Wojskowa akademia techniczna

Wydział Mechatroniki

Zakład Wspomagania, Projektowania, Wytwarzania i Eksploatacji

Ćwiczenie laboratoryjne

Nr 07

Temat: BADANIE HARTOWNOŚCI STALI

Prowadzący: mjr. dr inż. Wojciech Koperski

Ocena ………………………..

Grupa	Podgrupa	Data
A8X1S1	3	28.06.2009
Wykonawca
St. Szer . pchor . WENDERHOLM Przemysław

1. Wstęp teoretyczny

Celem ćwiczenia było zapoznanie z próbą badania hartowności stali od czoła i z zastosowaniem tej próby do określenia przydatności poszczególnych gatunków stali do obróbki cieplej.

Hartowanie jest to zabieg polegający na chłodzeniu stali z temperatur hartowania do temperatury otoczenia z szybkościami większymi niż szybkość krytyczna. Krytyczna szybkośc chłodzenia jest to najmniejsza szybkość chłodzenia, przy ktorej nie następuje rozpad przesyconego roztworu stałego, lecz zachodzi przemiana martenzytyczna. Hartownością stali zaś nazywamy zdolnośc do tworzenie struktury martenzytycznej w głąb materiału przy oziębianiu stali do temperatury hartowania.

Metody wyznaczania hartowności:

Aby poprawnie wyznaczyc hartownośc stali należy zapoznać się z kilkoma parametrami tej stali. Są to m.in. : średnica krytyczna, struktura półmartenzytyczna, idealna średnica krytyczna, twardość krytyczna. Definicja średnicy krytycznej mówi, że jest to największa średnica pręta okrągłego hartującego się na wskroś, tzn. w osi tego pręta powstaje struktura półmartenzytyczna, składająca się z 50% martenzytu i 50% struktur niemartenzytycznych, zaś twardość struktury półmartenzytycznej nosi nazwę twardości krytycznej.

• Metoda 1: wyznaczania rozkładu twardości na przekroju zahartowanego pręta. Wyznaczając dla wybranej stali twardość krytyczną, można określić jej hartowność mierząc twardość w przekroju obróbki walcowej. Głębokość warstwy zahartowanej można więc wyznaczyć ze

Wzoru

Grubość strefy zahartowanej można również określić stosunkiem Dr/Dp. Jednak wielkość h i Dr/Dp odnoszą się do określonych wymiarów próbek i ośrodków chłodzących. Zmniejszenie średnicy próbki powoduje wzrost h i obniżenie Dr/Dp Przy stosunku Dr/Dp równym zero i

h = Dp/2 stal hartuje się na wskroś przy określonych warunkach chłodzenia.

• Metoda 2: wyznaczanie średnicy krytycznej, metoda obliczeniowa, tzw. metoda mnożników Grossmanna.

Wzór: D_J = D_JW * K₁ * K₂ * ...Kn

gdzie D_J - idealna średnica krytyczna stali stopowej;

D_JW. - idealna średnica krytyczna stali węglowej o tej samej zawartości węgla i wielkości ziarna co badana stal;

K₁, K₂, Kn - współczynniki dla odpowiedniego składnika stopowego

(poza węglem) podawane na odpowiednich wykresach.

• Metoda najszersze zastosowania, szczególnie dla stali konstrukcyjnej o średniej hartowności,znajduje próba hartowności metodą hartowania od czoła, wzorowana na metodzie Jominy'ego i Boegeholda. Próba polega na nagrzaniu próbki, o określonych wymiarach, do temperatury hartowania, wytrzymaniu w tej temperaturze przez określony czas, następnie ochłodzeniu strumieniem wody czoła jednego końca próbki i dokonaniu pomiarów twardości wzdłuż jej długości.

