Nr grupy : 7 / ROK I B / IMiR	Imię i nazwisko: Adam Krawczyk	Data: 04.04.2012 r
Nr zespołu lab. : 2	Temat: Obróbka cieplna stali i badanie mikrostruktur stali obrobionych cieplnie.	Ocena:
Prowadzący: dr inż. A. Bunsch

Cel ćwiczenia:

Określenie w jaki sposób temperatura wpływa na proces hartownia i odpuszczania stali, oraz jak zmienia mikrostrukturę i własności fizyczne stali m. in. twardość, plastyczność czy wytrzymałość.

Przebieg ćwiczenia.

• Dokonujemy pomiaru twardości 6 próbek

• Próbki wkładamy do pieca na 20 minut, i tak próbkę nr 1 do pieca o temp 650 ˚C, nr 2- 750 ˚C, próbki 3,4,5,6- 850˚C.

• Po upłynięciu czasu 5 próbek chłodzimy gwałtowanie w wodzie, a próbkę nr 6 chłodzimy na powietrzu.

• Ponownie dla każdej próbki badamy jej twardość wykonując tym razem pomiary trzykrotnie.

• Następnie próbki 3,4 ,5 poddajemy procesowi odpuszczania w odpowiednich temperaturach ( 3-300˚C,4-500˚C,5-650˚C) – 25 minut.

• Odpuszczania nie wykonujemy dla próbek 1,2 ponieważ ich temperatura nie przekroczyła temperatury austenizowania, a próbka nr 6 została zbyt wolno schłodzona dlatego też nie może zostać poddana temu procesowi.

• Po procesie odpuszczania znów dokonujemy pomiaru twardość dla podanych próbek.

Tabela zbiorcza wyników ćwiczenia.

TABELA PRZEDSTAWIAJĄCA WYNIKI POMIARÓW TWARDOŚCI
Twardość w stanie wyjściowym
Lp.
1
2
3
4
5
6

Wykresy

WYKRES ZALEŻNOŚCI TWARDOŚĆI ODTEMPERATURY WYŻARZANIA :

WYKRES ZALEŻNOŚCI TWARDOŚĆI OD TEMPERATURY ODPUSZCZANIA :

Wnioski końcowe:

1. Jakie znaczenie ma właściwy dobór temperatury austenityzowania na uzyskane właściwości po hartowaniu?

Głównym celem hartowania jest uzyskanie następujących własności stali:

• zwiększenie twardości i wytrzymałości,

• podniesienie granicy plastyczności i sprężystości,

• zapewnienie wysokiej odporności na zużycie ścierne.

W rezultacie powyższego procesu zmniejsza się udarność, wydłużenie, przewężenie oraz obrabialność stali. Główne znaczenie dla jakości uzyskanych rezultatów po hartowaniu ma temperatura austenityzowania. Niezbędnym jest podgrzanie stali do temperatury, w której powstanie jednorodny austenit.

2. Jak temperatura austenityzowania zależy od składu chemicznego stali (zawartości węgla w stali)?

Temperatura austenityzowania zależy od składu chemicznego stali, głównie od zawartości węgla. Po hartowaniu na martenzyt, w stalach podeutektoidalnych występuje oprócz martenzytu austenit szczątkowy, a w stalach nadeutektoidalnych austenit szczątkowy i cementyt. Stale niestopowe podeutektodialne hartuje się od temperatur 30–50˚C wyższych od Ac3 (temp. końca przemiany ferrytu w austenit), zaś stale nadeutektoidalne od temperatur 30–50 ˚C wyższych od Ac1 (temp. przemiany perlitu w austenit).

Z poniższego wykresu żelazo-węgiel wynika, iż wzrost zawartości węgla w stalach nadeuktoidalnych powoduje wzrost temperatury austenityzowania, natomiast w stalach podeuktoidalnych jej spadek.

3. Dlaczego zaniżona temperatura wyżarzania powoduje wzrost twardości ale nie taki jak poprawnie dobrana?

Temperatura wyżarzania jest głównym parametrem warunkującym uzyskanie wymaganej struktury. W czasie nagrzewania do temperatury wyżarzania oraz w pierwszej fazie wyżarzania następuje wydzielanie się węglików, co powoduje wzrost twardości stali. Jednak w przypadku zaniżonej temperatury wyżarzania, a co za tym idzie pojawienia się małej ilości węglików, twardość stali poprawi się tylko nieznacznie.

4. Jak zmieniają się własności stali w zależności od temperatury odpuszczania po hartowaniu?

W rezultacie procesu odpuszczania wzrastają wszystkie wskaźniki definiujące plastyczność stali takie jak:

• wydłużenie i przewężenie,

• odporność na udarność.

Jednocześnie zmniejszają się:

• wytrzymałość na rozciąganie,

• granica plastyczności,

• twardość

5. Czy ulepszanie cieplne prowadzi do poprawy własności stali względem stanu wyjściowego?

Ulepszanie cieplne prowadzi do:

• wzrostu właściwości plastycznych (udarności, wydłużenia do zerwania przewężenia),

• wzrostu odporności na pękanie tzn. krytycznego współczynnika intensywności naprężeń w płaskim stanie odkształcenia lub krytycznej całki energii "całka Rice",

• spadku twardości,

• wzrostu wytrzymałości na rozciąganie.

1. Opisać mikrostrukturę stali po poszczególnych zabiegach wykonanej obróbki cieplnej

Mikrostruktura stali zawierająca 0,4% węgla składa się z ziaren zarówno ferrytu jak i perlitu. Po procesie wyżarzania stale posiadają strukturę odpowiadającą w znaczym stopniu strukturze stanu równowagi, który zdefiniowany jest na wykresie Fe-Fe3C.

W rezultacie hartowania zwykłego powstaje struktura martenzytu z austenitem szczątkowym oraz innymi składnikami strukturalnymi nieulegającymi przemianom podczas obróbki cieplnej (np. z węglikami nierozpuszczonymi w roztworze stałym podczas austenityzowania lub wtrąceniami niemetalicznymi). Podczas nagrzewania stali niestopowej, następuje przemiana perlitu w austenit. Powyżej temp. Ac1 powstaje austenit, który po ukończeniu przemiany jest drobnoziarnisty. Podczas ochładzania stopów żelaza z węglem od temp. 727 ˚C do temp. otoczenia, w skutek zmniejszającej się rozpuszczalności węgla w żelazie α, z ferrytu wydziela się jeszcze pewna ilość cementytu trzeciorzędowego, który w mikrostrukturze stopów zawierających 0,4% C jest pomijany.

Po procesie odpuszczaniu stali zahartowanej w zakresie temp. 200-300˚C następuje przemiana austenitu szczątkowego w martenzyt odpuszczony i węglik typu ε. Strukturą stali średnioodpuszczonej jest martenzyt średnioodpuszczony, który w stalach węglowych jest mieszaniną martenzytu oraz dyspersyjnych wydzieleń cementytu i austenitu szczątkowego. Podczas odpuszczania wysokiego zachodzi koagulacja i sferoidyzacja cząstek cementytu oraz rekrystalizacja osnowy. Na wskutek tych procesow stal zyskuje strukturę złożoną z ferrytu i bardzo drobnych kulistych wydzieleń cementytu zwanych sorbitem. Nagrzanie zahartowanej stali do temperatury powyżej 727°C powoduje tworzenie się austenitu.