WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechatroniki Zakład Wspomagania Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji.
ĆWICZENIE LABORATORYJNE Nr 7 Temat: Badanie hartowności stali. Prowadzący: mgr inż. Marcin SARZYŃSKI
Grupa:
A0X2S1
Wykonawcy:
1. Karol Januszkiewicz 2. Karol Jaruntowski 3. Maciek Dobrzyński 4. Konrad Janikowski 5. Przemysław Janik

1. Opis ćwiczenia

Celem laboratoriów było zapoznanie się ze zjawiskiem hartowności metodą chłodzenia od czoła i pomiaru twardość metodą Rockwella.

Próbka miała kształt cylindryczny. Po zahartowaniu w określonej temperaturze została poddana ochłodzeniu przez strumień wody.

1. Opis przebiegu ćwiczenia

- Badaną próbkę stali konstrukcyjnej włożyliśmy do pieca rozgrzanego do odpowiedniej temperatury i pozostawiliśmy na czas ok. 30 minut

- Badaliśmy twardość dwóch próbek nr. 6 i 11 stali, hartowanych od czoła, otrzymanych od prowadzącego. Koleinie dokonano pomiarów twardości metodą Rockwella w skali C na obu zeszlifowanych powierzchniach, zaczynając od czoła próbki w odległościach: 1,5; 3; 5; 7; 9; 11; 13; 15; 20; 25 [mm].

-Próbkę wyjęliśmy z pieca i włożyliśmy do zacisku do hartowania próbek, próbkę hartowaliśmy z użyciem strumienia wody od czoła przez ok. 15min, wypływającej z dyszy.

1. Spis urządzeń i aparatury

W skaład stanowiska do badania hartowności stali wchodzą:

1. urządzenia do badania hartowności, wykonane zgodnie z wytycznymi

zawartymi w normie PN-79/H-04402. „Próba hartowności stali.

Metoda hartowania od czoła”;

1. piec silitowy komorowy typu LEW produkcji NRD, sterowany regulatorem

c) programatorem typu 33-P-02;

d) szlifierka do płaszczyzn typu SPC20;

e) twardościomierz Rockwella

f) suwmiarka;

g) rękawice azbestowe i inne ochrony osobiste stosowane w pracowni

obróbki cieplnej;

h) próbki wykonane ze stali konstrukcyjnych.

1. Charakterystyki badanych stali

Próbka nr 11 – stal 45

Stal węglowa do ulepszania cieplnego, spawalna, zgrzewalna, łatwa w obróbce. Zawiera 0,42-0,50% węgla; 0,50-0,80 manganu; 0,17-0,37% krzemu. Dzięki dodatkom stal ta jest jeszcze bardziej twarda. Minimalna twardość po hartowaniu powierzchniowym i odpuszczeniu wynosi 53 HRC. Zastosowanie: na średnio obciążone elementy maszyn, osie, wały, koła zębate, tarcze, drążki, walce, wirniki pomp

Procesy:

Procesyspawanie TAK

kucie TAK

walcowanie TAK

azotowanie NIE

hartowanie TAK temp. 820 - 860 [°C]

odpuszczanie TAK temp. 550 - 660 [°C]

Twardość:

w stanie zmiękczonym 250 HB

Rm 650-800 MPa

Re 430 MPa

Próbka nr 6 – stal 30HGS

Stal do ulepszania cieplnego o dużej hartowności. Zawiera 0,28-0,35% węgla; 0,80-1,10% manganu; 0,90-1,20% krzemu; 0,80-1,10% chromu oraz niewielkie dodatki niklu (max. 0,30%). Posiada dobre właściwości mechaniczne w przekrojach o grubości do przy hartowaniu w oleju .

Zastosowanie: wały, osie, wałki, wrzeciona, dźwignie, półosie pojazdów.

Procesy:

spawanie TAK

kucie TAK

walcowanie TAK

azotowanie TAK

hartowanie TAK temp. 860 - 880 [°C]

odpuszczanie TAK temp. 500 - 650 [°C]

Twardość:

w stanie ulepszonym 60 HRC

w stanie zmiękczonym 240 HB

Rm 1620 MPa

Re 1280 MPa

Tabela pomiarowa

Twardość próbek Jominy’ego w jednostkach Rocwella
numer próbki
Materiał próbki nr 11 Stal 45
1
2
Wartość średnia
Materiał próbki nr 6 stal 30HGS
1
2
Wartość średnia

Obliczanie średnicy krytycznej

Z tabel 7.2-7.4 odczytuje się wartości czynników, w zależności od zawartości składników stopowych i wielkości ziarna, i po zsumowaniu, z tabeli 7.5 można wyznaczyć idealną średnicę krytyczną. Następnie z nomogramami (rys.7.3) wyznacza się rzeczywistą średnicę krytyczną dla określonego ośrodka chłodzącego.

	zawartość składników stopowych	współczynnik
stal 45	C	0,42 – 0,50
	Mn	0,50 – 0,80
	Si	0,17 – 0,37
	P	max. 0,04
	Suma:	1,002

Idealna średnica krytyczna dla stali 45 wynosi

Średnica krytyczna dla danego ośrodka chłodzącego:

• woda (H=1,5)

• olej (H=0,4)

	zawartość składników stopowych	współczynnik
stal 30HGS	C	0,28-0,35
	Mn	0,8-1,1
	Si	0,9-1,2
	Cr	0,8-1,1
	P	max. 0,035
	S	max. 0,035
	Suma:	1,685

Idealna średnica krytyczna dla stali 30HGS wynosi :

Średnica krytyczna dla danego ośrodka chłodzącego:

• woda (H=1,5)

• olej (H=0,4)

1. Opis zmian strukturalnych stali oraz wnioski końcowe

Hartując z szybkością większą od krytycznej, tworzy się struktura martenzytyczna. Szybkość chłodzenia się zmniejsza od czoła próbki, w wyniku czego powstają struktury.

Mimo że w stali 40 jest więcej węgla to dodatki stopowe użyte w stali 30HGS takie jak: krzem, chrom i mangan, znacznie poprawiają jej twardość. Szacuje twardość wynoszącą 58 – 63 HRC, która uzależniona jest m.in. od procentowej zawartości węgla w stali.

Na wykresach wytrzymałości widać, że, na początku obydwie próbki zahartowały się podobnie. Jednak jest znaczaca różnica w dalszej części wykresu. Stal 45 gwałtownie traci twardość w stosunku do stali 30HGS i utrzymuje się w granicach 25 – 30 HRC, natomiast stal 30HGS uzyskała twardość w granicach 35-40 HRC.

Zgodnie z przewidywaniami, w miarę oddalania się od czoła próbki obydwie stale zmniejszają swoją twardość przechodząc przez kolejne przemiany. W stali 30 HGS można zauważyć, że dodatki stopowe w postaci chromu i manganu, obniżają znacząco krytyczną szybkość hartowania, w związku z czym próbka lepiej hartuje się w głąb.