Imię i nazwisko Damian Garncarek	Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu
Mechanika i budowa Maszyn Grupa I/1 semestr III	Temat: Struktura i własności stali konstrukcyjnych po nawęglaniu i obróbce cieplnej
Data : 10.01.2009 r.	Nr ćw. 6.	Ocena:

1.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest uzyskanie twardej powierzchni i miękkiego rdzenia a także zapoznanie się ze strukturą i właściwościami stali.

2. Wyposażenie stanowiska badawczego.

Stanowisko, przy którym odbywają się ćwiczenia wyposażone jest w :

• próbki

• oddzielny opis do każdej z próbek

• mikroskop o sumie powiększeń x250

• zasilacz 6V

3.Wiadomosci wprowadzające do tematyki ćwiczeń.

Nawęglanie

Nawęglanie to proces obróbki ciepło chemicznej która ma na celu uzyskanie twardej powierzchni i miękkiego rdzenia. Operacja nawęglania polega na nasyceniu węglem przypowierzchniowej strefy przedmiotów wykonanych ze stali węglowych i stopowych o zawartości węgla od 0.05 do o.25%.Operację tę wykonuje się w temperaturach odpowiadających występowaniu austenitu , najczęściej w zakresie 880 - 930 stopni Celsjusza .Własności mechaniczne warstwy utwardzonej i rdzenia oraz powstały podczas hartowania stan naprężeń własnych , wynikających z różnego stężenia węgla w warstwie i rdzeniu , zapewniają przedmiotowi nawęglonemu dużą wytrzymałość doraźną i zmęczeniową (stykową oraz na zginanie i skręcanie ) .Takie własności mechaniczne są pożądane w przypadku kół zębatych ,osi części wałków ( czopy i wielowypusty ),krzywek itp. Nawęglanie prowadzi się w ośrodkach stałych , ciekłych i gazowych w urządzeniach typowych dla tego rodzaju procesów .Obecnie znane są również inne metody nawęglania , np. przy obniżonym ciśnieniu w piecach próżniowych , w zjonizowanych gazach oraz w złożach fluidyzowanych .

Nasycenie węglem składa się z trzech zasadniczych procesów :

- dysocjacji składników ośrodka nawęglającego , w wyniku której tworzy się węgiel atomowy

- adsorpcji aktywnych atomów węgla na powierzchni,

- dyfuzji zaabsorbowanych atomów w głąb stali

Do zalet nawęglania gazowego należą :

- równomierność nawęglania oraz możliwość regulacji grubości warstwy nawęglonej zawartości w niej węgla; wynika to z możliwości doboru atmosfery o odpowiednim składzie chemicznym dla danej stali i temperatury procesu ,

- duża szybkość procesu

- możliwość hartowania przedmiotów bezpośrednio po hartowaniu ,

- mniejsze zapotrzebowanie powierzchni i większa czystość pracy .

Do wad można zaliczyć bardzo kosztowne piece i zapotrzebowanie w wykształcony personel.

Główne zalety nawęglania w proszkach to łatwość wykonania procesu oraz małe wymagania w zakresie urządzeń ( skrzynka i prosty piec komorowy ).

Jednocześnie metoda ta ma poważne wady ograniczające jej zastosowanie , zwłaszcza w nowoczesnej produkcji wieloseryjnej , takie jak :

- trudność regulowania grubości warstw oraz zawartość w nich węgla ,

- kłopoty z załadowaniem i rozładowaniem skrzynek ,

- pracochłonność i energetyczność procesu ( nagrzewanie skrzynek z proszkiem ).

Stale do nawęglania

Ilość węgla , jak również rodzaj i ilość dodatków stopowych w stalach do nawęglania zależy od wielu czynników, w tym głównie od:

- wymaganych własności rdzenia,

- wymaganych własności warstwy nawęglanej,

- warunków nawęglania i obróbki cieplnej po nawęglaniu.

