Uniwersytet Warmińsko – Mazurski
W Olsztynie
I rok, studia stacjonarne
Kierunek: mechatronika
Ćwiczenia Laboratoryjne
Nauka o materiałach
Temat: Kształtowanie struktury i właściwości stopów metali poprzez hartowanie i odpuszczanie.
I Cel ćwiczenia:
Poznanie struktury i właściwości stopów metali po hartowaniu i odpuszczaniu.
II Wstęp teoretyczny:
Hartowanie jest to proces obróbki cieplnej prowadzący do powstania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Samo hartowanie nie jest skomplikowanym procesem, składa się z kilku podstawowych punktów:
Podgrzanie i wytrzymanie przez kilka minut materiału w wysokiej temperaturze (powyżej przemiany austenitycznej). Czas nie powinien być zbyt długi, aby nie doprowadzić do rozrostu ziaren austenitu.
Chłodzenie z szybkością zależną od pożądanej struktury (martenzyt – powyżej szybkości krytycznej, bainit – poniżej owej prędkości).
Struktury po hartowaniu:
Martenzytyczna – twarda struktura składająca się z przesyconego roztworu stałego węgla w żelazie α.
Bainit – miększa struktura składająca się z przesyconego ferrytu i węglików ε.
Odpuszczanie jest zabiegiem cieplnym stosowanym do stali uprzednio zahartowanych. Polega na wygrzaniu stali w odpowiedniej temperaturze (w zależności od oczekiwanego efektu), i następnym schłodzeniu. Polepsza ono właściwości plastyczne twardych stali po hartowaniu, oraz redukuje naprężenia wewnętrzne.
Rodzaje odpuszczania:
Niskie – 150-250*C
Średnie – 250-350*C
Wysokie – powyżej 400*C
III Przebieg ćwiczenia:
Wkładamy 2 próbki stali C45 do pieca nagrzanego do temperatury 860*C.
Po odczekaniu 7minut chłodzimy próbki: jedną w oleju, drugą w wodzie.
Szlifujemy powierzchnię próbki, w celu usunięcia warstwy wytrąconych tlenków, oraz innych zanieczyszczeń.
Badamy twardość próbki metodą Rockwell’a w skali C.
IV Tabela wyników:
| Numer pomiaru | Próbka studzona w: [HRC] | Próbka niehartowana |
|---|---|---|
| oleju | wodzie | |
| 1 | 20 | 38 |
| 2 | 20 |
|
| 3 | 22 | 54 |
| 4 | 26 | 61 |
| 5 | 27 | 59 |
| Średnia: | 23 | 50,6 |
V Wnioski:
Próbka druga została zahartowana przy użycia ośrodka chłodzącego jakim była woda. Ma ona bardzo duża szybkość chłodzenia, dlatego możemy z pewnością stwierdzić, iż w strukturze owej próbki występuje twardy materiał jakim jest martenzyt. Potwierdzają to wyniki badania twardości: średnia 50,6 HRC.
Próbka pierwsza została zahartowana przy użyciu ośrodka chłodzącego jakim był olej. Ma on znacznie mniejszą szybkość chłodzenia od wody. Struktura powstała podczas tego rodzaju chłodzenia to struktura bainityczna. Odznacza się ona mniejszą twardością niż struktura metastabilnego martenzytu, co widać na wynikach badań twardości: średnio 23 HRC.
Hartowanie stali w znaczą sposób wpływa na jego twardość. Próbka niehartowana była zbyt miękka aby zbadać jej twardość, natomiast nawet próbka chłodzona w oleju poddała się badaniu metodą Rockwell’a. Badanie wykazało, iż martenzyt jest praktycznie 2 razy twardszą strukturą niż bainit.