Sprawozdanie z ćwiczenia

Ulepszaniem cieplnym nazywamy obróbkę cieplną polegającą na zahartowaniu

i średnim lub wysokim odpuszczaniu stali. Prowadzi ono do uzyskania optymalną kombinację własności wytrzymałościowych i plastycznych. Twardość i wytrzymałoś spadają ale ciągliwość (A, Z, KC) rośnie. udarność jest wysoka, a stosunek R_e/R_m osiąga maksymalną wartość. Problemem może być kruchość odpuszczania II rodzaju (odwracalna; jest spowodowana segregacją fosforu

i innych domieszek do granic ziarn.), która może wystąpić w przypadku powolnego

chłodzenia stali stopowych po odpuszczaniu.

Hartowaniem nazywamy operację prowadzącą do powstania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Polega na nagrzaniu stali podeutektoidalnej

30-50 ⁰C powyżej A_C3 i następnym ochłodzeniu z prędkością większą od krytycznej

przy czym przy hartowaniu martenzytycznym chłodzi się poniżej temp. M_S ,a przy

bainitycznym wytrzymuje izotermicznie powyżej temp. M_S aż do zajścia przemiany

pośredniej. Stale nadeutektoidalne hartuje się od temp. przekraczającej o 30-50 ⁰C A_C1.

Rodzaje hartowania.

-hartowanie zwykłe

-hartowanie przerywane

-hartowanie stopniowe

-hartowanie izotermiczne

-hartowanie powierzchniowe

Odpuszczanie polega na nagrzaniu uprzednio zahartowanej stali do temperatury

niższej od A i wytrzymaniu w tej temp. przez czas konieczny do zajścia przemiany.

Główną i najistotniejszą przemianą jaka zachodzi w zahartowanej stali jest rozkład

martenzytu na mieszaninę faz złożoną z ferrytu i węglików.

Rodzaje odpuszczania

-odpuszczanie niskie (100-250 ⁰C)

-odpuszczanie średnie (250-450 ⁰C)

-odpuszczanie wysokie(450-600 ⁰C)

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było przeprowadzenie obróbki cieplnej stali, polegającej na hartowaniu i odpuszczaniu oraz zbadanie, jaki wpływ obróbka cieplna wywiera na strukturę i własności mechaniczne stali.

Przebieg ćwiczenia

Z pręta (Stal węglowa 45 w stanie wyżarzonym) f 12 mm wykonano próbki do

obserwacji struktury i pomiaru twardości (krążki) oraz próbki (nietypowe) do pomiaru udarności.

Określić należało:

1. strukturę, twardość i udarność stali w stanie wyjściowym (nieobrobionej cieplnie)

próbki oznaczone numerem 1

2. strukturę, twardość i udarność po zahartowaniu

próbki oznaczone numerem 2

3. twardość i udarność stali po hartowaniu i odpuszczaniu

próbki oznaczone numerami 3,4

4. strukturę, twardość i udarność stali po odpuszczaniu wysokim

próbki oznaczone numerem 5

Kolejność wykonywanych czynności.

1. Próbek oznaczonych nr.1 nie należało obrabiać cieplnie. Krążek służył do wykonania szlifu metalograficznego. Po wyszlifowaniu, wypolerowaniu

i wytrawieniu nitalem należy obserwować i narysować strukturę stali. Następnie

należało zmierzyć jej twardość metodą Rockwella stosując penetrator stożkowy

i obciążenie 100 kG (skala HRD). Próbkę do pomiaru udarności należało odłożyć.

2. Próbki oznaczone nr.2-5 należało umieścić w piecu o temp. 850 ⁰ C i wygrzewać w ciągu 20 minut, następnie zahartować w wodzie.

3. Zbadać i narysować strukturę oraz zmierzyć twardość HRD próbki nr.2 Próbkę

nr.2 do pomiaru udarności należało odłożyć.

4. Pozostałe próbki należało odpuszczać. Próbki nr.3 (parę próbek) w temp. 200 ⁰ C,

próbki nr 4 w temp. 350 ⁰ C, próbki nr 5 w temp. 550 ⁰ C. Czas odpuszczania wszystkich próbek wynosił 1 godzinę. Po ostudzeniu na powietrzu zmierzyć twardość HRD próbek nr 3,4,5 (wcześniej przeszlifować zgrubnie ich powierzchnie czołowe). Wykonać szlif metalograficzny próbki odpuszczonej w

temp. 550 ⁰ C, należało obserwować i narysować schematycznie strukturę.

5. Wykonać pomiary udarności próbek 1-5 łamiąc je na młocie Charpy'ego

(Przed złamaniem zmierzyć średnicę w miejscu karbu).

Wyniki doświadczenia.

Średnica próbki (w miejscu karbu) D=10,5 mm

Pole powierzchni próbki S₀= (p*D ²)/4=0.87 cm ²

Próbka 1

Twardość = 28 HRD

Udarność

K-praca potrzebna do złamania próbki.

K=5.2kGm*10m/s²=52 J

KC =K/S₀=59.8 J/cm ²

Struktura :ferrytyczno-prlityczna

Próbka 2

Twardość = 56 HRD

Udarność

K=2.4kGm*10m/s²=24 J

KC= 27.6 J/cm ²

Struktura

Próbka 3

Twardość = 57 HRD

Udarność

K=1.8kGm*10m/s²=18J

KC=20.7 J/cm ²

Próbka 4

Twardość = 46 HRD

Udarność

K=3.9kGm*10m/s²=39J

KC=44.8 J/cm ²

Próbka 5

Twardość = 37.4 HRD

Udarność

K=11.6kGm*10m/s²=116J

KC=133.4 J/cm ²

Struktura

Wniosek:

Hartowanie (w tym przypadku zwykłe) powoduje wzrost twardości oraz spadek własności plastycznych-udarności względem stanu wyżarzonego.

Odpuszczanie niskie nie powoduje większych zmian twardości i udarności

względem stanu zahartowanego.(Twardość próbek porównywalna, mały spadek

udarności próbki odpuszczanej).

Opuszczanie średnie daje lepszą kombinację własności wytrzymałościowych

i plastycznych niż w przypadku próbek w stanie wyżarzonym, zahartowanym

i nisko odpuszczonym (twardość próbki maleje natomiast udarność rośnie).

Opuszczanie wysokie powoduje dalszy spadek twardości i gwałtowny wzrost

udarności.

Obróbka cieplna polegająca na zahartowaniu i średnim lub wysokim odpuszczaniu

stali prowadzi do optymalnej kombinacji własności wytrzymałościowych

i plastycznych

---