Data: 10.03.2010

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ

TEMAT:  Obróbka cieplna stali i badanie mikrostruktur stali obrabianych cieplnie.

Autor: XXX, IMIR, grupa: C11

 

SPIS TREŚCI

1.               Przegląd wiadomości teoretycznych.

2.               Cel doświadczenia.

3.               Przebieg doświadczenia.

4.               Wyniki doświadczenia.

5.               Wnioski z doświadczenia.

 

 

1.            Przegląd wiadomości teoretycznych

 

Obróbka cieplna stopów żelaza - zabieg dokonywany na stopach żelaza z węglem takich jak stal, staliwo lub żeliwo, w czasie którego pod wpływem ciepła i innych działań modyfikuje się niektóre własności fizyczne i chemiczne tych stopów.

Hartowanie - rodzaj obróbki cieplnej stali, składający się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie materiału do temperatury powyżej przemiany austenitycznej i wygrzewanie, tak długo jak to potrzebne. Drugą fazą jest szybkie schładzanie. Szybkość schładzania musi być taka, by z austenitu nie zdążył wydzielić się cementyt i jego struktura została zachowana do temperatury przemiany martenzytycznej, w której to austenit przemienia się w fazę zwaną martenzytem. Stal posiadająca strukturę martenzytyczną nazywana jest stalą martenzytyczną lub hartowaną. Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Twardość - cecha ciał stałych świadcząca o odporności na działanie sił punktowych (skupionych). 

Stal - stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i obrabialny cieplnie o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% (węgiel występuje w postaci  perlitu płytkowego rzadziej w postaci cementytu otoczonego ziarnami ferrytu)

Staliwo - to stop żelaza z węglem w postaci lanej (czyli odlana w formy odlewnicze), nie poddany obróbce plastycznej

Wykres równowagi fazowej żelazo-węgiel  - przedstawia zmiany struktury wewnętrznej stali w zależności od temperatury i zawartości węgla.

Cementyt jest jednym ze składników stali; jest materiałem twardym i kruchym, posiada strukturę krystaliczną rombową, jego twardość to około 65 HRC (800 HB), jest fazą metastabilną o zawartości węgla do 6,67%.

Austenit - międzywęzłowy roztwór stały węgla oraz niekiedy innych dodatków stopowych w żelazie γ.  Austenit nie zawierający poza węglem innych dodatków stopowych jest stabilny tylko w temperaturach powyżej 727°C (tzw. punkt eutektyczny). Austenit schłodzony poniżej tej temperatury rozpada się na mieszaninę ferrytu i perlitu, jeśli zawiera do 0,77% węgla, lub perlitu i cementytu, jeśli zawiera więcej niż 0,77% węgla. Austenit jest bardziej wytrzymały i mniej plastyczny niż ferryt.  Twardość: 120-200 HB - Skala twardości Brinella

Ferryt -  stop żelaza z węglem, międzywęzłowy roztwór stały węgla w odmianie alotropowej α żelaza. Może zawierać inne dodatki stopowe. Tworzy sieć krystaliczną typu sieci przestrzennie centrowanej, jest stosunkowo miękki - 90HB

Martenzyt - metastabilna faza stopu żelaza α i węgla[1] powstała podczas szybkiego schłodzenia z prędkością większą od prędkości krytycznej z temperatury w której występuje austenit. Przemiana ta ma charakter bezdyfuzyjny i polega na przebudowie sieci Regularnie Ściennie Centrowanej na sieć Tetragonalna Przestrzennie Centrowana. Martenzyt ma strukturę iglastą. Martenzyt jest fazą bardzo twardą i kruchą, powstaje w czasie hartowania stali.

 

2.            Cel doświadczenia.

 

Celem ćwiczenia jest zbadanie wpływu obróbki cieplnej na twardość stali konstrukcyjnej niestopowej C45.

 

3.            Przebieg doświadczenia

 

1)                    Na początku mierzymy twardość próbek stali za pomocą metody Rockwella. Używamy do tego twardościomierza z penetratorem kulowym. Każdą próbkę badamy 3 razy. Otrzymane wyniki uśredniamy i porównujemy z tablicą służącą do zamiany skali twardości Rockwella na skalę twardości Brinella (HB). Ostateczną wartość zapisujemy.

2)                    Następnie za pomocą szczypiec wkładamy próbki do wcześniej rozgrzanych pieców o temperaturach 650, 750, 850 stopni Celsjusza, tak aby każda próbka była w innym piecu.

3)                    Próbki spędzają w piecu 15 minut po czym wyciągamy je szczypcami i wrzucamy je do wody. Należy to zrobić w możliwie najkrótszym czasie.

4)                    Kolejnym krokiem jest oczyszczenie próbek z warstwy zgorzeliny która powstała podczas nagrzewania próbek.

5)                    Ostatnim krokiem jest ponowny pomiar twardości. Używamy do tego twardościomierza Rockwella z penetratorem stożkowym. Tak jak wcześniej każdą próbkę badamy 3 razy po czym wynik uśredniamy i porównujemy z tablicą. Wynik zapisujemy w skali twardości Brinella. Ostateczną wartość zapisujemy.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.            Wyniki doświadczenia

 

Numer próbki	HB	Hartowanie	HB (po hartowaniu)
1	179	650 °C | 15 minut | woda	179
2	169	750 °C | 15 minut | woda	494
3	169	850 °C | 15 minut | woda	607

 

 

 

5.            Wnioski z doświadczenia.

 

Stal rozgrzana do temperatury 650 °C nie zmieniła swojej wytrzymałości. Analizując wykres równowagi fazowej żelazo węgiel i strukture mikroskopową stali zauważamy że, stal rozgrzana do 650 °C i schłodzona nie zmieniła swojej struktury wewnętrznej, a więc jej właściwości nie zostały zmienione. Mówiąc krócej, stal po i przed obróbką ma takie same właściwości i nadal jest to ferryt. Próbka numer 2 została ogrzana do temperatury 750 °C i szybko schłodzona. A więc 2 próbka przekroczyła barierę 727°C , gdzie stal występuje jako mieszanina międzywęzłowych roztworów stałych mianowicie ferrytu i austenitu. Dzięki szybkiemu schłodzeniu austenit  nie rozpadł się na perlit i ferryt o co nam chodziło, ponieważ austenit jest kilkakrotnie twardszy od ferrytu. Ostatnią próbkę rozgrzaliśmy do temperatury 850 °C gdzie według wykresu fazowego mamy już do czynienia tylko z austenitem i znowu dzięki szybkiemu chłodzeniu otrzymaliśmy bardzo twardy martenzyt dlatego  trzeci próbka była o wiele twardsza od pozostałych. Jednak wszystko ma swoje plusy i minusy, wady i zalety. Tak jest też w tym przypadku. Dzięki hartowaniu podnieśliśmy wytrzymałość materiału nawet kilkakrotnie lecz obniżyliśmy też jego plastyczność co jest wadą hartowania. Najczęściej aby podnieść plastyczność stali dodatkowo po procesie hartowania następuje proces odpuszczania.

 

 

 

 

---