Nr grupy dziekanatowej: 7 / IMIR I	Nazwisko i imię Jacek Łabusiewicz	Data zajęć: 25.04.2007
Nr zespołu lab: II	Temat ćwiczeń: „Obróbka cieplna i cieplno - chemiczna stali”	Ocena:
Prowadzący: mgr inż. Adam Brzeziak

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

Pod pojęciem obróbki cieplnej rozumiemy odpowiednio dobrane zabiegi cieplne, które prowadzą do zmiany własności stali przez zmiany struktury, wywołane przemianami fazowymi zachodzącymi w stanie stałym.

Podstawowymi parametrami, które decydują o przemianach fazowych są: szybkość nagrzewania, temperatura zabiegu cieplnego, czas nagrzewania,(wygrzewania), chłodzenia, szybkość chłodzenia, w zależności od temperatury wygrzewania.

Hartowność i hartowanie stali.

W przeciwieństwie do zabiegów wyżarzania hartowanie, zwłaszcza martenzytyczne, prowadzi do powstawania struktury nierównowagowej. Celem zabiegu jest znaczne zwiększenie twardości wyrobu. Rozróżniamy następujące metody hartowania: objętościowe i powierzchniowe.

Hartowanie objętościowe polega na nagrzaniu elementu na wskroś i może być realizowane z różnymi prędkościami studzenia. Hartowanie zwykłe (martenzytyczne) polega na austenityzowaniu z następującym szybkim oziębieniem w jednym ośrodku w celu uzyskania struktury maternzytycznej.

W zależności od sposobu chłodzenia rozróżniamy:

• hartowanie zwykłe polegające na oziębieniu stali z szybkością większą od prędkości krytycznej chłodzenia w jednym ośrodku chłodzącym w sposób ciągły,

• hartowanie przerywane, polegające na stosowaniu dwóch ośrodków chłodzących (np. wody, a następnie oleju),

• hartowanie stopniowe, polegające na wytrzymaniu przedmiotu w temp. wyższej od temp. początku przemiany martenzytycznej ( przystanek temp.), aż do wyrónania temp. w całym przekroju, po czym zanim rozpocznie się przemiana dyfuzyjna następuje dalsze chłodzenie przedmiotu,

• hartowanie izotermiczne (bainityczne) ma podobny przebieg jak stopniowe, z tym że czas wytrzymania w temp. pośredniej jest dostatecznie długi, aby zaszła przemiana bainityczna.

Odpuszcznie.

Odpuszczanie polega na nagrzewaniu uprzednio zahartowanego przedmiotu do temperatury leżącej poniżej Ac1, co prowadzi do usunięcia naprężeń oraz przemian wywołujących zmniejszenie twardości i wzrost plastyczności stali. Głównym celem odpuszczania jest zwiększenie odporności na pękanie zahartowanej stali. Połączenie zabiegów hartowania i wysokiego lub średniego odpuszczania nazywamy ulepszaniem cieplnym.

Etapy odpuszczania:

1. Następuje zmniejszenie stężenia węgla w martenzycie i zmniejszenie tetragonalności martenzytu. (zakres od ok.200^oC)

2. Dochodzi do przemiany austenitu szczątkowego w martenzyt odpuszczony. (zakres ok. 200^oC - 320^oC)

3. Następuje przemiana węglików przejściowych w cementyt Fe₃C. Przemiana ta zachodzi mechanizmem zarodkowania niezależnego, tzn. polega na rozpuszczaniu się węglików przejściowych i niezależnym wydzielaniu się cementytu.(200^oC - 420^oC).

4. Zachodzi dalsze wydzielanie cementytu oraz następuje jego koagulacja, polegająca na rozpuszczaniu się cząstek drobnych i rozroście dużych, które przybierają zbliżoną postać do kuli.

Wyżarzanie.

Jest to zabieg obróbki cieplnej polegający na nagrzaniu stali do określonej temperatury, wytrzymaniu w niej i następnym powolnym studzeniu.

Celem tego zabiegu jest przybliżenie stanu stopu do warunków równowagi.

