pękalski, W10- mechaniczny


HARTOWNOŚĆ STALI

  1. Wprowadzenie do zagadnienia

0x08 graphic
0x08 graphic
Pojęcie „hartowanie” jest Nam wszystkim powszechnie znane z wykładów metaloznawstwa i dla przypomnienia oznacza ono operację stosowaną w obróbce cieplnej metali polegającą na nagrzaniu i wytrzymaniu w temperaturze powyżej temperatury eutektoidalnej oraz oziębieniu w celu uzyskania większej twardości i wytrzymałości materiału poprzez uzyskanie martenzytycznej struktury. Czymże, zatem jest pojęcie hartowności wobec tego? W najogólniejszym rozumieniu tego słowa hartowność oznacza zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej podczas ochładzania jej od temperatury austenityzowania. To, że podczas hartowania powstaje z austenitu martenzyt każdy, kto uczestniczył w zajęciach z materiałoznawstwa wie, ale wiadomo również, że nie zawsze w całym przekroju naszego obrabianego przedmiotu uzyskamy martenzyt. Uzyskamy również struktury występujące kolejno tak jak ma to miejsce na wykresie CTPc. Dzieje się tak, ponieważ do uzyskania martenzytu niezbędne jest chłodzenie z prędkością równą, co najmniej prędkości krytycznej. Prędkość taką stosunkowo łatwo uzyskać jest na powierzchni, lub w przypadku małych przedmiotów, a co z tymi „dużymi”? Prędkość chłodzenia w rdzeniu przykładowego wałka z pewnością będzie różna od tej, co jest na powierzchni. Zatem uzyskamy na zewnętrznej warstwie martenzyt a dalej poprzez struktury pośrednie dojdziemy do np. perlitu w rdzeniu. Tak, więc pojęcie „hartowności” pozwoli nam przewidzieć podobne zachowanie materiału w odpowiednich dlań warunkach obróbki cieplnej. Nasuwa się pytanie, co przyjąć za miarę hartowności? Miarą taką jest głębokość warstwy zahartowanej. Wyznacznikiem zahartowanej warstwy jest tzw. strefa półmartenzytyczna tzn. taka strefa, która zawiera, co najmniej 50% martenzytu. Taka umowa pozwala na pójście krok dalej i dzięki znajomości twardości strefy półmartenzytycznej możemy podczas badań konkretnych próbek ocenić stopień zahartowania, hartowności próbki (jak? - o tym będzie w dalszej części pracy). Wspomniana twardość strefy półmartenzytycznej zasadniczo zależy przede wszystkim od zawartości węgla tylko w stalach niestopowych. Zależność ta jest zaprezentowana na rys. 1. W niniejszym wprowadzeniu dojdą jeszcze 2 pojęcia związane z tematyką hartowności; średnica krytyczna Dk i krytyczna średnica idealna Di. Znaczenie tych pojęć zostanie tu zaprezentowane, zaś jak domniemam w opisie poszczególnych metod badania hartowności stali definicje te nabiorą szczególnego znaczenia. Zatem średnicą krytyczną Dk nazwiemy największą średnicą okrągłego pręta, w którym po zahartowaniu w określonym środowisku chłodzącym uzyskuje się w osiowej części przekroju strukturę o określonej zawartości martenzytu, - co najmniej 50% martenzytu (zgodnie z umową - patrz strefa półmartenzytyczna). Czasem można spotkać oznaczenie np. D90, - co oznacza strefę o zawartości 90% martenzytu. Krytyczną średnicą idealną Di nazwiemy taką samą krytyczną (maksymalną) średnicę wałka, dla której zahartuje się on na wskroś (przyp. conajmniej strefa półmartenzytyczna) przy założeniu medium o idealnym odbiorze ciepła - z nieskończenie dużą szybkością, inaczej - to taka średnica, która zahartuje się na wskroś niezależnie od medium chłodzącego - to jest podstawowa różnica między Dk i Di. O zależności między Di, a Dk traktuje rysunek 2 zwanym w literaturze normogramem do określania hartowności.

0x08 graphic

Rys. 2. Normogram do wyznaczania Di

W całych tych dotychczasowych rozważaniach wspomniano o tym, co to jest hartowność, czym ją opisujemy nie mówiąc wprost, od czego ona zależy ani jak ją wyznaczać. Znane są 2 podstawowe metody doświadczalne wyznaczania hartowności; metoda krzywych U i metoda Jominy'ego odległości od czoła. Obie te metody zostaną w dalszej części niniejszego opracowania omówione. Znane są też empiryczne matematyczne zależności, co też w dalszej części będzie skrótowo opisane. Wracając do czynników, które wpływają na hartowność z pewnością zdążyliśmy się zorientować, że wpływ ma tu medium chłodzące, geometria materiału, intensywność chłodzenia, - czyli wszystkie czynniki zewnętrzne. Zaś głównymi, czynnikami stanowiącymi o hartowności stali są przede wszystkim: