Politechnika Białostocka

Wydział Mechaniczny

Laboratorium z przedmiotu:

MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE

Temat ćwiczenia: Obróbka cieplna stali stopowych. Badanie hartowności stali.

Prowadzący ćwiczenia: mgr inż. B. Dąbrowski

Grupa laboratoryjna: 10

Świerżewski Daniel

Data wykonania ćwiczenia: 8.11.2005 r.

1. Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego.

Celem ćwiczenia jest :

- zapoznanie się z problematyką obróbki cieplnej stali stopowych.

• analiza składu i obróbki cieplnej stali stopowych na ich właściwości mechaniczne

• poznanie metod hartowności stali

W zakres ćwiczenia wchodzi :

• dobór parametrów obróbki cieplnej wybranych stali stopowych.

• pomiar twardości wybranych gatunków stali stopowych w stanie surowym po hartowaniu oraz po hartowaniu i odpuszczaniu.

• Przeprowadzenie próby hartowania od czoła dla wybranych gatunków stali węglowych i stopowych.

• Analiza uzyskanych wyników.

2. Opis stanowiska badawczego.

• próbki stali stopowych do badań twardości ( w stanie surowym po hartowaniu, po hartowaniu i odpuszczaniu).

• próbki ze stali węglowej i ze stali stopowej do badania hartowności metodą Jominy′ego

• wyciągi z Polskich norm dotyczących stali stopowych i ich obróbki cieplnej.

• twardościomierz Brinella

• twardościomierz Rockwella

• urządzenie do badania hartowności metodą hartowania od czoła

3. Przebieg realizacji eksperymentu.

1. Na podstawie Polskich Norm oraz literatury dobrać parametry hartowania i odpuszczania dla wybranych stali stopowych

2. Dokonać pomiaru twardości próbek stali stopowych w stanie surowym (HB) po hartowaniu (HRc) oraz hartowaniu i odpuszczaniu (HRc) zgodnie z wyznaczonymi parametrami procesu. Wyniki zestawić w tabeli .

3. Porównać uzyskane wyniki z danymi teoretycznymi

4. Wyznaczyć idealną średnicę krytyczną dla wybranej stali węglowej i wybranej stali stopowej metodą Grossmana

5. Przeprowadzić próbę hartowania od czoła ( Jominy′ego ) dla próbek z wybranej stali węglowej i stopowej

4. Zestawienie i analiza wyników badań.

′

Stal	Stan surowy [HB]	Po hartowaniu w temp.840°C chłodzenie olejem [HRC]	Po hartowaniu i odpuszczaniu [HRC]	Rodzaj odpuszczania i środek chłodzący
ŁH15 Stal łożyskowa	193	64	62	temp. odpuszczania 160°C chłodz. powietrzem
40H Do ulepszania cieplnego	171	54	40	temp. odpuszczania 500°C chłodz. w wodzie lub oleju
NC6 Narzędziowa do pracy na zimno	185	64	62.5	temp. odpuszczania 180°C chłodz. powietrzem
WNL Narzędziowa do pracy na gorąco	178	62	61 Twardość wturna	temp. odpuszczania 500°C chłodz. powietrzem
50HSA Sprężynowa	171	41	35	temp. odpuszczania 500°C chłodz. powietrzem

Próba Jominy′ego

Skład chemiczny stali:

55 - 0.55% węgla, 0.27% krzemu, 0.7% manganu

40H - 0.4% węgla, 0.7% manganu, 0.25% krzemu, 1% chromu

Stal 55

Dp = B √ %C = 13.9/1.083 ⁷ * √0.55%C = 13.9/1.75 * 0.74 = 5.88

Współczynniki :

Krzem - 1 + 0.7 * 0.27% = 1.19

Mangan - 1 + 4.8 * 0.7% = 4.36

Dm = Dp * ∫ _Mel * ∫ _Mell = 5.88 * 1.19 * 4.36 = 30.5

Stal 40H

Dp = B √ %C = 13.9/1.083 ⁷ * √0.4%C = 13.9/1.75 * 0.63 = 5

Współczynniki :

Krzem - 1 + 0.7 * 0.25 = 1.78

Mangan - 1 + 4.8 * 0.7 = 4.36

Chrom - 1 + 2.16 *1 = 3.16

Dm = Dp * ∫ _Mel * ∫ _Mell * ∫ _Melll = 5 * 1.78 * 4.36 * 3.16 = 122.62

5. Wnioski.

Twardość stali 40H, NC6, WHL, 50HSA po hartowaniu znacznie wzrasta lecz po następnym odpuszczaniu twardość maleje, natomiast poprawiają się inne własności np. plastyczne czy udarność. Stal łożyskowa ŁH15 po hartowaniu jak i odpuszczaniu ma tendencję do wzrostu twardości. Nie należy jednak poważnie traktować wartości twardości stali ŁH15 po hartowaniu i odpuszczaniu gdyż liczba ta „69 HRC” zosta zawyżona przez twardościomierz. Twardościomierz Rockwella użyty w ćwiczeniu jest bardzo dokładny w zakresie twardości 30-50 HRC, powyżej natomiast ma tendencję do zawyżania jej. Widzimy jednak ogólny wzrost twardości stali po odpuszczaniu. Przy badaniu twardości po próbie Jominiego widzimy że w stali 40H w dużej odległości od czoła próbki ( blisko pierścienia ) twardość ponownie zaczyna wzrastać. Można to wytłumaczyć faktem że od strony pierścienia również próbka była chłodzona mianowicie powietrzem i od blaszanego uchwytu, nasuwa się jednak pytanie dlaczego analogiczna sytuacja nie wystąpiła w stali 55. Z wykresu widzimy że stal stopowa jest bardziej podatna na hartowanie, niż stal węglowa, przyczyna tego leży w dodatkach stopowych, zwiększających twardość. Metoda badania metodą Jominiego pozwala w prosty sposób określić hartowność stali. Z wykresu widzimy że dodatki stopowe pozytywnie wpływają na własności twardości stali, i dlatego są one często stosowane.

---