Politechnika Łódzka

Filia w Bielsku-Białej

Wydział Budowy Maszyn

Studia dzienne inżynierskie

Semestr III grupa II 8¹⁵ - 10⁰⁰

Sprawozdanie z laboratorium metaloznawstwa.

Temat: Ulepszanie cieplne stali.

1. Wiadomości wstępne.

Obróbka cieplna jest zabiegiem lub połączeniem kilku zabiegów cieplnych mających na celu

zmianę struktury stopów w stanie stałym, a przez to nadanie im pożądanych właściwości

mechanicznych, fizycznych czy też chemicznych. Jako środek do tego celu stosuje się podnoszenie lub obniżanie temperatury obrabianego cieplnie przedmiotu oraz pewne procesy cieplno-chemiczne, cieplno-plastyczne i cieplna-magnetyczne. Zabieg obróbki cieplnej jest to zespół czynności nagrzewania, wygrzewania i chłodzenia obrabianego stopu.

Nagrzewanie polega na ciągłym lub stopniowym podnoszeniu temperatury do wysokości przewidzianej dla danego zabiegu obróbki cieplnej.

Wygrzewanie polega na utrzymywaniu temperatury odpowiadającej danemu zabiegowi obróbki cieplnej w czasie potrzebnym do wyrównania temperatury na całym przekroju obrabianego przedmiotu i przebiegu zamierzonych przemian w jego strukturze.

Chłodzenie jest to ciągłe lub stopniowe obniżanie temperatury przedmiotu da temperatury otoczenia lub innej określonej warunkami zabiegu. Powolne chłodzenie np. w piecu lub w spokojnym powietrzu nazywamy studzeniem, a chłodzenie szybkie np. wodzie lub oleju nazywamy oziębianiem. Przy chłodzeniu stopniowym można wyróżnić podchładzanie, tj . chłodzenie do temperatury wyższej niż zamierzona końcowa temperatura chłodzenia, oraz dochładzanie, to znaczy chłodzenie od temperatury podchładzania do zamierzonej końcowej temperatury chłodzenia.

Hartowanie

Hartowanie jest ta zabieg cieplny polegający na nagrzaniu elementu do temperatury 30-50°C powyżej A_c3-A_cl, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym dostatecznie szybkim oziębieniem, w celu uzyskania struktury martenzytycznej lub bainitycznej, a przez to zwiększenie twardości stali. Wysokość temperatury nagrzania przy hartowaniu zależy od składu chemicznego stali, a zwłaszcza zawartości węgla. Ośrodki chłodzące z uwagi na stan skupienia można podzielić na ośrodki stale, ciekłe, gazowe. Najczęściej stosowane są ośrodki ciekłe.

Odpuszczanie

Odpuszczanie jest to zabieg cieplny stosowany do przedmiotów uprzednio zahartowanych, polegający na nagrzaniu ich da temperatury niższej od A_c1, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym chłodzeniem powolnym lub przyspieszanym. Jest to stosowane w celu polepszenia właściwości plastycznych elementów przy jednoczesnym usunięciu naprężeń własnych. Rozróżnia się następujące rodzaje odpuszczania:

- niskie (150-250° C), które o celem jest częściowe usunięcie naprężeń hartowniczych oraz rozkład austenitu szczątkowego.

- średnie (250-500°C), którego celem jest obniżenie twardości i zwiększenie odporności na uderzenia przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości i sprężystości.

- wysokie (500-650°C) stosowane w celach uzyskania jak najwyższej udarności.

Wyżarzanie

Wyżarzanie jest to zabieg cieplny polegający na nagrzaniu stali do określanej temperatury, wygrzaniu w tej temperaturze z następnym studzeniem. Rozróżniamy m, in. wyżarzanie: ujednoradniające, zupełne, normalizujące, sferoidyzujące, rekrystalizujące, odprężające, grafityzujące, odwęglające, przegrzewające, z przemianą izotermiczną itp..

2. Przebieg ćwiczenia.

Próbki poddane zostały przygotowaniu tj. polerowaniu i trawieniu, kolejno analizie składu pod względem zawartości węgla. Na podstawie analizy dobrane zostały parametry obróbki cieplnej (hartowania i wygrzewania).

a) próbka nr 3.0

Próbka wykonana ze stali 45 - hartowana. Na rysunku widać strukturę igieł martenzytu.

b) próbka nr 3.1

Próbka wykonana ze stali 45 - ulepszona cieplnie. Widoczna struktura sorbityczna.

c) próbka nr 3.2

Próbka wykonana ze stali 45 - przegrzana podczas wyżarzania. Widoczna struktura Widmannstättena. Jasne pola ferrytu i ciemne perlitu.

d) próbka wyjściowa.

Analiza próbki wykazała, że zawartość węgla wynosi około 0,48-0,50%C. Korzystając z tablic przyjęliśmy:

- Temperaturę hartowania 30-60 większą od A_c1-_c3 tj. T=830°c

- Czas wygrzewania Tg = Tn + Tw = 10 + 2,5 = 12, 5 [min]

Próbka następnie została zahartowana w oleju.

3. Proces hartowania.

Powyższe próbki poddane zostały obróbce cieplnej a następnie hartowaniu w różnych ośrodkach. Rezultaty widoczne poniżej.

1. próbka chłodzona w wodzie

Widoczna mieszanina bainitu (czarne wydzielenia na granicy ziaren) i igieł martenzytu.

2. próbka chłodzona w oleju (850^oC)

Widoczna struktura perlityczna. Duże rozrośnięte ziarna, powodem jest zbyt wysoka temperatura obróbki.

3. hartowana w wodzie i odpuszczana (600^oC)

Widoczna struktura sorbityczna (ferryt, perlit, cementyt kulkowy). W wyniku wysokiego odpuszczania zmniejsza się twardość, rosną własności mechaniczne.

3.Wnioski.

Zabiegi obróbki cieplnej powodują zmianę struktury i własności stali. Określone w ćwiczeniu parametry obróbki próbki d były niewłaściwe ze względu na otrzymaną strukturę. Zamiast przewidywanej struktury bainitycznej otrzymaliśmy strukturę perlityczną. Przyczyną prawdopodobnie był źle określony skład (zawartość węgla) próbki.

---