LABORATORIUM MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE W BUDOWIE MASZYN |
ĆWICZENIE NR 9,10 |
Temat ćwiczenia: Hartowność stali |
---|---|---|
Grupa M11/I | Ocena ze sprawdzianu: |
Skorygowane pytania kontrolne
Od czego zależy utwardzalność stali?
Utwardzalność stali zależy od ilości węgla zawartego w stali. Na rzeczywistą twardość po hartowaniu wywiera wpływ zarówno nasycenie martenzytu węglem (wynikające z zastosowanych parametrów austenityzacji) oraz zawartość martenzytu w strukturze.
Jak wpływa zmiana hartowności na krytyczną średnicę i krytyczną szybkość chłodzenia.
Wraz ze wzrostem hartowności wzrasta średnia krytyczna, a maleje szybkość krytyczna chłodzenia.
Od czego zależy przehartowywalność stali?
Przehartowywalność stali zależy od składu chemicznego stali a także od jednorodności austenitu i wielkości ziarna przed chłodzeniem.
Od czego zależy hartowność stali.
Zależy od:
- składu chemicznego stali,
- jednorodności austenitu
- wielkości ziarna austenitu
5. Od czego zależy twardość stali.
Twardość stali zależy przede wszystkim od nasycenia martenzytu węglem i udziału martenzytu w strukturze.
Co przedstawia pasmo hartowności.
Jest to pewien rozrzut twardości w pewnej odległości dla pewnego rodzaju stali.
Do wytopów odnosi się górna a do jakich dolna granica pasma hartowności.
Górna granica odnosi się do wytopów bogatych w pierwiastki stopowe, a dolna do tych o uboższej zawartości tych pierwiastków.
Jak na hartowność wpływa zawartość węgla w stali.
Zawartość węgla w stali podnosi jej hartowność.
Jak na hartowność wpływają pierwiastki stopowe w stali.
Pierwiastki stopowe( z wyłączeniem kobaltu) zwiększają hartowność.
10. Na jaki czynnik związany z hartownością wpływa wielkość ziarna stali.
Wielkość ziarna stali wpływa na średnią krytyczną.
Obliczeniowa metoda wyznaczania hartowności stali
Pomoce: - Leksykon materiałoznawstwa, wyciągi z kart materiałowych, normy,
instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych.Dla wskazanych w poniższej tabeli gatunków stali o wielkości ziarna nr 5 i nr 10 oraz minimalnego i maksymalnego poziomu stężenia węgla i pierwiastków stopowych obliczono średnice krytyczne: DI, D90 i D50 dla ośrodków idealny, woda, olej. Wyniki obliczeń przedstawiono tabelarycznie. Dokonano porównania wyników obliczeń z wartościami zamieszczonymi w stosownej karcie materiałowej.
Dane do obliczeń:
Grupa | Gatunek stali wg PN-EN | Gatunek stali wg PN |
---|---|---|
1 | C 30 | 30 |
30 CrNiMo 8 | 30H2N2M | |
2 | C35 | 35 |
34 CrMo 4 | 35HM |
Tabela 1. Skład chemiczny badanych stali wg normy (Baza Leksykon Materiałoznawstwa)
Gatunek stali wg PN-EN |
Gatunek stali wg PN |
Skład chemiczny, (%) |
---|---|---|
poziom | ||
C 30 | 30 | min |
max | ||
30 CrNiMo 8 | 30H2N2M | min |
max |
Wzory i wykresy, które posłużyły do obliczeń i odczytu wartości:
DI50 = DIC * k1 * k2 * k3 ...... * kn
gdzie:
DI50 - idealna średnica krytyczna stali stopowej przy założeniu występowania w osi pręta 50% martenzytu;
DIC - idealna średnica krytyczna stali węglowej o określonej zaw. węgla i wielkości ziarna, odnosząca się do 50% martenzytu w strukturze odczytana z wykresu:
k1 .... kn - mnożniki określające wpływ pierwiastków stopowych na zmianę hartowności stali odczytane z wykresu:
Tabela 2. Wyznaczone średnice krytyczna idealne stali węglowych, mnożniki pierwiastków stopowych i średnice krytyczna idealne stali
Stal | %C | ziarno | Dic | KMn | KSi | KCr | KNi | KMo | Di50 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
C 30 | min:0,27 | 10 | 10,3 | 1,7 | 1 | 1 | 1 | 1 | 20 |
5 | 14 | 25 | |||||||
max:0,34 | 10 | 11,5 | 2,25 | 1 | 1,35 | 1,15 | 1 | 40 | |
5 | 16 | 55 | |||||||
30 CrNiMo 8 | min:0,26 | 10 | 9,8 | 1,35 | 1 | 4 | 1,65 | 1,45 | 130 |
5 | 13,2 | 170 | |||||||
max:0,34 | 10 | 11,5 | 1,85 | 1 | 4 | 1,8 | 1,8 | 275 | |
5 | 16 | 385 |
Wykres 1. Związek idealnych i rzeczywistych średnic krytycznych w zależności od intensywności hartowania H (wg Grossmanna).
Wykres 2. Zależność idealnych średnic krytycznych od przyjętego kryterium hartowności (zawartości martenzytu w osi pręta).
