Obróbka cieplna metali, hartowanie

Przebieg ćwiczenia:

1. Do przebadania otrzymałem po dwie próbki stali: 45, 65 i N11E. Łącznie sześć próbek. Na samym początku dane próbki należało odpowiednio przygotować do badań. Za pomocą papieru ściernego wyczyściłem ścianki próbek, by móc zbadać ich twardość.

2. Twardość próbek przed hartowaniem badałem metodą Rockwella w skali B (HRB). Otrzymane wyniki wpisałem do załączonej tabelki.

3. Następnym krokiem było przygotowanie do włożenia do rozgrzanego pieca próbek, w ustalonej kolejności. Im większa zawartość węgla tym mniejszej temperatury potrzeba, aby przeprowadzić hartowanie. Podczas otwarcia pieca temperatura pieca (ponad 800ºC) bardzo szybko spada, więc należało ustawić próbki w takiej kolejności, żeby wyciągać najpierw te, które potrzebują największej temperatury do hartowania. Miałem przeprowadzić próby w wodzie i oleju, dlatego wkładałem po dwie próbki danej stali. Najpierw stal narzędziową (N11E - 1,0%C), ponieważ wymaga najmniejszej temperatury hartowania. Później stal 65 (0,65%C) i 45 (0,45%C). Odczekałem aż piec osiągnie temperaturę 850ºC.

4. Następnym krokiem było hartowanie w wodzie i oleju. Polegało to na kolejnym wyciąganiu próbek z pieca, począwszy od tych, które wymagają największej temperatury (stal 45) i włożeniu ich odpowiednio do wody i do oleju. Temperatura tych próbek była tak duża, że aby nie podpalić oleju należało wykonywać okrężne ruchy próbką, to samo dotyczyło się wody, z tą różnicą, że woda zaczynała wrzeć i hartowanie mogło się nie powieść.

5. Tak zahartowane próbki podzieliłem na te, które były hartowane w wodzie i oleju, aby móc przeprowadzić dalsze badania.

6. Następnie próbki oczyściłem, by móc wykonać badania ich twardości.

7. Oczyszczone próbki poddałem próbie twardości Rockwella w skali C (HRC). Wyniki prób twardości umieściłem w tabelce.

Tabela 1 Wyniki prób twardości stali hartowanych.

		Przed hartowaniem				Hartowane w oleju				Hartowane w wodzie
Stal		HRB			HV	HRC			HV	HRC			HV
R	45	1	83	88	184	1	27	26,5	275	1	51	52,75	557
						2	93							2	26			2	54,5
		H	65			1	89			90,5	195			1	48,5	52,25	550	1	52	53	560
						2	92							2	56			2	54
		S	N11E			1	96			94	215			1	40	39,5	387	1	59	57,5	645
						2	92							2	39			2	56

Wnioski

Hartowanie stali przeprowadzałem dokładnie według wskazówek prowadzącego, jednak jest to zabieg dosyć trudny i mogły wystąpić pewne różnice w twardości zahartowanej stali.

Zabieg hartowania ma na celu zwiększenia twardości metalu, a jak widać z wykresu twardości metali przed i po hartowaniu, twardość ta znacznie wzrosła, dlatego też mogę powiedzieć, że zabieg hartowania udał mi się.

Zauważyłem, że bardzo duży wpływ na twardość metalu ma też rodzaj chłodziwa do hartowania. Stale hartowane w wodzie, mają dużo większą twardość niż te hartowane w oleju.

Hartowanie jednak ma swoje wady, mimo podniesienia twardości i odporności na ściąganie obniża ciągliwość i podwyższa kruchość metali.

Największe efekty hartowania w oleju widać dla stali 65. Jej twardość jest porównywalna z twardością hartowania w wodzie. Najlepiej zahartowała się stal narzędziowa o największej zawartości węgla.

Temat dodatkowy:

Druga przemiana podstawowa (rozkład austenitu).

Rozkład austenitu zachodzi podczas chłodzenia stali. W strukturze stali zachodzą pewne przemiany zależne od jej rodzaju i szybkości studzenia. Przy bardzo powolnym chłodzeniu austenit rozkłada się na struktury zgodnie z wykresem Fe-C tym szybciej, im niżej zejdziemy z temperaturą. Zamiana austenitu w perlit może odbywać się w różnych temperaturach.

