Wojciech Jeziorski C11 zespół 1 IMiR

Sprawozdanie

Temat:” Obróbka cieplna stali i badanie mikrostruktur stali obrobionych cieplnie”

Hartowanie - nagrzanie stali powyżej temperatury austenityzowania i chłodzenie z szybkością większą od szybkości krytycznej, w wyniku czego zachodzi bezdyfuzyjna przemiana, polegająca tylko na przebudowie struktury krystalicznej z regularnie ściennie centrowanej austenitu na regularną przestrzennie centrowaną martenzytu.

Hartowanie dzieli się na:

• Objętościowe:

• Zwykłe - ciągłe chłodzenie w jednym ośrodku chłodzącym; największe naprężenia hartownicze.

• Stopniowe - chłodzenie z przystankiem izotermicznym; przystanek pozwala usunąć znaczą część naprężeń hartowniczych; chłodzenie odbywa się w dwóch ośrodkach: 1- stopione sole, 2- powietrze.

• Przerywane - chłodzenie w dwóch ośrodkach: 1- woda, 2- olej (zmniejszenie naprężeń hartowniczych, w wyniku wolniejszego chłodzenia w zakresie przemiany martenzytycznej)

• Bainityczne - chłodzenie z przystankiem izotermicznym na tyle długim aby mógł się wytworzyć bainit dolny (minimalizacja naprężeń termicznych i strukturalnych).

• Powierzchniowe:

• Indukcyjne - nagrzanie materiału prądem eklektycznym wytwarzanym przez zmienne pole magnetyczne.

• Płomieniowe - nagrzewanie powierzchni palnikiem gazowym.

• Punktowe - np. nagrzewanie materiału punktowo przy użyciu lasera

Hartowność - zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej (zahartowania się stali).

Czynniki wpływające na hartowność:

Skład chemiczny

Wszystkie pierwiastki stopowe z wyjątkiem kobaltu i węgla zwiększają hartowność. Dodatni wpływ na hartowność pierwiastków stopowych tłumaczy się hamowaniem przez nie dyfuzyjnych przemian przechłodzonego austenitu. Hamowanie przemian dyfuzyjnych polega na wydłużeniu czasu potrzebnego do utworzenia się zarodków przemian dyfuzyjnych, a zwłaszcza ferrytu!

Wielkość ziarna austenitu

Podwyższenie temperatury austenityzowania powoduje rozrost ziarna austenitu, czyli zmniejsza powierzchnie granic ziarn na jednostkę objętości. Ponieważ granice ziarn są miejscami uprzywilejowanego zarodkowania ferrytu i cementytu, przemiana dyfuzyjna austenitu gruboziarnistego przechodzi wolniej niż przemiana dyfuzyjna austenitu drobnoziarnistego. Prowadzi to do zmniejszenia krytycznej prędkości chłodzenia, zatem do polepszenia hartowności!!!

Jednorodność austenitu

Im austenit jest bardziej jednorodny pod względem składu chemicznego tym większa jest hartowność stali.

Obecność nierozpuszczonych cząstek podczas austenityzowania

Nierozpuszczone węgliki, azotki, związki między metaliczne zmniejszają hartowność. wyrównanie składu chemicznego = zmniejszenie ilości tych domieszek daje zwiększenie stabilności austenitu, zatem polepszeniem hartowności!

Odpuszczanie - nagrzanie wcześniej zahartowanej stali do temperatury niższej od temperatury austenityzowania, wygrzaniu przy tej temperaturze i ochłodzeniu do temperatury pokojowej

Rodzaje odpuszczania:

• Niskie - temp. 150 - 250^oC usunięcie naprężeń hartowniczych z zachowaniem dużej twardości i odporności na ścieranie, przy małej odporności na pękanie. Struktura: martenzyt niskoodpuszczony. Zastosowanie: narzędzia do pracy na zimno, sprężyny.

• Średnie - temp. 250 -500^oC niewielkie zmniejszenie twardości; polepszenie odporności na pękanie. Struktura: martenzyt średnioodpuszczony. Zastosowanie: sprężyny, resory, matryce kuźnicze, części broni.

• Wysokie - temp. od 500^oC do temperatury niższej od temp austenityzowania. Cel: uzyskanie odpowiedniej kombinacji własności plastycznych i wytrzymałościowych. Struktura: sorbit. Zastosowanie: części maszyn, np. koła zębate.

Etapy odpuszczania

I

Zmniejszenie stężenia węgla w martenzycie oraz zmniejszenie jego tetragonalności.

II

Przemiana austenitu szczątkowego w martenzyt odpuszczony (temp. 200 - 230^oC).

III

Przemiana węglików przejściowych w cementyt (temp. 200 - 420^oC).

IV

Dalsze wydzielanie się cementytu oraz koagulacja (rozrastanie się cząstek dużych i rozpuszczanie się cząstek małych).

Badanie wpływu obróbki cieplnej na twardość stali konstrukcyjnej niskostopowej C45.

Opis ćwiczenia:

Mierzenie twardości próbek badanej stali aparatem Rockwella,

Nr.	Temperatura	Czas	Sposób chłodzenia
1	850°C	15 min	woda
2	850°C	15 min	woda
3	850°C	15 min	woda
4	850°C	15 min	woda
5	650°C	15 min	woda
6	750°C	15 min	woda

Po 15 min próbki 3,4,6 zostały poddane odpuszczaniu:

Nr.	Temperatura	Czas	Sposób chłodzenia
2	300°C	20min	woda
3	500°C	20min	woda
4	650°C	20min	woda

1. Wyniki:

Nr	Hartowanie	Twardość		Odpuszczanie	Twardość (HB)
						HRB	HRC
1	850°C /15min/H2O		59		594
2	850°C /15min/H2O		53	300°C/20min/ H2O	518
3	850°C /15min/H2O		40	500°C/20min/ H2O	370
4	850°C /15min/H2O		30	650°C/20min/ H2O	280
5	740°C /15min/H2O	97			222
6	740°C /15min/ H2O		47		447

Wnioski:

• Na własności stali możemy wpływać nie tylko przez jej skład chemiczny, lecz także poprzez obróbkę cieplną.

• Dużą rolę odgrywają temperatura hartowania i temperatura odpuszczania. Im wyższa temperatura hartowania, tym stal będzie bardziej twarda. Aby uzyskać pożądany efekt, stal należy nagrzać powyżej temperatury A_C3, powyżej której ferryt i perlit przechodzą w austenit, a następnie przy chłodzeniu w martenzyt.

• Wraz ze wzrostem temperatury odpuszczania maleje twardość stali, jednak rośnie odporność na pękanie. Ważne jest aby pamiętać, że przy odpuszczaniu stal nagrzewamy do temperatury niższej od temperatury przemian austenitycznych.













---