WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI P.W.
INSTYTUT TECHNIK WYTWARZANIA
LABORATORIUM MATERIAŁÓW METALOWYCH I CERAMICZNYCH
Nazwisko i imię			Grupa	Data
Temat ćwiczenia:				Nr ćwiczenia
Prowadzący	Ocena ze sprawdzianu	Ocena ze sprawozdania		Ocena

1.Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z technologią obróbki cieplnej, która kształtuje właściwości stopu w zależności od sposobu studzenia. Celem było także poznanie zmian struktury stopów towarzyszących zachodzącym przemianom.

2.Wprowadzenie

Obróbka cieplna jest to proces technologiczny polegający na odpowiednim nagrzewaniu wyrobu do odpowiedniej temperatury, przetrzymaniu go w tej temperaturze przez określony czas oraz schłodzeniu z odpowiednią prędkością. Podczas obróbki cieplnej można doprowadzić do powstania w stali określonej struktury, nadającej jej określone własności wytrzymałościowe.

Przemiany fazowe zachodzące podczas obróbki cieplnej powodują zmiany w mikrostrukturze stopu towarzyszą temu zmiany własności stopu w szerokich granicach.

Wyróżniamy następujące zabiegi obróbki cieplnej:

1. Wyżarzanie

1. bez przemiany fazowej

• odprężanie

• rekrystalizowanie

• ujednorodnienie

2. z przemianą fazową

• normalizowanie

• perlityzowanie

• wyżarzanie izotermiczne

• zmiękczanie

• wyżarzanie zupełne

• przegrzewanie

2. Utwardzanie dyspersyjne

• starzenie

• przesycanie

3. Ulepszanie cieplne

• hartowanie

• odpuszczanie

• wymrażanie

• stabilizowanie

Hartowanie to zabieg cieplny, któremu poddajemy stal, składa się z dwóch bezpośrednio po sobie fazach. Pierwsza to nagrzewanie do temperatury powyżej przemiany austenitycznej i wygrzewanie tak długo jak to jest potrzebne by ta przemiana nastąpiła. Druga faza to schładzanie. Szybkość schładzania musi być taka, by z austenitu nie wydzielił się cementyt i jego struktura została zachowana do temp. przemiany martenzytycznej, w której austenit przemienia się w fazę zwaną martenzytem. Stal posiadająca strukturę martenzytyczną nazywana jest stalą martenzytyczną lub hartowną. Hartowanie przeprowadza się by podnieść twardość i wytrzymałość stali.

Hartowność jest zdolnością do tworzenia się struktury martenzytycznej podczas chłodzenia z temperatury austenityzacji. Za strefę zahartowaną przyjmuję się objętości zawierający co najmniej 50% martenzytu.

Hartowność stali zależy od:

• Składu chemicznego - węgiel i wszystkie pierwiastki z wyjątkiem kobaltu, jeśli są rozpuszczone w austenicie, zwiększają hartowność stali.

• Jednorodności austenitu - im większa jednorodność austenitu tym większa hartowność stali.

• Wielkość ziarna austenitu - im większe ziarno tym większa hartowność. Wynika to z faktu, zmniejszenia się uprzywilejowanych miejsc na granicach ziaren, na których dochodzi do zarodkowania cementytu.

3.Przebieg ćwiczenia

Próbki:

Stal N11E - stal narzędziowa węglowa, nadeutektoidalna, struktura perlit + cementyt,

o zaw. węgla 1,1%C twardość wyjściowa- 35 HRC

Stal 18HGM- stal konstrukcyjna, z domieszką manganu i chromu, struktura perlit + ferryt, zaw. węgla ok. 0,18 %

Podczas ćwiczenia pracowaliśmy przy użyciu próbek nagrzewanych w piecu rozgrzanym do temp. 900^o C. Wyjmowane próbki były studzone kolejno w wodzie, w oleju i na powietrzu . Później były one oczyszczane (ponieważ nawet w tak krótkim czasie następuje odwęglenie) oraz szlifowane. Każda z próbek została poddana następnie trzem pomiarom twardości (przy użyciu twardościomierza Rockwella HRC, docisk 10 kg przez 8s).

Zamieściliśmy przykładowo mikrostruktury stali N11E, próbka I:

Próbka wyjściowa N11E

Pow. ×500

Mikrostruktura składająca się z perlitu i cementytu w

w postaci skoagulowanej

[Author ID1: at Wed Nov 19 13:28:00 2008 ]

Próbka studzona w wodzie

Pow. ×1000

Martenzyt.

Twardość średnia: 66 HRC

(znaczny przyrost twardości)

[Author ID1: at Wed Nov 19 13:29:00 2008 ]Próbka studzona w oleju

Pow. ×1000

Twardość średnia 44HRC

(przyrost twardości ok. 25%)

Struktura nadal składa się z perlitu i

skoagulowanych wydzieleń cementytu

[Author ID1: at Wed Nov 19 13:30:00 2008 ]

Próbka studzona na powietrzu

Pow. ×1000

Studzenie nie spowodowało zahartowania

Twardość średnia 30.5 HRC

(w naszym przypadku badana próbka ma twardość

nawet mniejszą od wyjściowej).

W wyniku studzenia na powietrzu nadal mamy perlit

oraz cementyt pojawiający się na granicach ziaren

i pod postacią osobnych wydzieleń

II próbka stal 18 HGM miała strukturę wyjściową perlit + ferryt, oraz zaw. C ok. 0,18 %. Podczas obserwacji mikroskopem metalurgicznym zauważamy:

-próbka chłodzona w powietrzu stygnie najdłużej i zmienia swoją strukturę na bainit,

-próbka chłodzona w oleju zmienia swoją strukturę martenzytyczną

-próbka chłodzona w wodzie ma strukturę martenzytyczną.

Pomiar	N11- woda	N11- olej	N11- powietrze	18HGM-woda	18HGM-olej	18HGM- powietrze
1	70	53	41	49	47	37
2	69	52	40	49	47,5	40
3	67	52	41	49	48	36,5
Średnia	68	52	41	49	47	37

Wnioski:

• Obróbka cieplna zmienia właściwości stali, dlatego poddajemy stal obróbce, by następnie móc wykorzystać ją do wytworzenia konkretnego wyrobu

• Hartowność zależy od składu chemicznego, wielkości ziaren i jednorodności austenitu.

• Na hartowność stali wpływa szybkość studzenia.

• Szybsze hartowanie zwiększa twardość ale również kruchość.

• Woda najszybciej odbiera ciepło od chłodzonej próbki.

• Przy studzeniu w wodzie duże elementy mogą pęknąć ponieważ szybkość studzenia jest duża.

• Odpuszczanie zwiększa ciągliwość zahartowanej stali, przy czym zachowuje dobre własności wytrzymałościowe.

• Twardość zależy od zawartości węgla, natomiast szybkość pojawiania się struktury bezdyfuzyjnej czy półdyfuzyjnej zależy od zawartości pierwiastków stopowych(im wyższa zawartość pierwiastków stopowych tym mniejsza prędkość chłodzenia wymagana do otrzymania przemian bezdyfuzyjnych)

• Z pośród ośrodków chłodzących w naszym doświadczeniu najlepsza jest woda, następnie olej, a powietrze w naszym przypadku nie spowodowało zahartowania.

• Podczas hartowania zachodzi przemiana fazowa i to odróżnia go od przesycania, które wykorzystuje rozpuszczalność jednego składnika w drugim (nie zachodzi przemiana fazowa).

• Stal nadeutektoidalna jest bardziej hartowna niż stal podeutoktoidalna.
  

---