Stanowisko do badania hartowności stali od czoła składa się z:

- urządzenia do badania hartowności, wykonanego zgodnie z wytycznymi zawartymi w normie PN-79/H-04402. „Próba hartowności stali. Metoda hartowania od czoła”;

- pieca silitowego komorowego typu LEW produkcji NRD, sterowany regulatorem

- programatora typu 33-P-02;

- szlifierki do płaszczyzn typu SPC20;

- twardościomierza Rockwella (ewentualnie Vickersa);

- suwmiarki;

- rękawic azbestowych i inne przyrządy do ochrony podczas pomiarów w pracowni;

- próbek wykonanych ze stali konstrukcyjnych.

Badane stale

Stal 30 HGS

Stal 45 HGS

Stal konstrukcyjna to stal używana do budowy konstrukcji stalowych, części urządzeń oraz maszyn wykorzystywanych w standardowych warunkach. Zastosowanie na osie, wrzeciona, walce, wirniki średnioobciążone i odporniejsze na ścieranie. Stale stopowe 30HGS to stale jakościowe stopowe na elementy maszyn o dużej wytrzymałości i ciągliwości, m.in. w przemyśle samochodowym, lotniczym, energetycznym i maszynowym, np. wały korbowe, osie, wałki zębate, wirniki, tarcze, obręcze, drążki, dźwignie, trzpienie. Rola pierwiastków stopowych Cr, Si, Mn: zwiększenie wytrzymałości zmęczeniowej, odporności na utlenianie i wytrzymałości wysokotemperaturowej, zwiększenie hartowności (zwiększanie wytrzymałości wyrobów o większych przekrojach) zwiększenie odporności na odpuszczające działanie ciepła oraz zachowanie twardości w wysokiej temperaturze. Stal stopową 45HGS po obróbce wykorzystuje się głównie do produkcji kół zębatych (jest twardsza na zewnątrz i `bardziej miękka' w środku).

2. Tabela pomiarowa.

Materiał próbki 30
Nr próbki	Odległość od czoła [mm]
		1,5	3	5	7	9	11	13	15	20	25
1	55	54	51	51	50	52	51	50	48	47
2	52	53	53	52	52	49	49	48	46	44
Wartość śr.	53,5	53,5	52	51,5	51	50,5	50	49	47	45,5

Materiał próbki 45
Nr próbki	Odległość od czoła [mm]
		1,5	3	5	7	9	11	13	15	20	25
1	64	61	55	38	35	34	33	31	31	29
2	60	52	41	34	32	31	30	30	29	30
Wartość śr.	62	56,5	48	36	33,5	32,5	31,5	30,5	30	29,5

3. Wartości średnicy krytycznej

(Wyniki zostały obliczone i wyznaczone dzięki korzystaniu z tabel dostępnych w skrypcie)

35HM=0,896 - suma współczynników

20 - idealna średnica krytyczna

40H=0,771 - suma współczynników

15 - idealna średnica krytyczna

4. Krzywe hartowności materiałów i wnioski.

W przypadku stali konstrukcyjnej 30 twardość zmienia się dość znacząco wraz z odległością od czoła próbki. Oznacza to, że stal ta jest mocno hartowna. (różnica 10 punktów pomiarowych) . Takie wyniki oznaczają, ze stal ta może być wykorzystywana do konstruowania przyrządów, które z zewnątrz muszą być dość twarde, zaś w środku taką twardością wykazywać się nie muszą.

Stal konstrukcyjna 45 po hartowaniu charakteryzuje się dużą twardością przy samym czole. Im dalej od czoła próbki, tym twardość się zmniejsza. Jest to duży spadek HR w odległości kilku mm od czoła, a później spadek bardzo powolny (różnica 1punktu pomiarowego). Jest to stal idealna do wykonywania kół zębatych, gdyż musza być one bardzo twarde na zewnątrz, a wewnątrz charakteryzować się wysoką plastycznością.

Twardość badanych stali maleje wzdłuż długości próbki w odległości od czoła (tak będzie dla każdego rodzaju stali). Twardość ta jednak zależy w dużym stopniu od zawartości węgla (im większa twardość tym większa zawartość węgla w stali). Badana stal zawierała chrom (45)i mangan (30) które mają zawsze znaczący wpływ na hartowność materiału.

---