Nawęglanie:

Celem takiej obróbki jest uzyskanie twardej, odpornej na ścieranie warstw przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Polega na nasyceniu węglem wierzchnich warstw .

Wykonanie takiej obróbki polega na nagrzaniu stali w ośrodku gazowym (ośrodek: CO,C_nH_2n+2, C_nH_2n) lub stałym (tzw. nawęglanie w proszkach; ośrodek: węgiel drzewny i środki przyspieszające nawęglanie) powyżej temperatury A_C3 i wytrzymywane w zależności od tego jak grubą warstwę chcemy osiągnąć. Po nawęglaniu stal jest hartowana i nisko odpuszczana.

Azotowanie

Celem takiej obróbki jest otrzymanie bardzo twardej i odpornej na ścieranie warstwy wierzchniej, bez potrzeby dalszej obróbki cieplnej; zwiększa odporność na korozję i wytrzymałość zmęczeniową.

Wykonanie takiej obróbki polega na wygrzewanie przez 0,5 - 80 h w atmosferze częściowo zdysocjowanego amoniaku. Twardość znacznie większa niż twardość stali nawęglanej. Warstwa naazotowana jest bardzo krucha.

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Cel ćwiczenia:

Badanie wpływu obróbki cieplnej na twardość stali konstrukcyjnej niestopowej C45.

Opis przebiegu doświadczenia:

• Mierzymy twardość badanej stali w stanie dostarczonym.

• Ustalamy właściwą temperaturę hartowania dla badanej próbki (30 - 50^oC powyżej linii GOS w układzie Fe - Fe₃C).

• Próbkę nr 1 nagrzewamy do temperatury 650^oC, wygrzewamy 15 minut, hartujemy w wodzie i mierzymy twardość.

• Próbkę nr 2 nagrzewamy do temperatury leżącej pomiędzy liniami PSK i GOS, wygrzewamy 15 minut, hartujemy w wodzie i mierzymy twardość.

• Próbki nr 3, 4, 5 nagrzewamy do właściwej temperatury hartowania, wygrzewamy 15 minut, hartujemy w wodzie i mierzymy twardość.

• Zahartowane próbki nr 3, 4, 5 odpuszczamy 20 minut przy temperaturze:

- 300^oC - nr 3

- 500^oC - nr 4

- 650^oC - nr 5

a następnie po ochłodzeniu na powietrzu mierzymy ich twardość.

Wyniki:

Nr próbki	Badanie twardości			Hartowanie	Badanie twardości			Odpuszczanie	Badanie twardości
		HRB	HRC		HB		HRB		HRC	HB		HRB	HRC	HB
1	88	-	176	650/15/H2O	90	-	185	-	-	-	-
2	88	-	176	750/15/H2O	-	53	518	-	-	-	-
3	88	-	176	850/15/H2O	-	60	607	300/20/pow.	-	52	506
4	88	-	176	850/15/H2O	-	60	607	500/20/pow.	-	36	331
5	88	-	176	850/15/H2O	-	60	607	650/20/pow.	-	22	228
6	88	-	176	-	-	-	-	-	-	-	-

Omówienie:

W przypadku 1 i 2 próbki twardość nieznacznie się zwiększyła ponieważ temperatury hartowania były źle dobrane (są zbyt niskie). Próbki: 3, 4 i 5 poddawane są procesowi odpuszczania, mamy więc do czynienia z ulepszaniem cieplnym. W przypadku odpuszczania wszystkie temperatury są dobrane prawidłowo, gdyż żadna nie przekracza temperatury austenityzowania.

Wnioski:

• Na właściwości stali możemy wpływać nie tylko przez jej skład chemiczny, lecz także poprzez obróbkę cieplną.

• Wysokość temperatur hartowania i odpuszczania są bardzo ważne. Im wyższa temperatura hartowania, tym stal będzie bardziej twarda. Aby uzyskać pożądany efekt, stal należy nagrzać powyżej temperatury A_C3, powyżej której ferryt i perlit przechodzą w austenit, a następnie przy chłodzeniu w martenzyt.

• Wraz ze wzrostem temperatury odpuszczania rośnie odporność na pękanie. Natomiast maleje twardość stali.

---