UNIWERSYTET SZCZECIŃSKI
Katedra Edukacji Technicznej			Laboratorium technologii wytwarzania
Temat ćwiczenia: Obróbka cieplna stali - hartowanie					Ocena:
Imię i nazwisko: Dariusz Narkunas Krzysztof Matyasik Rafał Cholewka Paweł Mikołajek	Rok: II WT Semestr: zimowy Grupa: II Zespół: C	Sprawdzający: Dr inż. J.Frąś		Data: 12.12.2000

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Stalami konstrukcyjnymi nazywamy stale używane do wyrobu części maszyn, pojazdów,

mechanicznych urządzeń energetycznych zakładając, że temperatura pracy tych części jest

nie wyższa od 573 K(300 C) oraz nie niższa od temperatur normalnie występujących w warunkach zimowych, a środowisko w którym pracują nie jest agresywne pod względem chemicznym. Jest to więc grupa stali których przydatność można ocenić na podstawie własności mechanicznych w wymienionym zakresie temperatur.

Podstawowymi grupami stali konstrukcyjnych są:

• stale konstrukcyjne niestopowe

• stale niskostopowe o podwyższonej wytrzymałości

• stale do ulepszania

• stale sprężynowe

• stale do utwardzania powierzchniowego

• stale na łożyska toczne

Stale konstrukcyjne niestopowe stanowią przeszło 90% naszej produkcji stali.

Stale niestopowe zawierają zawsze oprócz węgla składniki i zanieczyszczenia, których ilości zależą od stosowanych metod wytopu.

Skład chemiczny tych stali opisuje się podając zawartość C, Mn, P, S czasem Cu.

Ze względu na małą hartowność stali chłodzenie po przeróbce plastycznej na gorąco nie

powoduje zbyt dużych różnic w strukturze.

W grupie stali konstrukcyjnych niestopowych rozróżniamy:

• stale konstrukcyjne zwykłej jakości

• stale konstrukcyjne wyższej jakości do nawęglania i ulepszania

• stale do określonych zastosowań jak blachy głęboko tłoczone, kotłowe i okrętowe

Stale konstrukcyjne zwykłej jakości oznaczone symbolem St /PN-72/H-84020/ są

przeznaczone do użytku bez obróbki cieplnej. Jednakże odkuwki z tych stali jak również grube blachy często normalizują się dla rozdrobnienia i ujednolicenia ziarna.

Gatunki miękkie /St2, St3/ można poddawać nawęglaniu a gatunki twardsze np. St5, St6 mogą być ulepszane lub hartowane.

Stale konstrukcje wyższej jakości są zwykle stosowane po obróbce cieplno - chemicznej lub cieplnej w zależności od zawartości węgla - tabela nr 1. Twardsze gatunki poddaje się

ulepszaniu cieplnemu , a więc zabiegowi hartowania i wysokiego /ok.873 K/600 ⁰ C/od-

puszczenia.

W wyniku obróbki cieplnej ulepszania cieplnego przeprowadzonego na stalach konstrukcyjnych uzyskuje się poprawę stosunku Re/Rm. Prowadzenie ulepszania

cieplnego dla stali gatunku 25-55 jest celowe dla niezbyt dużych przekrojów /np. poniżej 0.25 mm/ ze względu na małą hartowność tych stali. W przypadku gdy wymagana wytrzymałość, granica plastyczności i ciągliwość są zbyt wysokie ażeby było stosować przy dużych przekrojach stale o strukturze ferryczno - perlitycznej, stosuje się stale do ulepszania cieplnego wg PN-72/H-84030 /stopowe/ i wg PN-72/-84035/ stopowe do wyrobu sprzętu szczególnie obciążonego.

Podstawowym zagadnieniem jest taki dobór stali na części przeznaczoną do ulepszania ażeby w tych częściach przekroju, w których występują maksymalne naprężenia uzyskać pożądaną strukturę sorbistyczną. Tak więc skład chemiczny stali powinien zapewniać odpowiednią hartowność. W tym wypadku mniejsze znaczenie ma rodzaj zastosowanych dodatków, które wprowadza się głównie w celu zwiększenia hartowności.

