Politechnika Warszawska, Wydział Transportu

Zakład Podstawy Budowy Urządzeń Transportowych

Materiałoznawstwo

Rok akademicki 2012/13

Nazwisko i imię	Grupa / Podgrupa	Ocena
Katarzyna Twarowska	T9/C

Ćwiczenie nr 2

Temat: Obróbka cieplna metali.

Data wykonania ćwiczenia	Data oddania sprawozdania
27.11.2012r.	11.12.2012r.

1. Notatka z przebiegu ćwiczenia.

Stal- stop żelaza z węglem zawierający do 2,05% węgla; węgiel w stalach jest w postaci Fe₃C(cementyt)

Żeliwo- stop żelaza z węglem o zawartości węgla od 2,05% do 6,67%; węgiel występuje w postaci wolnej, zwanej grafitem

Hartowanie jest operacją cieplną, której poddawana jest stal, składająca się z dwóch bezpośrednio po sobie następujących faz. Pierwsza faza to nagrzewanie do temperatury powyżej przemiany austenitycznej i wygrzewanie tak długo, aż w całej objętości zajdzie przemiana. Druga faza to szybkie schładzanie z szybkością większą od krytycznej w celu uzyskania struktury martenzytycznej.

Prędkość krytyczna- najmniejsza możliwa prędkość chłodzenia, przy której zajdzie przemiana austenitu w martenzyt. Jest to linia styczna do krzywej początku przemiany austenitu w perlit.

Hartowność- zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej wskutek odpowiednio szybkiego chłodzenia od temperatury austenityzowania. Hartowność określana jest jako grubość warstwy martenzytycznej lub częściowo martenzytycznej, mierzonej na przekroju hartowanego przedmiotu.

Rys.1. Wykres CTP. Przedstawia przemianę austenitu pod wpływem chłodzenia.

V_kr- prędkość krytyczna

Ze względu na zawartość węgla w strukturze stale możemy podzielić na:

• Stale do 0,2% zawartości węgla w strukturze- stale niehartowne

• Stale od 0,2% do 0,4% zawartości węgla w strukturze- stale trudnohartujące

• Stale powyżej 0,4% zawartości węgla w strukturze- stale hartowne

Definicje faz układu Fe- Fe₃C:

• Ferryt- jest to roztwór stały graniczny węgla w żelazie o maksymalnej rozpuszczalności węgla 0,0218 w temperaturze 727^oC. Twardość ferrytu waha się w granicach od 70 do 90 HB.

• Austenit- stały, graniczny roztwór węgla oraz innych pierwiastków w żelazie. Atomy żelaza tworzą sieć sześcienną, płaskocentryczną między nimi rozmieszczone są atomy węgla o mniejszej średnicy.

• Cementyt- węglik żelaza Fe₃C, temperatura topnienia- 1600^oC, wysoka twardość- 600HB, zawartość węgla do 6,67%, jest materiałem twardym i kruchym, ma strukturę krystaliczną rombową.

• Ledeburyt- jest to mieszanina eutektyczna austenitu i cementytu Fe₃C, powstały z cieczy o składzie chemicznym 4,3% węgla w stałej temperaturze 1148^oC

• Perlit- jest to mieszanina autektoidalna ferrytu i cementytu, powstaje z austenitu o zawartości 0,77% węgla w stałej temperaturze 727^oC

• Martenzyt- stały przesycony roztwór węgla w żelazie α, przemiana bezdyfuzyjna, ma strukturę iglastą, igły są do siebie równoległe, bądź przecinają się pod kątem 60^olub 120^o.

• Bainit- rozdrobniony perlit.

1. Przebieg ćwiczenia.

Dn. 27.11.2012r. przeprowadziliśmy badanie twardości stali przed i po zahartowaniu. Metodą Rockwella, w skali B, zmierzyliśmy twardość pięciu próbek stali (45, 50HS, 65, N11E, NC6). Wartości te przeliczyliśmy na skalę Vickersa, Następnie próbki zostały umieszczone w piecu nagrzanym do 800^oC. po upływie pewnego czasu wyjęliśmy próbki a następnie schłodziliśmy w wodzie. Oczyszczone papierem ściernym, gotowe były po ponownego zmierzenia twardości również metodą Rockwella, ale tym razem w skali C, a potem wyniki przedstawiliśmy w skali Vickersa.

Oto wyniki badania:

STAL	%C	TWARDOŚĆ	PH
		przed hartowaniem	po hartowaniu
		HRB	HV
45	0,15	98	240
50HS	0,5	96	225
65	0,65	90	195
N11E	1,10	86	175
NC6	1,30	94	215

$$PH = \frac{HV_{\text{po\ hartowaniu}} - \ HV_{\text{przed\ hartowaniem}}}{\text{HV}_{\text{przed\ hartowaniem}}}100\%$$

1. Wykresy przedstawiające zależność twardości stali przed i po hartowaniu oraz przyrostu twardości od zawartości węgla.