Uniwersytet Warmińsko – Mazurski

W Olsztynie

I rok, studia stacjonarne

Kierunek: mechatronika

Ćwiczenia Laboratoryjne

Nauka o materiałach

Temat: Kształtowanie struktury i właściwości stopów metali poprzez wyżarzanie.

I Cel ćwiczenia:

Obserwacja zmiany struktury i właściwości stopów metali poprzez ich wyżarzanie.

II Wstęp teoretyczny:

Wyżarzanie jest operacją polegającą na przegrzaniu elementu stałego do pewnej temperatury, przegrzaniu go w niej i następnym schłodzeniu. Pływa ona na strukturę i właściwości materiału.

Podział wyżarzania:

• Z przemianą alotropową:

  • Normalizujące – 30-50*C powyżej temperatury przemiany austenitycznej (GSE) – studzenie w powietrzu – jednolita struktura, bez naprężeń.

  • Zmiękczające (sferoidyzacja) – wygrzewanie w temp. ok. 20*C wyższej i niższej od przemiany eutektoidalnej – zmiana cementytu płytkowego w sferoidalny

  • Ujednorodniające – 1000-1200*C – ujednorodnienie struktury chemicznej

  • Zupełne

  • Niezupełne

• Bez przemiany alotropowej:

  • Odprężające

  • Rekrystalizujące

Hartowanie – jest operacją cieplną, składającą się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie do temperatury powyżej przemiany austenitycznej i wygrzewanie w niej. Drugą fazą jest szybkie schładzanie. Podczas schładzania austenit przemienia się w martenzyt. Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Odpuszczanie – jest operacją cieplną, któremu poddawana jest stal wcześniej zahartowana. Celem odpuszczania jest usunięcie naprężeń hartowniczych oraz zmniejszenie twardości stali, a podniesienie jej udarności.

III Przebieg ćwiczenia:

1. Włączamy mikroskop i ustalamy moc oświetlenia.

2. Pobieramy próbkę i identyfikujemy ją zgodnie z numerem.

3. Układamy próbkę na górze mikroskopu, tak aby padało na nią światło mikroskopowe.

4. Wybieramy pożądane powiększenie.

5. Obserwujemy strukturę próbki przez okular mikroskopu.

6. Rysujemy i opisujemy badaną próbkę.

I AA. Stal 30H wyżarzona normalizująco

PN-EN 10027-1: 1994 : C30

Zawartość węgla: 0,3%

Struktura ferrytyczno (ok. 70%) – perlityczna (ok. 30%)

Jednorodna struktura drobnoziarnista pozbawiona naprężeń

Polepszone właściwości mechaniczne stali

Zastosowanie: Osie, wały, dźwignie, wahacze o niewielkich przekrojach oraz śruby, nakrętki i inne części złączne, czopy, rolki, koła zębate

2.4 Stal 45 wyżarzona normalizująco

PN-EN 10027-1: 1994 : C45

Zawartość węgla: 0,45%

Struktura ferrytyczno (ok. 55%) – perlityczna (ok. 45%)

Jednorodna struktura drobnoziarnista pozbawiona naprężeń

Polepszone właściwości mechaniczne stali

Zastosowanie: Elementy maszyn i urządzeń średnio obciążone, m.in. w przemyśle maszynowym, energetycznym, samochodowym, np. wały, osie, wrzeciona, tarcze, drążki, dźwignie, koła zębate, korby, stojaki, śruby

2.6.1 Stal NC6 wyżarzona zmiękczająco (925*C/1h/piec)

PN-EN 10027-1: 1994 : C130

Zawartość węgla: 1,3%

Struktura perlityczno (ok. 90%) – cementytowa (ok. 10%)

Zmiana struktury cementytu (jasne pola) z płatkowego na sferoidalny

Niewielka twardość, dobra skrawalność, podatność na odkształcenia plastyczne na zimno

Zastosowanie: Rozwiertaki, gwintowniki, narzynki, płyty tnące wykrojników, matryce do głębokiego tłoczenia na zimno, piły tarczowe, noże talerzowe do cięcia papieru

2.7.3 Stal 15 wyżarzona normalizująco

PN-EN 10027-1: 1994 : C15

Zawartość węgla: 0,15%

Struktura ferrytyczno (ok. 90%) – perlityczna (ok. 10%)

Jednorodna struktura drobnoziarnista pozbawiona naprężeń

Polepszone właściwości mechaniczne stali

Zastosowanie: Konstrukcje spawane, nitowane i łączone śrubami pracujące w temperaturze otoczenia; w stanie nawęglonym i hartowanym na mało obciążone części konstrukcyjne o miękkim rdzeniu i znacznej twardości powierzchni: wały, czopy, osie

3.0 stal 45 hartowana

PN-EN 10027-1: 1994 : C45

Zawartość węgla: 0,45%

Struktura martenzytyczna (listkowa i płytkowa), widoczne przecinające się igiełki

Materiał twardy i kruchy

Zastosowanie: w przemyśle maszynowym, energetycznym, samochodowym, np. wały, osie, wrzeciona, tarcze, drążki, dźwignie, koła zębate, korby, stojaki, śruby

3.1 stal 45 ulepszona cieplnie

PN-EN 10027-1: 1994 : C45

Zawartość węgla: 0,45%

Struktura martenzytyczna (listkowa i płytkowa), widoczne przecinające się igiełki

Wysoka wytrzymałość, mała twardość, dobra skrawalność

Materiał poddany wysokiemu odpuszczaniu w temp. powyżej 500*C

Zastosowanie: wały okrętowe i samochodowe, wały korbowe, części broni maszynowej

3.3 Stal ŁH15 wyżarzona zmiękczająco

PN-EN 10027-1: 1994 : C130

Zawartość: C- 1% ; Cr- 1,5% ; Si- 0,2% ; Mn- 0,3%

Struktura perlityczno (ok. 95%) – cementytowa (ok. 5%)

Zmiana struktury cementytu (jasne pola) z płatkowego na sferoidalny

Niewielka twardość, dobra skrawalność, podatność na odkształcenia plastyczne na zimno

Zastosowanie: Do wyrobu pierścieni, wałków, kulek i igieł łożysk tocznych ogólnego przeznaczenia nie pracujących w podwyższonych temperaturach ani w środowisku korozyjnym

3.5 Stal SW18 hartowana z przegrzaniem

PN-EN 10027-1: 1994 : HS 18–1–1–0 (Wolfram- W, Molibden- Mo, Wanad- V, Kobalt- Co)

Zawartość węgla 1%

Struktura: wydzielenie dużych ziaren martenzytu, w osnowie cementytowej

Wysoka wytrzymałość, mała twardość, dobra skrawalność

Zastosowanie: Narzędzia do obróbki zgrubnej i wykończającej ogólnego przeznaczenia, do obróbki materiałów o średniej wytrzymałości, np.: noże tokarskie i strugarskie, frezy, wiertła, narzędzia do gwintowania, segmenty i brzeszczoty pił, frezy ślimakowe

3.8 Stal 50HS hartowana i odpuszczona

PN-74/H-84032

Zawartość węgla: 0,5%

Struktura: ferrytyczno – martenzytyczna

Podniesiona udarność, zmniejszona twardość – odpuszczanie

Zastosowanie: Na resory, sprężyny do pojazdów mechanicznych pracujące przy dużych obciążeniach

V Wnioski: