 20 minut w temperaturze 840^oC .

3. Próbka typu plaster.

Materiał : Stal 45

Wymiary : średnica 42 mm ; grubość 6mm

Wymiar charakterystyczny wynosił 6mm dlatego próbka przebywała w piecu o temp. 840^oC przez 6 minut .

4. Badanie twardości dla próbek z materiału C 45 oraz 100Cr6 w zależności od rodzaju wykonywanego zabiegu.

Materiał	Hartowanie	Wyżarzanie Normalizujące
C45	Wodą 35 HRC	W powietrzu 3 HRC
100Cr6	Olejem 61 HRC	W powietrzu 28 HRC

Wnioski: Różnice w twardości materiałów są spowodowane tym , że mamy do czynienia z różnymi rodzajami stali - węglową oraz stopową. Stale węglowe mają małą hartowność ,

która wzrasta wraz z zawartością węgla. Wpływ na hartowność mają również dodatki stopowe , zwiększają bowiem trwałość przechłodzonego austenitu zarazem zmniejszając krytyczną szybkość chłodzenia. O twardości decyduje także szybkość chłodzenia , która w przypadku wody czy oleju jest kilkaset razy większa niż w powietrzu.

Należy podkreślić , że podczas ogrzewania duży wpływ na utlenianie metali ma stosowanie atmosfer ochronnych lub też proszków zapobiegających temu procesowi. Dzięki temu możemy uniknąć pokryciu się materiału ciemną warstwą łuskowatych tlenków zwanych zgorzeliną.

---