Paweł Dzida	Metaloznawstwo i obróbka cieplna	II MDZ
Gr. Laboratoryjna 1002	Hartowność stali konstrukcyjnej	1.III.2001

Hartowanie objętościowe umożliwia uzyskanie struktury martenzytycznej tylko w warstwie powierzchniowej określonej grubości. Jest to spowodowane różny-li szybkościami chłodzenia (w danym środku chłodzącym) powierzchni i środka przekroju. Całkowitemu zahartowaniu ulega tylko warstwa powierzchniowa, której granicę stanowi punkt przekroju chłodzony z szybkością krytyczną; czyli przy dostatecznie dużym przekroju nawet hartowanie objętościowe jest w pewnym sensie hartowaniem powierzchniowym. Warstwy położone bliżej środka przekroju niż punkt graniczny ulegną zahartowaniu niecałkowitemu. Struktura stali obok martenzytu będzie zawierać bainit lub perlit drobny. W miarę zbliżania się do środka przekroju udział martenzytu będzie się zmniejszał na korzyść struktury ferrytyczno-perlitycznej (stale przedeutektoidalne) lub cementytowo-perlitycznej (stale zaeutektoidalne).

Zdolność do hartowania się w głąb na strukturę martenzytyczną. zwana hartownością, jest jedną z najważniejszych cech stali konstrukcyjnych. Zdolność do utwardzania się stali, wyrażająca się maksymalną twardością struktury martenzytycznej, nazywa się utwardzalnością(nie należy mylić z hartownością). Utwardzalność stali zależy głównie od zawartości węgla oraz pierwiastków stopowych, zwłaszcza węglikotwórczych.

Stale o dużej szybkości krytycznej chłodzenia cechuje mała hartowność i odwrotnie.

Ilościowa ocena hartowności wymaga zastosowania wprowadzonych przez Grossmanna pojęć.

Grubością warstwy zahartowanej jest grubość strefy o strukturze półmartenzytycznej, tj. ograniczonej punktem przekroju o strukturze złożonej z 50% martenzytu i 50% innych składników strukturalnych. Strukturze półmartenzytycznej odpowiada twardość krytyczna.

Średnicą krytyczną D_k jest największa średnica pręta hartującego się w danych warunkach na wskroś, tzn. mającego po zahartowaniu w osi strukturę półmartenzytyczną.

Współczynnik intensywności hartowania H jest wartością określającą zdolność środka chłodzącego do przejmowania ciepła od stali. Dla środka idealnego, uzębiającego z nieskończenie wielką szybkością, intensywność hartowania oznaczono umownie H=*,dla wody H=1,5, a dla oleju H=0,4(w obydwu przypadkach przy ruchu względnym przedmiotu i cieczy).

Średnia krytyczna stali może mieć różne wartości. Intensywność hartowania H=*odpowiada idealna średnica krytyczna D₀. Rzeczywistą intensywnością hartowania, np. H=1,5, odpowiadają średnice krytyczne D₅₀, D₉₀, D₉₅, których środek będzie miał struktury zawierające odpowiednio: 50,(półmartenzytyczna), 90,95% martenzytu.

Spośród licznych metod badania hartowności, największe znaczenie ma próba Jominy^"ego, znana pod nazwą próby hartowania od czoła. Powodem uprzywilejowania jest prostota i możliwość badania większości gatunków stali konstrukcyjnych (zakres zastosowania pozostałych metod jest ograniczony do pewnych typów stali).

Próbkę stali o znormalizowanych wymiarach austenityzuje się w temperaturze A_c3+(30 -50)°C przez 30 min w atmosferze ochronnej, a następnie chłodzi w specjalnym urządzeniu natryskiem wody skierowanym na czoło próbki. Po zahartowaniu szlifuje się część pomiarową próbki wzdłuż przeciwległych tworzących, usuwając z każdej strony warstwę grubości 0,4 mm. Następnie na obu szlifach mierzy się twardość Rockwella w odstępach 1,5; 1,5; 2; 2: 2; 2:2; 5; ... mm od powierzchni czołowej na długości 50 mm. Wyniki pomiarów (średnie z dwóch przeciwległych) przedstawione w zależności od odległości od czoła próbki tworzą krzywą hartowności danej stali. Kształt krzywej umożliwia ocenę hartowności. Ponieważ stal określonego gatunku pochodząca z różnych wytopów różni się (w pewnych granicach) składem chemicznym, wielkością ziarna itp. wyniki dużej liczby badań różnią się. Krzywe ograniczające rozrzut wyników tworzą pasmo hartowności, charakteryzujące hartowność danego gatunku stali.

Znając twardość krytyczną badanej stali na krzywej (lub paśmie) hartowności określa się odpowiadającą jej odległość od czoła próbki. Odległość ta jest liczbową miarą hartowności Jominy^"ego oznaczoną, np. J42/22( w odległości 22 mm od czoła próbka ma twardość krytyczną 42 HRC i strukturę półmartenzytyczną). Z nomogramu dla określonej odległości od czoła próbki można ustalić średnicę krytyczną stali D₅₀, a z nomogramu- idealną średnicę krytyczną D₀.

Przyjmując za kryterium idealną średnicę krytyczną, wyróżnia się cztery grupy stali:

- o małej hartowności D₀,50mm,

-o średnicy hartowności D₀=50-80mm,

- o dużej hartowności D₀=80-150mm

- o bardzo dużej hartowności D₀.150mm.

Do pierwszej grupy należą stale zwykłe i niektóre narzędziowe stopowe, a do pozostałych-stopowe.

Hartowność obecnie jest traktowana jako jedna z najważniejszych cech użytkowych stali. Stanowi bowiem najważniejsze kryterium doboru stali i podstawę opracowania technologii obróbki cieplnej. Aktualną tendencją jest dobieranie składu chemicznego konstrukcyjnych stali stopowych gwarantującego określoną hartowność. Wynika to z faktu, iż różne stale o jednakowej hartowności po ulepszaniu cieplnym mają zbliżone właściwości mechaniczne.

Część doświadczalna:

1.określenie hartowności metodą hartowania od czoła stali węglowej 45 i stali stopowej 45HM,

2.temperatura austenityzowania 840⁰C, hartowanie 820-860⁰C,hartowanie powierzchniowe 860-900⁰C,powierzchniowe 860-910⁰C, czas austenityzowania 25 minut(przyjmuje się ,że dla stali węglowych 1mm średnicy przekroju odpowiada 1 minuta).

	1,5	3	5	7	9	11	13	15	20	25	30	35	40	45	50
45	52	47	30	27	24	24	23	23	20	19	18	18	18	14	7
45HM	52	52	51	50	45	40	38	34	30	29	29	25	25	22	16

3.wyznaczanie średnicy krytycznej D₅₀:

a)twardość półmartenzytyczna stali 45 wynosi 41 HRC

-D₅₀ dla oleju 10-11,

-D₅₀dla wody 19-20,

-według karty materiałowej :D₅₀dla wody -15,natomiast dla oleju-5.

b)twardość półmartenzytyczna dla stali 45HM wynosi 43HRC

-D₅₀dla oleju 31,

-D₅₀dla wody 50,

-według karty materiałowej D₅₀dla oleju -65,natomiast dla wody 90

---