PAWEŁ ŚLIWA	Laboratorium z materiałoznawstwa	Laboratorium z materiałoznawstwa
Gr. 23B	Temat: Obróbka cieplna stali stopowych. Temperatura austenityzacji.	2000-11-09

1.)

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadami doboru parametrów obróbki cieplnej oraz z rolą pierwiastków stopowych w obróbce cieplnej stali, a w szczególności:

1. zbadanie wpływu temperatury wygrzewania stali na twardość i strukturę, jaką uzyskuje się po gwałtownym oziębieniu.

2. Porównanie charakterystyki twardość - temperatura odpuszczania stali węglowej i wybranej stali stopowej.

2.) Wykonanie ćwiczenia:

1. określenie wpływu temperatury wygrzewania stali na twardość

i strukturę, jaka uzyskuje się po gwałtownym oziębieniu.

Materiał: stal węglowa 45 w stanie wyżarzonym ( krążki o śr. 30mm)

Jedną z próbek umieścić w piecu o temperaturze 700°C, druga w piecu

o temperaturze 850°C. Obydwie próbki wygrzewać w ciągu 20 minut

i wrzucić do wody. Trzecia próbkę pozostawić nie obrobioną cieplnie. Wykonać szlify metalograficzne wszystkich trzech próbek i wytrawić nitalem. Porównać i narysować struktury. Zmierzyć twardość próbek metodą Rockwella ( w skali D - penetrator stożek, 100kG) wykonać na każdej

z próbce po 5 pomiarów.

2. odpuszczanie stali stopowej SW7M i stali węglowej 45.

Materiał:

- zahartowana stal węglowa 45 ( krążek o średnicy 30 mm), austenizowana w temperaturze 850°C i oziębiana w wodzie,

- zahartowana stal stopowa SW7M ( krążek o średnicy 16 mm), o składzie chemicznym: ~ 0,85 %C , ~ 4,5%Cr , ~ 6,5% W , ~5% Mo , ~ 2%V , austenizowana w temperaturze 1200°C i oziębiana w oleju.

Zmierzyć twardość stali 45 i SW7M w stanie zahartowanym metodą Rockwella ( skala C, penetrator - stożek diamentowy, 150kG). Wykonać

co najmniej po 5 pomiarów na każdej z próbek. Po jednej próbce ze stali 45

i SW7M umieścić w piecach o temperaturze 200°C , 350°C , 550°C

i odpuszczać w ciągu jednej godziny. Próbki wyjąć z pieców i chłodzić

na powietrzu aż do temperatury otoczenia. Oznakować próbki pisakiem, zeszlifować jedną z płaszczyzn i zmierzyć twardość HRC wykonując

co najmniej po 5 pomiarów na każdej z próbek.

Wykonać graficznie zależność twardość - temperatura odpuszczania dla stali niestopowej 45 i stopowej SW7M.

Odpuszczanie stali.

W wyniku hartowania martenzytycznego stal staje się bardzo twarda; wzrastają również jej własności wytrzymałościowe, natomiast plastyczne ulegają silnemu obniżeniu. Wykorzystując jednak fakt, iż martenzyt jest strukturą metastabilną, można w dość szerokich granicach zmieniać wła­sności zahartowanej stali, stosując odpuszczanie.

W zależności od zakresu temperatury zabiegu rozróżnia się odpusz­czanie:

— niskie 100—250°C,

— średnie 250—450°C,

— wysokie 450—600°C.

Odpuszczaniu niskiemu poddaje się głównie narzędzia, które powin­na cechować wysoka twardość i odporność na ścieranie. Takie odpuszcza­nie nie obniża twardości, ale odpręża materiał i zmniejsza jego skłonność do kruchego pękania.

Odpuszczanie średnie jest stosowane w celu nadania obrabianym ele­mentom wysokiej granicy sprężystości przy równoczesnym polepszeniu ich własności plastycznych. Takie własności powinny mieć sprężyny i re­sory. Po średnim odpuszczaniu otrzymuje się strukturę odpuszczonego martenzytu o twardości ok. 450 HB. W tym zakresie temperatur wystę­puje tzw. kruchość odpuszczania pierwszego rodzaju (nieodwracalna), któ­ra objawia się spadkiem udarności przy odpuszczaniu stali węglowych lub stopowych w temp. ok. 300°C. Zjawisko to wiąże się z przemianą auste­nitu szczątkowego lub z nierównomiernym rozkładem martenzytu, który najszybciej przebiega na granicach ziarn.

Przy wysokim odpuszczaniu własności wytrzymałościowe (Rm, Re, HB) wyraźnie maleją, a plastyczne (A, Z) wzrastają. Wiąże się to z istotnymi zmianami strukturalnymi, które zachodzą w tym zakresie temperatur. Powstaje bowiem struktura złożona z ferrytu i bardzo drobnych, kuli­stych wydzieleń cementytu zwana sorbitem. Ze wzrostem temperatury lub czasu następuje jedynie koagulacja cementytu. Wysokie odpuszczanie jest zalecane dla elementów maszyn wykonanych ze stali konstrukcyjnych, węglowych i stopowych oraz narzędzi do pracy na gorąco, gdyż po takiej obróbce uzyskuje się optymalną kombinację własności wytrzymałościo­wych i plastycznych, tj. dużą udarność i wydłużenie przy maksymalnym stosunku Re/Rm. Dlatego też połączenie zabiegu hartowania z wysokim lub średnim odpuszczaniem nazywamy ulepszaniem cieplnym.