Podczas rozkładu austenitu w perlit zachodzą dwa zjawiska o zupełnie różnej naturze:

1. przemiana alotropowa żelaza γ w żelazo α,

2. wydzielenie się węgla z austenitu i tworzenie się kryształów cementytu, które łącznie z powstałym jednocześnie ferrytem tworzą mieszaninę zwaną perlitem.

Przemiana żelaza γ w α, zachodzi dość szybko, natomiast tworzenie się cementytu wymaga dłuższego czasu. Wobec tego podczas chłodzenia cementyt powstaje w temperaturach niższych niż by to wynikało z wykresu Fe-C. Szybkość rozkładu austenitu zależy od temperatury. Przechłodzenie równe 150-200ºC daje największą szybkość rozkładu austenitu.

Sytuację tą obrazuje wykres:

Przebieg procesu tworzenia się struktury perlitycznej, w zależności od stopnia przechłodzenia można przedstawić w innej postaci:

Ogólny wykres przemiany przechłodzonego austenitu w stali węglowej

Wyżarzanie

Przebieg ćwiczenia:

1. Do wyżarzania użyłem wcześniej zahartowanych próbek. Próbki te zostały wcześniej podzielone na te hartowane w wodzie i oleju, aby móc sprawdzić jaki wpływ na twardość ma wyżarzanie i hartowanie.

2. Próbki ustawiłem w piecu rozgrzanym do temperatury 600ºC i pozostawiłem w nim na 20 minut.

3. Po upływie dwudziestu minut badane próbki wyciągnąłem z pieca i postawiłem na azbestowej płycie, która nie może zapalić się od próbek. Metal pozostawiłem do ostygnięcia na wolnym powietrzu.

4. Próbki okryły się nalotem, który trzeba było usunąć za pomocą papieru ściernego, by móc zbadać ich twardość metodą Rockwella w skali C. Mierzenie twardości należałoby powtórzyć w skali B, jeżeli wynik w skali C byłby mniejszy od 20, lecz taka sytuacja nie zaistniała.

5. Przeprowadziłem badania twardości Rockwella w skali C i wyniki umieściłem w tabelce.

Tabela 2 Wyniki badań twardości poszczególnych próbek przed i po wyżarzaniu

Stal	Hartowne w oleju					Hartowane w wodzie
		Po hartowaniu		Po wyżarzaniu			Po hartowaniu		Po wyżarzaniu
		HRC	HV	HRC		HV	HRC	HV	HRC		HV
	45	26,5	275	24	25	266	52,75	557	32	33,5	336
												26					35
	65			52,25					552			32	33,25	330	53	560	33,5	34,25	338
												34,5					35
	N11E			39,5					387			34,5	34,75	343	57,5	645	29,5	32	318
												35					34,5

Wnioski

Wyżarzanie odprężające jest stosowane do zlikwidowania naprężeń w metalu za pomocą obróbki cieplnej, między innymi po hartowaniu. Badaliśmy tylko twardość i na tej podstawie mogę stwierdzić, iż zabieg wyżarzania przeprowadzony przeze mnie udał się, ponieważ twardość metali spadła w sposób znaczący, jednak nie sięgający stanu przed hartowaniem.

Udało mi się wykonać zabieg, który niweluje w sposób znaczący skutki hartowania. Twardość metalu zmalała. Powinna też zmaleć jego kruchość.

Temat dodatkowy:

Co to jest i na czym polega patentowanie?

Patentowanie jest formą hartowania izotermicznego na górny banit, lub nawet wyżarzaniem izotermicznym na drobny perlit. Hartowanie izotermiczne polega na chłodzeniu stali w środku chłodzącym (woda lub olej) do momentu w którym nastąpi całkowite przejście austenitu w banit. Następnie chłodzimy z dowolną szybkości w innym ośrodku (woda lub olej). Temperatura kąpieli pośredniej jest zależna od stali, przeważnie waha się między 250 a 350ºC. Tak obrabianą cieplnie stal poddajemy następnie obróbce plastycznej.

Najczęściej w ten sposób produkowane są druty o bardzo dobrych własnościach.

8

---