Tabela 3. Wyniki badania średnic krytycznych stali C 30 i 30 CrNiMo 8 wyznaczonych metodą obliczeniową z uwzględnieniem 2 wielkości ziarna oraz skrajnych stężeń węgla i pierwiastków stopowych
Stal | Stężenie Pierwiastków | ziarno | Di50 | D50/woda H = 1,5 |
D50/olej H = 0,4 |
Di90 | D90/woda H = 1,5 |
Di90/olej H = 0,4 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
C 30 | min | 10 | 20 | 20 | 10 | 20 | 20 | 10 |
5 | 25 | 25 | 15 | 25 | 25 | 15 | ||
max | 10 | 40 | 30 | 20 | 35 | 30 | 15 | |
5 | 55 | 40 | 25 | 45 | 35 | 20 | ||
30 CrNiMo 8 | min | 10 | 130 | 110 | 85 | 95 | 85 | 45 |
5 | 170 | 150 | 120 | 125 | 115 | 75 | ||
max | 10 | 275 | 245 | 215 | 205 | 185 | 155 | |
5 | 385 | 346 | 255 | 290 | 260 | 205 |
- min. - dla najmniejszych zawartości C i pierwiastków stopowych.
- max. - dla maksymalnych zawartości C i pierwiastków stopowych
Wnioski:
Im mniejsze ziarno tym większa średnica krytyczna. Wynika z tego że wielkość ziarna ma wpływ na średnicę krytyczną.
Duży wpływ na średnicę krytyczną ma stężenie pierwiastków stopowych i węgla.
Badania hartowności stali metodą Jominy
Próbka ( stal 35HgS ) do pomiaru twardości była wygrzewana w piecu przez ok. 30 min w temperaturze 850°C. Chłodzona była od czoła za pomocą przenikalności cieplnej w specjalnie przygotowanym przyrządzie, którego parametry są ściśle określone normą.
- Rurka powinna mieć długość 12,5 mm;
- odległość uchwytu od rurki powinna mieć 12,5 mm;
-wysokość słupa wody 65 mm.
- Temperatura otoczenia powinna wynosić 20°C±5°C.
- Chłodzenie próbki powinno przebiegać ok 10-15 min.
Powierzchnia próbki podczas wygrzewania się utlenia. Po wychłodzeniu należy próbkę poddać szlifowaniu. Należy zebrać 0,4-0,5 mm warstwy. Pomiar twardości wykonany był na twardościomierzu Rockwella.
Rys.1. Przedstawia metodę chłodzenia od czoła.
|
Odległość od czoła, [mm] |
---|---|
1,5 | |
55 |
Średnia twardość wynosi 39,32 HRC.
Rys.3. Przedstawia wykres Jominy stali 35HgS, temperatura hartowania : 850°C.
3.2. Zadanie 1
Na podstawie wykresu Jominy wyznacz dla badanej stali średnice krytyczne. W tym celu:
a) posługując się wykresem określającym twardości stali w funkcji zawartości węgla i struktury (rys.poniżej), określ % zawartość węgla w stali zakładając, że na czole próbki występuje 99,9% martenzytu,
b) Dla ustalonej zawartości węgla w badanej stali, z wykresu na rysunku poniżej określ twardości odpowiadające 50, 80 i 90% martenzytu,
c) Na wykresie Jominy sporządzonym dla badanej stali określ w jakiej odległości od czoła występują twardości wskazujące na występowanie w strukturze 50, 80 i 90% martenzytu
Twardość HRC | 56 | %C | 50 | 47 | 44 |
---|---|---|---|---|---|
% martenzytu | 99,9 | b) 0,40 | 90 | 80 | 50 |
Odległość od czoła, mm | 2 | 14 | 18 | 22 |
d) Posługując się wykresami korelacji szybkości chłodzenia próbki Jominy oraz szybkości chłodzenia pręta hartowanego w wodzie i oleju, określ średnice krytyczne:
Średnica krytyczna , [mm] |
---|
D50 (olej) |
D80 (olej) |
D90 (olej) |
D50 (woda) |
D80 (woda) |
D90 (woda) |
3.3. Zadanie 2
Na podstawie krzywej Jominy wyznacz rozkład twardości na przekroju pręta o średnicy
100 mm, który został poddany hartowaniu w oleju. W tym celu:
z wykresu przedstawiającego korelację szybkości chłodzenia prętów w oleju wyznacz odległości Xi odpowiadające odległościom od czoła próbki Jominy, które stygną z taką samą szybkością jak pręt w osi oraz w odległościach: 0,5R; 08R i R od osi. Wartości Xi zapisz w kolumnie 2 tabeli.
Wartości Xi zapisz w kolumnie 2 tabeli.
Z wykresu Jominy odczytaj twardości w wyznaczonych odległościach od czoła próbki i zapisz w kolumnie 3 tabeli.
Odległość od osi pręta | Odległość od czoła Xi | Twardość HRC |
---|---|---|
R (powierzchnia) | X1 = 20 | 45 |
0,8 R | X2 = 35 | 42 |
0,5 R | X3= 55 | 27,5 |
0 (oś) | X4 = 70 | 23 |
Posługując się programem Excel narysuj rozkład twardości na przekroju pręta o średnicy Ф 100 mm po hartowaniu w oleju.