1. Cel i zakres ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest:

• Zapoznanie się z problematyką obróbki cieplnej stali stopowych

• Analiza wpływu składu i obróbki cieplnej stali stopowych na ich własności mechaniczne

• Poznanie metod badania hartowności stali

Zakres ćwiczenia obejmuje:

• Dobór parametrów obróbki cieplnej wybranych stali stopowych

• Pomiar twardości wybranych gatunków stali stopowych w stanie surowym, po hartowaniu oraz po hartowaniu i odpuszczaniu

• Przeprowadzenie próby hartowania od czoła dla wybranych gatunków stali węglowych i stopowych

• Analizę wyników

2. Opis stanowiska badawczego

Do wykonania ćwiczenia niezbędne są:

• Próbki stali stopowych do badań twardości w różnych stadiach obróbki

• Próbki ze stali węglowej i stali stopowej do badania hartowności metodą Jominy'ego

• Wyciągi z PN dotyczących stali stopowych i ich obróbki cieplnej

• Twardościomierze Brinella i Rockwella

• Urządzenie do badania hartowności metodą hartowania od czoła

3. Przebieg realizacji eksperymentu

• Dobranie parametrów hartowania i odpuszczania dla wybranych stali stopowych

• Dokonanie pomiarów twardości próbek w stanie surowym, po hartowaniu oraz po hartowaniu i odpuszczaniu

• Porównanie uzyskanych wyników z teoretycznymi

• Wyznaczenie idealnej średnicy krytycznej dla wybranej stali węglowej i stopowej metodą Grossmana

• Przeprowadzenie próby hartowania od czoła dla próbek z wybranych stali węglowej i stopowej

4. Prezentacja i analiza wyników badań

Wyniki pomiarów twardości

Stal	Twardość w stanie surowym (HB)	Twardość po hartowaniu z 840^oC (HRC)	Twardość po hartowaniu i odpuszczaniu (HRC)
ŁH15	154	63	180^oC; chłodzenie powietrzem	67
40H	185	54	500^oC; wodą lub olejem	39
NC6	218	67	180^oC; powietrzem	62;63
WNL	148	62	500^oC; powietrzem	40
50HSA	218	46	500^oC; powietrzem	26

Wyniki pomiarów hartowności metodą hartowania od czoła

Odległość od czoła [mm]
1,5	3	5	7	9	11	13	15	20	25	30	35	40
Twardość stali 55 [HRC]
60,6	57	40	35	34	34	33	32,5	31	29,5	28,5	26	25
Twardość stali 40H [HRC]
57,5	56,5	55	53	49,5	45	42	40	36,5	36	34	27	23,5

Odległość od czoła [mm]
45	50	55	60	65	70	75	80	85	90	95	100
Twardość stali 55 [HRC]
22,5	21,5	21	20	19,5	19	19	20	21	20	21	22
Twardość stali 40H [HRC]
22,5	22	20	20	19,5	19	19	19	20,5	21,5	22	22

Znając twardość warstwy zahartowanej na wskroś (półmartenzytycznej) - 39 HRC, na podstawie powyższego wykresu można odczytać głębokość tej warstwy. I tak dla stali 55 wynosi ona ok. 5mm, a dla stali 40H - ok. 15mm.

Następnie na podstawie wykresu zależności średnicy krytycznej od odległości od czoła warstwy półmartenzytycznej i ośrodka chłodzącego odczytuje się wartość średnicy krytycznej. I tak dla stali 55 wynosi ona ok. 40 mm, a dla stali 40H - ok. 80 mm.

Wyniki obliczeń średnicy krytycznej metodą Grossmana

D_KR = D_P x f_MeN

D_P = B x (%C)^1/2

B = 13,9/1,083^N

N = 6 (średnia wielkość ziarna)

Stal 55

D_KR = 6,4 mm

Stal 40H

D_KR = 5,45 x 3,16 x 1,175 x 4,36 = 88,2 mm

Uzyskane średnice krytyczne:

Metoda	Doświadczalna	Obliczeniowa
55	40 mm	6,4 mm
40H	80 mm	88,2 mm

5. Wnioski

• Niska twardość stali ŁH15 w stanie surowym wynika z tego iż została ona wyżarzona zmiękczająco

• Niższa początkowa twardość stali 40H od 55 wynika z mniejszej zawartości węgla

• Stal stopowa wykazuje wojniejszy spadek twardości w miarę wzrostu odległości od czoła niż stal węglowa

• Stal 40H ma dwukrotnie wyższą hartowność niż stal 55

• Średnice krytyczne uzyskane metodą obliczeniową i doświadcznalną dla stali 40H są zbliżone; w przypadku stali 55 różnią się od siebie znacznie

• Za bardziej miarodajną należy uznać średnicę doświadczalną ze względu na możliwość przyjęcia złych założeń do obliczeń oraz różnic we właściwościach rzeczywistych stali od teoretycznych (np. inna zawartość węgla lub obecność obcych domieszek)

2. Metoda Grossmana

Dkr = Dp*f...

Dp= B*(%C)^0,5

Dkr-średnica krytyczna

Dp= B*(%C)^0,5 - idealna średnica krytyczna

%C- zawartość węgla

B-współczynnik zależny od wielkości ziarna austenitu B=13,9/1,083^N

N-nr klasy ziarna w skali ASTM

f.....- współczynniki hartowności uwzględniające wpływ poszczególnych składników stopowych.

Wyliczam średnicę krytyczną dla stali 40H oraz 55

1. 55

Dane: N=5 %C=0,55 %S=0,05 %P=0,04 %Mn=0,4 %Si=0,2 %Cr=0,15

Dp= B*(%C)^0,5= (13,9/1,083^6) * 0,55 ^ 0,5 = 8.33 * 0,55^0,5 = 6,18m

f S = 1-0,63* %S=1-0,63*0,04=0,97

f P = 1+2,83* %P = 1+2,83*0,04 = 1,11

f Mn = 1+4,8* %Mn=1+4,8*0,4= 2,92

f Si = 1+0,7* %Si = 1+0,7*0,2 = 1,14

f Cr = 1+2,16* %Cr = 1+2,16*0,15 = 1,32

Dkr = Dp * f S* f P = 6,18*0,97 *1,11*2,92* 1,14*1,32=29,24 mm

---