Ćwiczenie 4

Stale narzędziowe

1. Wykres twardości HRC do temperatury odpuszczania.
   

2. Na podstawie wykresów wyznaczyć temperatury odpuszczania tych stali i uzasadnić swój wybór.

N9E - temperatura odpuszczania powinna wynosić od 150° do 200°C. Przy takiej temperaturze stal ta traci jedynie do 4 HRC.

NC10 - temperatura odpuszczania powinna wynosić od 150° do 250°C. Taka temperatura odpuszczania powoduje również jak w przypadku stali N9E spadek twardości o około 4 HRC.

SW7M - temperatura odpuszczania powinna wynosić od 500° - 570°C. Taka temperatura odpuszczania powoduje wystąpienie zjawiska wtórnej twardości, co zwiększa twardość do 65 HRC.

3. Ocenić wpływ parametrów obróbki cieplnej na strukturę i właściwości wytrzymałościowe badanych stali.

Stal N9E jest to stal narzędziowa, węglowa do pracy na zimno, płytko hartująca się. Stal ta charakteryzuje się zwiększoną odpornością na kruche pękanie. Po wyżarzaniu normalizującym stal ta otrzymuje strukturę perlitu otoczonego siatką cementytu wtórnego. Po zastosowaniu wyżarzania zmiękczającego stal ta składa się ze struktury cementytu kulkowego (sferoidalnego) w osnowie ferrytycznej, co w zależności od stężenia węgla przekłada się na twardość wynoszącą 190 - 220 HB. Jeżeli stal N9E poddamy hartowaniu (temperatura 760 - 800°C), to uzyskamy strukturę składającą się z martenzytu i austenitu szczątkowego (stal eutektoidalna) oraz nierozpuszczonego cementytu kulkowego (stal nadeutektoidalna). Twardość takiej stali po hartowaniu może wynieść od 65 HRC. Po hartowaniu stale te poddaje się odpuszczaniu w temperaturze od 180 - 300°C w czasie od 1 do 2 godzin i chłodzi w powietrzu. Podczas tego zabiegu w strukturze martenzytycznej wydziela się węglik ε jako dyspersyjne cząstki. W skutek tego w martenzycie następuje zmniejszenie zawartości węgla, przez co obniżeniu ulega twardość. Cząstki węglika ε wraz ze wzrostem temperatury odpuszczania ulegają koagulacji i w temperaturze ponad 300°C rozpuszczają się w osnowie, a ich miejsce zajmują wydzielenia cementytu, co również zmniejsza twardość. Przy temperaturze odpuszczania pomiędzy 200 a 300°C austenit szczątkowy przechodzi w mieszaninę złożoną z ferrytu i cementytu i w efekcie stal przyjmuje postać odpuszczonego martenzytu. W stali nadeutektoidalnej występuje również obok odpuszczonego martenzytu cementyt sferoidalny (kulkowy). Odpuszczanie w zależności od wysokości temperatury powoduje zmniejszenie twardości o 4 HRC przy 180°C i o 10 HRC przy 300°C.

Stal NC10 jest stalą narzędziową, stopową do pracy na zimno. Stal ta poddaje się wyżarzaniu zmiękczającemu, przez co uzyskują one strukturę ferrytyczną z węglikami stopowymi i twardość 217 - 269 HRC. Po obróbce skrawaniem stosuje się wyżarzanie odprężające w temperaturze od 600 do 650°C. W celu zwiększenia twardości stosuje się hartowanie i odpuszczanie. Hartowanie przebiega w temperaturze 780 - 850°C, a dla stali wysokostopowych w temperaturze 1020°C. W skutek hartowania struktura stali składa się z martenzytu, austenitu szczątkowego i nierozpuszczonych węglików. Twardość po tym zabiegu wynosi 50 - 64 HRC. Po hartowaniu następuje odpuszczanie w temperaturze 150 - 320°C (wyjątkowo 450°C). Na skutek tego zabiegu w strukturze z martenzytu i austenitu szczątkowego wydzielają się dyspersyjne węgliki stopowe (M₂C, MC, M₂₃C₆), po czy austenit szczątkowy ulega przemianie w martenzyt. Struktura składa się z nierozpuszczonych węglików na tle odpuszczonego martenzytu, a twardość wynosi około 60 HRC.

Stal SW7M jest stalą szybkotnącą bezkobaltową. Struktura stali szybkotnących po odlaniu składa się z ledeburytu. Oprócz stopowego ferrytu występują mniej lub więcej równomiernie rozmieszczone węgliki pierwotne, wtórne i perlityczne. Przed hartowanie prowadzona jest wyżarzanie zmiękczające w zakresie temperatur 800 - 840°C. Hartowanie wykonuje się w temperaturze bliskiej solidusu (1170 - 1270°C). Nagrzewanie prowadzi się w piecach solnych dwu- lub trzy stopniowo celem zmniejszenia naprężeń wewnętrznych i skłonności do pękania. Wysoka temperatura austenityzowania powoduje, że węgliki (z wyjątkiem ledeburytycznych) rozpuszczają się w austenicie, w skutek, czego wzbogaca się on w węgiel oraz pierwiastki stopowe i jego twardość rośnie. Po zahartowaniu stali od 1280°C pozostaje w niej ok. 40% nie przemienionego austenitu. Struktura składa się z ok. 20% austenitu szczątkowego, martenzytu i nierozpuszczonych węglików. Twardość zahartowanej stali szybkotnącej wynosi 63 - 65 HRC. Austenit szczątkowy można rozłożyć przez odpuszczanie, które prowadzi się w temperaturze ok. 560°C. Odpuszczanie przeprowadza się bezpośrednio po hartowaniu, dla lepszego efektu kilkakrotnie. Po trójkrotnym odpuszczaniu pozostaje jeszcze ok. 1 - 3% austenitu, a uzyskana twardość (zwana twardością wtórną) wynosi 64 - 65 HRC. Tak duża twardość jest spowodowana wydzielaniem bardzo dyspersyjnych węglików, głównie typu M₂C, bogatych w wolfram i molibden. Struktura składa się, więc z odpuszczonego martenzytu wraz z sferoidalnymi węglikami.

N9E

NC10

SW7M

---