Zespół 3	Badanie hartowności stali konstrukcyjnych	Data: 21.04.1999
Wydział MiIM	Zawadzki Marcin	Ocena:

Cel ćwiczenia.

Zapoznanie się ze sposobem określenia hartowności metodą Jominie'go.

Wiadomości teoretyczne.

Hartowność jest to zdolność materiału do tworzenia struktury martenzytycznej.

Hartowaniem nazywamy operację prowadzącą do powstania struktury martenzytycznej lub bainitycznej, polegająca na nagrzaniu materiału do pewnej temp. wytrzymaniu i szybkim schłodzeniu.

Hartowanie polega na nagrzaniu stali podeutektoidalnej 30 ÷ 50⁰C powyżej AC₃, a następnie schłodzeniu z prędkością większą od krytycznej, a nadeutektoidalnej 30 ÷ 50⁰C poniżej AC₁, a następnie schłodzeniu podobnie jak stal podeutektoidalną.

Dla stali nadeutektycznej nie jest konieczne dopuszczanie do nagrzania powyżej linii AC₁ ze względu na rozpuszczanie się cm^'' , a jest to bardzo szkodliwe ze względów ekonomicznych oraz wzrostu austenitu szczątkowego.

Oceniając hartowność stali bierzemy pod uwagę :

- pomiary grubości warstwy zahartowanej - może być porównalna dla tych samych warunków ;

- pomiar bezpośredni V_kr - wykonanie tego pomiaru jest dość kłopotliwe ;

- przyjmujemy średnią krytyczną tzn. największą średnicę pręta z danej stali, którą możemy zahartować na wskroś .

Obecnie przyjmujemy, że pręt jest zahartowany wtedy gdy stwierdzimy że w środku pręta obecność minimalnie 50 % martenzytu.

Metody jakimi możemy określić hartowność stali.

1. Metoda próbnego hartowania polega na hartowaniu pojedynczych próbek różniących się wielkością przekroju. Stosując tą metodę jesteśmy w stanie przewidzieć wynik obróbki cieplnej .

2. Próba hartowania od czoła (próba Jomni'ego) pozwala przeprowadzić ocenę hartowności stali na podstawie czynników badań jednej tylko próbki o prostym cylindrycznym kształcie, bez konieczności jej przecinania. Próbę tę przeprowadzamy następująco :hartujemy próbkę, zeszlifowujemy warstwę ok. 0,4 mm , a następnie dokonujemy pomiarów twardości w funkcji odległości od czoła .

3. Za pomocą wykresu CTP

4. Metody rachunkowe

Czynniki które wpływają na hartowność.

• Zwiększenie zawartości pierwiastków stopowych ;

1. niekorzystne - kobalt, przyspiesza przemianę perlityczną ;

2. korzystne - najlepszy i najodpowiedniejszy jest bar który poprawia hartowność 2 ÷ 5 razy przy stężeniu 0,002 ÷ 0,005 % ;

• większe ziarno austenitu i jego jednorodności ;

• zwiększenie ilości węgla - występuje tu jednoczesne zwiększenie hartowności i twardości martenzytu ;

Wykonanie ćwiczenia :

1. Materiał do badań - 40 Ho składzie 0,4%C, 1% Cr, 0,7% Mn, 0,25% Si, 0,039% S.

2. Hartowanie przeprowadzamy w temp. 850 ⁰C, austenityzujemy przez około 30 minut.

3. Na podstawie wykonanej próbie hartowania od czoła określimy wartość idealnej średnicy krytycznej.

4. Metodą analityczną Crossmana, obliczymy wartości D_n na podstawie składu chemicznego, przyjmując wielość ziarna austenitu jako 6 i 10.

Odległość od czoła [mm]	Twardość [HB]	Odległość od czoła [mm]	Twardość [HB]	Odległość od czoła [mm]	Twardość [HB]	Odległość od czoła [mm]	Twardość [HB]
1,5	581	9	568	20	470	40	331
3	581	11	568	25	414	45	331
5	581	13	555	30	381	50	331
7	568	15	530	35	370	90	304

Współczynniki hartowności pierwiastków :

f_Cr = 1 + 2,16 * % Cr = 1 + 2,16 * 1 = 3,16

f_Si = 1 + 0,7 * % Si = 1 + 0,7 * 0,25 = 1,175

f_Mn = 1+4,8 * % Mn = 1 + 4,8 * 0,7 = 4,36

f_S = 1 - 0,62 * % S = 1- 0,62 * 0,04 = 0,9783

D_ki = D_p* f_Cr * f_Si * f_Mn * f_S

Dla N = 10 D_ki = 62,87

Dla N = 6 D_ki = 86,31

Idealna średnica krytyczna według obliczeń metodą Grossmana dla wielkości ziaren N = 10 D_ki = 62,87 mm a, dla N = 6 D_ki = 86,31.mm

Z wykresu określającego wpływ zawartości węgla na twardość strefy półmartenzytycznej dla zawartości węgla C=0,4% odczytujemy HRC=39,8. Podstawiając odczyt HRC do krzywej hartowania od czoła dla badanej stali (40H) otrzymuję odległość od czoła strefy półmartenzytycznej l_k=42,5. Podstawiając l_k do wykresu zależności D_ki i D_k od l_k odczytujemy średnicę krytyczną i krytyczną idealną dla wody (twardość 80), która wynosi:

D_k=130 mm

D_ki=150 mm

Wnioski:

Po wyliczeniu średnicy krytycznej oraz idealnej średnicy krytycznej możemy wywnioskować, że wzrost wielkości ziarna powoduje zwiększenie hartowności materiału. Granice ziarn są miejscami uprzywilejowanego zarodkowania tak ferrytu jak i cementytu, więc przemiana dyfuzyjna gruboziarnistego austenitu zachodzi wolniej niż austenitu drobnoziarnistego. Duży wpływ na hartowność ma również zawartość węgla w stali. Jeżeli procent węgla jest większy to hartowność również się zwiększa (D_p=B*(%C)^1/2 ). Wykres przedstawiony powyżej przedstawia spadek twardości zahartowanego materiału od odległości od czoła. Twardość maleje do około 40 mm, później nie zmienia

Się lub zmienia się w bardzo małym stopniu co świadczy o zahartowaniu próbki tylko do tej odległości.

3

3

---