3.) Wyniki badań:

Określenie wpływu temperatury wygrzewania stali na twardość i strukturę, jaka uzyskuje się po gwałtownym oziębieniu.

Materiał: stal węglowa 45 w stanie wyżarzonym ( krążki o śr. 30 mm).

Struktury próbek wyżarzanych i nie obrabianych termicznie.

Stal 45 nie obrabiana cieplnie.

Stal 45 wyżarzana w temperaturze 700°C.

Stal 45 wyżarzana w temperaturze 850°C.

Wyniki pomiarów twardości próbek poddawanych wyżarzaniu

w różnych temperaturach oraz próbki nie wyżarzanej. Twardość mierzona metodą Rockwella ( skala D - penetrator stożek, 100kG).

	stal 45	Stal 45-700°C	Stal 45-850°C
1.	24	30	52
2.	20	26	52
3.	29	22	55
4.	18	28	58
5.	25	25	50
Średnia wartość	23	26	53

Odpuszczanie stali stopowej SW7M i stali węglowej 45.

Wyniki pomiarów twardości stali stopowej SW7M i stali węglowej 45 w stanie zahartowanym przed odpuszczaniem. Badanie przeprowadzone metodą Rockwella ( skala C, penetrator - stożek diamentowy, 150kG).

56,8

	Stal 45	Stal SW7M
1.	59	60
2.	58	50
3.	57	53
4.	55	63
5.	55	66
Średnia wartość		58,4

Wyniki pomiarów twardości stali stopowej SW7M i stali węglowej 45

w stanie zahartowanym po odpuszczaniu. Badanie przeprowadzone metodą Rockwella ( skala C, penetrator - stożek diamentowy, 150kG).

Badanie przeprowadziliśmy po uprzednim wygrzaniu po jednej z próbek

w trzech różnych temperaturach ( 200°C, 350°C, 550°C) a następnie

po ochłodzeniu ich w powietrzu do temperatury otoczenia.

45,6

51,6

23,6

	200°C		350°C		550°C
		45	SW7M	45	SW7M	45	SW7M
1.	45	57	49	54	22	61
2.	48	56	58	59	27	62
3.	43	60	52	50	20	65
4.	46	62	49	51	26	60
5.	46	59	50	46	23	59
Wartość średnia		58		52		61,4

Wykres zależności HRC=HRC(temperatury)

4.) Wnioski:

Stal nie obrobiona cieplnie ma najniższą średnią wartość twardości z pośród badanych próbek. Stal 45 poddawana wygrzewaniu w temperaturze 700°C ma nieco wyższą twardość średnią niż stal nie obrabiana cieplnie. Natomiast w przypadku stali wygrzewanej

w temperaturze 850°C wartość średniej twardości jest znacznie wyższa niż

w dwóch poprzednich przypadkach. W drugiej części ćwiczenia Z pomiarów wynika, że o ile przy temperaturze odpuszczania 200°C średnia wartość twardości dla stali 45 i stali SW7M są podobnego rzędu jak przed odpuszczaniem ( różnica twardości pozostaje w takim samym stosunku jak przed odpuszczaniem, niewielki spadek średniej twardości możemy zauważyć dla stali 45, średnia wartość dla stali SW7M pozostaje niezmienna).

Przy temperaturze odpuszczania 350°C można zauważyć, że średnia wartość twardości w przypadku obu próbek zmniejszyła się, ponadto można zauważyć, że twardość stali 45 obniżyła się w znacznie większym stopniu niż stali stopowej SW7M.

Przy temperaturze odpuszczania 550°C wystąpił bardzo ciekawy przypadek, średnia wartość twardości stali węglowej 45 przyjmuje jeszcze niższe wartości niż dla temperatury odpuszczania 350°C. Natomiast średnia wartość twardości dla stali stopowej SW7M zwiększyła swoje wartości i jest wyższa niż dla próbki w stanie zahartowanym przed odpuszczaniem. Nastąpiło w tym przypadku utwardzenie materiału - zwane utwardzeniem wtórnym.

Określenie wpływu temperatury wygrzewania stali na twardość i strukturę, jaką uzyskuje się po gwałtownym oziębieniu. Prawidłowe dobranie parametrów obróbki cieplnej ma decydujący wpływ na jakość wyrobów i zależy od składu chemicznego obrabianej stali

i własności, jakie chcemy otrzymać. Temperatura grzania jest uwarunkowana położeniem punktów krytycznych, które dla stali węglowych można określić za pomocą układu równowagi Fe - Fe₃C. Czas grzania jest również bardzo istotnym parametrem, gdyż procesy zachodzące podczas grzania mają charakter dyfuzyjny. Zbyt krótki czas grzania może być nie wystarczający do zajścia przemiany, zbyt długi - może doprowadzić do rozrostu ziarna, nadmiernej koagulacji faz, wzrostu utleniania i odwęglania, a poza tym jest nieekonomiczny.

---