Węgiel i dodatki stopowe decydują o wartości hartowności. Istotny wpływ na hartowność mają Mn , Mo i Cr , których obecność w stali powoduje kilkukrotny wzrost średnicy krytycznej .Korzystny wpływ dodatków stopowych na zwiększenie hartowności pociąga za sobą niekorzystne ich oddziaływanie na warstwę nawęgloną , ponieważ powstają nadmierne ilości węglików .

Zawartość pierwiastka stopowego[%]

Stale węglowe mają małą hartowność , stąd własności rdzenia są nie najlepsze. Stale te stosuje się na części mało obciążone , od których wymaga się tylko odporności na ścieranie .

Hartowane są w wodzie , co powoduje znaczne odkształcenia .

Stale chromowe wykazują wzrost hartowności i wytrzymałości .Zaletą stali chromowych jest dość mała ilość austenitu szczątkowego w warstwie utwardzonej i Niska cena .

Stale chromowo - manganowe stosowane są na części o większych przekrojach , jednak Mn sprzyja występowaniu w warstwie dużej ilości austenitu szczątkowego .

Stale chromowo - niklowe charakteryzują się znaczną hartownością i ciągliwością .

Stosuje się je na części silnie obciążone o dużych przekrojach .

Struktura warstwy nawęglonej

W nawęglonym przedmiocie zawartość węgla zmniejsza się stopniowo od powierzchni w kierunku rdzenia , w związku z czym zmienia się również struktura najsilniej nawęglona warstwa zewnętrzna powinna składać się z perlitu z niewielką ilością cementytu .

Przejście od struktury perlitycznej do ferrytyczno - perlitycznej rdzenia mają skłonność do łuszczenia się i odpryskiwania .Grubość i struktura warstwy nawęglonej zależą nie tylko od czasu i temperatury nawęglania oraz aktywności ( potencjału węglowego ) ośrodka , lecz także od rodzaju stali i sposobu chłodzenia po nawęglaniu .

Obróbka cieplna po nawęglaniu

Sposoby hartowania

Wśród istniejących sposobów hartowania po nawęglaniu należy wymienić :

- Hartowanie bezpośrednie z temperatury nawęglania

- Hartowanie jednokrotne

- Hartowanie jednokrotne z uprzednio przeprowadzoną operacją perlityzowania

- Hartowanie dwukrotne

- Hartowanie dwukrotne z pośrednim wyżarzaniem

W celu zmniejszenia naprężeń hartowniczych oraz polepszenia udarności po hartowaniu stosuje się zawsze niskie odpuszczanie w temperaturze 150 - 180 stopni Celsjusza

4.Przebieg procesu badawczego.

- podłączenie zasilacza i mikroskopu

- ułożenie próbki na stoliku

- przerysowanie struktury próbki

-analiza uzyskanych wyników

5.Wyniki badań.

Próbki do ćwiczeń wykonano z materiału 20 H o następującym składzie chemicznym

- C 0,17- 0,23 %

- Mn 0,5 - 0,8 %

- Si 0,15 - 0,37 %

- Cr 0,7 - 1,00%

Próbki były prędzej poddane obróbce ciepło chemicznej :

Próbka 6.1

- nawęglanie w temp. 920 C w czasie 4,5 godz.

- wolne studzenie do temp. Otoczenia

- stal 20H

- perlit (ciemny)

- ferryt (jasny)

Próbka 6.2

- nawęglanie w temp. 920 C w czasie 4,5 godz

- hartowanie w temp. 810 C

- niskie odpuszczanie w temp. 180 C

Tabelka wyników

odległość	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,4	1,5	1,6	1,8	2	2,5	3
Tw/HV	713	742	713	699	686	660	636	613	591	561	513	490	470	430	368	343	330	330	330

Wykres

Jak widać na wykresie wartości 550 ( Efektywna grubość warstwy nawęglonej ) odpowiadają odległości między 1 a 1,2

6.Wnioski

---