W przypadku, gdy wymaga się dużej udarności przy niskich temperaturach, uniknięcie kruchości odpuszczenia bądź dobrej wytrzymałości na pełzanie powyżej 723 K/450⁰ C niezbędne są dodatki molibdenu, który jednocześnie podnosi hartowność.

Osiągnięcie optymalnych własności jest możliwe wówczas, gdy średnica elementu

Konstrukcyjnego nie przekracza największej średnicy równomiernej obróbki cieplnej.

Z tego względu wybór stali do ulepszania należy oprzeć na hartowności odczytanej z normy.

Obróbka cieplna stali konstrukcyjnych stosowanych do ulepszenia cieplnego:

1. Na części, którym nie stawia się znacznych wymagań wytrzymałościowych należy stosować stale węglowe w stanie walcowatym, kutym lub ciągnionym na zimno.

2. Stale konstrukcyjne po ulepszeniu cieplnym stosuje się wówczas, gdy ze względu na własności mechaniczne (również wytrzymałość zmęczeniowa) konieczna jest struktura odpuszczonego martenzytu.

3. W zależności od przekroju detalu należy tak dobrać gatunek stali ażeby otrzymać strukturę martenzytu w środku lub w jego części. Należy więc dobierać gatunek stali w oparciu o kryterium hartowności.

4. Jeżeli rozkład naprężeń w przekroju danej części jest taki, że warstwy powierzchniowe są obciążone silnej a rdzeń słabiej, można stosować stale o mniejszej hartowności zapewniające pozyskanie optimum własności o bardziej obciążonej części przekroju.

5. Na części o skomplikowanych kształtach należy stosować stal o hartowności pozwalającej na hartowanie łagodniejsze np. w oleju. Należy więc stosować stale o większej zawartości pierwiastków stopowych.

6. Jednocześnie należy pamiętać, że dodatki stopowe najczęściej oprócz zwiększania hartowności powodują zmianę własności eksploatacyjnych np. zwiększenie odporności na ścieranie, odporność na pełzanie.

7. O wyborze gatunku stali powinny decydować również przesłanki ekonomiczne.

8. Zastosowanie hartowania w wodzie nieco wyższej temperatury odpuszczania w stosunku do chłodzenia w oleju.

9. Zawartość węgla należy tak dobrać, aby zapewnić odpowiednią wytrzymałość po odpuszczaniu przy możliwie wysokiej temperaturze, co zapewnia dobrą ciągliwość i usunięcie naprężeń hartowniczych. Jeżeli istnieje możliwość pęknięć hartowniczych to należy stosować gatunki o niższej zawartości węgla - nie niższej jednak od 0.25% C.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

Do obróbki cieplnej przeznaczono jedną próbkę do badań wytrzymałości i jedną próbkę do badania udarności. Próbki zostały austenizowane przy temperaturze ok. 1130 K/837 = 857 ⁰ C. Na wszystkich próbkach należało wykonać pomiary twardości metodą Vickersa. Następnie próbki zahartowano w wodzie i przeznaczono do badań określających wytrzymałość i udarność. Na próbkach wykonano także statyczną próbę rozciągania zgonie z normą PN-71/H-04310.

Urządzenia i odczynniki dostępne na stanowisku w trakcie wykonywania ćwiczenia:

• piec rurowy z atmosferą regulowana

• zlew pełniący funkcję wanny hartowniczej

• twardościomierz Vickersa i Rockwella

• mikroskop metalograficzny

• papier ścierny

• tabela norm

• instrukcja do ćwiczenia

Wykresy przedstawiające twardość:

Lp.	Twardość próbki po hartowaniu [HRB]	Twardość próbki przed hartowaniem [HRB]
1	64	40
2	61	40,5
3	67	40
4	65	39
5	69	38

Tabela nr 1.

5

---