Temat: Hartowanie

Hartowanie jest to zabieg cieplny polegający na nagrzaniu elementu do temperatury 30 – 50 C powyżej Ac , wygrzaniu w tej temperaturze i następnym oziębianiem w celu uzyskania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Drugą fazą jest szybkie schładzanie. Szybkość schładzania musi być taka, by z austenitu nie zdążył wydzielić się cementyt i jego struktura została zachowana do temperatury przemiany martenzytycznej w której to austenit przemienia się w fazę zwaną martenzytem. Stal o strukturze martenzytycznej nazywana jest stalą martenzytyczną lub hartowaną. Hartowanie przeprowadza się, by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

1. Metoda hartowania czołowego (Jominy’ego).

Polega na zahartowaniu próbki o długości 100 mm i średnicy 25 mm natryskiem wody na powierzchnię czołową. Po zahartowaniu zeszlifowuje się warstwę o grubości ok.0,25 mm wzdłuż przeciwległych tworzących tak, aby uzyskać płaszczyznę. Na powierzchniach tych wykonuje się pomiary twardości w odległości co 1,5÷2 mm. Wyniki pomiarów nanosi się na wykres w układzie współrzędnych: odległość do czoła próbki (oś odciętych) – twardość HRC (oś rzędnych). Łącząc otrzymane punkty linią ciągłą uzyskuje się krzywą hartowności

Próba hartowania od czoła jest próbą reagującą wyraźnie na wahania składu chemicznego. Dlatego też krzywa wyznaczona dla jednej próbki nie jest reprezentatywna dla określonego gatunku stali, ponieważ między poszczególnymi wytopami istnieją pewne różnice. Na podsta-wie badań wielu wytopów ustala się tzw. pasmo hartowności, tj. zakres, w którym powinny mieścić się krzywe dla różnych wytopów danego gatunku stali

Nr pomiaru	Odległość od czoła [mm]	Twardość HRC
1	1,5	60
2	3,5	60,5
3	6,5	58
4	9,5	58
5	12	56
6	14	52
7	17	46
8	19	46
9	22	44
10	24	39
11	38	36

Średnicę krytyczną metodą obliczeniową wyznacza się następująco:

- oblicza się idealną średnicę krytyczną dla stali stopowej przy kryterium 50% martenzytu w środku przekroju, tj.

D_i = D_jc · k₁ · k₂ · ... · k_n

Dic- idealna średnica krytyczna podstawowa, tj. dla stali węglowej o tej samej wielkości ziarna i zawartości węgla co stal stopowa,

k₁, k₂ - mnożniki hartowności dla poszczególnych pierwiastków występujących w stali

Odległość od czoła [mm]

Zawartość węgla w badanej stali = 0,4%; Twardość krytyczna = 45

Na krzywej hartowności zaznaczono twardość krytyczną i odczytano odpowiadającą jej odległość od czoła próbki, równą około 20 mm. Zostało to obliczone na podstawie średniej w której mieści się krzywa hartowania w zakresie 45 HRC

D_K = 83 mm → H = 1,5

D_Ki = 98 mm → H = ∞

1. Metoda obliczeniowa Grossmana

Dla stali H 40

D_Ki = D_P · f₁ · f₂· f₃· … · f_n

D_Ki – idealna średnica krytyczna stali stopowej przy założeniu występowania w osi pręta 50% martenzytu

D_P – tzw. średnica podstawowa, zależna od wielkości ziarna austenitu i stężenia węgla

f₁ .... f_n – mnożniki określające wpływ pierwiastków stopowych na zmianę hartowności stali

$$Dp = \ G \ \sqrt{C}$$

f = 1 + ax

a – stała charakterystyczna danego pierwiastka

x – zawartość pierwiastka [%]

$Dp = \ G \ \sqrt{C}$ = 8,65 · $\sqrt{C}$

Pierwiastek	a	x	f
C	0,4	X	X
Si	0,25	0,7	1,175
Cr	1	2,16	3,16
Mn	0,7	4,5	4,5
P	0,03	2,83	1,0849
S	0,015	– 0,63	0,99055

D_P = 5,47

D_Ki = 98,23

Wnioski:

Dodawanie różnych pierwiastków do stali powoduje zmiany właściwości takie jak np. (zwiększenie głębokości hartowania oraz średnią krytyczna ). Ewentualne błędy mogły wynikać z nie wyzerowanego czujnika zegarowego, błędu interpolacji. Mogło to mieć wpływ na dokładność pomiaru twardości. Wpływ mógł mieć również zbyt długi czas przenoszenia nagrzanej próbki z pieca do aparatu Jominy’ego, jak również nieprawidłowe parametry cieczy chłodzącej. Niezbyt dokładny odczyt wielkości z wykresów umieszczonych w normie.